岛津红外拉曼光谱耦合技术——开启微塑料检测的多维度视角

根据欧盟《饮用水中微塑料检测指令》（EU）2024/1441新规，分子振动光谱技术（红外光谱、拉曼光谱）被用于鉴别微塑料的聚合物种类，要求红外或拉曼光谱设备至少能够有效测定20 μm尺寸的微小样品。

岛津推出的AIRsight红外拉曼显微镜，采用先进的红外拉曼光谱耦合技术，以其创新性设计、高度自动化操作和简洁的工作流程，实现了对微塑料的宽尺寸范围、原位及多光谱检测，为微塑料的精准检测提供了多维度的分析视角。本文将详细介绍AIRsight红外拉曼显微镜如何有效支持微塑料的检测工作，确保饮用水安全，促进环境保护和人类健康。

1微塑料的高度异质性

实际环境基质中的微塑料具有高度异质性，来源多样，成分复杂，理化特性各异，尺寸分布广泛。它们形状多样，可能包含多种聚合物和有机无机添加剂。在自然环境中，塑料会在光、热和生物作用下老化降解，影响其物理化学特性。这种多样性增加了微塑料检测、识别和定量的复杂性。

2微塑料的分子振动光谱分析：红外与拉曼光谱的对比评估

基于颗粒的分子振动光谱法（红外光谱法和拉曼光谱法）可无损快速地识别微塑料的形态和化学信息，是目前广泛用于微塑料鉴定的非破坏性化学技术。红外吸收光谱和拉曼散射光谱基于不同的原理，适合的样品有所不同，在环境基质中微塑料的识别和定量分析方面各有优势和局限性，这些与粒径、波数范围、选择定则等有关。因此，在分析和解释光谱数据时，需要综合考虑两种方法之间的重要差异，以确保选择适合的分析技术。

表1：红外和拉曼分析技术的特点和获得的信息

3 AIRsight红外拉曼一体显微镜，助力宽尺寸范围、原位、多光谱的微塑料检测

显微红外（μ-FTIR）和显微拉曼（μ-Raman）分析耦合的多光谱方法检测微塑料，可以克服单光谱方法的粒径限制、荧光干扰、波数范围限制、选择定则决定的响应弱等问题，提升定性分析的准确度，更能应对实际环境基质中复杂样品的测试。

岛津AIRsight红外拉曼一体显微镜，能够在不移动样品的情况下，使用同一显微镜，同一个软件，对样品的同一位置（微小区域）快速获得互补的红外和拉曼的多维度光谱信息，摆脱繁琐的样品转移、标记、定位工作，助力宽尺寸范围、原位、多光谱的微塑料检测。

岛津AIRsight红外拉曼显微镜，除了红外拉曼合二为一之外，还有很多自动化、全功能的技术加持。它延续了岛津之前红外显微镜的全自动物镜转台的功能，可以同时安装多个物镜，如红外物镜、拉曼物镜，岛津特色的大视野相机镜头等。在显微红外模式下，可覆盖中红外全波段，透射、反射、ATR三项全能。在显微拉曼模式下，有多个激光波长可以自动切换。

★ 同一位置的多光谱检测

通过将红外光谱和拉曼光谱两种技术集成到一台设备中，实现了无缝切换的工作流，让需要通过多种光谱技术进行异物分析的用户摆脱繁琐的样品转移、标记、定位工作，工作效率大幅提升。从而成功推出了一种新概念的高通用性分析装置，能够满足异物分析、微塑料分析以及其它微小样品分析/样品微区分析等需求。

表2：AIRsight红外拉曼显微镜的典型功能

★ 透射反射ATR三项全能

在显微红外模式下，AIRsight提供了三种检测模式来进行微塑料分析：透射、反射和衰减全反射（ATR），每种模式均有其独特的优势和适用场景。在进行材料分析时，应根据样品的物理特性（厚度、脆性等）、化学组成以及分析目的（定性或定量、样品表面或内部特性分析等）来选择合适的显微红外模式。在特定情况下，可能需要综合运用多种模式，以获得更为全面的分析结果。

表3：显微红外的测量模式

★ FTIR光谱范围宽、适用性强

某些波段受限的红外光谱技术（如基于QCL红外激光器的红外成像技术），由于其固有的可用波段范围窄的限制，可能无法捕捉到某些关键的特征吸收峰信息（包括特征峰的位置、形状和强度），导致微塑料光谱图的误判，从而影响成分鉴定的准确性。相比之下，傅里叶变换红外光谱（FTIR）具有光谱范围宽、适用性强的优点，能够覆盖指纹区、静默区、C-H伸缩振动在内的高波数波段，特别适合实际微塑料样品的定性分析。

岛津的AIRsight红外拉曼显微镜集成了傅里叶变换显微红外（μ-FTIR）和显微拉曼（μ-Raman）技术，不仅能提供指纹区的关键信息，还能够捕捉到C-H伸缩振动等高波数区域的信号。此外，该显微镜结合了傅里叶变换显微红外和显微拉曼的优势，能够更全面地覆盖低波数区域，从而为有机物、无机物（例如塑料中的无机添加剂）以及有机无机混合物的分析提供了强有力的支持。

表4：常见部分聚合物的红外谱带位置

上表信息参考《GB/T 40146-2021化妆品中塑料微珠的测定》和《T/LNEMA 002-2023城市河道中微塑料的测定 傅里叶变换微红外光谱法》。

4岛津特色AIRsight红外拉曼一体机的特色应用案例

★ 宽尺寸范围微塑料的识别红外拉曼

*目标区域太小，无法用红外显微镜有效测定*

✔ 可以在无需移动样品的情况下，结合显微红外和显微拉曼，实现更宽尺寸范围样品检测。

✔ 塑料老化谱库提升了微塑料分析（光热老化塑料定性分析）的定性准确度。

★ 宽波段的测试范围红外拉曼

✔ AIRsight显微红外部分采用FTIR的设计方式，除了标配的液氮制冷高灵敏检测器之外，还可以同时安装一个无需液氮的DLATGS检测器，来实现完全覆盖4000 ~ 400 cm-1整个中红外区间。

✔ AIRsight结合了傅里叶变换显微红外和显微拉曼的优势，能够更全面地覆盖低波数区域，助力有机物、无机物（例如塑料中的无机添加剂）以及有机无机混合物的分析。

★ 显微红外的测试模式（透射/反射/ATR）选择红外

✔ 如样品较厚，在进行显微透射测试前，需用金刚石压池将粒子压薄，可提高检测的准确性；或选择其它模式进行测试。

✔ 显微ATR可以测量和分析黑色或深色塑料。

★ 紫外降解塑料评价中拉曼激发波长的选择拉曼

*选择合适的激光波长，以避免荧光干扰*

✔ AIRsight红外拉曼显微镜标配532 nm和785 nm两个激光器，可以选择最适合样品的激光器。

✔ 785 nm 激光能够有效分析受荧光干扰的样品。

✔ 可设定光漂白时间以降低荧光干扰。

自1875年成立以来，岛津秉承“以科学技术向社会做贡献”的理念，致力于实现“为了人类和地球的健康”的愿景。我们期待与您携手利用先进的分析技术共同守护水质安全，共创绿色未来！

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