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智馭微界 | 8700 LDIR紅外成像利用智能化譜庫精準(zhǔn)區(qū)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(zhǔn)確快速地實現(xiàn)微塑料樣品的全自動定性定量分析引起了更多的關(guān)注。鑒于微塑料聚合物顆粒間的化學(xué)結(jié)構(gòu)高度相似,導(dǎo)致紅外譜圖極易混淆,利用譜庫的自動算法將彼此準(zhǔn)確的區(qū)分是一個非常大的挑戰(zhàn)。安捷倫 8700 LDIR 紅外成像系統(tǒng)利用 Clarity 軟件搭配的智能化譜庫,可實現(xiàn)環(huán)境樣品中相似結(jié)構(gòu)化合物的準(zhǔn)確區(qū)分。
如環(huán)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(qū)分難度很大。對于環(huán)境樣品而言,蛋白又是非常難被處理掉的雜質(zhì),因此能夠準(zhǔn)確區(qū)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(zhǔn)確的重要因素之一。
我們利用市售的可溯源 PA 及蛋白標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行顆粒定性準(zhǔn)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(jìn)行二次校對,以確定軟件自動定性結(jié)果是否準(zhǔn)確。兩種標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)品具體信息,其中蛋白在譜庫中標(biāo)注為 Natural Polyamide; 聚酰胺在譜庫中標(biāo)準(zhǔn)為 Polyamide (PA)
為優(yōu)化譜庫自動區(qū)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(huán)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(rèn)均與蛋白顆粒的外觀狀態(tài)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(jié)果高清照片
然后按照同樣的方法測試了 PA 標(biāo)準(zhǔn)品。如圖 3 所示,結(jié)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(shù)的 29.1 %。但我們通過高清圖像二次確認(rèn),被誤識別蛋白的定性結(jié)果匹配度都較低,均低于 0.7。
圖 3. 純 PA 樣品測試定性結(jié)果列表
為了提高定性結(jié)果準(zhǔn)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(qū)域進(jìn)行測試,在測試的 102 個顆粒中,87 個顆粒被定性為 PA,并未發(fā)現(xiàn)蛋白顆粒檢出,如圖 4 所示。
圖 4. 利用優(yōu)化完的譜庫重新測試的 PA 純品定性結(jié)果列表
在優(yōu)化譜庫的基礎(chǔ)上,測試了 PA 與蛋白的混標(biāo)。測試過程中自動采集了每個顆粒的高清圖像,以便于后續(xù)進(jìn)行準(zhǔn)確度交叉驗證。在小區(qū)域測試結(jié)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(jīng)過高清圖像確認(rèn),所有 PA 和蛋白均被正確歸類,沒有出現(xiàn)假陽性結(jié)果,如圖 5 所示。
圖 5. PA 與蛋白混標(biāo)測試定性結(jié)果列表
結(jié)語
我們利用該方法對譜庫中包含的所有聚合物定性結(jié)果進(jìn)行了優(yōu)化,此方法不僅可提高定性結(jié)果的準(zhǔn)確度,也能進(jìn)一步提升定性結(jié)果的匹配度值,并大大降低假陽性結(jié)果的出現(xiàn)。
安捷倫 8700 LDIR 紅外成像系統(tǒng)在微塑料自動分析測試的流程中,利用了波數(shù)成像和全譜掃描兩種模式來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。首先,軟件使用 1442cm-1 對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)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(jìn)行 ID 編碼標(biāo)記;然后,物鏡分別采集每個顆粒的紅外譜圖,并與標(biāo)準(zhǔn)譜庫進(jìn)行自動比對后確定定性結(jié)果。譜庫根據(jù)微塑料測試要求及測量模式專業(yè)設(shè)計,里面涵蓋了不同種類的聚合物以及環(huán)境基質(zhì)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(dá)到雜質(zhì)完全去除的環(huán)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(jié)果的準(zhǔn)確度。