島津紅外拉曼光譜耦合技術(shù)——開(kāi)啟微塑料檢測(cè)的多維度視角

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根據(jù)歐盟《飲用水中微塑料檢測(cè)指令》（EU）2024/1441新規(guī)，分子振動(dòng)光譜技術(shù)（紅外光譜、拉曼光譜）被用于鑒別微塑料的聚合物種類，要求紅外或拉曼光譜設(shè)備至少能夠有效測(cè)定20 μm尺寸的微小樣品。

島津推出的AIRsight紅外拉曼顯微鏡，采用先進(jìn)的紅外拉曼光譜耦合技術(shù)，以其創(chuàng)新性設(shè)計(jì)、高度自動(dòng)化操作和簡(jiǎn)潔的工作流程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微塑料的寬尺寸范圍、原位及多光譜檢測(cè)，為微塑料的精準(zhǔn)檢測(cè)提供了多維度的分析視角。本文將詳細(xì)介紹AIRsight紅外拉曼顯微鏡如何有效支持微塑料的檢測(cè)工作，確保飲用水安全，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)和人類健康。

1微塑料的高度異質(zhì)性

實(shí)際環(huán)境基質(zhì)中的微塑料具有高度異質(zhì)性，來(lái)源多樣，成分復(fù)雜，理化特性各異，尺寸分布廣泛。它們形狀多樣，可能包含多種聚合物和有機(jī)無(wú)機(jī)添加劑。在自然環(huán)境中，塑料會(huì)在光、熱和生物作用下老化降解，影響其物理化學(xué)特性。這種多樣性增加了微塑料檢測(cè)、識(shí)別和定量的復(fù)雜性。

2微塑料的分子振動(dòng)光譜分析：紅外與拉曼光譜的對(duì)比評(píng)估

基于顆粒的分子振動(dòng)光譜法（紅外光譜法和拉曼光譜法）可無(wú)損快速地識(shí)別微塑料的形態(tài)和化學(xué)信息，是目前廣泛用于微塑料鑒定的非破壞性化學(xué)技術(shù)。紅外吸收光譜和拉曼散射光譜基于不同的原理，適合的樣品有所不同，在環(huán)境基質(zhì)中微塑料的識(shí)別和定量分析方面各有優(yōu)勢(shì)和局限性，這些與粒徑、波數(shù)范圍、選擇定則等有關(guān)。因此，在分析和解釋光譜數(shù)據(jù)時(shí)，需要綜合考慮兩種方法之間的重要差異，以確保選擇適合的分析技術(shù)。

表1：紅外和拉曼分析技術(shù)的特點(diǎn)和獲得的信息

3 AIRsight紅外拉曼一體顯微鏡，助力寬尺寸范圍、原位、多光譜的微塑料檢測(cè)

顯微紅外（μ-FTIR）和顯微拉曼（μ-Raman）分析耦合的多光譜方法檢測(cè)微塑料，可以克服單光譜方法的粒徑限制、熒光干擾、波數(shù)范圍限制、選擇定則決定的響應(yīng)弱等問(wèn)題，提升定性分析的準(zhǔn)確度，更能應(yīng)對(duì)實(shí)際環(huán)境基質(zhì)中復(fù)雜樣品的測(cè)試。

島津AIRsight紅外拉曼一體顯微鏡，能夠在不移動(dòng)樣品的情況下，使用同一顯微鏡，同一個(gè)軟件，對(duì)樣品的同一位置（微小區(qū)域）快速獲得互補(bǔ)的紅外和拉曼的多維度光譜信息，擺脫繁瑣的樣品轉(zhuǎn)移、標(biāo)記、定位工作，助力寬尺寸范圍、原位、多光譜的微塑料檢測(cè)。

島津AIRsight紅外拉曼顯微鏡，除了紅外拉曼合二為一之外，還有很多自動(dòng)化、全功能的技術(shù)加持。它延續(xù)了島津之前紅外顯微鏡的全自動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)臺(tái)的功能，可以同時(shí)安裝多個(gè)物鏡，如紅外物鏡、拉曼物鏡，島津特色的大視野相機(jī)鏡頭等。在顯微紅外模式下，可覆蓋中紅外全波段，透射、反射、ATR三項(xiàng)全能。在顯微拉曼模式下，有多個(gè)激光波長(zhǎng)可以自動(dòng)切換。

★ 同一位置的多光譜檢測(cè)

通過(guò)將紅外光譜和拉曼光譜兩種技術(shù)集成到一臺(tái)設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫切換的工作流，讓需要通過(guò)多種光譜技術(shù)進(jìn)行異物分析的用戶擺脫繁瑣的樣品轉(zhuǎn)移、標(biāo)記、定位工作，工作效率大幅提升。從而成功推出了一種新概念的高通用性分析裝置，能夠滿足異物分析、微塑料分析以及其它微小樣品分析/樣品微區(qū)分析等需求。

表2：AIRsight紅外拉曼顯微鏡的典型功能

★ 透射反射ATR三項(xiàng)全能

在顯微紅外模式下，AIRsight提供了三種檢測(cè)模式來(lái)進(jìn)行微塑料分析：透射、反射和衰減全反射（ATR），每種模式均有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景。在進(jìn)行材料分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)樣品的物理特性（厚度、脆性等）、化學(xué)組成以及分析目的（定性或定量、樣品表面或內(nèi)部特性分析等）來(lái)選擇合適的顯微紅外模式。在特定情況下，可能需要綜合運(yùn)用多種模式，以獲得更為全面的分析結(jié)果。

表3：顯微紅外的測(cè)量模式

★ FTIR光譜范圍寬、適用性強(qiáng)

某些波段受限的紅外光譜技術(shù)（如基于QCL紅外激光器的紅外成像技術(shù)），由于其固有的可用波段范圍窄的限制，可能無(wú)法捕捉到某些關(guān)鍵的特征吸收峰信息（包括特征峰的位置、形狀和強(qiáng)度），導(dǎo)致微塑料光譜圖的誤判，從而影響成分鑒定的準(zhǔn)確性。相比之下，傅里葉變換紅外光譜（FTIR）具有光譜范圍寬、適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠覆蓋指紋區(qū)、靜默區(qū)、C-H伸縮振動(dòng)在內(nèi)的高波數(shù)波段，特別適合實(shí)際微塑料樣品的定性分析。

島津的AIRsight紅外拉曼顯微鏡集成了傅里葉變換顯微紅外（μ-FTIR）和顯微拉曼（μ-Raman）技術(shù)，不僅能提供指紋區(qū)的關(guān)鍵信息，還能夠捕捉到C-H伸縮振動(dòng)等高波數(shù)區(qū)域的信號(hào)。此外，該顯微鏡結(jié)合了傅里葉變換顯微紅外和顯微拉曼的優(yōu)勢(shì)，能夠更全面地覆蓋低波數(shù)區(qū)域，從而為有機(jī)物、無(wú)機(jī)物（例如塑料中的無(wú)機(jī)添加劑）以及有機(jī)無(wú)機(jī)混合物的分析提供了強(qiáng)有力的支持。

表4：常見(jiàn)部分聚合物的紅外譜帶位置

上表信息參考《GB/T 40146-2021化妝品中塑料微珠的測(cè)定》和《T/LNEMA 002-2023城市河道中微塑料的測(cè)定 傅里葉變換微紅外光譜法》。

4島津特色AIRsight紅外拉曼一體機(jī)的特色應(yīng)用案例

★ 寬尺寸范圍微塑料的識(shí)別紅外拉曼

*目標(biāo)區(qū)域太小，無(wú)法用紅外顯微鏡有效測(cè)定*

? 可以在無(wú)需移動(dòng)樣品的情況下，結(jié)合顯微紅外和顯微拉曼，實(shí)現(xiàn)更寬尺寸范圍樣品檢測(cè)。

? 塑料老化譜庫(kù)提升了微塑料分析（光熱老化塑料定性分析）的定性準(zhǔn)確度。

★ 寬波段的測(cè)試范圍紅外拉曼

? AIRsight顯微紅外部分采用FTIR的設(shè)計(jì)方式，除了標(biāo)配的液氮制冷高靈敏檢測(cè)器之外，還可以同時(shí)安裝一個(gè)無(wú)需液氮的DLATGS檢測(cè)器，來(lái)實(shí)現(xiàn)完全覆蓋4000 ~ 400 cm-1整個(gè)中紅外區(qū)間。

? AIRsight結(jié)合了傅里葉變換顯微紅外和顯微拉曼的優(yōu)勢(shì)，能夠更全面地覆蓋低波數(shù)區(qū)域，助力有機(jī)物、無(wú)機(jī)物（例如塑料中的無(wú)機(jī)添加劑）以及有機(jī)無(wú)機(jī)混合物的分析。

★ 顯微紅外的測(cè)試模式（透射/反射/ATR）選擇紅外

? 如樣品較厚，在進(jìn)行顯微透射測(cè)試前，需用金剛石壓池將粒子壓薄，可提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性；或選擇其它模式進(jìn)行測(cè)試。

? 顯微ATR可以測(cè)量和分析黑色或深色塑料。

★ 紫外降解塑料評(píng)價(jià)中拉曼激發(fā)波長(zhǎng)的選擇拉曼

*選擇合適的激光波長(zhǎng)，以避免熒光干擾*

? AIRsight紅外拉曼顯微鏡標(biāo)配532 nm和785 nm兩個(gè)激光器，可以選擇適合樣品的激光器。

? 785 nm 激光能夠有效分析受熒光干擾的樣品。

? 可設(shè)定光漂白時(shí)間以降低熒光干擾。

自1875年成立以來(lái)，島津秉承“以科學(xué)技術(shù)向社會(huì)做貢獻(xiàn)”的理念，致力于實(shí)現(xiàn)“為了人類和地球的健康”的愿景。我們期待與您攜手利用先進(jìn)的分析技術(shù)共同守護(hù)水質(zhì)安全，共創(chuàng)綠色未來(lái)！

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