热点应用|利用双相系统结合共聚焦拉曼分离假阳性微塑料及分析微塑料

2022-10-11 00:03:09, 光电行业都会关注北京卓立汉光仪器有限公司

热点应用-第十期

应用方向：微塑料分离，共聚焦拉曼

所用产品：多功能激光共聚焦显微拉曼光谱仪

导读

塑料废弃物污染已成为最重要的环境问题之一。在太阳辐射下，以及机械力和生物过程协同作用下，塑料制品遭受进一步破坏，形成尺寸从1μm到5 mm的微塑料。由于微塑料在环境中的普遍存在，微塑料污染现在被认为是一个新的全球性问题。

根据现有研究，在沙滩和海岸沿线沉积物的微塑料主要是聚乙烯（PE），其次是聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）等。

在鉴定其组成之前，从环境样品中提取微塑料至关重要。高密度溶液（如NaCl、NaI和ZnCl₂）通常用于提取微塑料。然而，NaCl溶液无法分离高密度聚酰胺66（PA 66）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）和聚氯乙烯（PVC），或者需要大量NaI和ZnCl₂，但NaI和ZnCl则对环境存在着剧毒。

为了更好地从复杂环境中分离微塑料，研究者还开发了静电分离；磁性分离；高温高压溶剂萃取和超声萃取等分离技术。静电分离可以很好地分离不同尺寸的微塑料，但是不能去除有机物和小颗粒，分离结果也受到有机物和微塑料性质的影响。磁分离和超声波提取可以快速提取微塑料，工艺简单；然而，微塑料的结构在一定程度上受到损坏，从而干扰随后的分析和表征。在高温高压下，溶剂萃取可以提取样品中的大多数微塑料，但不能准确提取不溶性塑料。（例如PET和PE）。简而言之，上述四种方法的应用受到昂贵设备或复杂提取工艺要求的限制。因此，开发一种简单、通用和有效的从复杂环境样品中提取微塑料的策略是非常必要的。

另一个挑战是提取真正的微塑料。许多假阳性微塑料都与真实环境中的微塑料非常相像，这给把它们的识别出来带来了很大困难。许多假阳性微塑料（如甲壳素、黑色木屑、纱布和棉花）在检测中常被误认为微塑料。通过傅立叶变换红外（FTIR）光谱证实，海洋样品中70%的物质怀疑为微塑料的颗粒不是微塑料。干扰物质主要为纤维素、棉花、甲壳素和木炭。

对此，广东海洋大学李承勇课题组开发了一种两相（乙酸乙酯（EA）-水）体系，用于从复杂环境中有效分离和提取微塑料的新方法。该方法可以使微塑料与假阳性微塑料（如甲壳素、木质素和纤维素）分离，并且微塑料回收率大于92.98%。然后，利用共焦拉曼光谱对两相界面处的微塑料进行了定量和定性分析（注：利用北京卓立汉光仪器公司的RTS2共聚焦拉曼光谱系统）。为了进一步证明此方法的适用性，作者对从海滩沙和海洋沉积物样品中分离的微塑料进行了测定。此外，该新策略可用于利用共聚焦拉曼的对有机物的超高灵敏性进一步检测吸附在微生物表面的疏水性和亲脂性抗生素，如磺胺甲氧基-唑（SMX）、红霉素（EM）、麦迪霉素（MD）和交沙霉素（JOS）。

图1：RTS2多功能显微共焦拉曼光谱仪

图:2、 a. 两相系统分离提取微塑料；b.提取后的微塑料滴在微型玻璃槽中用于后续的共聚焦显微拉曼光谱检测；c.共聚焦显微拉曼光谱法识别各种微塑料颗粒（微塑料颗粒空间位置和特征拉曼谱峰如图）

实验设备：RTS2共聚焦显微拉曼光谱仪

实验参数设置：532nm的激光波长，光谱中心设置为2100cm^-1用硅校准波数后，使用10×物镜搜索目标粒子，然后使用50×物镜或者10×物镜进行观察和拉曼光谱检测。在5s曝光时间和100mW激光功率下进行光谱测量。

图3.EA乙酸乙酯萃取对微塑料的形态和拉曼光谱的影响。用EA乙酸乙酯萃取前（a）和后（b）微塑料的形态。（c和d）用EA乙酸乙酯萃取后微塑料的拉曼光谱。

图4. 用于对比的几丁质，锯末，棉花，纱布等假阳性微塑料的拉曼光谱谱线

图5.经过.EA乙酸乙酯萃取后成功的把微塑料与假阳性微塑料（几丁质，锯末，棉花，纱布等）分离开来

图6.在海滩沙样品中检测到的微塑料1.从30g海滩沙中提取的PE

（a）和PP（b）的拉曼光谱。（c）微塑料PE（I-IV）和PP（V）的光学显微图像

图7.微塑料表面检测到抗生素。吸附在老化聚乙烯表面的

（a）EM、（b）SMX、（c）MD和（d）JOS的拉曼光谱和形态。

图8.海洋沉积物样品中检测到的微塑料：的PE（a）、PS（b）和PP（c）的拉曼光谱。

（d） PE（I和II）、PS（III和IV）和PP（V）以及相应的光学显微图像。

小结

1）基于有机相-水相系统可在海洋环境中提取微塑料：基于疏水-亲油相互作用，通过将疏水性有机溶剂引入复杂样品中，可以有效地提取微塑料。

2）共焦拉曼光谱可用于在两相界面处直接定量和定性分析微塑料

3）通过拉曼光谱在乙酸乙酯（EA）-水界面处检测微塑料时，EA对待测微塑料PC、PVC、PP、PET、PE和PA 66的形态变化几乎没有影响。

4）在水生环境中，抗生素的浓度甚至可以达到1 mg/L。这些疏水性和亲脂性抗生素很容易吸附在环境中的微塑料上，形成复合污染物。利用共聚焦拉曼的对有机物的超高灵敏性进一步检测吸附在微生物表面的疏水性和亲脂性抗生素，如磺胺甲氧基-唑（SMX）、红霉素（EM）、麦迪霉素（MD）和交沙霉素（JOS）

5）通过共聚焦拉曼光谱，所有收集的颗粒均被鉴定为塑料聚合物。海滩沙中微塑料的丰度为133±33个/kg。与标准拉曼光谱匹配后，海滩沙中的微塑料为PE（100±33个/kg）和PP（33±33个/kg）。海洋沉积物样品中微塑料的检测结果：海洋沉积物中微塑料丰度为156±19项/kg，包括PE（56±19个/千克）、PET（44±38个/千克），PS（44±19个/千克）和PP（11±19个/千克）。在检测海滩沙和海洋沉积物样品时，从三个平行实验中获得的微塑料的含量和组成相似。这验证了EA-水两相系统结合共焦拉曼光谱对微塑料的分离和检测具有良好的重复性和实用性。

文章信息

该成果以“Separation of false-positive microplastics and analysis of microplastics via a two-phase system combined with confocal Raman spectroscopy”为题发表在国际知名期刊《Journal of Hazardous Materials》上。广东海洋大学硕士研究生刘羽为第一作者，广东海洋大学李承勇教授和代振清博士后为通讯作者。

文章信息：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129803

本研究采用的是北京卓立汉光仪器有限公司RTS2多功能显微共焦拉曼光谱系统，如需了解该产品，欢迎咨询我司。