一种检测海洋生物软组织中微塑料密度分布的方法

摘要

本发明公开了一种检测海洋生物软组织中微塑料密度分布的方法，属于微塑料在鱼类或双壳类生物样品领域。一种检测海洋生物软组织中微塑料密度分布的方法，步骤包括：选择个体接近的鱼类或双壳类生物，用纯水洗涤后制成消化道或软组织样品，并记录重量；制备消解液对制成的样品消解，并得到消解混合液；向混合液中加入NaCl进行密度浮选；对浮选的颗粒镜检，挑选疑似的颗粒做显微‑傅里叶光谱仪等分析，鉴定是微塑料后并计数，计算得出微塑料的密度分布。本发明能对海洋生物消化道或软组织中微塑料进行准确定量，为该区域微塑料的污染状况提供基础数据。

说明书

技术领域

本发明属于微塑料在鱼类或双壳类生物样品领域，具体涉及一种检测海洋生物软组织中微塑料密度分布的方法。

背景技术

塑料的出现对人们的生活方式造成了深远的影响，塑料的产量也逐年增多。目前，估计全球市场有25亿吨塑料正在使用；与此同时，从1950～2015年，生产的初级塑料及其产生的塑料废物达63亿吨。塑料垃圾在环境中难以自然降解，经过物理、化学及生物的作用会逐步分解为粒径小于5mm的颗粒。通常，粒径小于5mm的塑料颗粒被定义为微塑料(Microplastics)。微塑料具有颗粒尺寸较小、疏水能力强及比表面积较大等特征，是许多重金属和疏水性有机污染物的良好载体，易被生物体摄食，因此对海洋生态环境具有很大的破坏作用。

目前，微塑料作为一种新型污染物受到国内外研究者的密切关注。现有通常碱性消解、酸性消解和酶消解等对生物样品消化道或软组织做预处理。酸碱性消解法一般使用浓酸或浓碱有较高的危险性，且对微塑料的性质造成不同影响；有的酶消解价格较高，不适合大样本的调查研究。同时利用单一的体式显微镜或荧光显微镜对微塑料的成分鉴定，通常会造成误判；热裂解-气相-质谱会对高聚物的结构造成破坏且实验条件要求较高。虽然显微-傅里叶光谱仪、显微-拉曼光谱、扫描电镜-能量色散X射线联用技术等非破坏技术也应用到微塑料的鉴别中，但是由于样品的预处理和消解率低的影响，造成检测准确率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种检测海洋生物软组织中微塑料密度分布的方法，消解完全，在过滤过程中不易出现堵住滤膜的现象，鉴定结果准确。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种检测海洋生物中微塑料密度分布的方法，包括以下步骤：

1)将个体大小相近海洋生物的软组织或消化道依次清洗，沥干和称重，得到消化道或软组织的鲜重；

2)将沥干的消化道或软组织依次与Fe²⁺溶液和过氧化氢溶液混合，在50～65℃，转速100～150r/min的条件下消解25～35min，得到消解混合液；

3)向所述消解混合液中加入氯化钠直至饱和，静置进行密度悬浮，得到浮选液；

4)将所述浮选液依次抽滤和滤膜过滤，将所述滤膜上的截留物进行干燥和镜检，挑选微塑料疑似颗粒做显微-傅里叶红外光谱系统分析，得到检测图谱，按照鉴定标准确认为微塑料的颗粒进行计数，得到微塑料的数量；所述鉴定标准为将所述检测图谱与显微-傅里叶红外光谱系统中所带谱库的标准物质比较，匹配率大于70％判定为微塑料；

5)将所述微塑料的数量代入式(a)中计算得到海洋生物中微塑料密度；

生物体内微塑料的密度分布＝n/m式(a)

n：傅里叶红外光谱仪鉴定后微塑料的数量，单位为个；

m：消解时消化道或软组织的鲜重，单位为g。

优选的，所述步骤2)中消化道或软组织的质量和Fe²⁺溶液的体积比为1g：25～35ml；所述Fe²⁺溶液的浓度为0.05～0.1mol/L。

优选的，所述步骤2)中Fe²⁺溶液和过氧化氢溶液的体积比为1:1；所述过氧化氢溶液的质量分数为28％～32％。

优选的，所述步骤2)中消解的温度为55～60℃。

优选的，所述步骤3)中每100mL的所述消解混合液添加氯化钠的质量不低于31.1g。

优选的，所述步骤4)中滤膜为孔径8μm的硝酸纤维素滤膜。

优选的，所述步骤4)中干燥的温度为23～28℃；所述干燥的时间为12～24h。

优选的，所述步骤4)中海洋生物包括鱼类和双壳类生物。

优选的，所述鱼类包括黄鱼属、绿鳍鱼属、海鳗属、舌鳎属、鲉科、梅童鱼属、鳐属或黄鲫属；所述黄鱼属包括大黄鱼；所述绿鳍鱼属包括绿鳍；所述海鳗属包括海鳗；所述舌鳎属包括长吻红舌鳎；所述鲉科包括褐菖鲉；所述梅童鱼属包括梅童鱼；所述鳐属包括孔鳐；所述黄鲫属包括黄鲫鱼。所述双壳类生物包括泥蚶或缢蛏。

优选的，所述步骤(1)中每种鱼类或双壳类生物不少于4组，每组鱼类不少于5条或每组双壳类生物不少于5个。

本发明提供了一种检测海洋生物软组织中微塑料密度分布的方法，采用Fe²⁺溶液和过氧化氢溶液对海洋生物的软组织或消化道进行先后处理，基于芬顿反应，将软组织或消化道中有机化合物(如羧酸、醇、酯类)氧化为无机态，使样品中预处理消解效率高，同时降低了风险系数低；通过显微镜目检出疑似微塑料颗粒，再进行显微-傅里叶红外分析，提高了单一鉴别的准确性。通过计算出的生物体内微塑料的密度分布准确性高，简单易行，可对海洋生物中的密度分布特征进行研究。实验结果表明：采用本发明提供的方法能够准确检测海洋生物中微塑料的密度，而采用传统检测方法，仅用30％的双氧水预处理，消解速度较慢，且消解不完全，在热过滤过程中易出现堵住滤膜的现象，对镜检造成影响，得到的检测结果低于本发明检测结果，这说明本发明提供的检测方法准确性高。

附图说明

图1为本发明所述方法的工艺流程；

图2为本发明提取到生物软组织中微塑料的红外图像；

图3为本发明提取到生物软组织中微塑料的显微图像；

图4为本发明提取到生物软组织中微塑料的扫描电镜图像；

图5为本发明提取到生物软组织中微塑料的能谱图像。

具体实施方式

本发明提供了一种检测海洋生物中微塑料密度分布的方法，包括以下步骤：

1)将个体大小相近海洋生物的软组织或消化道依次清洗，沥干和称重，得到消化道或软组织的鲜重；

2)将消化道或软组织依次与Fe²⁺溶液和过氧化氢溶液混合，在50～65℃，转速100～150r/min的条件下消解25～35min，得到消解混合液；

3)向所述消解混合液中加入氯化钠直至饱和，静置进行密度悬浮，得到浮选液；

4)将所述浮选液依次抽滤和滤膜过膜，将所述滤膜上的截留物进行干燥和镜检，挑选微塑料疑似颗粒做显微-傅里叶红外光谱系统分析，得到检测图谱，按照鉴定标准确认为微塑料的颗粒进行计数，得到微塑料的数量；所述鉴定标准为将所述检测图谱与显微-傅里叶红外光谱系统中所带谱库的标准物质比较，匹配率大于70％判定为微塑料；

5)将所述微塑料的数量代入式(a)中计算得到海洋生物中微塑料密度；

生物体内微塑料的密度分布＝n/m式(a)

n：傅里叶红外光谱仪鉴定后微塑料的数量，单位为个；

m：消解时消化道或软组织的鲜重，单位为g。

本发明选择个体相近海洋生物的软组织或消化道，依次清洗，沥干和称重，得到消化道或软组织的鲜重。

在本发明中，所述海洋生物包括鱼类和双壳类生物。所述鱼类包括大黄鱼、绿鳍、海鳗、长吻红舌鳎、褐菖鲉、梅童鱼、孔鳐或黄鲫鱼；所述双壳类生物包括泥蚶或缢蛏。为了保证检测结果的准确性，每种鱼类或双壳类生物不少于4组，每组鱼类不少于5条或每组双壳类生物不少于5个。

在本发明中，所述海洋动物的软组织或消化道在预处理前优选置于-4℃条件下保存。在本发明中，所有涉及软组织或消化道操作的盛装容器优选为玻璃容器，以便其他容器对操作造成影响。所述清洗用溶液优选为纯水。本发明对沥干和称重的操作没有特殊限制，采用本领域所熟知的沥干和称重操作即可。

得到消化道或软组织的鲜重后，本发明将消化道或软组织依次与Fe²⁺溶液和过氧化氢溶液混合，在50～65℃，转速100～150r/min的条件下消解25～35min，得到消解混合液。

在本发明中，所述消化道或软组织的质量和Fe²⁺溶液的体积比优选为1g：25～35ml，更优选为1g：30ml。所述Fe²⁺溶液的浓度为0.05～0.1mol/L，更优选为0.06～0.09mol/L，更优选为0.08mol/L。本发明对所述Fe²⁺溶液的种类没有特殊限制，采用本领域所熟知亚铁离子溶液即可。在本发明实施例中，所述Fe²⁺溶液为FeSO₄·7H₂O。所述Fe²⁺溶液在预处理消化道或软组织中的作用是与过氧化氢溶液形成芬顿体系，具有去除难降解的有机污染物的能力。

在本发明中，所述Fe²⁺溶液和过氧化氢溶液的体积比优选为1:1；所述过氧化氢溶液的质量分数优选为28％～32％，更优选为30％。所述过氧化氢溶液在预处理消化道或软组织中的作用是与Fe²⁺形成芬顿体系，具有去除难降解的有机污染物的能力。

在本发明中，所述消解的温度优选为55～60℃，更优选为58℃。所述消解的转速优选为100～150rpm/min，更优选为120rpm/min。

得到消解混合液后，本发明向所述消解混合液中加入氯化钠直至饱和，静置进行密度悬浮，得到浮选液。

在本发明中，每100mL的所述消解混合液添加氯化钠的质量优选不低于31.1g。使所述消解混合液达到饱和状态的作用是适合浮选小于1.2g/cm³的微塑料颗粒。所述氯化钠优选为分析纯。

在本发明中，所述静置的时间优选为1～3h，更优选为2h。

得到浮选液后，本发明将所述浮选液依次抽滤和滤膜过膜，将所述滤膜上截留物进行干燥、镜检，挑选微塑料疑似颗粒做显微-傅里叶红外光谱系统分析，得到检测图谱，按照鉴定标准确认为微塑料的颗粒进行计数，得到微塑料的数量；所述鉴定标准为将所述检测图谱与显微-傅里叶红外光谱系统中所带谱库的标准物质比较，匹配率大于70％判定为微塑料。

在本发明中，所述滤膜优选为孔径8μm的硝酸纤维素滤膜。过滤前本发明优选对滤膜用纯水清洗至少三次。本发明对所述抽滤和滤膜过滤的方法没有特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的抽滤的方法即可。

在本发明中，所述干燥的温度优选为23～28℃，更优选为25～26℃。所述干燥的时间优选为12～24h，更优选为16～22h，最优选为20h。

在本发明中，所述镜检的方法优选将滤膜上的截留物连同滤膜在显微镜下观察，挑选微塑料疑似物。所述显微-傅里叶红外光谱系统分析的方法没有特殊限制，采用本领域所熟知的微塑料分析方法即可。在本发明实施例汇总，所述分析的方法如下：扫描范围为4000～650cm^-1，扫描次数为64次，分辨率为8cm^-1，选择透射模式。经显微-傅里叶红外光谱等鉴定后，各组取平均值记为微塑料的平均数目。

得到微塑料的数量后，本发明将所述微塑料的数量代入式(a)中计算得到海洋生物中微塑料密度；

生物体内微塑料的密度分布＝n/m 式(a)

n：傅里叶红外光谱仪鉴定后微塑料的数量，单位为个；

m：消解时消化道或软组织的鲜重，单位为g。

在本发明中，值得注意的是在实验过程中，需要操作者穿着棉质类衣物，且在玻璃容器消解，分选等过程中，应对瓶口锡箔纸密闭处理。

下面结合实施例对本发明提供一种检测海洋生物软组织中微塑料密度分布的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

(1)选择生物个体相近的鱼类(种类见表1)，用纯水清洗消化道，沥干水分，称重并记录生物消化道的重量；

(2)将沥干的消化道置于烧杯中，根据生物消化道的重量，每1g消化道加入30mL浓度为0.05mol/L的Fe²⁺溶液，再加入30mL质量分数为30％的过氧化氢溶液，分次加入；

(3)将烧杯置于磁力搅拌器上60℃消解30min，直到消解完全得到消解混合液；

(4)向每100mL混合液中加入31.1g氯化钠固体，进行密度浮选；

(5)对浮选重液真空抽滤、过膜、室温干燥24h，通过对滤膜镜检，挑取疑似颗粒做显微-傅里叶红外光谱等分析，鉴定是微塑料颗粒并计数，计算出微塑料的密度分布。

计算：

鱼类体内微塑料的密度分布＝n/m

n：傅里叶红外光谱仪鉴定后微塑料的数量(个)

m：消解时消化道的鲜重(g)。

结果见表1。

将鉴定的微塑料分别进行傅里叶红外光谱仪、显微图像观察、扫描电镜分析和能谱分析，结果分别见图2～5。

表1不同种类的鱼中微塑料的密度

由图2可知，聚对苯二甲酸乙二醇酯的主要特征峰为726、1016、1095、1242、1338、1407和1718cm^-1。1718cm^-1处属于芳基上的C＝O键的伸缩振动，1242cm^-1以及1095cm^-1处属于羧基上的C-O键的伸缩振动，726cm^-1处属于芳环C-H键的面外弯曲振动，1700～1400cm^-1处属于苯环骨架振动，是芳香族化合物的特征谱带。

由图3可知，从生物样品中筛选出的微塑料颗粒，PET颗粒表面较为粗糙，可能含有粘土颗粒。

由图4可知，对已鉴别的微塑料颗粒进一步做扫描电镜分析，扫描电镜表明：微塑料的表面较为光滑且表面呈无规则结构。

由图5可知，能谱分析表明：微塑料表面有Al、Si、Ca等元素，其中Si元素主要以SiO₂的形式存在，表明微塑料的表面负载有粘土颗粒物质，而Al等金属元素则以氧化物的形式存在于微塑料的表面。因此，微塑料作为金属等的理想载体可能被鱼类和浮游生物等误食，进一步对生态系统造成影响。

对比例1

传统仅用30％的双氧水对鱼类生物样品进行消解处理，消解速度较慢，且消解不完全，在热过滤过程中易出现堵住滤膜的现象，对镜检造成影响，总体略低于本发明计算浓度，计算结果如表2所示。

表2采用传统方法检测不同种类鱼体中微塑料的密度

实施例2

(1)选择生物个体相近的双壳类生物(种类见表3)，用纯水清洗软组织，沥干水分，称重并记录生物软组织的重量；

(2)将沥干的软组织置于烧杯中，根据生物软组织的重量，每1g软组织加入30mL浓度为0.1M的Fe²⁺溶液，再加入30mL质量分数为32％的过氧化氢溶液，分次加入；

(3)将烧杯置于磁力搅拌器上60℃消解30min，直到消解完全得到消解混合液；

(4)向每100mL混合液中加入31.1g氯化钠固体，进行密度浮选；

(5)对浮选重液真空抽滤、过膜、室温干燥24h，通过对滤膜镜检，挑取疑似颗粒做显微-傅里叶红外光谱等分析，鉴定是微塑料颗粒并计数，计算出微塑料的密度分布。

计算：

鱼类体内微塑料的密度分布＝n/m

n：傅里叶红外光谱仪鉴定后微塑料的数量(个)

m：消解时软组织的鲜重(g)

表3双壳类生物中微塑料的密度

鱼类种类m(g)n(个)n/m(个/g)泥蚶22.22321.44缢蛏91.54140.15

传统仅用30％的双氧水对双壳类生物样品进行消解处理，消解速度较慢，且消解不完全，在热过滤过程中易出现堵住滤膜的现象，对镜检造成影响，计算浓度低于本发明。计算结果如表4所示。

表4采用传统方法检测不同种类鱼体中微塑料的密度

鱼类种类m(g)n(个)n/m(个/g)泥蚶20.50281.36缢蛏87.45120.14

由上述实施例表明，本发明提供的方法消解速度快，且消解完全，在过滤过程中不易出现堵住滤膜的现象，对镜检不会造成影响，能够准确得到海洋生物中微塑料的密度分布。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。