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安捷倫 8700 LDIR 激光紅外成像 | “答疑解惑”如何快速準確對環(huán)境樣品中微塑料顆粒進行定性及定量測試？
為了提高微塑料樣品檢測效率,，應(yīng)對海量樣品的測試需求,，安捷倫公司在 8700 LDIR 激光紅外成像標配的 Clarity 軟件上開發(fā)了微塑料全自動測試流程方法包，用戶將樣品置入樣品倉后,，點擊鼠標即可自動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)驗的工作人員，也可以在短時間內(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可。我們結(jié)合近年來的工作經(jīng)驗及用戶的測試需求,，對軟件進行了多次功能升級,。目前測試流程已被友商們紛紛效仿，也進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。本文將針對安捷倫測試方案的*性,，詳細為大家解惑,。
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)用后即可自動激活默認參數(shù),，圈定目標測試區(qū)域即可開始測試。具體流程如下：
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將制備好的標準反射窗片放入樣品倉內(nèi),；
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軟件利用 1800 cm-1 對選中區(qū)域進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定位識別出來,；
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按照識別出的顆粒 ID 編號，利用透反模式依次采集每個顆粒的紅外全譜,，并與標準譜庫自動進行比對,，按匹配度高顯示定性結(jié)果；
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在測試過程中,，軟件自動實時更新顯示測試顆粒的統(tǒng)計結(jié)果,，其中包含了每個顆粒的具體信息、定性結(jié)果顆粒數(shù)和占比統(tǒng)計以及粒徑信息統(tǒng)計等,。
Q2 為何不直接測試濾膜而是將樣品轉(zhuǎn)移至標準反射窗片上,？
選擇轉(zhuǎn)移至標準反射窗片上進行測試的原因主要有兩個：
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濾膜經(jīng)過抽濾后，表面因存在褶皺而變成一個非*平整的面,，直接測試會因一些顆粒的聚焦較差而導(dǎo)致顆粒不識別,，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，并會對測試結(jié)果準確度造成影響,；
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濾膜進行超聲處理，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 的標準反射窗片上,，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為顆粒堆疊及聚焦不好造成的誤差,，大程度地提高了測試結(jié)果的準確度,。
Q3 8700 LDIR 激光紅外成像是如何對反射窗片上的顆粒進行準確定位識別的？
8700 LDIR 激光紅外成像在 1800 cm-1 處具有佳的空間分辨率,，此時能夠識別的小顆粒下限是 6 μm ,。與此同時，幾乎所有聚合物在這個波長上的吸收強度小,，所以它很大程度上對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識別出來。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顆粒進行識別的,，即看到的顆粒才能被識別。 對于濾膜或窗片上的微塑料顆粒,，很多都是透明無色的,，所以可見光識別的方式會存在巨大誤差。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 掃描識別出的顆粒圖像，與前者存在數(shù)量級的差異,。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別的準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)的方式來實現(xiàn)。但增加掃描次數(shù)會使測試時間延長,，所以用戶需要在測試時間和譜圖信噪比之間進行平衡,。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),，會因獲得的譜圖信噪比較差對測試結(jié)果準確度造成明顯影響,。而 8700 LDIR 激光紅外成像采用了量子級聯(lián)激光器作為光源，能量強且無需傅里葉變換,，樣品信號可直接回到檢測器,，與此同時，儀器沒有掃描次數(shù)的概念,，平均測試一個顆粒的時間僅為 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完成，在保證測試結(jié)果準確度的基礎(chǔ)上將測試效率大化,。
Q5 能否對軟件中配置的譜庫進行詳細說明,？
在 Clarity 軟件中，安捷倫配置了一個標準的聚合物譜庫以方便用戶進行測試,。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)團隊在此文章的基礎(chǔ)上進行了一些修改，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)限對用戶開放,，可通過采集標準品的譜圖不斷更新,。目前,，安捷倫發(fā)起了用戶譜庫共享計劃，意在鼓勵用戶資源共享,。
Q6 怎樣理解識別顆粒的匹配度數(shù)值,？用戶對自動識別結(jié)果是否能進行二次處理？
匹配度是指獲得的譜圖與譜庫中標準譜圖的匹配程度,。它可以讓分析人員了解測試過程中顆粒識別的真實結(jié)果,。在 Clarity 軟件的自動微塑料測試工作流程中，會對獲得譜圖進行積分處理后與譜庫中標準譜圖進行比對,，并顯示匹配度高的結(jié)果,，同時可查看匹配度排名前 5 的結(jié)果。軟件按照匹配度數(shù)值范圍分成了幾個不同的組別,。如使用默認設(shè)置,，則匹配度數(shù)值 >85% 時標記為高匹配度，75 - 85% 時標記為中匹配度,，65 - 75% 時標記為低匹配度,，<65% 時標記為未識別。用戶也可以根據(jù)經(jīng)驗及行業(yè)標準調(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)值進行分組,，用戶在軟件中可查看每組的顆粒數(shù)及每個顆粒的具體信息。
為滿足用戶進一步分析的需求,，新版的 Clarity 軟件增加了重新計算及測試結(jié)果手動匹配的功能,。如果用戶對測試結(jié)果存疑，無需進行重新測試,，僅更換其他譜庫進行重新分析即可實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的重新計算,。用戶也可選擇手動重新匹配測試結(jié)果的方式對數(shù)據(jù)進行驗證，測試結(jié)果將自動標記為手動匹配結(jié)果,，一般低匹配度樣品結(jié)果可通過這種方式進行處理,。
Q7 原始數(shù)據(jù)是否支持用戶導(dǎo)出并進行其他計算？
在顆粒測試過程中,，儀器會自動將顆粒圈出一個輪廓,，其中包含了寬度和高度指標，如圖 2 所示：
圖 2 . 窗片上顆粒識別示意圖
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顆粒的定性結(jié)果及粒徑信息，還有可供用戶進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,。用戶通過算法可對微塑料顆粒的形狀進行歸類,，獲得更加豐富的顆粒表征信息。
Q8 如何確認方法的準確性,？是否做過方法準確度驗證,？
為驗證測試方法的準確性，安捷倫技術(shù)團隊測試了大量標準品,。我們在此跟大家分享兩個案例。1）為確認粒徑信息及定性結(jié)果的準確度,，測試了 100-200 μm 粒徑尺寸的 PE 標準品,。從測試結(jié)果可以看出，所有顆粒均識別為 PE ,，且粒徑尺寸均分布在標注范圍內(nèi),，如圖 3 所示。
圖 3 . 市售 PE 標準品微球測試結(jié)果
2）測試在室內(nèi)環(huán)境下通過手動研磨制備的 PVC 標準品,。在窗片上共識別出 129 個顆粒,，其中 126 個顆粒為 PVC ，另外 3 個顆粒為纖維,，纖維可能來自于制備過程中的污染,，如圖 4 所示。
圖 4 . 手動研磨 PVC 微塑料顆粒測試結(jié)果
從以上兩個案例可以看出,，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確度是*可以保證的,。同時，我們也歡迎更多的用戶參與到方法的驗證工作中,。
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,，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