破解微塑料檢測難題！拉曼技術(shù)248.6nmDeep-UV?方案讓炭黑塑料無所遁形
發(fā)布時(shí)間：2025-11-04分享至：
微塑料污染，早已不是 “環(huán)境小眾話題”—— 每年至少 1400 萬噸塑料涌入自然環(huán)境，在 UV 光、機(jī)械作用下裂解為≤5mm 的微塑料（MPs），滲透進(jìn)河流、土壤，甚至進(jìn)入人體食物鏈。然而，世界衛(wèi)生組織（WHO）指出，當(dāng)前微塑料檢測仍面臨兩大核心痛點(diǎn)：缺乏國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方法，且傳統(tǒng)技術(shù)難以兼顧 “精準(zhǔn)識(shí)別” 與 “檢測效率”（如 FTIR 難測
近日，《Spectrochimica Acta Part A》刊登的一項(xiàng)研究，為微塑料檢測提供了 “技術(shù)全景圖”，其中拉曼光譜技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用，更是為行業(yè)帶來了突破性解決方案 —— 從有色塑料到含炭黑的黑色塑料，從慢速 mapping 到快速篩查，拉曼技術(shù)正在重新定義微塑料檢測的 “精度與速度”。
有色/炭黑塑料難識(shí)別？拉曼波長選對(duì)是關(guān)鍵
環(huán)境中的微塑料并非 “清一色”—— 消費(fèi)后塑料常含色素、熒光添加劑，尤其是炭黑塑料（廣泛用于 UV 防護(hù)、性能增強(qiáng)），一直是檢測 “老大難”：傳統(tǒng) 532nm 綠色激光易受熒光干擾，785nm 紅色激光雖能應(yīng)對(duì)多數(shù)有色塑料，卻對(duì)炭黑顆粒束手無策。
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研究團(tuán)隊(duì)針對(duì) 67 個(gè)有色塑料顆粒（含炭黑、藍(lán)色、棕色等），測試了三種拉曼激發(fā)波長的表現(xiàn)，結(jié)果令人矚目：
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Deep-UV 拉曼的突破之處在于：色素的熒光發(fā)射波長多 > 270nm，而 248.6nm 激發(fā)的拉曼信號(hào)可完全規(guī)避這一干擾；更重要的是，它能一次性覆蓋 “指紋區(qū)”（700-1800cm?1，聚合物特征峰）與 “C-H 伸縮區(qū)”（2600-3200cm?1），即使炭黑導(dǎo)致部分信號(hào)噪聲，仍能通過特征峰匹配確認(rèn)聚合物類型（如 PP、PE）。
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效率革命：從 5 小時(shí)到 22 秒！SRS 拉曼開啟快速篩查模式
傳統(tǒng)自發(fā)拉曼 mapping 效率低下 —— 研究中，僅 10000 像素的小區(qū)域檢測就需 5 小時(shí)，難以滿足批量環(huán)境樣品（如河流懸浮物、沉積物）的檢測需求。
而受激拉曼散射（SRS）技術(shù)的出現(xiàn)，直接將效率提升了 “數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)”：
22 秒即可完成 1024×1024 像素掃描（覆蓋 331.8μm×331.8μm 區(qū)域）；
雖需多 z 高度掃描（適配不同尺寸顆粒）和多波數(shù)設(shè)置（識(shí)別聚合物），但整體速度仍比自發(fā)拉曼快 2-3 個(gè)數(shù)量級(jí)，特別適合環(huán)境樣品的 “快速批量篩查”。
?圖1：Z-聚焦對(duì)MPs的SRS檢測的影響，用不同只寸的參考PE顆粒進(jìn)行測試。上行:不同深度的PE顆粒的明亮場圖像，與下行相對(duì)應(yīng)。下行:在1294cm-1(935.4nm)不同深度對(duì)PE顆粒進(jìn)行SRS分析的灰度圖像。數(shù)據(jù)處理:SRS圖像被增強(qiáng)，亮度增加40%，對(duì)比度增加，以提高可見性。粒子的估計(jì)大小:1:170微米，2:100微米，375微米，4:10微米。幀尺寸:331.8微米，331.8um(x，y)，0.32微米像素大小。掃描時(shí)間:22.45秒。掃描時(shí)間:100微米。
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實(shí)戰(zhàn)方案：熒光預(yù)篩 + 拉曼確認(rèn)，環(huán)境樣品檢測效率翻倍
研究還提出了一套 “強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合” 的檢測流程：尼羅紅熒光預(yù)篩選 + 拉曼點(diǎn)測，完美平衡 “效率” 與 “精度”：
預(yù)篩選：用優(yōu)化的尼羅紅染色方案（2.5ppm 濃度、0.25% 丙酮水、15 分鐘染色），通過熒光顯微鏡快速定位微塑料，并基于 “熒光指數(shù)（FI）” 粗分為極性（FI1.66，如 PE、PP）；
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圖2：尼羅河紅染色后的熒光顏色作為聚合物極性的指示劑。左圖:PA(A)、PET(B)、PMMA(C)、PS(D)、PE(E)和PP(F)的熒光顯微鏡圖像概覽，這些材料在2.5ppm尼羅紅溶液中染色1小時(shí)后拍攝(dexc.=450-490nm，^em.=LP>515nm)。PE和PP的測量使用了較短的曝光時(shí)間以避免飽和。右圖顯示了聚合物極性(以接觸角表示)對(duì)熒光指數(shù)的影[31].PAD(■),PET(?),PMMA(△),PS(?),PE(○)和PP(★).誤差條:標(biāo)準(zhǔn)差(n=9)。標(biāo)尺:250微米。
精準(zhǔn)確認(rèn)：針對(duì)熒光定位的顆粒，用 785nm 拉曼（多數(shù)樣品）或 Deep-UV 拉曼（含炭黑樣品）進(jìn)行點(diǎn)測，確認(rèn)聚合物類型，排除有機(jī)雜質(zhì)假陽性。
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圖3：熒光顯微鏡圖像，顯示尼羅紅染色懸浮物質(zhì)樣本中檢測到的微顆粒物(dexe.=450-490 nm和2em.=LP>515nm)。A.球形顆粒(曝光時(shí)間=20毫秒)，其拉曼光譜在A2中以黃色顯示，并附有PS參考光譜(紫色，曝光時(shí)間1秒，3次累積，100%LP)。B.不規(guī)則顆粒(曝光時(shí)間=20毫秒)，其拉曼光譜B2中以黃色顯示，并附有PE參考光譜(紫色，曝光時(shí)間1秒，3次累積，100 %LP)。拉曼光譜已歸一化，并進(jìn)行了垂直偏移以增強(qiáng)清晰度。 比例尺:100微米。
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圖4：使用深紫外拉曼光譜法對(duì)粉色粒子編號(hào)46(1)和黑色粒子編號(hào)67(2)進(jìn)行識(shí)別。PE(粉色)和PP(藍(lán)色)的參考光譜以及粒子的光譜(黑色)。A.從350至3200 cm-1的總光譜。B.從700至1800cm-1的指紋區(qū)。C.從2600至3200cm-1的C-H伸縮區(qū)。
這套流程不僅避免了 “無差別拉曼 mapping” 的耗時(shí)，更通過 “預(yù)篩-確認(rèn)” 的組合，將環(huán)境樣品（如萊茵河懸浮物）的檢測效率提升 3 倍以上。
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我們的解決方案：讓前沿拉曼技術(shù)落地環(huán)境檢測
基于這項(xiàng)最新研究成果，我們的拉曼儀器已實(shí)現(xiàn) “全場景適配”，為環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)、科研單位提供定制化方案：
1.?炭黑塑料專項(xiàng)方案：Deep-UV?拉曼顯微鏡
配置 248.6nm NeCu 激光，專為含炭黑、高熒光添加劑的塑料設(shè)計(jì)；
單次掃描覆蓋 350-3200cm?1 全波數(shù)，無需多次調(diào)諧，滿足 PP、PE、PET 等常見聚合物的精準(zhǔn)識(shí)別。
2.?批量樣品快速方案：785nm?拉曼?+?熒光整合系統(tǒng)
集成 785nm 紅色激光（低熒光干擾）與藍(lán)光熒光模塊（尼羅紅染色檢測），實(shí)現(xiàn) “預(yù)篩-確認(rèn)” 一站式操作；
自動(dòng)化軟件支持顆粒定位、光譜匹配、數(shù)據(jù)導(dǎo)出，減少人工干預(yù)，適合第三方檢測實(shí)驗(yàn)室日常分析。
3.?科研深度方案：SRS?拉曼成像系統(tǒng)
基于 1064nm Stokes 光+532nm 泵浦光設(shè)計(jì)，22秒完成高分辨率成像；
支持多Z高度掃描、多波數(shù) multiplexing，滿足微塑料尺寸分布、聚合物類型的快速統(tǒng)計(jì)分析。
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結(jié)語：以技術(shù)之力，守護(hù)無 “塑” 環(huán)境
微塑料檢測的進(jìn)步，離不開 “從實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)場” 的技術(shù)轉(zhuǎn)化。這項(xiàng)發(fā)表于國際頂刊的研究，不僅驗(yàn)證了拉曼技術(shù)在微塑料檢測中的核心價(jià)值，更為行業(yè)提供了可落地的 “技術(shù)路線圖”。
如果您正在面臨有色塑料、炭黑塑料的識(shí)別難題，或希望提升批量樣品的檢測效率，歡迎聯(lián)系我們 —— 我們將為您提供專屬解決方案，附贈(zèng)完整研究文獻(xiàn)（2024《Spectrochimica Acta Part A》原文），與您一同推動(dòng)環(huán)境微塑料檢測技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用！
參考文獻(xiàn)：
Optimization of sample preparation, fluorescence-and Raman techniques for environmental microplastics[J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 319, Article 124537. ?DOI：10.1016/j.saa.2024.124537
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