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智馭微界 | 8700 LDIR紅外成像利用智能化譜庫精準區分微塑料樣品中的相似物
隨著科研人員對微塑料研究的深入，如何準確快速地實現微塑料樣品的全自動定性定量分析引起了更多的關注。鑒于微塑料聚合物顆粒間的化學結構高度相似，導致紅外譜圖極易混淆，利用譜庫的自動算法將彼此準確的區分是一個非常大的挑戰。安捷倫 8700 LDIR 紅外成像系統利用 Clarity 軟件搭配的智能化譜庫，可實現環境樣品中相似結構化合物的準確區分。
如環境樣品中的聚酰胺（PA）與天然蛋白的紅外譜圖非常相似，軟件自動區分難度很大。對于環境樣品而言，蛋白又是非常難被處理掉的雜質，因此能夠準確區分 PA 與蛋白則可以成為評價一個微塑料自動化測試方法是否準確的重要因素之一。
我們利用市售的可溯源 PA 及蛋白標準品進行顆粒定性準確度驗證，由于這兩種顆粒在高倍顯微鏡下外觀上存在明顯差別，因此可通過 8700 LDIR 高倍攝像頭的自動拍照功能對顆粒圖像進行二次校對，以確定軟件自動定性結果是否準確。兩種標準品的具體測試信息如圖 1 所示：
圖 1. 使用 8700 LDIR Clarity 軟件測試的可溯源 PA 及蛋白標準品具體信息，其中蛋白在譜庫中標注為 Natural Polyamide; 聚酰胺在譜庫中標準為 Polyamide (PA)
為優化譜庫自動區分 PA 及蛋白的能力，首先利用初始譜庫測試了純品蛋白 PA 及純品 PA 的樣品。由于實驗室環境為非潔凈空間，可能存在污染情況。定性列表如圖 2 左圖所示，在純品蛋白樣品中共檢出 106 個顆粒，其中 65 個顆粒為蛋白，占比約為 60%。樣品中未檢出 PA 顆粒。通過顯微鏡確認均與蛋白顆粒的外觀狀態不同，如圖 2 右圖所示。
圖 2. （左）純品蛋白樣品測試定性列表；（右）檢出其他定性結果高清照片
然后按照同樣的方法測試了 PA 標準品。如圖 3 所示，結果中共檢出 2482 種顆粒，其中 1157 顆被鑒定為 PA，而有 729 個顆粒被定性為蛋白，約占總顆粒數的 29.1 %。但我們通過高清圖像二次確認，被誤識別蛋白的定性結果匹配度都較低，均低于 0.7。
圖 3. 純 PA 樣品測試定性結果列表
為了提高定性結果準確度，將 30 個被誤判為蛋白的譜圖添加入譜庫中并命名為 PA。利用新建立的譜庫重新選擇一個小區域進行測試，在測試的 102 個顆粒中，87 個顆粒被定性為 PA，并未發現蛋白顆粒檢出，如圖 4 所示。
圖 4. 利用優化完的譜庫重新測試的 PA 純品定性結果列表
在優化譜庫的基礎上，測試了 PA 與蛋白的混標。測試過程中自動采集了每個顆粒的高清圖像，以便于后續進行準確度交叉驗證。在小區域測試結果中共檢出 60 個顆粒，其中有 28 顆定性為 PA，23 顆定性為蛋白。經過高清圖像確認，所有 PA 和蛋白均被正確歸類，沒有出現假陽性結果，如圖 5 所示。
圖 5. PA 與蛋白混標測試定性結果列表
結語
我們利用該方法對譜庫中包含的所有聚合物定性結果進行了優化，此方法不僅可提高定性結果的準確度，也能進一步提升定性結果的匹配度值，并大大降低假陽性結果的出現。
安捷倫 8700 LDIR 紅外成像系統在微塑料自動分析測試的流程中，利用了波數成像和全譜掃描兩種模式來進行數據采集。首先，軟件使用 1442cm-1 對目標區域進行快速成像，通過光的散射原理將大于 6um 以上尺寸的顆粒自動識別出來，依次采集每個顆粒的圖像并生成尺寸信息后進行 ID 編碼標記；然后，物鏡分別采集每個顆粒的紅外譜圖，并與標準譜庫進行自動比對后確定定性結果。譜庫根據微塑料測試要求及測量模式專業設計，里面涵蓋了不同種類的聚合物以及環境基質中較難處理掉的常見化合物，如纖維素、蛋白等。
對于無法通過前處理達到雜質完全去除的環境樣品來說，8700 LDIR 紅外成像搭配智能化譜庫并通過在軟件中加入自動化算法，不僅可以提升用戶的工作效率，同時也能夠極大地保證測試結果的準確度。