城市河道沉积物中微塑料提取、检测方法

摘要

本发明公开了一种城市河道沉积物中微塑料的提取、检测方法，属于环境污染物检测领域。该方法如下：将沉积物烘干后，经浮选、消解、过滤、再浮选、过滤，得到基底较为纯净的微塑料过滤膜样；采用Lovins显微坐标玻片对过滤膜样进行区块分割，利用显微坐标玻片对微塑料进行坐标标号，结合体式/生物显微镜对微塑料进行观察鉴定、拍照和统计，对于尺寸较小的疑似微塑料，采用傅里叶变换显微红外光谱仪（µ‑FTIR）的透射模式或衰减全反射（ATR）模式进行分析鉴定，最后得到沉积物中微塑料丰度、尺寸、结构及形态特征分布结果。本发明根据城市河道沉积物有机质含量高的特点，提出对消解液进行再次浮选的处理，对微塑料的分离效果明显，得到微塑料滤膜基底较为纯净，大大降低了后续微塑料测定时的干扰；采用Lovins显微坐标玻片对滤膜上微塑料样品进行坐标编号，可快速准确地对微塑料进行统计分析，有效避免了微塑料样品检测的重复及漏检。

说明书

技术领域

本发明公开了一种城市河道沉积物中微塑料的提取及分析方法，属于环境污染物检测领域。

背景技术

塑料产品以其质轻便携、经久耐用、价格低廉等特点，在食品包装、工农和医疗等方面得到广泛的应用。然而，随着塑料产量的不断增加、塑料回收率低及塑料污染物的不合理处理导致其在环境中的积累量越来越大。据统计数据，2016年全球塑料污染超过3亿吨/年。目前，塑料污染已遍及陆地、河流和海洋，导致了环境中的白色污染，并且这些塑料污染物极难降解，可以在环境中残留数十年乃至几百年。

环境中的塑料在长时间的物理(如波浪作用和砂子摩擦)、化学(如紫外线辐射)和生物的作用下，会发生降解、脆化和破碎，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兴污染物，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，包括重金属离子、持久性有机污染物，环境激素等。微塑料作为这些污染物的载体，易被生物所摄食并且能在食物链中积累，从而可能会对生态系统和人体健康构成严重威胁。最新的研究发现，在人类胎盘组织中检测发现了微塑料，该研究发现微塑料可出现在胎盘(母体、胎儿和羊水膜)各部分，并证实这些微塑料携带对人类健康可产生长期影响的内分泌干扰物质(Ragusa et al.,2021)。

近年来，国内外开展了大量的关于微塑料的研究，但大多数集中于海洋环境。有研究表明，海洋环境中的微塑料主要来自于陆域源微塑料的输入，而河流是陆域向海洋传输微塑料的重要途经，受人类活动影响较大的城市河流往往显示出更高的微塑料赋存水平与污染风险。与人口密度较低区域的淡水系统相比，城市河流遭受的微塑料污染更多。城市河道沉积物是陆源微塑料可能的储存库，同时也是海洋微塑料的来源，是水域与陆地界面长期作用的结果，反映了污染物迁移、归趋的重要信息。

因此，对城市河道沉积物中微塑料污染的深入研究，可为我国未来城市河流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。然而由于城市河道中沉积物中有机质含量特别高，微塑料和有机质常常包裹在一起，采用常规的密度浮选不能得到的微塑料滤膜样基底复杂，增加了微塑料的定量定性分析的难度，因此，有研究者尝试增加前消解步骤来提高有机质氧化效率(CN 111426545A)，但是消解过滤后残留在滤膜上的有机质残炭仍然会干扰微塑料的后续分析；此外，在显微镜镜检时，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。(Ragusa A,Svelato A,Santacroce C,et al.Plasticenta:First evidence of microplastics inhuman placenta.Environment International,2021,146:106274.)

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种城市河道沉积物中微塑料提取及检测方法，实现简单、快捷、高效准确地提取和检测城市河道沉积物中微塑料。

为实现本发明目的，本发明采用的技术方案是：对沉积物样品中微塑料进行密度浮选分离、有机质氧化消解、经再浮选分离、Lovins显微坐标玻片辅助微塑料显微镜镜检及傅里叶变换显微红外光谱仪分析。具体步骤如下：

1、沉积物样品的密度浮选分离：将沉积物样品干燥至恒重，过筛，收集筛上微塑料通过放大镜进行观察和统计，筛下粒径<1mm沉积物进行微塑料的浮选和分离；将沉积物置于容器中，加入饱和NaCl溶液，磁力搅拌一定时间，继续缓慢加入饱和NaCl溶液至瓶口，静置过夜后，继续向容器中加入饱和NaCl溶液直至上层悬浮液完全溢出，收集溢出液；然后用ZnCl

2、有机质氧化消解：在上述密度浮选后收集了微塑料的容器中加入双氧水(质量百分含量30％)或双氧水(质量百分含量30％)和硝酸(质量百分含量65％)的混合溶液进行消解；消解温度为30～60℃，消解时间为2～12h。

3、再浮选分离：将步骤(2)所得的有机质氧化消解液抽滤到玻璃纤维素滤滤膜上，然后将滤膜放入ZnCl

4、显微镜镜检及傅里叶变换显微红外光谱仪分析：采用Lovins显微坐标玻片对步骤(3)所得的过滤膜样进行区块分割，坐标标号，采用显微镜对微塑料进行观察鉴定、拍照和统计，对于尺寸较小的疑似微塑料，采用傅里叶变换显微红外光谱仪(μ-FTIR)的透射模式或衰减全反射(ATR)模式进行分析鉴定，最后得到沉积物中微塑料丰度、尺寸、结构及形态特征分布结果。

本发明有益效果是：

(1)本发明对浮选液进行消解后，采用对消解液进行再浮选的方法对城市河道沉积物中微塑料进行提取分离，能很好地将有机质经消解后生成的残碳物质与微塑料分离开，得到基底较为纯净的微塑料滤膜样，对微塑料的分离效果好，大大降低了显微镜镜检及μ-FTIR鉴定时的残留有机质的干扰。

(2)本发明在微塑料显微镜镜检时采用Lovins显微坐标玻片对微塑料颗粒进行坐标标号，Lovins显微坐标玻片由1100个面积为1mm

(3)本发明所述的微塑料提取及分析鉴定方法相比现有方法大大缩短了分析时间，显著提高了微塑料分析的准确度。

附图说明

图1为本发明实施例1再浮选前后滤膜上得到微塑料颗粒照片，1-再浮选前，2-再浮选后；

图2为本发明实施例1微塑料颗粒坐标显微图像40倍放大和100倍放大照片；图3为本发明实施例1微塑料颗粒显微图像及对应红外光谱图，其中，1-聚苯乙烯，2-聚丙烯，3-聚乙烯，4-聚酯树脂，5-聚乙烯-聚丙烯混合物。

图4为本发明实施例2沉积物中微塑料尺寸(1)、形状(2)、颜色(3)分布特征。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明作进一步详细的说明，但不因此而限制本发明。

实施例1

本发明提供一种城市河道沉积物中微塑料的提取及分析方法，具体步骤为：

(1)采样：在郑州市城区选取一处河道，确定采样站位后，采用不锈钢采泥器，采集表层沉积物(0～5cm)。所有沉积物样品均装入铝箔封口袋中密封后运回实验室，将样品中砾石、贝壳、植物残体等杂质剔除后，在冰箱中低温保存。

(2)浮选：将沉积物样品用烘箱于60℃干燥至恒重，然后用研钵轻压大块颗粒，用18目(孔径1mm)和4目(孔径4.8mm)的标准不锈钢筛将一定量的沉积物样品进行筛分，移除尺寸过大的塑料制品或者砂石，收集尺寸在1～5mm的微塑料用肉眼进行检查和统计。筛下沉积物样品(<1mm)进行微塑料浮选提取分离。称取上述过筛后的沉积物100g于500ml锥形瓶中，加入饱和氯化钠溶液300ml，放磁力搅拌器搅拌20min。继续缓慢加入饱和NaCl溶液至瓶口，静置过夜。然后，继续向锥形瓶中加入饱和NaCl溶液直到上层悬浮液完全溢出，收集溢出液，用超纯水冲洗锥形瓶外壁，将锥形瓶中的上层澄清液也合并到溢出液；向浮选后的样品中再加入300mL ZnCl

(3)有机质氧化消解

向上述收集了微塑料的容量瓶中加入质量百分含量30％的双氧水或者体积比为1：2的双氧水(质量百分含量30％)和浓硝酸(质量百分含量65％)的混合溶液40ml，在恒温水浴槽中进行消解，消解温度为30～60℃，消解时间为2～4h。然后采用真空泵玻璃砂芯滤器过滤装置，将微塑料收集到孔径为0.45μm玻璃纤维素滤膜上。研究表明，对于植物残体较多的沉积物，消解时加入体积比1:2的双氧水(30％)和硝酸(65％)消解液时，有机质消解的更加完全，消解温度60℃，消解2h即可。

(4)再浮选

将上述滤膜放入ZnCl

(5)显微镜镜检及傅里叶变换显微红外光谱仪分析

首先，采用Lovins显微坐标玻片对上述过滤膜样进行区块分割，利用显微坐标玻片对微塑料进行坐标标号，采用生物显微镜对微塑料进行观察鉴定、拍照和统计。对于疑似微塑料及通过显微镜不易判别的尺寸较小的颗粒，采用傅里叶变换显微红外光谱仪(μ-FTIR)的透射模式或衰减全反射(ATR)模式进行分析鉴别，得到微塑料显微镜图像及μ-FTIR结构鉴定分析如图2和图3所示。从图2可知，在显微镜镜检时，通过Lovins显微坐标玻片快速准确地将滤膜上的微塑料颗粒进行计数统计。通过图3μ-FTIR结构鉴定发现，通过本发明方法从该河道中提取出来的微塑料结构有聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酯树脂、聚乙烯-聚丙烯混合物多种类型。

实施例2

选择郑州市中心城区东风渠河道进行调查取样，对沉积物中微塑料的提取进行分析，具体步骤为：

(1)采样：确定采样站位后，选取3个平行采样点，每个平行样点各采集3个沉积物样品，采样工具选择不锈钢采泥器，采集表层沉积物(0～5cm)。所有沉积物样品均装入铝箔封口袋中密封后运回实验室，将样品中砾石、贝壳、植物残体等杂质剔除后，在冰箱中低温保存。

(2)浮选：将沉积物样品用烘箱于60℃干燥至恒重，然后用研钵轻压大块颗粒，用18目(孔径1mm)和4目(孔径4.8mm)的标准不锈钢筛将一定量的沉积物样品进行筛分，移除尺寸过大的塑料制品或者砂石，收集尺寸在1～5mm的微塑料用肉眼进行检查和统计。筛下沉积物样品(<1mm)进行微塑料浮选提取分离。称取上述过筛后的沉积物100g于500ml锥形瓶中，加入饱和氯化钠溶液300ml，放磁力搅拌器搅拌20min。继续缓慢加入饱和NaCl溶液至瓶口，静置过夜。然后，继续向锥形瓶中加入饱和NaCl溶液直到上层悬浮液完全溢出，收集溢出液，用超纯水冲洗锥形瓶外壁，将锥形瓶中的上层澄清液也合并到溢出液；向浮选后的样品中再加入300mL ZnCl

(3)有机质氧化消解：向上述收集了微塑料的容量瓶中加入体积比为1:2的双氧水(质量百分含量30％)和硝酸(质量百分含量65％)的混合溶液40ml，在恒温水浴槽中进行消解，消解温度为60℃，消解时间为2h。然后采用真空泵玻璃砂芯滤器过滤装置，将微塑料收集到孔径为0.45μm玻璃纤维素滤膜上。

(4)再浮选：将上述滤膜放入ZnCl

(5)显微镜镜检及傅里叶变换显微红外光谱仪分析：采用Lovins显微坐标玻片对上述过滤膜样进行区块分割，利用显微坐标玻片对微塑料进行坐标标号，采用体式显微镜对微塑料进行观察鉴定、拍照和计数统计。对于疑似微塑料及通过显微镜不易判别的尺寸较小的颗粒，采用傅里叶变换显微红外光谱仪(μ-FTIR)的透射模式或衰减全反射(ATR)模式进行分析鉴别，得到东风渠沉积物中微塑料丰度为611个/100g，显著高于其他天然淡水河道中微塑料的污染丰度。微塑料尺寸、形状、颜色分布特征结果见图4(1-3)，可以看出该河道中微塑料粒径大部分处于250～1000μm，且粒径小于1000μm的微塑料占85％以上；微塑料的主要形状为纤维、碎片和球形；微塑料的颜色主要为透明和白色。