微区透反射光谱测量系统应用之鉴别两种相似塑料间差异

一、研究背景

农产品包装材料的安全性直接关系到人们的饮食健康，部分有毒有害塑料包装在农产品加工、储藏过程中可能释放有害物质，对人体造成危害。然而，像聚乙烯膜与封口膜这类外观高度相似的塑料材料，仅凭肉眼难以区分，且传统检测方法如色谱 - 质谱联用、色谱法等，存在工作量大、分析周期长、污染环境等问题，无法满足快速鉴别的需求。

显微镜结合近红外光谱则可以快速检测，该方法融合了光谱分析与图像技术，既能获取样品化学组成信息，又能提供空间分布信息，弥补了传统红外光谱分析的不足。

二、系统搭建

使用如海光纤的微区透反射光谱测量系统能够快速实现图像和光谱的高效结合结合，为检测相似成分的塑料提供有力的检测手段。

三、结论

该实验以外观非常相似的聚乙烯膜（材料Ⅰ）和封口膜（材料Ⅱ）为研究对象，采集了样品的显微近红外图像，具体结果见下图所示：

指定材料Ⅰ的近红外光谱为参比光谱，针材料Ⅰ进行显微近红外相关光谱成像，成像结果如图所示。

图1 材料Ⅰ的光谱成像和近红外光谱

图1中，从高亮处取点编号为１，从低亮处取点编号为２。通过图1可见，位置１的光谱和参比光谱相似程度较高，材料Ⅰ所在区域的相关系数在0.9991⁻¹.0000之间， 位置２的光谱和参比光谱相似程度较低，材料Ⅱ所在区域的 相关系数在0.9935-0.9991之间。图1显示，位置1和位置２的近红外光谱主要差异亦体现在5908.0cm⁻¹肩缝。相关光谱成像图可以利用图像中左右两侧相关系数的细微差异将两种材料清晰地区分。

指定材料Ⅱ的近红外光谱为参比光谱，针对材料Ⅱ进行显微近红外相关光谱成像，相关光谱波数范围为6050-5350cm⁻¹，成像结果如图2所示。

图2 材料Ⅱ的光谱成像和近红外光谱

图2中，从高亮度处取点编号为７，从低亮处取点编号为８。通过图2可见，位置7的光谱和参比光谱相似程度较高，材料Ⅱ所在区域的相关系数在0.9958-0.9999之 间；而位置８的光谱和参比光谱相似程度较低，材料Ⅰ所在 区域的相关系数在0.9939-0.9958之间。图2显示，位 置７和位置８的近红外光谱的主要差异体现在5908.0cm⁻¹肩峰。从图2可见，相关光谱成像图可以利用图像中左右两侧相关系数的细微差异将两种材料清晰地区分。

综上结果，使用如海光电的微区透反射光谱测量系统，通过采集显微近红外相关光谱成像图可利用图像中两种材料光谱和参比光谱相关系数的细微差异区分两种材料。