환경에 존재하는 작은 미립자는 자연적으로 지하수 또는 인위적 활동을 통해 생산됩니다. 미크론 또는 더 작은 크기 (1 미크론 =10m)의 초소형 입자는 특히 더 큰 크기의 동일한 재료보다 화학적으로 더 반응성이있는 것으로 밝혀지기 때문에 특히 관심이 있습니다. 또한 마이크로 또는 나노 크기의 입자의 화학을 연구하면 본질적인 반응성을 이해하는 데 도움이됩니다. 이것은 우리가 용해도, 촉매 활동 및 독성과 같은 고체의 환경 별 특성을 식별하게 할 수 있습니다.
예를 들어, 입자는 미네랄 클러스터의 핵 형성을 통해 지하수에서 형성되며 미생물 및 식물에 대한 영양소의 중요한 공급원입니다. 자연적으로 존재하는 입자의 화학적 반응성에 대한 지식을 바탕으로 미네랄 이온이 입자에서 어떻게 방출되는지 이해하는 열쇠입니다. 더욱이, 우리는 오염 물질이있는 입자 표면의 화학을 아는 것이 중요합니다. 그래서 우리는 미네랄 입자에 의해 채택 된 오염 물질이 다른 곳으로 재 도입 될 것인지, 퇴적을 통해 지하수에서 영구적으로 제거 될 것인지 예측할 수 있도록 중요합니다.
.초소형 입자도 인위적 활성으로 인해 자연에 존재하게됩니다. 오늘날, 상업적 목적으로 맞춤형 작은 입자의 대량 생산이 있습니다. 이 입자들은 종종 화학적 반응성이 향상되며, 이는 우리의 건강과 자연 생태계가 침출되면 해로운 영향을 미칠 수 있습니다.
.초소형 플라스틱 입자는 우리의 건강에 해로울 수 있습니다. 구체적으로, 플라스틱 입자는 주변 환경의 지속적인 유기 오염 물질과 같은 다른 화학 물질을 흡착 할 수 있으며, 이는 수생 유기체에 의한 섭취를 통해 음식에 생물 축적됩니다. 또한, 조작 된 입자와 달리, 플라스틱 입자는 화학적으로 안정적이며 자연 분해를받지 않습니다. 이러한 이유로, 우리는 초소형 입자의 건강 영향과 생태 성을 결정하고 자연 생태계에서 그들의 존재를 지속적으로 모니터링하는 것이 중요합니다.
.작은 입자의 화학적 반응성을 연구하는 데 어려움은 단일 초소형 입자가 너무 작아서 기존 분석 프로브에 수동으로 부착 될 수 없다는 것입니다. 또한, 큰 클러스터에서 그것들을 연구하는 것은 고유 화학 반응성의 일부를 잃는 경향이 있으며 환경에서와 같은 상태가되지 않을 것입니다. 물에서, 모든 현탁 된 입자는 무작위로 움직입니다. 이것을 브라운 운동이라고합니다.
따라서, 입자를 프로브에 고정 시키려고 시도하는 대신, 우리의 분석은 입자가 프로브와 무작위로 충돌하기를 기다립니다. 또한, 충격 입자를 감지하기 위해, 프로브 전극에 전위가 적용된다. 전극 전위가 충돌 입자에서 화학 반응을 관찰하기에 충분할 때, 일반적으로 스파이크처럼 보이는 과도 신호 응답은 전위차에 의해 기록 될 것이다. 그림 1은 입자-충격 이벤트와 전형적인 크로노 암페로 그램 (시간 전류 곡선)의 그래픽 표현을 나타냅니다.
관찰 된 전류는 플라스틱 입자에 의해 흡착 된 산소 분자의 전기 화학적 환원으로부터 유래 한 것으로 밝혀졌다. 플라스틱 자체는 전기적으로 절연되고 화학적으로 비 반응성 물질이기 때문에 반응을 반응하거나 촉진 할 수 없습니다. 더욱이, 일단 흡수 된 산소가 오랜 시간 동안 순수한 질소 가스를 통과시킴으로써 퍼지면, 스파이크는 기록되지 않습니다. 이것은 추가 연구가 필요하지만 플라스틱 미세 입자 환경에서 다른 화학 물질을 쉽게 흡수한다는 것을 암시 할 수 있습니다.
폴리에틸렌의 경우, 산소의 용해도가 알려져 있기 때문에, 우리는 각 입자에서 발견되는 산소의 양에 기초하여 입자 크기를 추정 할 수 있으며, 이는 파이크 하의 통합 영역에서 얻어진다. 이 개념 증명 연구에서, 우리는 전기 화학적 분석에서 파생 된 플라스틱 마이크로 스피어의 크기 분포가 주사 전자 현미경을 사용한 관찰과 잘 일치 함을 보여줄 수있다. 이 결과는 입자의 특징적인 화학적 반응이 확인 될 수 있는지 크기 결정을 위해 샘플에서 입자를 추출 할 필요가 없기 때문에 매우 중요합니다.
.측정 당 관찰 된 파이크의 수는 입자 농도에 의존하는 것으로 밝혀졌다. 즉, 플라스틱 미세 입자의 농도가 점차 증가함에 따라 더 많은 스파이크를 관찰했습니다. 또한 실제로 플라스틱 입자의 농도와 관찰 된 스파이크의 수 사이의 선형 상관 관계 인 캘리브레이션 곡선을 만들 수 있습니다. 또한 교정 곡선은 입자 농도의 약 3 배 이상의 입자 농도 (쓰레기 당 3.6 x 10 입자에서 1.4 x 10 입자까지)를 포함하도록 권장한다. 우리의 발견은 자연 수생 샘플에서 작은 플라스틱 파편의 농도가 입자-영향 접근법을 사용하여 분석적으로 결정될 수 있음을 시사합니다.
.결론적으로, 초소형 입자는 입자와 고정 프로브 전극 사이의 무작위 충돌을 사용하여 여전히 물에 매달리는 동안 개별적으로 연구 할 수 있습니다. 또한, 전극에 잠재력을 적용함으로써, 충격 입자와 관련된 화학을 연구 할 수있다. 이 접근법은 또한 자연 수생 환경에서 입자 농도를 결정하는 유망한 분석 방법입니다.
이러한 결과는 미세 플라스틱의 현장 검출 :단일 미세 입자-전극 충격이라는 제목의 기사에 설명되어 있으며, 저널 electroanalysis 에 최근에 발표되었습니다. . 이 작업은 Kenichi Shimizu, Stanislav V. Sokolov, Enno Kätelhön, Jennifer Holter, Neil P. Young 및 Oxford University의 Richard G. Compton에 의해 수행되었습니다.
