Prétraitement d'échantillon
Carton et papier
Le prétraitement du carton et du papier pour l'analyse des microplastiques consiste à décomposer les composants organiques tels que la cellulose tout en préservant les particules de microplastiques. Le peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) est souvent utilisé pour la dégradation oxydative de la matière organique et peut être assisté par une digestion acide. Alternativement, une digestion enzymatique utilisant la cellulase peut également être appliquée pour éliminer efficacement la matrice organique sans endommager les microplastiques résiduels. Dans certains cas, une séparation par densité utilisant une solution de chlorure de zinc (ZnCl₂) à une densité de 1,6-1,7 g/cm³ peut également être nécessaire pour isoler les microplastiques des composants inorganiques plus denses au sein de l'échantillon. Après le prétraitement, l'échantillon est filtré pour récupérer les particules de microplastiques résiduelles en vue d'une analyse ultérieure.

Acquisition spectrale
Les échantillons sont analysés par microspectroscopie Raman dans une zone sous-échantillon représentative, définie par la limite spatiale de détection (taille de coupure des particules). Chaque échantillon subit une microspectroscopie Raman automatisée pendant 12 à 24 heures, générant des données spectrales et morphologiques pour des dizaines de milliers de particules individuelles. Les mesures Raman sont effectuées à 20°C à l'aide d'un Horiba LabRAM Soleil (Jobin Yvon, France). Les échantillons sont excités à 8% (7,2 mW) de puissance de sortie avec une diode laser He-Cd 532 nm refroidie par air et haute stabilité, et un objectif Nikon LV-NUd5 100×. Le faisceau laser confocal non polarisé offre une résolution latérale d'environ 1 µm. Les spectres sont collectés dans la plage de 200 à 3400 cm⁻¹ en utilisant un réseau de 600 traits/cm avec une fente de 100 µm, atteignant une résolution spectrale d'environ 1 cm⁻¹. L'analyse des particules dans chaque mosaïque, construite avec la configuration LabSpec6 (LS6) SmartView, est réalisée à l'aide de l'application Particle Finder V2. LS6 SmartView détermine la topographie (±50 µm), enregistre les points focaux de toutes les particules dans la micrographie et permet un refocalisation rapide de la platine sur les particules pertinentes.
Appariement et vérification spectrale
À l'aide du logiciel d'analyse spectrale Spectragryph V1.2.17d (Dr. Friedrich Menges SoftwareEntwicklung, www.effemm2.de/spectragryph), les spectres bruts sont traités avec une correction de ligne de base adaptative à 15% de grossièreté. Les spectres traités sont recoupés sur toute leur plage spectrale en utilisant une bibliothèque interne contenant des spectres sélectionnés des bibliothèques SLoPP et SLoPP-E (Munno et al., 2020) et de la bibliothèque Cabernard (Cabernard et al., 2018), ainsi que des spectres de polymères obtenus en interne. Les correspondances spectrales sont évaluées à l'aide de valeurs d'indice de qualité de correspondance (HQI) allant de 0 à 100%. Les spectres avec des valeurs HQI supérieures à 65% sont classés comme candidats microplastiques et sont inspectés et validés manuellement par un interprète formé.
Correction des faux positifs (particules partitionnées involontairement)
En raison du processus d'acquisition image par image nécessaire pour obtenir des mesures Raman précises de microplastiques aussi petits que 1 µm de diamètre, les particules situées sur les bords d'une image (particules de bord) sont souvent partitionnées et mal identifiées comme plusieurs particules. À la résolution microscopique actuelle, chaque image mesure 60 × 40 µm, entraînant une surestimation des fractions de taille plus petites et une sous-estimation des particules plus grandes. Bien que l'application LS6 Particle Finder inclue une option pour exclure les particules de bord, cette approche élimine de manière disproportionnée les particules plus grandes, qui sont plus susceptibles de croiser le bord de l'image, conduisant à une sous-estimation de la concentration réelle de MP. Pour remédier à cela, un script personnalisé (Microplastic Solution, France) a été développé pour améliorer le post-traitement des données en fusionnant les microplastiques partitionnés involontairement. Bien que le code ne puisse être partagé en raison d'intérêts commerciaux, ses principales fonctions sont divulguées. Le script calcule la distance entre les particules du même type de polymère pour identifier les chevauchements, définis comme la distance entre les centres des particules étant plus petite que le grand axe de l'une des particules. Les particules se chevauchant sont regroupées, et la particule avec l'indice de qualité de correspondance spectrale (HQI) le plus élevé est désignée comme "leader". L'indice du leader définit la nouvelle particule fusionnée, qui hérite de la surface cumulée du groupe, tandis que les particules restantes sont écartées. Le diamètre de la particule fusionnée est calculé comme le diamètre équivalent de surface, en supposant une forme circulaire.
Contrôles de qualité négatifs et positifs
Contrôle et correction des blancs
Pour garantir des résultats fiables, une expérience de blanc procédural est réalisée afin d'estimer et de corriger la contamination introduite lors du prétraitement des échantillons. Une solution exempte de contamination est préparée et traitée selon le même protocole que les échantillons réels. Lors de l'analyse, les particules identifiées dans le blanc procédural sont soigneusement caractérisées par type de polymère et taille. La correction des blancs est effectuée en comparant les microplastiques dans l'échantillon principal avec ceux dans le blanc. Les particules sont appariées ("couplées") si elles partagent le même type de polymère et si leurs tailles se situent dans une plage définie. Une fois appariées, la particule correspondante dans l'échantillon principal est soustraite, et la particule de blanc appariée est exclue des corrections ultérieures. Ce processus garantit que la contamination procédurale est correctement prise en compte sans surestimer son impact. La correction des blancs est appliquée uniformément à tous les échantillons, avec des portions équivalentes de la zone de filtre analysées pour maintenir la cohérence. Cette approche permet d'identifier et de soustraire efficacement la contamination, garantissant la validité des résultats. Nous fournissons à la fois des données corrigées et non corrigées des blancs.
Contrôle et correction de la récupération
Pour tenir compte de la perte involontaire de microplastiques lors du prétraitement des échantillons, une expérience de récupération procédurale est réalisée en utilisant des fragments de polyéthylène (PE) rouge EasyMP™ (Microplastic Solution, France). Des quantités connues de ces fragments pertinents sur le plan environnemental sont ajoutées aux échantillons tests, qui sont ensuite traités selon le même protocole que les échantillons réels. Après traitement, le nombre restant de microplastiques ajoutés est évalué pour déterminer le taux de récupération analytique. Les fragments EasyMP™ permettent d'évaluer la récupération dans différentes plages de taille, fournissant des informations sur des tendances telles qu'une récupération plus faible pour les particules plus grandes et, dans certains cas, une récupération plus élevée que prévu pour les particules plus petites en raison d'une fragmentation potentielle lors du prétraitement. Sur la base des résultats, un modèle mathématique est développé pour décrire la relation entre la taille des particules et le taux de récupération. Ce modèle est ensuite appliqué pour corriger la récupération analytique de tous les microplastiques détectés au sein des groupes de taille, garantissant une quantification précise des microplastiques dans les échantillons traités.