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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