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安捷倫 8700 LDIR 激光紅外成像 | “答疑解惑”如何快速準(zhǔn)確對(duì)環(huán)境樣品中微塑料顆粒進(jìn)行定性及定量測試,？
為了提高微塑料樣品檢測效率,，應(yīng)對(duì)海量樣品的測試需求,，安捷倫公司在 8700 LDIR 激光紅外成像標(biāo)配的 Clarity 軟件上開發(fā)了微塑料全自動(dòng)測試流程方法包，用戶將樣品置入樣品倉后,，點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可自動(dòng)完成微塑料樣品的測試,。即使沒有任何化學(xué)和儀器操作經(jīng)驗(yàn)的工作人員，也可以在短時(shí)間內(nèi)熟練掌握,。
8700 LDIR 激光紅外成像微塑料樣品測試解決方案自 2019 年推出后,，受到了廣大用戶的深度認(rèn)可。我們結(jié)合近年來的工作經(jīng)驗(yàn)及用戶的測試需求,，對(duì)軟件進(jìn)行了多次功能升級(jí),。目前測試流程已被友商們紛紛效仿，也進(jìn)一步證明了方法的優(yōu)勢性,。安捷倫*創(chuàng)新的技術(shù)雖一直被模仿,，卻很難被超越。本文將針對(duì)安捷倫測試方案的*性,，詳細(xì)為大家解惑,。
Q1 8700 LDIR 激光紅外成像測試微塑料樣品的工作流程？
Clarity 軟件中內(nèi)置了微塑料方法包,，用戶直接調(diào)用后即可自動(dòng)激活默認(rèn)參數(shù),，圈定目標(biāo)測試區(qū)域即可開始測試。具體流程如下：
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將制備好的標(biāo)準(zhǔn)反射窗片放入樣品倉內(nèi),；
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軟件利用 1800 cm-1 對(duì)選中區(qū)域進(jìn)行整體快速掃描成像,，可將區(qū)域內(nèi)設(shè)置尺寸以上的所有顆粒自動(dòng)定位識(shí)別出來；
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按照識(shí)別出的顆粒 ID 編號(hào),，利用透反模式依次采集每個(gè)顆粒的紅外全譜,，并與標(biāo)準(zhǔn)譜庫自動(dòng)進(jìn)行比對(duì)，按匹配度高顯示定性結(jié)果,；
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在測試過程中,，軟件自動(dòng)實(shí)時(shí)更新顯示測試顆粒的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,，其中包含了每個(gè)顆粒的具體信息、定性結(jié)果顆粒數(shù)和占比統(tǒng)計(jì)以及粒徑信息統(tǒng)計(jì)等,。
Q2 為何不直接測試濾膜而是將樣品轉(zhuǎn)移至標(biāo)準(zhǔn)反射窗片上,？
選擇轉(zhuǎn)移至標(biāo)準(zhǔn)反射窗片上進(jìn)行測試的原因主要有兩個(gè)：
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濾膜經(jīng)過抽濾后，表面因存在褶皺而變成一個(gè)非*平整的面,，直接測試會(huì)因一些顆粒的聚焦較差而導(dǎo)致顆粒不識(shí)別,，或因譜圖質(zhì)量較差使得定性結(jié)果產(chǎn)生誤差；
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如果樣品中微塑料豐度較高,，在抽濾的過程中很難避免顆粒在膜表面發(fā)生堆疊,。那么這將大大增加后期數(shù)據(jù)分析的難度，并會(huì)對(duì)測試結(jié)果準(zhǔn)確度造成影響,；
安捷倫建議用戶在樣品前處理完畢后,，使用無水乙醇溶液對(duì)濾膜進(jìn)行超聲處理，把所有顆粒從濾膜上脫附下來,。然后將乙醇溶液滴至面積為 2.5 cm × 7.5 cm 的標(biāo)準(zhǔn)反射窗片上,，顆粒隨著乙醇溶液的延展揮發(fā)均勻地分散開。這種方法能夠大大降低因?yàn)轭w粒堆疊及聚焦不好造成的誤差,，大程度地提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確度,。
Q3 8700 LDIR 激光紅外成像是如何對(duì)反射窗片上的顆粒進(jìn)行準(zhǔn)確定位識(shí)別的？
8700 LDIR 激光紅外成像在 1800 cm-1 處具有佳的空間分辨率,，此時(shí)能夠識(shí)別的小顆粒下限是 6 μm ,。與此同時(shí)，幾乎所有聚合物在這個(gè)波長上的吸收強(qiáng)度小,，所以它很大程度上對(duì)任何特定的吸收差異都是盲目的,，僅依賴于光的散射來檢測顆粒。在軟件設(shè)置中,，用戶可設(shè)置采集顆粒尺寸的下限,，軟件按照設(shè)置參數(shù)將所有滿足條件的顆粒自動(dòng)識(shí)別出來。而傳統(tǒng)顯微紅外/成像也推出了類似的工作流程,，但它卻是通過可見光的方式對(duì)顆粒進(jìn)行識(shí)別的,，即看到的顆粒才能被識(shí)別。 對(duì)于濾膜或窗片上的微塑料顆粒,，很多都是透明無色的,，所以可見光識(shí)別的方式會(huì)存在巨大誤差。如下圖所示：左圖為可視化圖像,，窗片上幾乎識(shí)別不出任何顆粒,；而右圖是 8700 LDIR 激光紅外成像使用 1800 cm-1 掃描識(shí)別出的顆粒圖像，與前者存在數(shù)量級(jí)的差異,。因此,，與傳統(tǒng)紅外顯微/成像技術(shù)相比,， 8700 LDIR 激光紅外成像在顆粒識(shí)別的準(zhǔn)確度上具有明顯的優(yōu)勢。
圖 1 . 左：可見光下顆粒分布情況,；右：8700 LDIR 激光紅外成像識(shí)別顆粒分布情況
Q4 為保證測試效率,，如何平衡測試速度與譜圖質(zhì)量的關(guān)系？
傳統(tǒng)紅外顯微/成像光譜儀為了獲得信噪比好的譜圖,，需要通過增加掃描次數(shù)的方式來實(shí)現(xiàn),。但增加掃描次數(shù)會(huì)使測試時(shí)間延長，所以用戶需要在測試時(shí)間和譜圖信噪比之間進(jìn)行平衡,。傳統(tǒng)紅外顯微/成像采用的固體陶瓷光源能量較弱,，如果為了提高測試效率而降低掃描次數(shù)，會(huì)因獲得的譜圖信噪比較差對(duì)測試結(jié)果準(zhǔn)確度造成明顯影響,。而 8700 LDIR 激光紅外成像采用了量子級(jí)聯(lián)激光器作為光源,，能量強(qiáng)且無需傅里葉變換，樣品信號(hào)可直接回到檢測器,，與此同時(shí)，儀器沒有掃描次數(shù)的概念,，平均測試一個(gè)顆粒的時(shí)間僅為 8s,，低至幾微米的樣品依然能夠獲得信噪比好的紅外譜圖。所以樣品測試時(shí)間取決于測試微塑料顆粒的數(shù)量,，而無需去人為平衡測試速度與譜圖質(zhì)量的關(guān)系,。用戶可以將所有工作交給軟件自動(dòng)完成，在保證測試結(jié)果準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)上將測試效率大化,。
Q5 能否對(duì)軟件中配置的譜庫進(jìn)行詳細(xì)說明,？
在 Clarity 軟件中，安捷倫配置了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的聚合物譜庫以方便用戶進(jìn)行測試,。該譜庫是在 Primpke 等人發(fā)表的共享署名文章的基礎(chǔ)上建立起來的,。安捷倫研發(fā)團(tuán)隊(duì)在此文章的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些修改，使其能夠更好的滿足 8700 LDIR 的測試需求,。目前使用的譜庫版本涵蓋了常見的聚合物,，且譜庫一直在不斷地更新優(yōu)化。譜庫權(quán)限對(duì)用戶開放,，可通過采集標(biāo)準(zhǔn)品的譜圖不斷更新,。目前，安捷倫發(fā)起了用戶譜庫共享計(jì)劃,，意在鼓勵(lì)用戶資源共享,。
Q6 怎樣理解識(shí)別顆粒的匹配度數(shù)值？用戶對(duì)自動(dòng)識(shí)別結(jié)果是否能進(jìn)行二次處理,？
匹配度是指獲得的譜圖與譜庫中標(biāo)準(zhǔn)譜圖的匹配程度,。它可以讓分析人員了解測試過程中顆粒識(shí)別的真實(shí)結(jié)果,。在 Clarity 軟件的自動(dòng)微塑料測試工作流程中，會(huì)對(duì)獲得譜圖進(jìn)行積分處理后與譜庫中標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行比對(duì),，并顯示匹配度高的結(jié)果,，同時(shí)可查看匹配度排名前 5 的結(jié)果。軟件按照匹配度數(shù)值范圍分成了幾個(gè)不同的組別,。如使用默認(rèn)設(shè)置,，則匹配度數(shù)值 >85% 時(shí)標(biāo)記為高匹配度，75 - 85% 時(shí)標(biāo)記為中匹配度,，65 - 75% 時(shí)標(biāo)記為低匹配度,，<65% 時(shí)標(biāo)記為未識(shí)別。用戶也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整匹配度組別劃分范圍,。測試結(jié)果將按照軟件設(shè)置的匹配度數(shù)值進(jìn)行分組，用戶在軟件中可查看每組的顆粒數(shù)及每個(gè)顆粒的具體信息,。
為滿足用戶進(jìn)一步分析的需求，新版的 Clarity 軟件增加了重新計(jì)算及測試結(jié)果手動(dòng)匹配的功能,。如果用戶對(duì)測試結(jié)果存疑,，無需進(jìn)行重新測試，僅更換其他譜庫進(jìn)行重新分析即可實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的重新計(jì)算,。用戶也可選擇手動(dòng)重新匹配測試結(jié)果的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,，測試結(jié)果將自動(dòng)標(biāo)記為手動(dòng)匹配結(jié)果,，一般低匹配度樣品結(jié)果可通過這種方式進(jìn)行處理,。
Q7 原始數(shù)據(jù)是否支持用戶導(dǎo)出并進(jìn)行其他計(jì)算,？
在顆粒測試過程中，儀器會(huì)自動(dòng)將顆粒圈出一個(gè)輪廓,，其中包含了寬度和高度指標(biāo),，如圖 2 所示：
圖 2 . 窗片上顆粒識(shí)別示意圖
原始數(shù)據(jù)可以 .csv 文件形式導(dǎo)出,，里面包含了所有顆粒的完整測試信息。具體如下表所示：
表格中不僅包含了每個(gè)顆粒的定性結(jié)果及粒徑信息,，還有可供用戶進(jìn)行二次分析的顆粒形狀信息,。其中,，寬長比、偏心度,、與圓形的相似度以及固體度等參數(shù)都可用于表征形狀,。用戶通過算法可對(duì)微塑料顆粒的形狀進(jìn)行歸類,，獲得更加豐富的顆粒表征信息。
Q8 如何確認(rèn)方法的準(zhǔn)確性,？是否做過方法準(zhǔn)確度驗(yàn)證,？
為驗(yàn)證測試方法的準(zhǔn)確性，安捷倫技術(shù)團(tuán)隊(duì)測試了大量標(biāo)準(zhǔn)品,。我們在此跟大家分享兩個(gè)案例,。1）為確認(rèn)粒徑信息及定性結(jié)果的準(zhǔn)確度，測試了 100-200 μm 粒徑尺寸的 PE 標(biāo)準(zhǔn)品,。從測試結(jié)果可以看出,，所有顆粒均識(shí)別為 PE ，且粒徑尺寸均分布在標(biāo)注范圍內(nèi),，如圖 3 所示,。
圖 3 . 市售 PE 標(biāo)準(zhǔn)品微球測試結(jié)果
2）測試在室內(nèi)環(huán)境下通過手動(dòng)研磨制備的 PVC 標(biāo)準(zhǔn)品。在窗片上共識(shí)別出 129 個(gè)顆粒,，其中 126 個(gè)顆粒為 PVC ,，另外 3 個(gè)顆粒為纖維，纖維可能來自于制備過程中的污染,，如圖 4 所示,。
圖 4 . 手動(dòng)研磨 PVC 微塑料顆粒測試結(jié)果
從以上兩個(gè)案例可以看出，安捷倫 8700 LDIR 激光紅外成像在微塑料測試方法中關(guān)于定性及定量中的準(zhǔn)確度是*可以保證的,。同時(shí),，我們也歡迎更多的用戶參與到方法的驗(yàn)證工作中,。
結(jié)語
以上答疑都是近幾年用戶非常關(guān)注的技術(shù)焦點(diǎn)，我們希望通過此次技術(shù)貼讓更多的用戶了解到安捷倫 8700 LDIR 激光紅外成像技術(shù)在微塑料測試領(lǐng)域中的*優(yōu)勢,，也期待在未來用戶的微塑料研究中發(fā)揮更加重要的作用,。
安捷倫致力于為用戶提供全面的解決方案，除光譜技術(shù),，安捷倫的質(zhì)譜方法也在不斷更新中,。感興趣的用戶可以通過掃描二維碼，下載完整的解決方案,。
1）Agilent 8700 LDIR 激光紅外成像系統(tǒng)微塑料定性/定量分析解決方案
2）微塑料檢測全線產(chǎn)品解決方案