CN115015061A - 基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法，属于环境分析化学领域。本发明公开的测定方法的步骤包括如下：取水样测定固体悬浮物浓度；取水样进行浓缩，消解；消解后进行密度分离，静置沉淀分离，收集上层溶液抽滤，干燥所得滤膜；取滤膜显微镜目测计数微塑料；在显微镜下，用镊子分别从每个滤膜上挑选出具有代表性的疑似微塑料颗粒，当滤膜上的疑似微塑料颗粒不多时，滤膜上的所有颗粒都进行拉曼光谱鉴定；建立TSS与微塑料含量之间的函数关系。本发明较传统测定微塑料的优势在于：只需测定前几次微塑料的含量与TSS浓度，就可以为以后再次测定相同水源中微塑料含量提供了计算公式，更加方便、快捷和高效。
Description
技术领域
本发明涉及环境分析化学领域，具体涉及基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法。
背景技术
塑料由于具有优良的物理化学性能，其产品被广泛用于日常生产生活中。最终，这些塑料产品往往会形成塑料垃圾进入环境。大量塑料垃圾会在太阳辐射、水流冲击和生物降解等作用下发生裂解形成微纳塑料。另一方面，微纳塑料也被用于工业原料和日用化妆品中。而这些产品在使用过程中，微纳塑料也会被释放到环境中。
近年来，微纳塑料已被环境学家列为一种新型污染物。毒理学研究表面，微纳塑料能被动物摄入体内，影响其生长繁殖。另外，微纳塑料还会吸附重金属离子，有机污染物等，产生复合毒性效应。而且，微纳塑料的毒性效应与其浓度水平密切相关。因此，对微纳塑料的准确定量分析是研究其污染水平和毒性效应的前提。
目前微纳塑料的定量分析主要采用称重法，扫描电镜-能谱法，热裂解气相色谱质谱法等。但这些方法存在适用范围窄(如仅适应于某种材质)、费时费力、灵敏度低、仪器昂贵等缺陷，难以用于实际环境水体中微纳塑料总量的定量分析。Long等研究了污水处理厂中微塑料含量与TSS之间的关系，结果发现两者之间有较强的线性相关性（y =0.051x-3.62， R2 = 0.966，p=0.002）。Wang等人也研究了微塑料含量与TSS之间的关系（y =0.190x + 0.080，R2=0.966）。因此，可以用水样中TSS浓度去估算微塑料的含量。然而，不同的水样相关系数会不同，亟需更好的方法完成测定需求。
发明内容
本发明的目的是提供基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法。采用本发明的方法只需测定前几次微塑料的含量与TSS浓度，就可以为以后再次测定相同水源中微塑料含量提供了计算公式，更加方便、快捷和高效。
为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为：
基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法，包含以下步骤：
（1）取水样测定固体悬浮物浓度；
（2）取水样进行浓缩，消解；
（3）消解后进行密度分离，静置沉淀分离，收集上层溶液抽滤，干燥所得滤膜；
（4）取滤膜显微镜目测计数微塑料；
（5）在显微镜下，用镊子分别从每个滤膜上挑选出具有代表性的疑似微塑料颗粒，当滤膜上的疑似微塑料颗粒不多时（为了提高效率，当疑似颗粒≤20时，可以全部进行定性），滤膜上的所有颗粒都进行拉曼光谱鉴定，得出每个滤膜上的微塑料数量计算公式如图3；
（6）建立TSS与微塑料含量之间的函数关系。
进一步的，所述步骤（1）中固体悬浮物浓度的测定方法：从要测定微塑料的水样中取样，计为V；真空抽滤样品到滤膜上，滤膜原始重量计为S0，抽滤，蒸发水分，待滤膜重量不变，再次称量滤膜重量，计为S1；固体悬浮物浓度计算公式如图2。
进一步的，所述步骤（2）的步骤具体为：取样品蒸发水分，冷却到室温，用芬顿法进行消解去除有机物：加入20ml 30%的过氧化氢溶液，静止5min，再加入和过氧化氢溶液同体积的浓度为5mol/L的硫酸亚铁水溶液，加热搅拌，充分反应去除有机物。
进一步的，所述步骤（3）的步骤具体为：消解后静置冷却到室温，根据重量体积比添加ZnCl2（97 g/100mL， =1.5 g/cm3），以促进密度分离；加入盐酸溶液促使ZnCl2溶解，静置沉淀分离，收集上层溶液真空抽滤，干燥所得滤膜。
进一步的，所述步骤（4）的步骤具体为：
将干燥后的滤膜放在50-100倍显微镜下目测计数微塑料；在显微镜下计数的同时，记录下微塑料的形状和颜色，根据显微镜下实际观察到的微塑料情况，将微塑料形状划分为碎片、纤维、薄膜和颗粒，四种形态；将微塑料颜色划分为红色、蓝色、黄色、透明、白色、黑色和绿色；此时计数的个数为疑似微塑料数量。
进一步的，所述步骤（6）的步骤具体为：
进行显微镜-拉曼统计微塑料和计算TSS的操作用，用相同的水样来源重复进行至少6次，以得到相应数据；最后用SPSS软件对两者数据之间做线性回归分析，得到微塑料含量与TSS之间的函数关系。
有益效果：
本发明公开的测定方法只需测定前几次微塑料的含量与TSS浓度，就可以为以后再次测定相同水源中微塑料含量提供了计算公式，更加方便、快捷和高效。
附图说明
图1为背景技术提及的TSS浓度与微塑料浓度（MPs）之间的关系图。
图2为固体悬浮物浓度计算公式。
图3为滤膜上的微塑料数量计算公式。
具体实施方式
以下实施例是对本发明给予的进一步说明，而非对本发明的限制。
基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法，具体步骤如下：
（1）计算TSS（滤膜过滤法）
从要测定微塑料的水样中取一定量（100ml）样品，计为V；用真空抽滤机将上述样品抽滤到滤膜上（直径5㎝，孔径0.45μm的硝化纤维膜）。抽滤之前，先用电子秤称量滤膜的重量，计为S0。抽滤之后，将滤膜放入恒温箱（60℃）内蒸发水分，待滤膜重量不变时，说明水分已经蒸发完毕。然后再次称量滤膜重量，计为S1。固体悬浮物浓度计算公式如图2所示。
（2）消解
将水样品置于500ml烧杯内，然后将烧杯放入70℃的恒温箱内进行蒸发水分，待剩余少量水分时，取出烧杯冷却到室温。用芬顿法进行消解去除有机物：加入20ml 30%的过氧化氢溶液，静止5分钟后，再加入同体积的浓度为5摩尔每升的硫酸亚铁水溶液，用玻璃棒充分搅拌后，将烧杯放置在带有磁力搅拌器的加热板上加热搅拌30分钟，以充分反应去除有机物。对于有机物含量较高的进水，则先加入40ml 30%的过氧化氢溶液，充分反应30分钟后，再进行上述操作。
（3）密度分离
将上述消解完的烧杯静置一段时间直到冷却到室温，然后在根据重量体积比添加ZnCl2（97 g/100mL， =1.5 g/cm3），以促进密度分离；随后加入5-10 mL （视ZnCl2溶解情况而定）盐酸溶液促使ZnCl2溶解，然后将烧杯中的溶液转移到分离漏斗中，用饱和氯化钠溶液冲洗烧杯，以确保所有物质都被转移到分液漏斗中，静置沉淀分离24小时；从分液漏斗底部收集沉降固体并丢弃，收集一定量（20ml）的上层溶液置于烧杯内，将溶液用真空抽滤机抽滤到滤膜上（直径5㎝，孔径0.45μm的硝化纤维膜）。用纯水充分清洗烧杯三次，以确保所有物质都被抽滤到滤膜上。最后将抽滤的膜放置在培养皿中，在室温下让其自然干燥，同时用铝箔松散地覆盖以避免潜在的污染。
（4）显微镜计数微塑料
待抽滤后的滤膜自然干燥后，放在体式显微镜(50-100倍)下进行目测计数微塑料。由于当滤膜上的微塑料含量较高时，这会对微塑料目测计数带来不便；因此，对于微塑料含量较多的滤膜，根据实际含量情况，在培养皿上划线将滤膜划分成二分之一或者四分之一。在体式显微镜下，只计数二分之一或四分之一滤膜面积上的微塑料个数，然后再乘以相应的倍数。在显微镜下计数的同时，也记录下微塑料的形状和颜色。根据显微镜下实际观察到的微塑料情况，将微塑料形状划分为碎片、纤维、薄膜和颗粒，四种形态；将微塑料颜色划分为红色、蓝色、黄色、透明、白色、黑色和绿色。此时计数的个数是疑似微塑料数量，具体有多少是真实的微塑料，还需要使用显微傅里叶红外光谱仪或者显微拉曼光谱仪进行进一步的鉴定。
（5）拉曼鉴别微塑料
在显微镜下，用镊子分别从每个滤膜上挑选出具有代表性的疑似微塑料颗粒。为了确保挑选出的颗粒具有代表性，应尽可能的挑选出所有形状和颜色的微塑料。当滤膜上的疑似微塑料颗粒不多时，滤膜上的所有颗粒都进行拉曼光谱鉴定。最后得出每个滤膜上的微塑料数量计算公式如图3所示。
（6）建立TSS与微塑料含量之间的函数关系
上述进行显微镜-拉曼统计微塑料和计算TSS的操作用，用相同的水样来源重复进行6次，以得到相应的数据。最后用SPSS软件对两者数据之间做线性回归分析，得到微塑料含量与TSS之间的函数关系。这就为以后再次统计相同水源中微塑料的含量提供了一个简便、快捷的计算公式。
实验案例：对南京市污水处理厂进水样品进行微塑料计数和TSS浓度计算，实验数据如下：
图-1 TSS与微塑料浓度
| TSS浓度（mg/L） | 微塑料浓度（个/L） | TSS浓度（mg/L） | 微塑料浓度（个/L） |
| 102.6 | 45 | 119.3 | 50.2 |
| 141.2 | 77.6 | 160.1 | 73.8 |
| 110.3 | 53.2 | 114.4 | 45.1 |
| 98.7 | 33.3 | 147.7 | 62.1 |
| 133.2 | 45.5 | 135.6 | 58.2 |
| 125.1 | 57.6 | 89.4 | 30.2 |
回归分析得出微塑料浓度（y）与TSS浓度（x）之间的近似函数关系为：y=0.589x-19.882，R2=0.76
区别现有技术：本发明的测定方法只要确立了TSS与微塑料之间的函数关系，就只需测量TSS即可得到微塑料浓度，方便快捷。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法，其特征在于，包含以下步骤：
（1）取水样测定固体悬浮物浓度（TSS）；
（2）取水样进行浓缩，消解；
（3）消解后进行密度分离，静置沉淀分离，收集上层溶液抽滤，干燥所得滤膜；
（4）取滤膜显微镜目测计数微塑料；
（5）在显微镜下，用镊子分别从每个滤膜上挑选出具有代表性的疑似微塑料颗粒，当滤膜上的疑似微塑料颗粒小于等于20，滤膜上的所有颗粒都进行拉曼光谱鉴定，得出每个滤膜上的微塑料数量计算公式如下：
（6）建立TSS与微塑料含量之间的函数关系。
2.根据权利要求1所述基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法，其特征在于，所述步骤（1）中固体悬浮物浓度的测定方法：从要测定微塑料的水样中取样，计为V；真空抽滤样品到滤膜上，滤膜原始重量计为S0，抽滤，蒸发水分，待滤膜重量不变，再次称量滤膜重量，计为S1；固体悬浮物浓度计算公式如下：
3.根据权利要求1所述基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法，其特征在于，所述步骤（2）的步骤具体为：取样品蒸发水分，冷却到室温，用芬顿法进行消解去除有机物：加入20ml 30%的过氧化氢溶液，静止5min，再加入和过氧化氢溶液同体积的浓度为5mol/L的硫酸亚铁水溶液，加热搅拌，充分反应去除有机物。
4.根据权利要求1所述基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法，其特征在于，所述步骤（3）的步骤具体为：消解后静置冷却到室温，根据重量体积比添加ZnCl2（97 g/100mL, =1.5 g/cm3），以促进密度分离；加入盐酸溶液促使ZnCl2溶解，静置沉淀分离，收集上层溶液真空抽滤，干燥所得滤膜。
5.根据权利要求1所述基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法，其特征在于，所述步骤（4）的步骤具体为：
将干燥后的滤膜放在50-100倍显微镜下目测计数微塑料；在显微镜下计数的同时，记录下微塑料的形状和颜色，根据显微镜下实际观察到的微塑料情况，将微塑料形状划分为碎片、纤维、薄膜和颗粒，四种形态；将微塑料颜色划分为红色、蓝色、黄色、透明、白色、黑色和绿色；此时计数的个数为疑似微塑料数量。
6.根据权利要求1所述基于固体悬浮物浓度测定水环境微塑料含量的方法，其特征在于，所述步骤（6）的步骤具体为：
进行显微镜-拉曼统计微塑料和计算TSS的操作用，用相同的水样来源重复进行至少6次，以得到相应的数据；最后用SPSS软件对两者数据之间做线性回归分析，得到微塑料含量（MPs）与TSS之间的函数关系。
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|---|---|---|---|---|
| CN116952923A (zh) * | 2023-07-27 | 2023-10-27 | 南京大学 | 一种基于机器学习的微塑料现场高精度监测方法及系统 |
| CN116952923B (zh) * | 2023-07-27 | 2024-01-23 | 南京大学 | 一种基于机器学习的微塑料现场高精度监测方法及系统 |
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