WITec ParticleScout (Raman 입자분석 기능)

2025 년 05 월

입자 형태의 샘플 측정은 다양한 응용 분야에서 필요로 하고 있는 분석법입니다.
WITec의 ParticleScout 기능은 alpha300 시리즈의 라만 현미경을 사용한 분석 기능으로, 넓은 샘플 영역에서 입자의 위치를 파악하고, 식별하여 분류하고, 정량화 할 수 있습니다.
위의 일련의 과정은 자동화된 시스템을 통해 입자를 분류하고 라만 스펙트럼을 취득하며, 샘플에 대한 상세한 개요를 제공하는 보고서를 생성합니다.

그림1. WITec Raman alpha300R 현미경과 ParticleScout Software

꽃가루나 먼지, 식료품, 산업에서 발생하는 금속 조각이나 안료, 화장품과 같은 생활용품에 포함된 입자 등 일상 속 수많은 물질들이 미세입자를 포함하거나 미세입자로 구성되어 있습니다. 최근에는 환경 중의 미세플라스틱 입자가 대중과 과학계 모두의 주목을 받고 있습니다.

공초점 라만 현미경은 미세입자의 탐지, 분류 및 식별에 이상적인 도구입니다. 하지만 일반적으로 라만 분광 이미징은 아직 미세입자 분석 분야에 널리 활용되고 있지 않습니다. 대부분의 라만 사용자들은 입자 분석을 위해 아직까지 직접 분석하고자 하는 입자를 찾아내어 각각 분석을 하고 분석 결과를 정리하는 경우가 많습니다. WITec 라만은 개별 입자를 자동으로 탐지하고 크기나 형태 등의 기준에 따라 관심 있는 입자를 분류한 뒤, 그 화학 조성을 규명하도록 설계되어 있습니다. 이 기술은 픽셀 당 약 300 nm 수준의 높은 해상도로 이미지를 제공할 뿐만 아니라, 라만 진동 분광법을 통해 샘플의 화학 성분까지 식별할 수 있습니다. 또한, 비파괴 분석이 가능하고 샘플 전처리도 거의 필요하지 않습니다.

이러한 분석을 위한 WITec의 ParticleScout는 화이트 라이트를 통한 샘플의 전반적인 확인에서 입자 탐지, 라만 스펙트럼 수집, 스펙트럼 후처리 및 화학적 식별, 그리고 최종 보고서 생성까지의 분석 과정을 자동으로 수행할 수 있습니다. 이 과정에서 사용자는 입자 분석을 위한 조건을 자유롭게 설정할 수 있습니다. 예를 들어 면적, 둘레, 최소/최대 Feret 지름, 신장도, 등가 지름 등 다양한 기준을 지정할 수 있습니다.

입자 분석 메커니즘

아래 예시는 미세입자 분석 방법을 보여주기 위한 좋은 예입니다. 샘플은 마이크로플라스틱 혼합물이며, ParticleScout가 장착된 alpha300R 모델의 라만 현미경을 사용하였습니다.

그림2. ParticleScout를 사용한 입자 분석 예시

우선, 넓은 샘플 영역의 Bright field 이미지(그림2. A)와 Dark field 이미지(그림2. B)를 Image stitching 기능으로 취득했습니다. 이 기법은 인접한 샘플 영역에서 얻은 이미지를 하나로 합쳐, 고해상도의 넓은 영역 이미지를 구성할 수 있게 해줍니다. 또한 Focus stacking 기능을 통해 서로 다른 초점면에서 촬영한 이미지를 결합하여, 크기가 다양한 입자들의 윤곽을 모두 선명하게 표현할 수 있습니다. Software algorithm은 취득한 이미지에서 밝기의 임계값을 기반으로 입자를 감지합니다. 감지된 입자의 형상은 그림2. C와 같이 시각화 되며 이를 통해 입자의 면적, 둘레, 종횡비 등 구조적 특성이 자동으로 계산됩니다.

WITec ParticleScout는 일반적인 라만 이미징과 다르게 샘플 대부분의 빈 공간을 제외한 선택된 입자들에 대한 라만 분석만을 시행합니다. 이는 분석면적 전체의 스펙트럼을 취득하는 일반 라만 이미징보다 분석 속도를 빠르게 해주며, 취득된 각각의 스펙트럼은 자동으로 분류됩니다.

취득된 스펙트럼은 Background subtract 등 스펙트럼 후처리 과정을 거친 후, 각각의 입자들에 대하여 TrueMatch 라만 데이터베이스 관리 소프트웨어를 통해 화학적으로 식별되게 됩니다. TrueMatch 라만 데이터베이스는 상용화된 라만 스펙트럼 데이터베이스 외에도 사용자가 직접 주요 분석물질에 대한 스펙트럼을 데이터베이스화 할 수 있습니다.

최종적으로, 샘플 내 다양한 물질들의 상대적인 존재 비율과 물리적 특성을 요약한 보고서 및 분포 그래프를 도출해 낼 수 있습니다 (표1, 그림2. E).

표1. ParticleScout 및 TrueMatch를 이용해 분류된 분석물의 분류표

입자 분류, 이미지 처리, 라만 스펙트럼 분석이 모두 하나의 플랫폼 내에서 수행되기 때문에, ParticleScout는 입자에 대한 자동화되고 종합적인 분석을 위한 효과적인 솔루션을 제공합니다.

About the Author

Simgeon OH
Ph.D., Application Scientist, Imaging Analysis - Oxford Instruments