顯微紅外和顯微拉曼聯合分析塑膠微粒

Combined analysis of plastic particles by Infrared and Raman microscopy

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。

圖 1：IQ Frame

---

實驗條件及參數

測量條件

[顯微紅外系統](如圖 2)

模式：透射模式（16倍物鏡）

解析度：8 cm⁻¹

累積次數(Accumulation)：1

測量區域：400 µm x 400 µm（約12.5 μm x 12.5 µm/像素）

測量點：32 x 32 點（共 1024 點，測量時間約 10 秒）

圖 2：JASCO 顯微紅外系統(IRT-7200 + FT/IR-6700)

---

[顯微拉曼系統] (如圖 3)

物鏡倍率：20倍

曝光時間(Exposure)：0.5秒

累積次數(Accumulation)：1

測量區域：348 µm x 368 µm（4 µm x 4 µm 間隔）

測量點：88 點 x 93 點（共 8184點，測量時間約70分鐘）

圖 3：顯微拉曼系統(NRS-4500)

---

結果

[顯微紅外系統]

使用 JASCO IRT-7200 高速成像陣列式顯微紅外線分析塑膠顆粒的成分分佈，結果除了四種塑膠：聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP) 和聚苯乙烯 (PS) 之外，還發現了蛋白質(如圖 4)。

圖 4：顯微紅外測量結果，左：光學影像；中：紅外光譜化學影像；右：紅外光譜圖

---

[顯微拉曼系統]

使用配備EMCCD的NRS-4500QRI高速成像的顯微拉曼，與圖 4 的顯微紅外系統透過 IQ Frame 附件使用相同的座標系統進行測量。透過拉曼光譜重新分析塑膠顆粒的成分分佈，除了先前透過紅外光譜鑑定的 4 種塑膠：PET、PE、PP和PS外，還發現了碳 Carbon (如圖 5)。在圖 4 的紅外光譜中，除了 4 種塑膠顆粒外，額外檢測到蛋白質；而在圖 5 的拉曼光譜中，卻額外檢測到了碳，沒有檢測到蛋白質。這是因為拉曼光譜對蛋白質的檢測靈敏度較低，但對碳的靈敏度較好；而紅外光譜則反過來。

圖 5：顯微拉曼測量結果，左：光學影像；中：拉曼光譜化學影像；右：拉曼光譜圖

---

[紅外光譜和拉曼光譜分析成像結果疊加]

如圖 4 和圖 5 所示，單獨使用紅外光譜或拉曼光譜分析塑膠顆粒時，都僅能檢測到 5 種成分。然而，使用IQ Frame 進行聯合分析的結果，可以檢測並成像 6 種不同的成分。為了更直觀地展示完整的分析訊息，我們將兩組成像數據疊加在一起(如圖 6)，顯示了紅外光譜檢測到的蛋白質以及拉曼光譜檢測到的其他 5 種成分：PET、PE、PP、PS和碳。這些結果表明，結合紅外光譜和拉曼光譜分析的優勢，比單獨使用任何一種分析技術更有效。

圖 6：紅外光譜和拉曼光譜的疊加影像

---

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