2019 Fiscal Year Annual Research Report
２次元分光イメージングを用いた革新的なマイクロプラスチック分析標準システムの開発
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19H04283
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| Research Institution | Kochi University |
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Principal Investigator |
池島 耕 高知大学, 教育研究部自然科学系農学部門, 教授 (30582473)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石丸 伊知郎 香川大学, 創造工学部, 教授 (70325322)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マイクロプラスチック / ２次元分光イメージング / 中赤外分光 / 黒色プラスチック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、河川や海洋の環境と生物への影響が懸念されているマイクロプラスチック(Microplastics )汚染の実態や生物への影響に関する研究の基盤となる、迅速なマイクロプラスチック 分析手法の開発を目指している。初年度は、研究分担者の石丸らが開発した2次元中赤外分光イメージング装置を用いた、マイクロプラスチック標本の2次元スペクトルデータ計測システムの確立を目指し、以下のような基礎的な検討を進めた。環境及び生物体内から検出されるマイクロプラスチック標本について、河口域から採集したサンプルの既存手法（FT-IR）による分析結果や文献情報を基に、分析対象のプラスチック材（ポリマー）およびサイズの選定を行なった。主な測定対象としたポリエチレン(PE),ポリスチレン(PS)およびポリプロピレン（PP）について、FT-IRによる広い波長帯の吸収スペクトルを測定し、ポリマー判別に適した波長帯を選定した。この際、これまでFT-IRで判別が難しい場合があることが判明している黒色のプラスチックの判別の可能性も検討した。その結果、714-1250 cm-1の波長帯を測定する2次元分光イメージング装置のプロトタイプ機を作成し、設定したプラスチック材を測定し、機器の構成や測定条件を検討した。
条件検討の結果、試料をアルミプレートに乗せ赤外線照射による反射光の計測により、最小サイズで少なくとも直径100μmまでの小さなMPでポリマーを明確に判別することが可能となった。このシステムは2次元分光イメージング装置、拡大光学系、赤外線照明、反射光測定のためのステージとPCから構成される。これらの結果を踏まえて、測定実機の設計、システム構成の修正を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初は本年度の中盤までに、対象プラスチックの種類・形状情報のまとめ、分析試料の作成，基礎的な分光データの収集、分光装置プロトタイプによる測定と改良を行い、年度末までに、分光装置（実機）を用いたシステムの改良と、2次元スペクトルデータ測定システムの確立を行う予定であった。しかし、分光装置プロトタイプによる測定と改良をすすめる過程で、当初の想定に反し、マイクロプラスチックの種類判別に、より高い画素数のセンサーを用い、感度も向上させる必要が生じたことにより、設計および使用部品を変更しなければならないことが判明した。
研究遂行上、分光装置が不可欠なため、分光装置の設計変更と作成を追加して実施する必要が生じ、実機の完成が次年度に持ち越すことになったため、当初計画よりもやや遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
２年目は，先ず2次元中赤外分光イメージング装置の実機を完成させる。平行して分光装置プロトタイプにより、分光装置実機を想定して、プラスチックとその他の天然物，鉱物などとのスペクトルの違いと，さらにマイクロプラスチックのポリマータイプの特徴を含んだスペクトルが得られる計測条件を詳細に検討する。検討条件として：サンプルの前処理、照明装置、撮影倍率と光学系の設定、サンプルを捕集するフィルター材の種類などを検討する。後期には分光装置（実機）を用いて，サンプルのスペクトルを取得する測定条件の改良を進める。
さらに、スペクトルデータから特徴的なピークを選び出しクラスタリングとマッピングを行うプログラムを作成する。必要に応じて機械学習を用いた解析プログラムを作成しクラスタリングの効率と精度の向上を図る。さらに、環境中のマイクロプラスチックの分析では調査から分析の過程で生じるコンタミネーション(試料汚染）が大きな誤差を生じさせる可能性が明らかになってきており、本研究で開発するマイクロプラスチック分析装置と分析プロトコルにおけるコンタミネーションの可能性を実験的に計測し、防止対策を確立する。
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