新技术的进步现在允许对各种塑料类型进行远程识别，为监测和分析海洋塑料污染提供了重要资源。一种新型的高光谱拉曼成像激光雷达系统能够从远处检测和分类不同的塑料，为解决海洋塑料废物这一紧迫问题提供了更好的工具。
一组研究人员介绍了一种创新的高光谱拉曼成像激光雷达系统，可以远程识别不同类型的塑料。这项突破性技术可能会显著促进解决海洋塑料污染这一紧迫问题，通过增强监测和分析能力。
“塑料废物对海洋环境和人类生计构成重大威胁，影响渔业、旅游业和航运等领域，”来自日本激光技术研究所的研究团队负责人染川俊宏表示。“为了管理和保护海洋生态系统，评估塑料碎片的大小、浓度和分布至关重要；然而，标准实验室技术常常速度慢、劳动密集且昂贵。”
在《Optics Letters》期刊的发表中，研究人员概述了他们新开发的紧凑型系统，该系统设计用于低能耗，适合无人机部署。他们展示了该系统可以在6米的距离处识别塑料，视场宽度为1毫米 x 150毫米。
“配备我们的激光雷达传感器的无人机可以用于评估海洋或陆地环境中的塑料废物，从而促进更有针对性的清理和防止举措，”染川解释说。“此外，该系统还可以用于其他监测目的，比如识别有害气体泄漏。”
实现远程检测
研究团队之前展示了一种监测方法，涉及闪光拉曼激光雷达技术，该技术在连续测量中利用适合每个目标的带通滤波器。然而，该方法对于海洋塑料检测并不实用，因为更换滤波器的需要会干扰即时的3D测量和检测。
各种研究团队已调查利用高光谱拉曼成像跟踪塑料污染。这种方法结合了拉曼光谱和成像，以收集样本中空间详细的化学数据，从而生成分子结构和成分的综合地图。然而，传统的高光谱拉曼成像只能检测到邻近的目标。
为了实现远程检测，研究人员将激光雷达与高光谱拉曼光谱结合，用于距离测量。他们开发了一个原型系统，包括一个532纳米的脉冲绿色激光用于激光雷达读数和一个带有门控增强CCD（ICCD）的2D成像光谱仪。反射自远处目标的拉曼信号以垂直线条出现，而高光谱数据则水平记录。采用在纳秒时间尺度上运行的ICCD相机对于精确的拉曼激光雷达测量至关重要。
距离敏感的拉曼成像
“我们的系统旨在同时捕获图像和光谱数据，”染川指出。“每种塑料都有独特的拉曼光谱，使我们能够利用成像数据确定塑料废物的空间分布和类型，而脉冲激光则允许从任何距离进行距离分辨测量。”
研究人员使用一块上面是聚乙烯膜、下面是聚丙烯膜的塑料样本测试了他们的原型。在6米的距离处，该系统成功收集了每种塑料类型的独特光谱，并生成了展示其垂直分布的图像。在6米距离下，ICCD相机的成像像素大小为0.29毫米，这表明高光谱拉曼成像激光雷达系统也能够分析较小的塑料碎片。
向前看，研究人员打算利用他们的系统监测可能漂浮或淹没在水中的微塑料。这预计是可行的，因为约532纳米的激光光在水中有效穿透，从而增强了水域环境中的检测能力。
