利用IQ Frame進行塑膠顆粒成像測量

Imaging measurement of plastic particles using IQ Frame

---

引言

塑膠微粒(microplastics)被認為是一種環境問題，因為它們存在於各種水體中，例如海洋和淡水。任何小於5 mm的聚合物顆粒都可以被定義為塑膠微粒，最常見的材料是聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚對苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate，PET）；它們被製成於塑膠袋、食品包裝材料、寶特瓶、保麗龍、塑膠免洗餐具或容器等。

 

紅外光譜(IR)和拉曼(Raman)光譜各有其獨特的特性，紅外光譜具有豐富的光譜數據資料庫，且較適用於分析有機材料。另一方面，拉曼光譜的空間解析度高於紅外光譜，且更容易測量低波數區域，使其更適合分析顆粒較小的樣品和無機材料。因此，若能使用這兩種方法測量同一個樣品，就多方面分析樣品性質。而要在不同顯微光譜系統測量相同位置時，如在顯微紅外系統與顯微拉曼測量相同的位置座標或相同顆粒，JASCO IQ Frame 附件可以記錄顯微光譜的測量座標(如圖 1 )，方便讓不同顯微光譜系統移動到同一位置測量，其定位準確度可達微米等級。

cc

圖 1：顯微光譜系統範與 IQ Frame 附件

---

實驗條件及參數

將塑膠微粒樣品分散於有機溶劑中，然後透過抽濾法收集在聚四氟乙烯(PTFE)過濾膜上。過濾模乾燥後，使用顯微紅外和顯微拉曼顯對同一區域進行高速成像測量。測量區域約為 530 x 300 μm，並使用 IQ Frame 對兩台顯微光譜系統的測量區域進行對準。

*在抽濾之前，根據需要對從環境中收集的塑膠微粒樣品進行預處理，例如化學處理（例如用 H₂O₂ 分解小分子有機物）或比重分離（例如使用碘化納水溶液分離密度不同的顆粒）等。

 

測量條件

[顯微紅外系統]

測量方法：透射法

檢測器：陣列式 MCT 檢知器(16通道)

解析度：8 cm⁻¹

累積次數(Accumulation)：100

[顯微拉曼系統]

激發波長：532 nm

物鏡：20x

曝光時間(Exposure)：0.1 秒

累積次數(Accumulation)：1

結果

[顯微紅外和顯微拉曼對同一區域的成像測量結果]

圖2展示了使用顯微紅外和顯微拉曼獲得的典型光學及化學影像。光學影像證實，透過 IQ Frame ，顯微紅外和顯微拉曼可測量相同區域。光譜資料庫檢索顯示，顯微紅外能夠檢測到聚乙烯(PE)顆粒；而顯微拉曼則能夠檢測到聚乙烯顆粒中顏料的黃色和藍色成分。化學影像則是根據光譜數據中，箭頭指示的波峰高度產生的。化學影像證實，顯微紅外難以檢測到的微米級小顆粒，可以被顯微拉曼檢測到。因此，兩者的組合分析使我們能夠獲得比單獨使用任何一種顯微光譜都無法獲得的大量資訊。

圖 2：樣品測量結果。上：光學影像；中：化學影像；下：光譜圖數據，黑色箭頭指示的波峰高度，係用來產生中間的化學影像。

[顆粒分析結果]

圖3展示了顯微拉曼化學影像所得的粒徑測量結果，以及各組分比例的粒徑分佈直方圖。堆疊的粒徑直方圖證實，藍色聚乙烯的粒徑分佈比黃色聚乙烯更均勻。顆粒分析軟體 JASCO Particle Analysis (JPA) 可用於測量顆粒尺寸，並產生包含各組分比例的直方圖；不僅可以對光學影像進行顆粒分析，還可以對化學影像進行分析。能夠獲取每種組分的顆粒信息，從而便於生成堆疊直方圖和計算各組分比例。

---

圖 3：顆粒分析結果

結論

我們利用過濾模收集液體中的塑膠微粒，並使用顯微紅外和顯微拉曼進行測量。 IQ Frame 可輕鬆讓不同的顯微光譜系統快速地測量同一區域。JASCO Particle Analysis (JPA) 則適用於後續的粒徑分析。

---

如果您有其他問題，歡迎洽詢尚偉股份有限公司。

公司網址 : https://www.sun-way.com.tw/

公司電話 : 02-27718337

公司傳真 : 02-27414646

公司信箱 : mrkt@sun-way.com.tw