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安捷伦 8700 LDIR 激光红外成像 | “答疑解惑”如何快速准确对环境样品中微塑料颗粒进行定性及定量测试？
为了提高微塑料样品检测效率，应对海量样品的测试需求，安捷伦公司在 8700 LDIR 激光红外成像标配的 Clarity 软件上开发了微塑料全自动测试流程方法包，用户将样品置入样品仓后，点击鼠标即可自动完成微塑料样品的测试。即使没有任何化学和仪器操作经验的工作人员，也可以在短时间内熟练掌握。
8700 LDIR 激光红外成像微塑料样品测试解决方案自 2019 年推出后，受到了广大用户的深度认可。我们结合近年来的工作经验及用户的测试需求，对软件进行了多次功能升级。目前测试流程已被友商们纷纷效仿，也进一步证明了方法的优势性。安捷伦*创新的技术虽一直被模仿，却很难被超越。本文将针对安捷伦测试方案的*性，详细为大家解惑。
Q1 8700 LDIR 激光红外成像测试微塑料样品的工作流程？
Clarity 软件中内置了微塑料方法包，用户直接调用后即可自动激活默认参数，圈定目标测试区域即可开始测试。具体流程如下：
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将制备好的标准反射窗片放入样品仓内；
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软件利用 1800 cm-1 对选中区域进行整体快速扫描成像，可将区域内设置尺寸以上的所有颗粒自动定位识别出来；
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按照识别出的颗粒 ID 编号，利用透反模式依次采集每个颗粒的红外全谱，并与标准谱库自动进行比对，按匹配度高显示定性结果；
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在测试过程中，软件自动实时更新显示测试颗粒的统计结果，其中包含了每个颗粒的具体信息、定性结果颗粒数和占比统计以及粒径信息统计等。
Q2 为何不直接测试滤膜而是将样品转移至标准反射窗片上？
选择转移至标准反射窗片上进行测试的原因主要有两个：
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滤膜经过抽滤后，表面因存在褶皱而变成一个非*平整的面，直接测试会因一些颗粒的聚焦较差而导致颗粒不识别，或因谱图质量较差使得定性结果产生误差；
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如果样品中微塑料丰度较高，在抽滤的过程中很难避免颗粒在膜表面发生堆叠。那么这将大大增加后期数据分析的难度，并会对测试结果准确度造成影响；
安捷伦建议用户在样品前处理完毕后，使用无水乙醇溶液对滤膜进行超声处理，把所有颗粒从滤膜上脱附下来。然后将乙醇溶液滴至面积为 2.5 cm × 7.5 cm 的标准反射窗片上，颗粒随着乙醇溶液的延展挥发均匀地分散开。这种方法能够大大降低因为颗粒堆叠及聚焦不好造成的误差，大程度地提高了测试结果的准确度。
Q3 8700 LDIR 激光红外成像是如何对反射窗片上的颗粒进行准确定位识别的？
8700 LDIR 激光红外成像在 1800 cm-1 处具有佳的空间分辨率，此时能够识别的小颗粒下限是 6 μm 。与此同时，几乎所有聚合物在这个波长上的吸收强度小，所以它很大程度上对任何特定的吸收差异都是盲目的，仅依赖于光的散射来检测颗粒。在软件设置中，用户可设置采集颗粒尺寸的下限，软件按照设置参数将所有满足条件的颗粒自动识别出来。而传统显微红外/成像也推出了类似的工作流程，但它却是通过可见光的方式对颗粒进行识别的，即看到的颗粒才能被识别。 对于滤膜或窗片上的微塑料颗粒，很多都是透明无色的，所以可见光识别的方式会存在巨大误差。如下图所示：左图为可视化图像，窗片上几乎识别不出任何颗粒；而右图是 8700 LDIR 激光红外成像使用 1800 cm-1 扫描识别出的颗粒图像，与前者存在数量级的差异。因此，与传统红外显微/成像技术相比， 8700 LDIR 激光红外成像在颗粒识别的准确度上具有明显的优势。
图 1 . 左：可见光下颗粒分布情况；右：8700 LDIR 激光红外成像识别颗粒分布情况
Q4 为保证测试效率，如何平衡测试速度与谱图质量的关系？
传统红外显微/成像光谱仪为了获得信噪比好的谱图，需要通过增加扫描次数的方式来实现。但增加扫描次数会使测试时间延长，所以用户需要在测试时间和谱图信噪比之间进行平衡。传统红外显微/成像采用的固体陶瓷光源能量较弱，如果为了提高测试效率而降低扫描次数，会因获得的谱图信噪比较差对测试结果准确度造成明显影响。而 8700 LDIR 激光红外成像采用了量子级联激光器作为光源，能量强且无需傅里叶变换，样品信号可直接回到检测器，与此同时，仪器没有扫描次数的概念，平均测试一个颗粒的时间仅为 8s，低至几微米的样品依然能够获得信噪比好的红外谱图。所以样品测试时间取决于测试微塑料颗粒的数量，而无需去人为平衡测试速度与谱图质量的关系。用户可以将所有工作交给软件自动完成，在保证测试结果准确度的基础上将测试效率大化。
Q5 能否对软件中配置的谱库进行详细说明？
在 Clarity 软件中，安捷伦配置了一个标准的聚合物谱库以方便用户进行测试。该谱库是在 Primpke 等人发表的共享署名文章的基础上建立起来的。安捷伦研发团队在此文章的基础上进行了一些修改，使其能够更好的满足 8700 LDIR 的测试需求。目前使用的谱库版本涵盖了常见的聚合物，且谱库一直在不断地更新优化。谱库权限对用户开放，可通过采集标准品的谱图不断更新。目前，安捷伦发起了用户谱库共享计划，意在鼓励用户资源共享。
Q6 怎样理解识别颗粒的匹配度数值？用户对自动识别结果是否能进行二次处理？
匹配度是指获得的谱图与谱库中标准谱图的匹配程度。它可以让分析人员了解测试过程中颗粒识别的真实结果。在 Clarity 软件的自动微塑料测试工作流程中，会对获得谱图进行积分处理后与谱库中标准谱图进行比对，并显示匹配度高的结果，同时可查看匹配度排名前 5 的结果。软件按照匹配度数值范围分成了几个不同的组别。如使用默认设置，则匹配度数值 >85% 时标记为高匹配度，75 - 85% 时标记为中匹配度，65 - 75% 时标记为低匹配度，<65% 时标记为未识别。用户也可以根据经验及行业标准调整匹配度组别划分范围。测试结果将按照软件设置的匹配度数值进行分组，用户在软件中可查看每组的颗粒数及每个颗粒的具体信息。
为满足用户进一步分析的需求，新版的 Clarity 软件增加了重新计算及测试结果手动匹配的功能。如果用户对测试结果存疑，无需进行重新测试，仅更换其他谱库进行重新分析即可实现所有数据的重新计算。用户也可选择手动重新匹配测试结果的方式对数据进行验证，测试结果将自动标记为手动匹配结果，一般低匹配度样品结果可通过这种方式进行处理。
Q7 原始数据是否支持用户导出并进行其他计算？
在颗粒测试过程中，仪器会自动将颗粒圈出一个轮廓，其中包含了宽度和高度指标，如图 2 所示：
图 2 . 窗片上颗粒识别示意图
原始数据可以 .csv 文件形式导出，里面包含了所有颗粒的完整测试信息。具体如下表所示：
表格中不仅包含了每个颗粒的定性结果及粒径信息，还有可供用户进行二次分析的颗粒形状信息。其中，宽长比、偏心度、与圆形的相似度以及固体度等参数都可用于表征形状。用户通过算法可对微塑料颗粒的形状进行归类，获得更加丰富的颗粒表征信息。
Q8 如何确认方法的准确性？是否做过方法准确度验证？
为验证测试方法的准确性，安捷伦技术团队测试了大量标准品。我们在此跟大家分享两个案例。1）为确认粒径信息及定性结果的准确度，测试了 100-200 μm 粒径尺寸的 PE 标准品。从测试结果可以看出，所有颗粒均识别为 PE ，且粒径尺寸均分布在标注范围内，如图 3 所示。
图 3 . 市售 PE 标准品微球测试结果
2）测试在室内环境下通过手动研磨制备的 PVC 标准品。在窗片上共识别出 129 个颗粒，其中 126 个颗粒为 PVC ，另外 3 个颗粒为纤维，纤维可能来自于制备过程中的污染，如图 4 所示。
图 4 . 手动研磨 PVC 微塑料颗粒测试结果
从以上两个案例可以看出，安捷伦 8700 LDIR 激光红外成像在微塑料测试方法中关于定性及定量中的准确度是*可以保证的。同时，我们也欢迎更多的用户参与到方法的验证工作中。
结语
以上答疑都是近几年用户非常关注的技术焦点，我们希望通过此次技术贴让更多的用户了解到安捷伦 8700 LDIR 激光红外成像技术在微塑料测试领域中的*优势，也期待在未来用户的微塑料研究中发挥更加重要的作用。
安捷伦致力于为用户提供全面的解决方案，除光谱技术，安捷伦的质谱方法也在不断更新中。感兴趣的用户可以通过扫描二维码，下载完整的解决方案。
1）Agilent 8700 LDIR 激光红外成像系统微塑料定性/定量分析解决方案
2）微塑料检测全线产品解决方案
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