Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/66056
Title: Detection of microplastics in soil using near infrared spectroscopy and chemometrics
Other Titles: การตรวจวัดไมโครพลาสติกในดินด้วยเทคนิคเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี และเคโมเมทริกซ์
Authors: Nuttapat Sinsuvannaporn
Advisors: Kanet Wongravee
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Science
Advisor's Email: Kanet.W@Chula.ac.th
Issue Date: 2018
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: Microplastic pollution in soil have a vital impact on organisms living in soil. To quantify amount of microplastics in soil, the preparation approach need to be performed in order to separate plastic from soil. Therefore, the conventional methods such as chromatography are complicated and time-consuming method to identify and quantify microplastics in soils. In the study, the powerful of near infrared spectroscopy (NIRS) ranging 1100 – 2300 nm combined with chemometrics tools are demonstrated as a technique for rapidly monitoring microplastics in soil as the preparation step is unrequired. Polyethylene terephthalate (PET) and polystyrene (PS) were grinded by blender to generate the artificially microplastics. Size of grinded microplastics of PET and PS are in the range of 44.45 ± 66.68 and 103.39 ± 101.13 μm, respectively. Sets of artificially polluted soil samples were prepared by mixing the microplastics in soil with various concentrations (1-10 %w/w). The reflectance mode of NIR were used to acquire the NIR spectra of soil contaminated with microplastic. The models for microplastic prediction were generated using machine learning algorithms, partial least squares regression (PLSR), with data pre-processing in MATLAB®. The performance of models was evaluated showing that RMSEP for PET was 1.30 %w/w with R² = 0.8030 and RMSEP for PS was 1.19 %w/w with R² = 0.8253. After using variable selection method (shaving method), the RMSEP for PET was 1.35% w/w with R² = 0.7854 (47 variables) and RMSEP for PS was 1.09 %w/w with R² = 0.8582 (56 variables). The mixture of PET and PS microplastics in soil samples were quantified using external parameter orthogonalization (EPO) to extract only the reflectance spectra of target analyzes. The results presented RMSEP was 3.17 %w/w and 3.26 %w/w for PET and PS, respectively. It could be concluded that NIRS combined with chemometrics is potential technique for microplastics detection in soil.
Other Abstract: ไมโครพลาสติกในดินส่งผลกระทบในวงกว้างต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก โดยเฉพาะสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ใน ดิน ในการวิเคราะห์หาปริมาณไมโครพลาสติกด้วยวิธีดั้งเดิมเช่นเทคนิคโครมาโทรกราฟี ต้องใช้การสกัดแยกไม โครพลาสติกออกจากดินและมีความยุ่งยากในการวิเคราะห์ เนื่องจากต้องเตรียมตัวอย่าง ทำได้ยาก และต้องใช้ เวลานานในการวิเคราะห์ ในงานวิจัยนี้ผู้วิจัยได้เสนอการตรวจวัดไมโครพลาสติกในดินด้วยวิธีเนียร์อินฟราเรด สเปกโทรสโกปีซึ่งตรวจวัดในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 1100 - 2300 นาโนเมตร และวิเคราะห์ร่วมกับเทคนิค ทางเคโมเมทริกซ์ซึ่งเป็นวิธีการทางคณิตศาสตร์และสถิติ ข้อดีของเทคนิคเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี ได้แก่ ตรวจวัดได้ง่ายและรวดเร็ว ไม่ต้องเตรียมตัวอย่างก่อนการวิเคราะห์ ในการทดลองได้ใช้แก้วและจานพลาสติก ซึ่งทำมาจากพลาสติกชนิดพอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (พีอีที) และพอลิสไตรีน ตามลำดับ นำมาบดและปั่นให้ ละเอียดด้วยเครื่องปั่นเพื่อทำให้พลาสติกมีขนาดเล็กลงจนได้ไมโครพลาสติกนำไมโครพลาสติกที่ได้มาวิเคราะห์ ขนาดและการกระจายด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ได้ขนาดของพีอีทีและพอลิสไตรีนคือ 44.45 ± 66.68 และ 103.39 ± 101.13 ไมครอนตามลำดับ ในการตรวจวัดด้วยเทคนิคเนียร์อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีได้เตรียม ตัวอย่างไมโครพลาสติกในดินที่มีความเข้มข้นตั้งแต่ 1-10 ร้อยละโดยมวล และตรวจวัดโดยใช้โหมดสะท้อน กลับ ในการสร้างแบบจำลองสำหรับตรวจวัดไมโครพลาสติกในดินได้นำแบบจำลองกำลังสองน้อยที่สุดบางส่วน มาใช้ประกอบกับการเลือกช่วงความยาวคลื่นโดยใช้โปรแกรมแมตแล็บ พบว่าการตรวจวัดพีอีทีและพอลิสไตรีน ไมโครพลาสติกในดินได้ค่ารากที่สองของค่าเฉลี่ยความคลาดเคลื่อนจากการทำนายคือ 1.30 (R² = 0.8030) และ 1.19 (R² = 0.8253) ร้อยละโดยมวลตามลำดับ เมื่อทำการเลือกช่วงความยาวคลื่นพบว่าการตรวจวัดพีอี ทีและพอลิสไตรีนไมโครพลาสติกในดินได้ค่ารากที่สองของค่าเฉลี่ยความคลาดเคลื่อนจากการทำนายคือ 1.35 (R² = 0.7854, 47 ตัวแปร) และ 1.09 (R² = 0.8582, 56 ตัวแปร) ร้อยละโดยมวลตามลำดับ ในการตรวจวัด ไมโครพลาสติกที่ผสมกันทั้งสองชนิดในดินได้ทำการแปลงสเปกตรัมด้วยวิธีอีพีโอ พบว่าสามารถตรวจวัดไมโค รพลาสติกชนิดพีทีเอและพอลิสไตรีนได้ ซึ่งมีค่ารากที่สองของค่าเฉลี่ยความคลาดเคลื่อนจากการทำนายคือ 3.17 และ 3.26 ร้อยละโดยมวลตามลำดับ ดังนั้นสามารถตรวจวัดไมโครพลาสติกในดินได้ด้วยวิธีเนียร์ อินฟราเรดสเปกโทรสโกปีและเคโมเมทริกซ์
Description: In Partially fulfillment for the Degree of Bachelor of Science, Department of Chemistry, Faculty of Science Chulalongkorn University, Academic Year 2018
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/66056
Type: Senior Project
Appears in Collections:Sci - Senior Projects

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nuttapat_S_Se_2561.pdf16.28 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.