Raman microspectroscopy in environmental research

Mgr. Martin Kizovský, Ph.D.

Disertační práce

Anotace:

Množství polutantů v prostředí každoročně roste. Vzhledem k jejich rozmanitému složení není možné vybrat jednu analytickou metodu pro jejich detekci. Co tuto záležitost ještě více komplikuje, je různý původ polutantů, například mikrobiologický, chemický, mikročásticový, či dokonce světlo i hluk. Ramanova mikrospektroskopie představuje nadějnou metodu pro environmentální výzkum díky své mnohostrannosti při zkoumání různých typů matric, a to především v kombinaci s mikrofluidními zařízeními. Tato práce zkoumá tři specifické aplikace Ramanovy mikrospektroskopie. První aplikací je analýza bioakumulace selenu řasami Chlorella vulgaris s využitím v průmyslu s doplňky stravy či bioremediaci. Dále byla Ramanova mikrospektroskopie využita pro detekci a identifikaci mikroplastů. V kombinaci s optickými mikromanipulačními technikami byla umožněna i detekce nanoplastů až do velikosti 27 nm. Třetím využitím byla detekce potenciálního karcinogenu 1,2,3 trichloropropanu (TCP) pomocí povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie. K tomu byl navázán experiment s enzymatickou dehalogenací TCP na neškodný glycerol a s detekcí pomocí Ramanovy mikrospektroskopie s vysoce výkonným laserem. Tyto studie ukazují širokou aplikovatelnost různých technik Ramanovy mikrospektroskopie pro analýzy v environmentálním výzkumu.

Abstract:

The amount of pollutants in the environment is growing annually with a large variability in their composition. It is impossible to select only a single analytical method for the detection of such a wide range of pollutants. To make matters more challenging, the source of pollution could have very diverse origins, for example, microbiological, particulate matter, chemical, or even light or noise. Raman microspectroscopy presents a promising approach for environmental analyses due to its versatility in examining different types of matrices, especially when combined with microfluidics. This thesis explores three specific applications of Raman microspectroscopy. First, the technique was used to analyze selenium bioaccumulation in Chlorella vulgaris, with potential applications in food supplementation or bioremediation. Second, Raman microspectroscopy was employed to detect and identify microplastics. The combination of Raman with optical micromanipulation techniques enabled the detection of nanoplastics as small as 27 nm. Third, a potential carcinogen 1,2,3 trichloropropane (TCP) was analyzed with surface-enhanced Raman spectroscopy. Additionally, enzymatic dehalogenation of TCP to glycerol was investigated with high-power laser Raman microspectroscopy. These studies demonstrate the broad applicability of Raman microspectroscopy in addressing diverse environmental challenges.

Keywords

Raman microspectroscopy, optical micromanipulation, optical tweezers, surface-enhanced Raman spectroscopy, detection of pollutants, Ramanova mikrospektroskopie, optická mikromanipulace, optická pinzeta, povrchem zesílená Ramanova spektroskopie, detekce polutantů

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 20. 11. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 11. 12. 2024
• Vedoucí: Mgr. Zdeněk Pilát, Ph.D.
• Oponent: RNDr. Josef Kapitán, Ph.D., Prof. Boris Zimmermann, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Životní prostředí a zdraví / Environmentální chemie a toxikologie