一种基于拉曼光谱技术的单个微/纳米塑料的检测方法

摘要

本发明属于环境污染物检测技术领域，具体为一种基于拉曼光谱技术的单个微/纳米塑料的检测方法。本发明方法是基于表面增强拉曼光谱技术的，其中表面增强拉曼基底采用AAO膜经溅射Au而得到的复合膜，实现对微/纳米塑料的检测；AAO膜上溅射金的厚度为30‑70 nm，优选厚度为50 nm。检测时，将待检测物用所述复合膜过滤，并在拉曼仪器下检测，得到的光谱扣除基线即得到微/纳米塑料的拉曼信号；分析拉曼信号峰的位置判断是否存在微塑料，以及微塑料的种类。本发明方法普适性较好，并具有快速、精确、稳定等优点，对环境、食品等样品中的微塑料都能有效检测。具有良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于环境污染物检测技术领域，具体涉及单个微/纳米塑料的检测方法。

背景技术

塑料制品的成本低、可塑性，为人们生活提供了非常多的方便。但由此带来的环境污染问题也不容小觑。微塑料是指直径小于5mm的塑料颗粒，体积小，肉眼难以分辨。微塑料从来源上讲，可以分为原生微塑料和次生微塑料，原生微塑料是指制造出来后，体积很小的塑料片或者颗粒，比如牙膏等日用品中的柔珠。次生微塑料是指长期暴露在外的塑料垃圾，在光照、风力和洋流的共同作用下分解而成的塑料碎片。生活中微塑料无处不在，海平面以下四五公里的海冰，以及高山，水龙头，鱼类等动物体内，啤酒和盐罐等，都发现了微塑料，特别是较小的微塑料颗粒，难以收集及检测，因此对于微塑料的检测迫在眉睫。

检测微塑料的方法有很多种，比如FTIR-傅里叶红外光谱法，热解气相色谱-质谱，拉曼光谱技术等。标准拉曼仪器是最常用的，但由于拉曼信号较弱，因此传统的拉曼光谱难以应用。表面增强拉曼光谱法提供了一种简便、快速的获取粒子化学信息的手段。表面增强拉曼光谱的基底也有多种，比如商业化的Klarite基底，虽然效果较好，但价格昂贵。

表面增强拉曼基底(Surface Enhanced Raman Scattering 简称SERS)。

发明内容

本发明的目的是提供一种廉价、快速并有效检测单个微/纳米塑料的方法。

本发明提供的单个微/纳米塑料的检测方法，是基于表面增强拉曼光谱技术的，其中，表面增强拉曼基底采用AAO（改性过的双通阳极氧化铝(Anodic Aluminum Oxide 简称AAO)）膜经溅射Au而得到的复合膜，实现对微/纳米塑料的检测。

所述复合膜中，Au的溅射厚度为1 nm-1000 nm，优选Au的溅射厚度为30-70nm，更优选Au的溅射厚度为50nm。

本发明提供的检测单个微/纳米塑料的方法，将待检测物（如预处理过的环境、食品等样品）用所述复合膜过滤，并在拉曼仪器下检测，将得到的光谱扣除基线，即可得到微塑料的拉曼信号；分析拉曼信号峰的位置判断是否存在微塑料，以及微塑料的种类。

本发明中，与微塑料有相关性的拉曼信号峰峰位置位于200-2000cm

比如，对于PS，其主要拉曼峰峰位置为1003cm

本发明中，所述的特定拉曼峰信号包括拉曼光谱的峰强度。

本发明中，所述的微/纳米塑料包括聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等，但不限于这些。

本发明方法原理：标准的拉曼光谱法通常很难有效检测纳米级的微塑料，因此需要表面增强拉曼光谱法。采用本发明的喷金AAO复合膜，尺寸为360 nm PS可以得到最强的拉曼检测信号。这是由于当更多的Au纳米颗粒存在于表面使得颗粒间间距减小，可以提供更多能够显著增强局部电场强度的“热点”，使拉曼信号强度显著增强。然而，当喷金量过多时，颗粒间间隙继续减小且开始出现团聚，“热点”数量减少，使得增强拉曼信号强度有所降低。因此可以使用喷金厚度为1 nm-1000 nm （优选30 nm -70nm）的AAO膜对预处理过的样品进行过滤，并作为SERS检测的基底，对微/纳米塑料进行检测。

本发明提供的单个微/纳米塑料的检测方法，具体采用激光共聚焦拉曼光谱仪系统，该系统具体包括光学显微镜、激光光源、样品装置、滤光器、单色器（或干涉仪）、检测器等。具体操作流程为：

（1）将预处理后的样品使用喷金厚度为1 nm -1000 nm的AAO膜过滤，作为SERS检测的基底，并置于激光共聚焦拉曼光谱仪系统的样品装置载物台上；

（2）通过光学显微镜确定AAO膜上待测样品的位置和尺寸，并准确调整焦距；

（3）打开激光光源，采集AAO膜上样本所在处的拉曼光谱；

（4）将样品测出的拉曼光谱主要峰的位置与已知微塑料对应的拉曼光谱峰位置比较，以确定是否存在微/纳米塑料，及其具体种类。

本发明中使用的SERS基底能够有效增强微塑料的拉曼信号，该基底检测尺寸为360nm的PS其增强因子可达到两个数量级，对单个纳米塑料也能有效检测。这里，增强因子是表示在有表面增强效果的基底上的增强倍数。

本发明有益效果：使用喷金AAO膜作为SERS基底可以达到对纳米级微塑料同时进行过滤富集及检测的目的，可以实现对粒径大于300 nm的微塑料的富集及检测，喷金增大了拉曼信号的强度，从而确保了微塑料可以被有效检测。

本发明方法普适性较好，并具有快速、精确、稳定等优点，对环境、食品等样品中的微塑料都能有效检测。具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明方法图示。

图2是不同尺寸的PS，在50nmAu-AAO上的增强因子。

图3是尺寸为360 nm的PS球在不同喷金厚度AAO膜上测出来的拉曼信号。

图4是在50 nm Au-AAO上测出来的真实雨水样品中的微塑料的拉曼信号。

图5是在50 nm Au-AAO上测出来的真实雨水样品中的微塑料的拉曼信号。

图6是在50 nm Au-AAO上测出来的茶包样品中的微塑料的拉曼信号。

图7是在50 nm Au-AAO上测出来的茶包样品中的微塑料的拉曼信号。

图8是不同喷金厚度下的检测结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明方法作进一步说明。本发明的保护范围不限于实施例。

具体的喷金厚度优化和样本检测过程如图1所示，具体步骤如下：

（一）喷金厚度优化

（1）用移液枪取4μLPS标准样品稀释溶液滴于已喷金的AAO膜上。等待溶液干燥；

（2）将干燥后的喷金AAO膜置于激光共聚焦拉曼光谱仪系统中的样品装置上，通过样品装置载物台的移动和光学显微镜物镜的调焦，获得单个微塑料标样的清晰图像；

（3）开启激光，选择合适的激光和采集参数，进行微塑料的拉曼信号采集。采用的激光为785nm，采集时间为20秒，采集次数为4次。其他种类的塑料以此类推；

（4）将采集的拉曼光谱中拉曼峰信号做成图像。

（二）样本检测

样本pH的检测步骤如本实施例中标线建立的步骤相似，具体如下：

（1）将预处理好的样品使用喷过金的AAO膜过滤，将孔径大于300nm的微塑料过滤在其上；

（2）将AAO膜置于激光共聚焦拉曼光谱仪系统中的样品装置载物台上，通过样品装置载物台的移动和光学显微镜物镜的放大、调焦，获得微塑料颗粒的清晰图像；

（3）开启785 nm的激光，并选择采集时间为50秒，采集次数为5次，采集待测样本的拉曼信号，从而实现微塑料的测量。采集时间以及采集次数不限于此。

为提高微塑料检测的稳定性，采用基于纳米Au修饰的AAO膜的表面增强拉曼技术。所述纳米Au修饰的AAO膜的制备步骤具体如下：使用离子溅射仪在孔径为300nm的双通AAO膜正面分别喷上10，20，30，40，50，60，70，80，90，100nm的Au，即得到检测微塑料的SERS基底。对照组为不喷金的AAO膜。得到所述的纳米Au修饰的AAO膜。图8是不同喷金厚度下的检测结果。

如图1所示，通过AAO膜，将待测样本中的微塑料采集到AAO膜上。

如图2所示，纳米Au所产生的SERS效应，极大的提高了拉曼光谱的灵敏性，该方法可以简便且相对准确地检测直径最小为360 nm的微塑料。

与最新报道的微塑料检测技术相比，基于AAO膜和SERS技术的微塑料检测方法便于微塑料的收集，准确性好、适应性广、检测更简单、可用于实际样品检测。

应用领域：环境、食品、医学、生物工程、化学工程以及科学研究等领域。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。但应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化，如光谱仪器的更换、不同孔径AAO膜的替换，AAO膜表面附着材料的变化等。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。