一种实验室微塑料的快速定量方法

[0001][0002]
本发明属于定量分析技术领域，尤其涉及一种实验室内微塑料的快速定量方法。


背景技术：

[0003][0004]
塑料污染物极难降解，长时间会缓慢地分解为尺寸小于5mm的塑料颗粒或碎片，被定义为微塑料。微塑料作为环境中一类不断增加的新型污染物，由于具有较大的比表面积和较低的表面极性，微塑料能够富集大量的环境污染物对生态系统和人体健康构成严重威胁。开展微塑料海洋环境、城市河流、生物等污染的深入研究可为环境中微塑料生态风险评价和污染管控提供基础数据和科学依据。为了更好地要开展深入研究，有必要开发出一种既简便快捷又能准确定量的塑料污染物定量分析方法。
[0005]
微塑料由于其粒径小、比表面积较大、有较强的疏水性增加了微塑料的定量分析的难度。目前借助显微镜镜检时，由于显微镜放大倍数高时，视场范围会减小，在一个视野下不能观察到整张滤膜上的微塑料，需要不断移动滤膜进行观察，常常会造成微塑料样品检测的重复及漏检，降低了微塑料检测的准确度；同样，利用表面活性剂和分光光度计进行定量的，但非塑性杂质起泡悬浮影响测试的准确性，同时透射比浊法的灵敏度和精度通常低于散射比浊法。压力流体萃取法、气相色谱-质谱法、热重法等方法准确度和精密度较高，但由于精密设备价格高昂在一定程度上限制了其应用；荧光染色法采用特殊的染料(如尼罗红)荧光标记目标微塑料，并使用荧光显微镜和图像分析软件对染色的微塑料进行定量，这种染色方法仍然需要一些昂贵的设备，而且存在不完全染色或所选染料的解吸和显色图像处理等会导致统计错误。


技术实现要素：

[0006][0007]
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种成本低、能够在普通实验室中对微塑料快速准确定量的方法。
[0008]
本发明的目的通过如下技术方案实现：
[0009]
一种实验室微塑料的快速定量方法，包括如下步骤：
[0010]
步骤1、配制若干份不同浓度的微塑料分散液：将乙醇和超纯水按不同比例配制成多种背景溶液，在所述的多种背景溶液分别加入一定量的微塑料配成不同浓度的微塑料分散液并采用涡旋混合仪混合均匀；
[0011]
步骤2、分别测定步骤1所述微塑料分散液的微塑料浊度，建立多种背景溶液下微塑料浊度与微塑料浓度的标准曲线；
[0012]
步骤3、通过所述标准曲线的相关系数r2判断标准曲线是否可用：
[0013]
a 、若r2＞0.99则标准曲线可用；
[0014]
b、 若r2≤0.99，则重复步骤1和步骤2重新建立若干条标准曲线；当若干条标准曲
线的斜率之间的标准偏差《10％时，标准曲线可用；
[0015]
步骤4、通过加标回收率法再次确定a或b所述标准曲线的精准度：当加标回收率为80-120％时，标准曲线精准度高，能够对微塑料污染物的浊度定量；
[0016]
步骤5、取微塑料样品，若是固体颗粒样品，则选择步骤3确定能够使用的标准曲线，加入对应乙醇与水体积比的背景溶液，使用浊度仪测定浊度，通过标准曲线计算出微塑料浓度；若是纯水样本，则选择步骤3能够使用的标准曲线，根据体积比加入乙醇，使用浊度仪测定浊度，通过标准曲线计算出微塑料浓度。
[0017]
进一步地，在步骤4确认标准曲线的精准度后，采用基质效应评估因素对标准曲线的抗干扰能力进行评估：所述评估方法如下：
[0018]
采用ph为4~9、盐度《0.1 mol/l、腐殖酸浓度《0.56 mg/l doc的初始水溶液，用加标回收率法评估抗干扰能力，若加标回收率在80％-120％且三次重复实验的标准偏差《10％时抗干扰能力良好；所述加标回收率的计算方法为：基质效应=基质样品的加标回收率/干扰因素处理前样品的加标回收率。
[0019]
进一步地，所述微塑料分散液的浓度为0 ~100 mg/l均匀分布。
[0020]
进一步地，所述的涡旋混合器混合1-2min，250w的水浴超声20-30min。
[0021]
进一步地，所述微塑料为pp微塑料或/和pe微塑料。
[0022]
本发明利用乙醇改变微塑料在溶液中的分散悬浮情况，促进了微塑料从溶液表面进入到溶液中，同时溶液中的微塑料在静电斥力的作用下能够自我分散，测定微塑料分散液的浊度建立微塑料浊度与微塑料浓度的标准曲线，实现了微塑料快速准确的定量，并且浊度仪造价低，简单耐用，建立标准曲线后，能够简便快速地定量不同的微塑料样品。
附图说明
[0023][0024]
图1为实施例2多种背景溶液下标准曲线的加标回收率示意图；
[0025]
图2为实施例3 ph、盐度和腐殖酸影响下pp微塑料和pe微塑料的加标回收率示意图；
[0026]
图3为实施例4实际河水和污水中pp微塑料和pe微塑料的加标回收率示意图。
具体实施方式
[0027][0028]
下面结合本发明的实施例的技术方案进行完成的描述。应当说明的是，描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，并非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
实施例1：建立标准曲线
[0030]
步骤1、配制乙醇和超纯水配比为1:1的背景溶液；
[0031]
步骤2、分别选取粒径为13μm的pe微塑料和pp微塑料的固体颗粒，使用步骤1中的背景溶液，将所述pe微塑料和pp微塑料固体颗粒分别配成浓度为0、20、40、60、80、100 mg/l的分散液，先用震荡混合仪充分混合1 min，再用250 w超声波清洗槽超声30 min，超声完再
使用震荡混合仪充分混合1min；
[0032]
步骤3、采用浊度仪分别测定经步骤2所述分散液的浊度，建立此背景溶液下微塑料浊度与微塑料浓度的标准曲线；标准曲线公式计算公式为y=a
×
x，其中y因变量为浊度仪测定的浊度，x自变量为微塑料分散液的浓度，采用excel软件，使用线性拟合的方式，计算标准曲线的斜率k与相关系数r2。
[0033]
实施例2：验证标准曲线
[0034]
步骤1、按乙醇和水不同配比配制多种验证背景溶液如：纯乙醇验证背景溶液a、乙醇：水为4:1的验证背景溶液b、乙醇：水为3:2的验证背景溶液c、乙醇：水为1:1的验证背景溶液d、乙醇：水为2:3的验证背景溶液e，乙醇：水为1:4的验证背景溶液f；
[0035]
步骤2、分别以步骤1所述的a、b、c、d、e、f、为验证背景溶液，重复实施例1中的步骤2~3，分别建立pe微塑料和pp微塑料固体颗粒在验证背景溶液中的标准曲线共12条，分别计算12条不同标准曲线的斜率k和相关系数即拟合程度r2，如表1所示。
[0036]
表1多种验证背景溶液下pp微塑料和pe微塑料的标准曲线参数
[0037][0038]
步骤3、验证步骤2的12条标准曲线相关系数：除了pp微塑料在验证背景溶液f和pe微塑料验证背景溶液e、验证背景溶液f外，其余标准曲线相关系数r2均大于0.99；
[0039]
步骤4、验证步骤2的12条标准曲线的斜率标准偏差：pp微塑料、pe微塑料的斜率标准偏差都小于10％；
[0040]
步骤5、选用1mg的pe微塑料固体颗粒，用纯乙醇作为背景溶液加入25ml，配制40mg/l的样品m1，使用浊度仪测定样本m1的浊度，然后在m1中加入0.64mg的pe微塑料样品m2配制成样品m3，使用浊度仪测定样品m3的浊度，计算出m3浊度与m1浊度的差值，通过步骤2建立的标准曲线计算出样品m2浓度的测定值为24.5mg/l，再乘以25ml，推算m2加入质量的测定值为0.6125mg，计算出加标回收率(测定值0.6125/理论值0.64)*100％=95.70％，步骤5实验重复三次，结果以平均值
±
标准偏差表示，步骤5中加标回收率为97.74%
±
3.44%，标准偏差小于10%。
[0041]
步骤6、将步骤5中加入的m2浓度从0.64mg分别调整为1.28mg和1.92mg，其余步骤重复步骤5，加入1.28mg的加标回收率计算结果为101.89%
±
0.26%,加入1.92mg的加标回收率计算结果为104.03%
±
2.95%.
[0042]
步骤7、将步骤5中纯乙醇验证背景溶液依次调整为实施例1的步骤1中所述的不同体积比的背景溶液，重复步骤5和步骤6，得到不同乙醇-水体积比下建立标准曲线的加标回
收率，如图1所示，验证结果：除了pp微塑料在乙醇和水体积比为1:4和pe微塑料在乙醇和水体积比为2:3和1:4外，其余加标回收率值在80％-120％之间，标准偏差小于10％。
[0043]
根据实施例1和实施例2得到pp微塑料和pe微塑料在a、b、c、d、e、f六种乙醇和水体积比下微塑料的标准曲线并且验证了标准曲线的斜率、相关系数和加标回收率，pp微塑料和pe微塑料在a、b、c、d、e、f中建立标准曲线斜率的标准偏差小于10%，a、b、c、d中，pp微塑料和pe微塑料的r2均大于0.99，80％-120％之间，标准偏差小于10％。pp微塑料在f中标准曲线的r2小于0.99且加标回收率不满足80％-120％，标准偏差大于10%。pe微塑料在e、f中准曲线的r2小于0.99且加标回收率不满足80％-120％，标准偏差大于10%
[0044]
实施例3：采用加标回收率法评估抗干扰能力
[0045]
步骤1、选择实施例2中pp微塑料在乙醇和水溶液配比为3:2和pe-微塑料在乙醇和水溶液配比为4:1的标准曲线，验证标准曲线的抗干扰能力，干扰因素设置为为ph、盐度和腐殖酸。
[0046]
步骤2、调整背景溶液中水溶液的参数，用0.1mol/l的hcl溶液调整水溶液的ph值分别为4。
[0047]
步骤3、采用加标回收率法评估抗干扰能力，方法同实施例2步骤5~7，不同地方在于背景溶液中乙醇与水的体积比调整为案例3步骤1中选择的体积比，水溶液从纯水调整为案例3步骤2中ph=4的水溶液。加标回收率的结果在80%~120%，标准偏差小于10%，结果见图2。
[0048]
步骤4、进一步采用基质效应来评估因素对标准曲线的干扰情况，计算公式为：基质效应=实施例3步骤3中计算的加标回收率/实施例2步骤7计算出乙醇-水体积比为3:2时的加标回收率，结果如图2所示。基质效应结果在80％-120％，说明影响因素均没有显著干扰本发明的定量过程。
[0049]
步骤5、调整步骤2中水溶液的参数。用0.1mol/l的hcl和naoh溶液调整ph值分别为7、9，重复步骤3~4，结果见图2，加标回收率与基质效应结果在80%~120%之间，标准偏差小于10%。
[0050]
步骤6、调整步骤2中水溶液参数，不改变水溶液的ph，用nacl制备分别制备不同盐度(0.001、0.010、0.100mol/l)的水溶液，重复步骤3~4，结果见图2，加标回收率与基质效应结果在80%~120%之间，标准偏差小于10%。
[0051]
步骤7、调整步骤2中水溶液参数，不改变水溶液的ph，以商业黄腐酸为原料制备不同dom含量的溶液，将溶解有机碳(doc)浓度分别设置为1.1、3.2和5.6mg/l，，重复步骤3~4，结果见图2，加标回收率与基质效应结果在80%~120%之间，标准偏差小于10%。
[0052]
实施例4：实际微塑料污染样品应用分析
[0053]
步骤1、取江西赣州本地河水和污水处理厂进水样品，水质指标见表2，经过0.22μm滤膜过滤后在5℃冰箱中储存备用。
[0054]
表2河水和污水水质参数
[0055][0056]
步骤2、选择实施例2中pp微塑料在乙醇和水溶液配比为3:2和pe-微塑料在乙醇和水溶液配比为4:1的标准曲线，根据体积比配置背景溶液，其中水溶液采用实施例4步骤1的实际水样。
[0057]
步骤3、改变背景溶液中的水溶液。具体步骤参考实施例3步骤2~4，所不同的是背景溶液中水溶液使用实施例4中步骤1中储存的两种实际水样，乙醇水的体积比根据实施例4步骤2中设置的体积比。结果如图3所示，两种微塑料在河水及污水的影响下，加标回收率与基质效应结果在80%~120%之间，标准偏差小于10%。
[0058]
上述实施的案例仅作为本发明的技术方案，仅作为参考，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种实验室微塑料的快速定量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、配制若干份不同浓度的微塑料分散液：将乙醇和超纯水按不同比例配制成多种背景溶液，在所述的多种背景溶液分别加入一定量的微塑料配成不同浓度的微塑料分散液并采用涡旋混合仪混合均匀；步骤2、分别测定步骤1所述微塑料分散液的微塑料浊度，建立多种背景溶液下微塑料浊度与微塑料浓度的标准曲线；步骤3、通过所述标准曲线的相关系数r2判断标准曲线是否可用：a 、若r2＞0.99则标准曲线可用；b、 若r2≤0.99，则重复步骤1和步骤2重新建立若干条标准曲线；当若干条标准曲线的斜率之间的标准偏差<10％时，标准曲线可用；步骤4、通过加标回收率法再次确定a或b所述标准曲线的精准度：当加标回收率为80-120％时，标准曲线精准度高，能够对微塑料污染物的浊度定量；步骤5、取微塑料样品，若是固体颗粒样品，则选择步骤3确定能够使用的标准曲线，加入对应乙醇与水体积比的背景溶液，使用浊度仪测定浊度，通过标准曲线计算出微塑料浓度；若是纯水样本，则选择步骤3能够使用的标准曲线，根据体积比加入乙醇，使用浊度仪测定浊度，通过标准曲线计算出微塑料浓度。2.根据权利要求1所述的一种实验室内微塑料的快速定量方法，其特征在于，在步骤4确认标准曲线的精准度后，采用基质效应评估因素对标准曲线的抗干扰能力进行评估：所述评估方法如下：采用ph为4~9、盐度<0.1 mol/l、腐殖酸浓度<0.56 mg/l doc的初始水溶液，用加标回收率法评估抗干扰能力，若加标回收率在80％-120％且三次重复实验的标准偏差<10％时抗干扰能力良好；所述加标回收率的计算方法为：基质效应=基质样品的加标回收率/干扰因素处理前样品的加标回收率。3.根据权利要求1或2所述的一种实验室内微塑料的快速定量方法，其特征在于，所述微塑料分散液的浓度为0 ~100 mg/l均匀分布。4.根据权利要求1所述的一种实验室内微塑料的快速定量方法，其特征在于，所述的涡旋混合器混合1-2min，250w的水浴超声20-30min。5.根据权利要求1所述的一种实验室内微塑料的快速定量方法，其特征在于，所述微塑料为pp微塑料或/和pe微塑料。

技术总结
本发明公开了一种实验室微塑料的快速定量方法，包括：配制若干份不同浓度的微塑料分散液：将乙醇和超纯水按不同比例配制成多种背景溶液，在所述的多种背景溶液分别加入一定量的微塑料配成不同浓度的微塑料分散液；分别测定步骤1所述微塑料分散液的微塑料浊度，建立多种背景溶液下微塑料浊度与微塑料浓度的标准曲线；通过所述标准曲线的相关系数R2判断标准曲线是否可用，若R2＞0.99则标准曲线可用；若R2≤0.99，则重复步骤1和步骤2重新建立若干条标准曲线；当若干条标准曲线的斜率之间的标准偏差<10％时，标准曲线可用;本发明建立的标准曲线，实现了成本低的微塑料快速准确的定量，且建立标准曲线后能够简便快速地定量不同的微塑料样品。的微塑料样品。的微塑料样品。


技术研发人员：秦欣欣 杨雅淋 滕文熙 连军锋 朱易春 刘祖文
受保护的技术使用者：江西理工大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/23