Optimalizace LIBS měřících parametrů pro biomonitoring mikroplastů
Loading...
Date
Authors
Seewaldová, Miroslava
ORCID
Advisor
Referee
Mark
B
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Táto bakalárska práca sa zaoberá optimalizáciou parametrov spektroskopie laserom indukovanej plazmy (LIBS – laser-induced breakdown spectroscopy) pre detekciu mikroplastov polyetylénu (PE) a častíc opotrebenia pneumatík (TWP – tire wear particles). Cieľom práce bolo určiť najvhodnejšiu veľkosť častíc, energiu pulzu, časové oneskorenie signálu (GD – gate delay) a vlnovú dĺžku lasera (266 nm a 1064 nm), ktoré sú optimálne pri detekcii mikroplastov. Vzorky PE a TWP boli analyzované v rozsiahlej sérii meraní piatich veľkostí mikroplastov. Merania prebiehali pri piatich rôznych energiách a piatich hodnotách GD, čo predstavovalo až 500 kombinácií. Získané dáta boli vyhodnotené pomocou pomeru signálu k šumu (SNR – signal-to-noise ratio) a jeho smerodajnej odchýlky (SNR SD), čím boli identifikované optimálne podmienky pre získanie najlepšieho signálu. Výsledky ukázali, že technika LIBS vykazuje vysoký potenciál pre detekciu mikroplastov, najmä v prípade častíc TWP. Pri použití lasera s vlnovou dĺžkou 1064 nm boli pozorované vyššie a stabilnejšie hodnoty SNR, predovšetkým pre spektrálne čiary sodíka (Na) a uhlíka (C). V prípade PE boli výsledky menej jednoznačné, čo možno pripísať menšej veľkosti častíc a ich priesvitnosti, ktoré sťažovali vizualizáciu a viedli k prekryvu mikroplastov so substrátom. Na rozlíšenie plastov od substrátov bola využitá aj analýza hlavných komponentov (PCA – principal component analysis), ktorá ukázala, že napriek spektrálnym prekryvom je možné dosiahnuť určitú separáciu medzi skupinami vzoriek. Celkovo práca potvrdzuje, že LIBS je sľubnou metódou na identifikáciu mikroplastov, pričom jej úspešné využitie je podmienené dôslednou optimalizáciou meracích parametrov a vhodným výberom substrátu.
This bachelor’s thesis focuses on the optimization of laser – induced breakdown spectroskopy (LIBS) parameters for the detection of polyethylene (PE) microplastics and tire wear particles (TWP). The aim of the study was to determinethe the most suitable particle size, pulse energy, gate delay (GD), or laser wavelength (266 nm and 1064 nm) required for microplastic detection. PE and TWP samples were analyzed in extensive series of measurements involving five microplastic size categories, tested at five different energy levels and five GD settings, resulting in 500 combinations. The obtained data were evaluated using the signal-to-noise ratio (SNR) and its standard deviation (SNR SD), allowing the identification of optimal conditions for the best signal quality. The results showed that LIBS technology demonstrates high potential for detecting microplastics, especially in the case of TWP particles. When using the 1064 nm laser wavelength, higher and more stable SNR values were observed, particularly for the spectral lines of sodium (Na) and carbon (C). In the case of PE, the results were less clear. This was due to the smaller particle size and their transparency, which resulted in poor visualization and substrate interference. To distinguish between plastics and substrates, principal component analysis (PCA) was employed, which showed that despite spectral overlap, a certain degree of separation between sample groups could be achieved. Overall, this thesis confirms that LIBS is a promising method for microplastic identification. However, its successful application is contingent upon thorough optimization of measurement parameters and appropriate substrate selection.
This bachelor’s thesis focuses on the optimization of laser – induced breakdown spectroskopy (LIBS) parameters for the detection of polyethylene (PE) microplastics and tire wear particles (TWP). The aim of the study was to determinethe the most suitable particle size, pulse energy, gate delay (GD), or laser wavelength (266 nm and 1064 nm) required for microplastic detection. PE and TWP samples were analyzed in extensive series of measurements involving five microplastic size categories, tested at five different energy levels and five GD settings, resulting in 500 combinations. The obtained data were evaluated using the signal-to-noise ratio (SNR) and its standard deviation (SNR SD), allowing the identification of optimal conditions for the best signal quality. The results showed that LIBS technology demonstrates high potential for detecting microplastics, especially in the case of TWP particles. When using the 1064 nm laser wavelength, higher and more stable SNR values were observed, particularly for the spectral lines of sodium (Na) and carbon (C). In the case of PE, the results were less clear. This was due to the smaller particle size and their transparency, which resulted in poor visualization and substrate interference. To distinguish between plastics and substrates, principal component analysis (PCA) was employed, which showed that despite spectral overlap, a certain degree of separation between sample groups could be achieved. Overall, this thesis confirms that LIBS is a promising method for microplastic identification. However, its successful application is contingent upon thorough optimization of measurement parameters and appropriate substrate selection.
Description
Citation
SEEWALDOVÁ, M. Optimalizace LIBS měřících parametrů pro biomonitoring mikroplastů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2025.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
sk
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Martina Klučáková, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Vojtěch Enev, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. František Krčma, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Filip Mravec, Ph.D. (místopředseda)
Date of acceptance
2025-06-12
Defence
Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace student-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla velmi dobrý výtah výsledků své bakalářské práce, zodpověděla dotazy oponentské i členů komise, reagovala na připomínky k bakalářské práci. V diskusi tak studentka prokázala velmi dobrou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky bakalářské práce. Komise, s uvážením hodnocení v posudku a vyjádření vedoucí/ho, zhodnotila její bakalářskou práci celkově jako velmi dobrou.
Klučáková: Jak byly stanoveny vlnové délky sledovaných prvků?
Mravec: Odliší metoda mikroplasty od vysušených biologických tkání?
Dzik: Jak by fungoval výsledný biomonitoring?
Kozáková: Jak byly získány vzorky z pneumatik?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení