マスターバッチは、高分子材料の製造において重要な役割を果たしております。広く使用されている添加剤マスターバッチの中には、プラスチックの強度を高めたり、難燃性や紫外線耐性を付与したりするものがあります。マスターバッチは、ポリマーの物理的・化学的特性を変化させる目的で添加されるだけでなく、製造工程において着色のためにも使用されます。

携帯型ラマン分光計によるマスターバッチの測定は、サンプルの前処理を必要とせず、異なる添加剤を含むポリマーを容易に識別でき、即時の測定結果を提供いたします。メトローム独自のXTR®アルゴリズムは、プラスチックに固有の蛍光や染料によるバックグラウンドの影響を低減し、正確なライブラリ照合を可能にします。蛍光の抑制は、正確な識別において極めて重要な要素となっております。

785 nmのラマン励起は、高いスペクトル信号対雑音比（S/N比）を得るための理想的な波長とされています。しかしながら、ラマン活性を持つ物質のおよそ10％は、785 nmのラマン励起下で蛍光を発することが報告されています [1]。この蛍光はラマン信号を圧倒し、目的物質の正確な識別を妨げる可能性があります。無着色の高分子材料であっても、ラマンスペクトルにはある程度の固有蛍光が含まれており、多くの炭化水素系材料も同様です。タブレット、食品、美術品、プラスチックなど、色の濃い材料のほぼ100％が、従来のラマン分析において問題となる可能性があります。

このようななかで、XTR®アルゴリズムは、蛍光バックグラウンドを除去し、着色プラスチックの高解像度スペクトルを明らかにする能力が特に優れ、その性能は極めて顕著です。

ポリプロピレン（PP）は、製造業において広く使用されており、ホモポリマーやコポリマーをはじめとするさまざまな種類が存在します。さらに、難燃性や強化タイプといった特化型のバリエーションも展開されています。ホモポリマーPPは、高い強度、剛性、耐薬品性を備えており、一方でコポリマーPPは、優れた柔軟性と耐衝撃性を提供します。

ラマン分光法は、ポリプロピレン（PP）の種類をその場で迅速かつ高精度に確認する手段として有効です。図1は、非常によく似た材料同士であっても、ラマン分光法が高い識別性を有していることを示しております。

シアン顔料を含む非常に彩度の高い青色のみが、染料の強いスペクトル寄与を示しました（図2）。実際、強い青色を示すポリマーのほとんどは、フタロシアニンを主成分とするマスターバッチで染色されています[2]。

興味深いことに、非常に濃い青色のポリプロピレンにおいてのみ、シアンの信号がスペクトルの主な寄与因子となっていました（図3）。得られたスペクトルは、ポリマーと染料マスターバッチの両方が混ざり合ったものであることは明らかです[3]。

染料および高い蛍光の寄与が顕著であったにもかかわらず、XTRにより材料および着色剤の同定が可能となりました（図4を参照）。特に、非常に高いヒットクオリティインデックス（HQI = 0.99）の値が得られており、サンプルのスペクトルと参照スペクトルとの相関が極めて高いことを示しております。

1. Handheld dual-wavelength Raman instrument for the detection of chemical agents and explosives. https://www.spiedigitallibrary.org/journals/optical-engineering/volume-55/issue-7/074103/Handheld-dual-wavelength-Raman-instrument-for-the-detection-of-chemical/10.1117/1.OE.55.7.074103.short (accessed 2025-01-30).
2. Christensen, I. Developments in Colorants for Plastics; iSmithers Rapra Publishing, 2003.
3. Balakhnina, I. A.; Chikishev, A. Yu.; Brandt, N. N. Raman Spectroscopy of Thermo- and Laser-Induced Transformations of Gouache Paint Layer of Copper Phthalocyanine Blue. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2024, 318, 124430. DOI:10.1016/j.saa.2024.124430