島津紅外拉曼光譜耦合技術——開啟微塑料檢測的多維度視角

根據歐盟《飲用水中微塑料檢測指令》（EU）2024/1441新規，分子振動光譜技術（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備至少能夠有效測定20 μm尺寸的微小樣品。

島津推出的AIRsight紅外拉曼顯微鏡，采用先進的紅外拉曼光譜耦合技術，以其創新性設計、高度自動化操作和簡潔的工作流程，實現了對微塑料的寬尺寸范圍、原位及多光譜檢測，為微塑料的精準檢測提供了多維度的分析視角。本文將詳細介紹AIRsight紅外拉曼顯微鏡如何有效支持微塑料的檢測工作，確保飲用水安全，促進環境保護和人類健康。

1微塑料的高度異質性

實際環境基質中的微塑料具有高度異質性，來源多樣，成分復雜，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無機添加劑。在自然環境中，塑料會在光、熱和生物作用下老化降解，影響其物理化學特性。這種多樣性增加了微塑料檢測、識別和定量的復雜性。

2微塑料的分子振動光譜分析：紅外與拉曼光譜的對比評估

基于顆粒的分子振動光譜法（紅外光譜法和拉曼光譜法）可無損快速地識別微塑料的形態和化學信息，是目前廣泛用于微塑料鑒定的非破壞性化學技術。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，在環境基質中微塑料的識別和定量分析方面各有優勢和局限性，這些與粒徑、波數范圍、選擇定則等有關。因此，在分析和解釋光譜數據時，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。

表1：紅外和拉曼分析技術的特點和獲得的信息

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

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微塑料，可以克服單光譜方法的粒徑限制、熒光干擾、波數范圍限制、選擇定則決定的響應弱等問題，提升定性分析的準確度，更能應對實際環境基質中復雜樣品的測試。

島津AIRsight紅外拉曼一體顯微鏡，能夠在不移動樣品的情況下，使用同一顯微鏡，同一個軟件，對樣品的同一位置（微小區域）快速獲得互補的紅外和拉曼的多維度光譜信息，擺脫繁瑣的樣品轉移、標記、定位工作，助力寬尺寸范圍、原位、多光譜的微塑料檢測。

島津AIRsight紅外拉曼顯微鏡，除了紅外拉曼合二為一之外，還有很多自動化、全功能的技術加持。它延續了島津之前紅外顯微鏡的全自動物鏡轉臺的功能，可以同時安裝多個物鏡，如紅外物鏡、拉曼物鏡，島津特色的大視野相機鏡頭等。在顯微紅外模式下，可覆蓋中紅外全波段，透射、反射、ATR三項全能。在顯微拉曼模式下，有多個激光波長可以自動切換。

★ 同一位置的多光譜檢測

通過將紅外光譜和拉曼光譜兩種技術集成到一臺設備中，實現了無縫切換的工作流，讓需要通過多種光譜技術進行異物分析的用戶擺脫繁瑣的樣品轉移、標記、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三項全能

在顯微紅外模式下，AIRsight提供了三種檢測模式來進行微塑料分析：透射、反射和衰減全反射（ATR），每種模式均有其獨特的優勢和適用場景。在進行材料分析時，應根據樣品的物理特性（厚度、脆性等）、化學組成以及分析目的（定性或定量、樣品表面或內部特性分析等）來選擇合適的顯微紅外模式。在特定情況下，可能需要綜合運用多種模式，以獲得更為全面的分析結果。

表3：顯微紅外的測量模式

★ FTIR光譜范圍寬、適用性強

某些波段受限的紅外光譜技術（如基于QCL紅外激光器的紅外成像技術），由于其固有的可用波段范圍窄的限制，可能無法捕捉到某些關鍵的特征吸收峰信息（包括特征峰的位置、形狀和強度），導致微塑料光譜圖的誤判，從而影響成分鑒定的準確性。相比之下，傅里葉變換紅外光譜（FTIR）具有光譜范圍寬、適用性強的優點，能夠覆蓋指紋區、靜默區、C-H伸縮振動在內的高波數波段，特別適合實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，不僅能提供指紋區的關鍵信息，還能夠捕捉到C-H伸縮振動等高波數區域的信號。此外，該顯微鏡結合了傅里葉變換顯微紅外和顯微拉曼的優勢，能夠更全面地覆蓋低波數區域，從而為有機物、無機物（例如塑料中的無機添加劑）以及有機無機混合物的分析提供了強有力的支持。

表4：常見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定》和《T/LNEMA 002-2023城市河道中微塑料的測定 傅里葉變換微紅外光譜法》。

4島津特色AIRsight紅外拉曼一體機的特色應用案例

★ 寬尺寸范圍微塑料的識別紅外拉曼

*目標區域太小，無法用紅外顯微鏡有效測定*

? 可以在無需移動樣品的情況下，結合顯微紅外和顯微拉曼，實現更寬尺寸范圍樣品檢測。

? 塑料老化譜庫提升了微塑料分析（光熱老化塑料定性分析）的定性準確度。

★ 寬波段的測試范圍紅外拉曼

? AIRsight顯微紅外部分采用FTIR的設計方式，除了標配的液氮制冷高靈敏檢測器之外，還可以同時安裝一個無需液氮的DLATGS檢測器，來實現完全覆蓋4000 ~ 400 cm^-1整個中紅外區間。

? AIRsight結合了傅里葉變換顯微紅外和顯微拉曼的優勢，能夠更全面地覆蓋低波數區域，助力有機物、無機物（例如塑料中的無機添加劑）以及有機無機混合物的分析。

★ 顯微紅外的測試模式（透射/反射/ATR）選擇紅外

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

? 顯微ATR可以測量和分析黑色或深色塑料。

★ 紫外降解塑料評價中拉曼激發波長的選擇拉曼

*選擇合適的激光波長，以避免熒光干擾*

? AIRsight紅外拉曼顯微鏡標配532 nm和785 nm兩個激光器，可以選擇最適合樣品的激光器。

? 785 nm 激光能夠有效分析受熒光干擾的樣品。

? 可設定光漂白時間以降低熒光干擾。

自1875年成立以來，島津秉承“以科學技術向社會做貢獻”的理念，致力于實現“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的分析技術共同守護水質安全，共創綠色未來！

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