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亚微米红外新技术受到BTV关注,再聚焦微塑料监测核心难题!


非接触红外 红外拉曼连用系统 亚微米红外
导读:

近日,Quantum Design中国作为先进科学仪器代表企业接受了《BTV北京科教卫视》的专访,本次专访主要以最新的非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量新技术如何解决微塑料监测难题为主题,专访节目已于近期在【BTV北京科教卫视】栏目播出。

微塑料污染日益严重 监测技术备受关注

近年来,微塑料污染问题已在全球范围内引起公众和各国政府的关注,逐渐成为影响世界经济和社会发展的重大全球性挑战。我国政府对此问题也给予了高度重视并设点开展了海洋微塑料污染的试点监测,主要采用的监测方法有目视分析法、光谱法 (如傅立叶变换红外光谱法和拉曼光谱法)、热分析法以及其他分析方法等 (如质谱法以及扫描电子显微镜-能谱仪联用法)。其中,红外光谱及拉曼光谱分析,由于具有无破坏性、低样品量测试、高通量筛选以及所获取的结构信息互补等特点,成为检测和鉴别微塑料的主要分析技术。但在实际操作中上述技术仅可对几微米颗粒物进行检测,使微塑料的监测和研究面临诸多困难。

【BTV北京科教】关注:微塑料监测前沿技术

Quantum Design公司引进的非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统新设备mIRage,因为其能够实现亚微米的分辨率、非接触、液相样品的直接观测等全方面的技术突破,获得全球科技创新R&D100大奖,并引起了国内外的广泛关注,近日【BTV北京科教卫视】对公司进行了专访,重点介绍了这种新的红外技术在微塑料监测领域的突破和应用。

非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统突破哪些技术难点?

Quantum Design中国表面光谱部门销售总监韩铁柱博士在公司应用实验室向记者详细的做了介绍:“非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统克服了传统红外光谱仪空间分辨率受限于红外光波长的问题,将分辨率从原来的10-20微米提升到了0.5微米。并且可以实现同时、同样品区域、相同分辨率的红外光谱和拉曼光谱测试,非接触测量、液相样品可以直接观测,测量过程更简单、便捷”。

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随后,韩铁柱博士补充道:“从这套设备引进以来,我们已经为国内很多高校和研究所进行测试,今天我们正在测试一个海洋微塑料样品。我们只需要将盛放样品的载玻片放置到样品台上,关上舱门即可,所有参数调节、控制以及数据分析,都可以通过软件完成。”

在测试结果中,我们可以观察到除了有几个微米的大颗粒之外,还有很多尺寸在1到2个微米或者更小的颗粒,相关颗粒的含量和成分可以通过光谱图像和谱峰获取到,如此高的分辨率是传统的红外光谱无法实现的。

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mIRage在微塑料监测中的优势及应用

正如韩铁柱博士所介绍的,非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统是一台多功能、全方位的微塑料表征“科研利器”,它可以对液体样品中微塑料的物理(微观形貌、尺寸)和化学(聚合物类型及结构)性质进行全面的直接表征。不仅如此,该系统还在各个功能方面均有全新的技术突破,可以助力科研工作者更加精准地对微塑料进行监测。

01超高空间分辨率精准成像

目前科学家所使用的传统红外成像技术通常只能用于表征10-20 μm的样品,很难表征更小尺寸的微塑料,非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统则突破了这一限制,使得成像的空间分辨率可以达到0.5 μm,从而可以轻松地对小于10 μm的微塑料进行成像表征。

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图1. 滤纸表面尺寸小于10 μm的微塑料成像结果

02红外拉曼同步测量

科学家在进行物质鉴定时通常会采用多种表征技术以更加精确的确定物质结构。然而在进行多种表征时,很难保证完全相同的监测环境,使得不同表征结果间均会存在一定的误差。非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统可以实现同步同区域的红外和拉曼表征,这两种互补的光谱表征技术可以帮助科研人员更加准确地进行物质结构分析。如图2所示,通过与标准谱图对比,研究人员可以清楚地鉴别微塑料中存在的两个主要的聚合物层,聚乙烯和聚丙烯,以及嵌入的环氧树脂。

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图2. A:图1区域的红外谱图;B:图1区域的拉曼谱图

03单波长可视化化学分布成像

除此以外,非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统还可以对特定波长进行可视化的化学分布成像分析。如图3所示,科研人员对任意区域的微塑料进行点分析即可发现微塑料不同位置处的化学结构不同,进一步,通过对特征信号的单波长峰进行成像分析(图4),可以清晰地分析出微塑料中不同聚合物的分布结构情况。

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图3. 微塑料成像结果及对应标注位置的红外和拉曼谱图

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图4. 单波长化学分布成像图(波长:1642 cm-1)

全新技术提效微塑料监测

在此次采访中,【BTV北京科教卫视】向大家展示了非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统在微塑料成像及结构分析中的出色表现和独特优势。Quantum Design中国期望这种全新的红外光谱技术可以帮助国内研究者在微塑料领域有所突破,为国家的科研进展贡工作献一份力量,目前公司的应用实验室正在和相关的科研工作者在样机上积极开展各种样品的实测合作。