プラスチック容器内の試料の直接定量ラマン測定の精度に及ぼす干渉共出現容器ピークの影響

Influence of interfering co-appearing container peaks on the accuracy of direct quantitative Raman measurement of a sample in a plastic container.

• Yoonjeong Lee
• Pham Khac Duy
• Lawan Sriphong
• Nattha Kaewnopparat
• Hoeil Chung

抄録

軸方向垂直オフセット（APO）スキームは、ガラス瓶に収容されたエタノールサンプルの直接かつ非サンプリングのラマン測定において、ガラスのバックグラウンドを最小化または除去することができる汎用性の高いスキームとして以前に実証されています。また、プラスチック容器に収容した試料を直接分析する場合、強いラマンピークを持つ別の典型的な容器に収容した試料を分析する場合、容器と試料の両方のラマンピークが一緒に存在することは避けられません。そのため、このような状況下では、容器のピークの大きさが、収容試料の定量分析の精度にどのように影響するかが重要な課題となります。評価のために、円形のポリプロピレン（PP）容器に収容した尿素ゲル中の尿素濃度の非サンプリングラマン分光測定を、検出窓の大きさが異なる2つの軸方向垂直オフセット（APO）方式（それぞれ25.4mmと10.0mm、ワイドウィンドウAPO（WW-APO）とナローウィンドウAPO（NW-APO））と、25.4mmの検出窓を用いた透過・後方散乱方式を採用して試みた。収集したスペクトル中の容器と尿素のピーク間の強度比は、採用した測定方式によって異なっていた。NW-APO測定では、検出窓が狭くなったため、側壁で生成されたコンテナラマン光子がボトムポジション検出器では検出されにくくなり、強度比が最大となった(コンテナピークが最も小さい)。このため、試料濃度を正確に測定するためには、試料の特徴を維持しつつ、コンテナピークを最大限に抑制することが重要な要件となっていました。さらに、モンテカルロシミュレーションを用いて、容器と試料を収容した容器内の尿素光子の分布を可視化した。

The axially perpendicular offset (APO) scheme was previously demonstrated as a versatile scheme able to minimize or eliminate the glass background in the direct and non-sampling Raman measurement of an ethanol sample housed in a glass bottle. Alternatively, when directly analyzing a sample housed in a plastic container, another typical container yielding strong Raman peaks itself, the Raman peaks of both the container and the housed sample are unavoidably present together in a collected spectrum. Therefore, a crucial issue to investigate under this situation is how the magnitude of the co-appearing container peaks influences the accuracy for quantitative analysis of the housed sample. For the evaluation, a non-sampling Raman spectroscopic measurement of the urea concentration in a urea gel housed in a circular polypropylene (PP) container was attempted by employing two axially perpendicular offset (APO) schemes with detection windows of different sizes (25.4 and 10.0 mm, referred to as the wide-window APO (WW-APO) and narrow-window APO (NW-APO), respectively), and transmission and back-scattering schemes incorporating a 25.4 mm detection window. The intensity ratios between the container and urea peaks in the collected spectra were different depending on the adopted measurement scheme. The intensity ratio was greatest (smallest container peak) in the NW-APO measurement due to the narrowed detection window, making the generated container Raman photons at the side-wall less detectable to the bottom-positioned detector. A spectral acquisition scheme allowing the maximal suppression of the container peaks, while still maintaining the sample features, was a key requirement to secure an accurate measurement of the sample concentration. In addition, a Monte Carlo simulation was used to visualize the distributions of the container and urea photons inside the sample-housed container.