CN113552244A - 一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法 - Google Patents

一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ASE‑Py‑GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法，所述纳米微塑料为聚碳酸酯、聚苯乙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯，包括以下步骤：S1、海水样品，用玻璃纤维膜过滤；S2、玻璃纤维膜进行加速溶剂萃取，得到的萃取液氮吹浓缩；S3、采用高温裂解‑气相色谱/质谱法对步骤S2样品进行定量分析；S4、沉积物样品冷冻干燥，干燥后研磨、过筛；S5、制备好的沉积物样品进行加速溶剂萃取，得到的萃取液氮吹浓缩。本发明建立了微塑料环境介质中3种纳米微塑料的加速溶剂萃取、高温裂解气相色谱/质谱定性定量方法，该方法前处理方法简单，可以实现了纳米聚碳酸酯、聚苯乙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯同时分析。

Description

一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法
技术领域
本发明属于环境工程领域，尤其涉及一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法。
背景技术
当今塑料制品在全球范围内大量使用给人类社会生产和生活提供便利的同时，废弃塑料制品也给人类生活环境造成了严重污染。海洋塑料污染已经成为一个全球性问题。据
《Science》杂志研究报导，2010年全球192个沿海国家和地区共制造了2.75亿吨塑料垃圾，其中约有480～1270万吨排入海洋。近40年来海洋中的塑料垃圾增加了上百倍，世界绿色和平组织报告显示全世界每秒有超过200公斤塑料被倒入海洋。海洋塑料污染已成为与全球气候变化、臭氧耗竭、海洋酸化并列的重大全球环境问题。
直径小于5mm的塑料碎片定义为微塑料，早在上世纪70年代，Carpenter(1972)首次开展了海洋微塑料的研究，然而没有得到足够的重视，直到2004年Thompson首次提出微塑料概念，此后关于微塑料的研究开始引起越来越多的科研人员关注。微塑料被科学家形象地比作海洋中的“PM2.5”，由于其特有的物理化学特征，微塑料污染对海洋环境的危害远大于大型塑料垃圾。因其粒径与饵料相似容易被浮游动物、贝类、蠕虫、鱼类、海洋哺乳动物(误食不能被生物消化，也不易排出体外，从而储存在消化道，甚至直达组织和细胞内，对生物产生物理危害；微塑料自身不但含有有毒化学物质(钛酸酯塑化剂、溴基阻燃剂、铅等)，而且作为载体容易吸附环境中疏水性持久性有机污染物和重金属等有害化学物质，这些物质随着微塑料被吞食而释放进入生物体对生物产生化学危害。此外，微塑料作为生物载体可以附着病源微生物、有害入侵种传播。微塑料及其潜在危害效应通过食物链的传递而最终造成生态危害并对人类健康产生影响。相较于大块塑料,微塑料光降解能力减弱,导致其在沉积物、土壤等介质中不断富集,可在海洋环境中持续存在数百年甚至上千年，因此,微塑料作为一种持久性有机污染物,已引起社会各界的关注。联合国环境规划署接连在第一、二届联合国环境会发布报告中将海洋塑料污染列为近十年最值得关注的十大紧迫环境问题之一，尤其关注微塑料的污染问题。2015年，微塑料污染被列入环境与生态科学研究领域的第二大科学问题。2016年5月海洋环境微塑料污染，特别是微塑料被列为G7国家所关注的第二大海洋科学研究问题。
微塑料不仅在形状、颜色和组成等方面与环境介质中其他组分都有所不同，而且由于其来源广泛，不同微塑料也存在显著差异,因此，微塑料的定性、定量分析难度较大。尽管各种环境介质中微塑料的分析检测技术得到了长足发展，但是，由于缺乏标准化分析操作方案，导致海洋环境中微塑料浓度、成分的可靠数据匮乏，不同研究间的结果不可比，甚至不确定。以海水为例，海水中的微塑料样品通常采用不同网目的浮游生物网采集、Manta网或Neuston网采集。拖网网目在50～3000μm，常用网目孔径约300μm，该采集方法的优点是可以采集大体积水样，附着拖网上的微塑料样品洗脱后，在显微镜下一一“捡”出来，进行上述分析方法进行鉴别。但该方法不能采集<300μm的微塑料，特别是对具有生物学意义的<100μm颗粒的代表性是严重不足的，此外，也有研究采用大体积样品的过滤采样、原位过滤采样。不同的拖网类型、网目尺寸、滤膜孔径等非标准化采样操作，以及表征单位不统一等，严重阻碍了中上层水体中微塑料浓度的可比性。因此，急需建立环境介质中纳米微塑料的定性定量方法。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法。
具体技术方案如下：
一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法，所述纳米微塑料为聚碳酸酯、聚苯乙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯，包括以下步骤：
S1、海水样品，用玻璃纤维膜过滤；
S2、玻璃纤维膜进行加速溶剂萃取，得到的萃取液氮吹浓缩；
S3、采用高温裂解-气相色谱/质谱法对步骤S2样品进行定量分析；
S4、沉积物样品冷冻干燥，干燥后研磨、过筛；
S5、制备好的沉积物样品进行加速溶剂萃取，得到的萃取液氮吹浓缩；
S6、采用高温裂解-气相色谱/质谱法对步骤S5样品进行定量分析。
优选地，所述玻璃纤维膜的孔径为0.7μm，所述过筛所用筛子孔径为60目。
优选地，所述加速溶剂萃取所用仪器为DIONEX ASE300，萃取溶剂为二氯甲烷，萃取温度为100℃；所述萃取液氮吹浓缩使用K-D浓缩仪吹干，用二氯甲烷定容至0.1ml。
优选地，高温裂解器型号为CDS5000，气相色谱仪器型号为Agilent7890A，质谱仪器型号为Agilent5975C，色谱柱型号：HP-5MS，色谱柱规格30m×0.25mmID×0.25μm。
优选地，气相色谱操作条件为：气化室温度300℃，离子源温度230℃，传输线温度280℃；色谱柱升温程序：初温40℃保持2min，以6℃/min升至300℃并保持5min；进样方式：分流进样，分流比10；进样量：1μL。
优选地，质谱条件为：EI离子源，倍增器电压1650V，离子源温度：230℃，四极杆温度：150℃，全扫描质量范围为50～500mau，选择离子检测，选择离子检测所选择的质量碎片信息如下：m/z：91，92，106，78，104，118，103，107，77，108，120，121，136，107，135，119，134。
优选地，所述高温裂解温度选择主要成分丰度值最高时的温度。
优选地，所述定量分析包括步骤如下：
1)绘制标准曲线：对不同浓度的标准溶液进行分析，聚苯乙烯浓度梯度为10ng-1000ng，聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯浓度梯度2-100μg；
2)样品中微塑料浓度计算从以下公式计算获得：
A＝Aps+Apc+Aabs；
B＝Bpc+Babs；
C＝Cpc+Cabs；
A：样品中苯乙烯的峰面积；Aps：聚苯乙烯中苯乙烯的峰面积；Apc：聚碳酸酯中苯乙烯的峰面积；Aabs：丙烯腈丁二烯苯乙烯中苯乙烯的峰面积；
B：样品中4-甲基苯酚的峰面积；Bpc：聚碳酸酯中4-甲基苯酚的峰面积；Babs：丙烯腈丁二烯苯乙烯中4-甲基苯酚的峰面积；
C：(苯酚)：样品中苯酚的峰面积；Cpc：聚碳酸酯中苯酚的峰面积；Cabs：丙烯腈丁二烯苯乙烯中苯酚的峰面积。
本发明的有益效果是：本发明建立了微塑料环境介质中3种纳米微塑料的加速溶剂萃取、高温裂解气相色谱/质谱定性定量方法，该方法前处理方法简单，可以实现了纳米聚碳酸酯、聚苯乙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯同时分析。
附图说明
图1是本发明分析方法的流程图；
图2是本发明实施例1中不同裂解温度下聚苯乙烯主要成分丰度比较图；
图3是本发明中聚苯乙烯色谱图；
图4是本发明中聚碳酸酯和丙烯腈丁二烯苯乙烯色谱图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1所示，一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法，所述纳米微塑料为聚碳酸酯、聚苯乙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯，包括以下步骤：
S1、海水样品，用玻璃纤维膜过滤；
S2、玻璃纤维膜进行加速溶剂萃取，得到的萃取液氮吹浓缩；
S3、采用高温裂解-气相色谱/质谱法对步骤S2样品进行定量分析；
S4、沉积物样品冷冻干燥，干燥后研磨、过筛；
S5、制备好的沉积物样品进行加速溶剂萃取，得到的萃取液氮吹浓缩；
S6、采用高温裂解-气相色谱/质谱法对步骤S5样品进行定量分析。
所述玻璃纤维膜的孔径为0.7μm，所述过筛所用筛子孔径为60目。
所述加速溶剂萃取所用仪器为DIONEX ASE300，萃取溶剂为二氯甲烷，萃取温度为100℃；所述萃取液氮吹浓缩使用K-D浓缩仪吹干，用二氯甲烷定容至0.1ml。
高温裂解器型号为CDS5000，气相色谱仪器型号为Agilent7890A，质谱仪器型号为Agilent5975C，色谱柱型号：HP-5MS，色谱柱规格30m×0.25mmID×0.25μm。
气相色谱操作条件为：气化室温度300℃，离子源温度230℃，传输线温度280℃；色谱柱升温程序：初温40℃保持2min，以6℃/min升至300℃并保持5min；进样方式：分流进样，分流比10；进样量：1μL。
质谱条件为：EI离子源，倍增器电压1650V，离子源温度：230℃，四极杆温度：150℃，全扫描质量范围为50～500mau，选择离子检测，选择离子检测所选择的质量碎片信息如下：m/z：91，92，106，78，104，118，103，107，77，108，120，121，136，107，135，119，134。
所述高温裂解温度选择主要成分丰度值最高时的温度，以聚苯乙烯(PS)为例，热分解温度为500℃、590℃、650℃、750℃，图2所示不同裂解温度下聚苯乙烯主要成分丰度比较图，聚苯乙烯的主要成分苯乙烯在500℃丰度最低，590℃丰度值最高，裂解温度优选为590℃。
CDS5000参数：待机温度50℃，最终温度为300℃，保持时间1min，裂解探针温度590℃，探针工作时间为15s；
图3所示为聚苯乙烯色谱图，图4所示为聚碳酸酯(PC)和丙烯腈丁二烯苯乙烯色谱图，根据裂解产物确定聚苯乙烯(PS)的定量化合物为苯乙烯，聚碳酸酯(PC)的定量化合物为4-甲基苯酚，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)的定量化合物为苯乙烯。
定量分析包括步骤如下：
1)绘制标准曲线：对不同浓度的标准溶液进行分析，聚苯乙烯浓度梯度为10ng-1000ng，聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯浓度梯度2-100μg；
2)样品中微塑料浓度计算从以下公式计算获得：
A＝Aps+Apc+Aabs；
B＝Bpc+Babs；
C＝Cpc+Cabs；
A：样品中苯乙烯的峰面积；Aps：聚苯乙烯中苯乙烯的峰面积；Apc：聚碳酸酯中苯乙烯的峰面积；Aabs：丙烯腈丁二烯苯乙烯中苯乙烯的峰面积；
B：样品中4-甲基苯酚的峰面积；Bpc：聚碳酸酯中4-甲基苯酚的峰面积；Babs：丙烯腈丁二烯苯乙烯中4-甲基苯酚的峰面积；
C：(苯酚)：样品中苯酚的峰面积；Cpc：聚碳酸酯中苯酚的峰面积；Cabs：丙烯腈丁二烯苯乙烯中苯酚的峰面积。
Aps、Apc、Aabs、Bpc、Babs、Cpc、Cabs可以从聚苯乙烯、聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯线性标准曲线计算获得。
实施例2
(1)1L海水样品用玻璃纤维膜过滤(玻璃纤维膜的孔径为0.7μm)，滤膜冻干后，放入加速溶剂萃取仪萃取，萃取液吹干，加入100μl二氯甲烷定容，取5μl分析。
(2)沉积物冻干后，称10g样品放入加速溶剂萃取仪萃取，萃取液吹干，加入100μl二氯甲烷定容，取5μl分析。
(3)标准曲线的绘制
表1微塑料分析的定量化合物、线性范围
Figure BDA0003081661740000061
(4)检出限：海水样品中聚苯乙烯的检出限为100ng/L，聚碳酸酯和丙烯腈丁二烯苯乙烯检出限为10μg/L。沉积物样品中聚苯乙烯的检出限为100ng//Kg，聚碳酸酯和丙烯腈丁二烯苯乙烯检出限为10μg/Kg。
(5)精密度：3种定量化合物峰面积的RSD值均低于1.53％；重复性：3种定量化合物峰面积的RSD值均低于4.87％；稳定性：3种定量化合物峰面积的RSD值均低于3.53％。
(6)海水样品只检测到了聚苯乙烯，浓度为105.7ng/L，沉积物样品中只检测到了聚苯乙烯，浓度为237.5ng/Kg。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法，其特征在于，所述纳米微塑料为聚碳酸酯、聚苯乙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯，包括以下步骤：
S1、海水样品，用玻璃纤维膜过滤；
S2、玻璃纤维膜进行加速溶剂萃取，得到的萃取液氮吹浓缩；
S3、采用高温裂解-气相色谱/质谱法对步骤S2样品进行定量分析；
S4、沉积物样品冷冻干燥，干燥后研磨、过筛；
S5、制备好的沉积物样品进行加速溶剂萃取，得到的萃取液氮吹浓缩；
S6、采用高温裂解-气相色谱/质谱法对步骤S5样品进行定量分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法，其特征在于，所述玻璃纤维膜的孔径为0.7μm，所述过筛所用筛子孔径为60目。
3.根据权利要求1所述的一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法，其特征在于，所述加速溶剂萃取所用仪器为DIONEX ASE300，萃取溶剂为二氯甲烷，萃取温度为100℃；所述萃取液氮吹浓缩使用K-D浓缩仪吹干，用二氯甲烷定容至0.1ml。
4.根据权利要求1所述的一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法，其特征在于，高温裂解器型号为CDS5000，气相色谱仪器型号为Agilent7890A，质谱仪器型号为Agilent5975C，色谱柱型号：HP-5MS，色谱柱规格30m×0.25mmID×0.25μm。
5.根据权利要求5所述的一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法，其特征在于，气相色谱操作条件为：气化室温度300℃，离子源温度230℃，传输线温度280℃；色谱柱升温程序：初温40℃保持2min，以6℃/min升至300℃并保持5min；进样方式：分流进样，分流比10；进样量：1μL。
6.根据权利要求5所述的一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法，其特征在于，质谱条件为：EI离子源，倍增器电压1650V，离子源温度：230℃，四极杆温度：150℃，全扫描质量范围为50～500mau，选择离子检测，选择离子检测所选择的质量碎片信息如下：m/z：91，92，106，78，104，118，103，107，77，108，120，121，136，107，135，119，134。
7.根据权利要求1所述的一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法，其特征在于，所述高温裂解温度选择主要成分丰度值最高时的温度。
8.根据权利要求1所述的一种基于ASE-Py-GCMS测定纳米微塑料定性定量的方法，其特征在于，所述定量分析包括步骤如下：
1)绘制标准曲线：对不同浓度的标准溶液进行分析，聚苯乙烯浓度梯度为10ng-1000ng，聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯浓度梯度2-100μg；
2)样品中微塑料浓度计算从以下公式计算获得：
A＝Aps+Apc+Aabs；
B＝Bpc+Babs；
C＝Cpc+Cabs；
A：样品中苯乙烯的峰面积；Aps：聚苯乙烯中苯乙烯的峰面积；Apc：聚碳酸酯中苯乙烯的峰面积；Aabs：丙烯腈丁二烯苯乙烯中苯乙烯的峰面积；
B：样品中4-甲基苯酚的峰面积；Bpc：聚碳酸酯中4-甲基苯酚的峰面积；Babs：丙烯腈丁二烯苯乙烯中4-甲基苯酚的峰面积；
C：(苯酚)：样品中苯酚的峰面积；Cpc：聚碳酸酯中苯酚的峰面积；Cabs：丙烯腈丁二烯苯乙烯中苯酚的峰面积。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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