利用雙相系統(tǒng)結(jié)合共聚焦拉曼分離假陽性微塑料及分析微塑料
塑料廢棄物污染已成為*重要的環(huán)境問題之一。在太陽輻射下，以及機(jī)械力和生物過程協(xié)同作用下，塑料制品遭受進(jìn)一步破壞，形成尺寸從1μm到5 mm的微塑料。由于微塑料在環(huán)境中的普遍存在，微塑料污染現(xiàn)在被認(rèn)為是一個(gè)新的全球性問題。
根據(jù)現(xiàn)有研究，在沙灘和海岸沿線沉積物的微塑料主要是聚乙烯（PE），其次是聚丙烯（PP）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）等。
在鑒定其組成之前，從環(huán)境樣品中提取微塑料至關(guān)重要。高密度溶液（如NaCl、NaI和ZnCl2）通常用于提取微塑料。然而，NaCl溶液無法分離高密度聚酰胺66（PA 66）、聚對(duì)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則對(duì)環(huán)境存在著劇毒。
為了更好地從復(fù)雜環(huán)境中分離微塑料，研究者還開發(fā)了靜電分離；磁性分離；高溫高壓溶劑萃取和超聲萃取等分離技術(shù)。靜電分離可以很好地分離不同尺寸的微塑料，但是不能去除有機(jī)物和小顆粒，分離結(jié)果也受到有機(jī)物和微塑料性質(zhì)的影響。磁分離和超聲波提取可以快速提取微塑料，工藝簡(jiǎn)單；然而，微塑料的結(jié)構(gòu)在一定程度上受到損壞，從而干擾隨后的分析和表征。在高溫高壓下，溶劑萃取可以提取樣品中的大多數(shù)微塑料，但不能準(zhǔn)確提取不溶性塑料。（例如PET和PE）。簡(jiǎn)而言之，上述四種方法的應(yīng)用受到昂貴設(shè)備或復(fù)雜提取工藝要求的限制。因此，開發(fā)一種簡(jiǎn)單、通用和有效的從復(fù)雜環(huán)境樣品中提取微塑料的策略是非常必要的。
另一個(gè)挑戰(zhàn)是提取真正的微塑料。許多假陽性微塑料都與真實(shí)環(huán)境中的微塑料非常相像，這給把它們的識(shí)別出來帶來了很大困難。許多假陽性微塑料（如甲殼素、黑色木屑、紗布和棉花）在檢測(cè)中常被誤認(rèn)為微塑料。通過傅立葉變換紅外（FTIR）光譜證實(shí)，海洋樣品中70%的懷疑為微塑料的顆粒不是微塑料。干擾物質(zhì)主要為纖維素、棉花、甲殼素和木炭。
對(duì)此，廣東海洋大學(xué)李承勇課題組開發(fā)了一種兩相（乙酸乙酯（EA）-水）體系，用于從復(fù)雜環(huán)境中有效分離和提取微塑料的新方法。該方法可以使微塑料與假陽性微塑料（如甲殼素、木質(zhì)素和纖維素）分離，并且微塑料回收率大于92.98%。然后，利用共焦拉曼光譜對(duì)兩相界面處的微塑料進(jìn)行了定量和定性分析（注：利用北京卓立漢光儀器公司的RTS2共聚焦拉曼光譜系統(tǒng)）。為了進(jìn)一步證明此方法的適用性，作者對(duì)從海灘沙和海洋沉積物樣品中分離的微塑料進(jìn)行了測(cè)定。此外，該新策略可用于利用共聚焦拉曼的對(duì)有機(jī)物的超高靈敏性進(jìn)一步檢測(cè)吸附在微生物表面的疏水性和親脂性抗生素，如磺胺甲氧基-唑（SMX）、紅霉素（EM）、麥迪霉素（MD）和交沙霉素（JOS）。
圖1：RTS2多功能顯微共焦拉曼光譜儀
圖:2、 a. 兩相系統(tǒng)分離提取微塑料；b.提取后的微塑料滴在微型玻璃槽中用于后續(xù)的共聚焦顯微拉曼光譜檢測(cè)；c.共聚焦顯微拉曼光譜法識(shí)別各種微塑料顆粒（微塑料顆粒空間位置和特征拉曼譜峰如圖）
實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：532nm的激光波長(zhǎng)，光譜中心設(shè)置為2100cm-1用硅校準(zhǔn)波數(shù)后，使用10×物鏡搜索目標(biāo)粒子，然后使用50×物鏡或者10×物鏡進(jìn)行觀察和拉曼光譜檢測(cè)。在5s曝光時(shí)間和100mW激光功率下進(jìn)行光譜測(cè)量。
圖3.EA乙酸乙酯萃取對(duì)微塑料的形態(tài)和拉曼光譜的影響。用EA乙酸乙酯萃取前（a）和后（b）微塑料的形態(tài)。（c和d）用EA乙酸乙酯萃取后微塑料的拉曼光譜。
圖4. 用于對(duì)比的幾丁質(zhì)，鋸末，棉花，紗布等假陽性微塑料的拉曼光譜譜線
圖5.經(jīng)過.EA乙酸乙酯萃取后成功的把微塑料與假陽性微塑料（幾丁質(zhì)，鋸末，棉花，紗布等）分離開來
圖6.在海灘沙樣品中檢測(cè)到的微塑料1.從30g海灘沙中提取的PE
（a）和PP（b）的拉曼光譜。（c） 微塑料PE（I-IV）和PP（V）的光學(xué)顯微圖像
圖7.微塑料表面檢測(cè)到抗生素。吸附在老化聚乙烯表面的
（a）EM、（b）SMX、（c）MD和（d）JOS的拉曼光譜和形態(tài)。
圖8.海洋沉積物樣品中檢測(cè)到的微塑料：的PE（a）、PS（b）和PP（c）的拉曼光譜。
（d） PE（I和II）、PS（III和IV）和PP（V）以及相應(yīng)的光學(xué)顯微圖像。
小結(jié)：
- 基于有機(jī)相-水相系統(tǒng)可在海洋環(huán)境中提取微塑料：基于疏水-親油相互作用，通過將疏水性有機(jī)溶劑引入復(fù)雜樣品中，可以有效地提取微塑料。
- 共焦拉曼光譜可用于在兩相界面處直接定量和定性分析微塑料
- 通過拉曼光譜在乙酸乙酯（EA）-水界面處檢測(cè)微塑料時(shí)，EA對(duì)待測(cè)微塑料PC、PVC、PP、PET、PE和PA 66的形態(tài)變化幾乎沒有影響。
- 在水生環(huán)境中，抗生素的濃度甚至可以達(dá)到1 mg/L。這些疏水性和親脂性抗生素很容易吸附在環(huán)境中的微塑料上，形成復(fù)合污染物。利用共聚焦拉曼的對(duì)有機(jī)物的超高靈敏性進(jìn)一步檢測(cè)吸附在微生物表面的疏水性和親脂性抗生素，如磺胺甲氧基-唑（SMX）、紅霉素（EM）、麥迪霉素（MD）和交沙霉素（JOS）
- 通過共聚焦拉曼光譜，所有收集的顆粒均被鑒定為塑料聚合物。海灘沙中微塑料的豐度為133±33 個(gè)/kg。與標(biāo)準(zhǔn)拉曼光譜匹配后，海灘沙中的微塑料為PE（100±33 個(gè)/kg）和PP（33±33 個(gè)/kg）。海洋沉積物樣品中微塑料的檢測(cè)結(jié)果：海洋沉積物中微塑料豐度為156±19項(xiàng)/kg，包括PE（56±19 個(gè)/千克）、PET（44±38 個(gè)/千克），PS（44±19 個(gè)/千克）和PP（11±19 個(gè)/千克）。在檢測(cè)海灘沙和海洋沉積物樣品時(shí)，從三個(gè)平行實(shí)驗(yàn)中獲得的微塑料的含量和組成相似。這驗(yàn)證了EA-水兩相系統(tǒng)結(jié)合共焦拉曼光譜對(duì)微塑料的分離和檢測(cè)具有良好的重復(fù)性和實(shí)用性。
文章信息
該成果以“Separation of false-positive microplastics and analysis of microplastics via a two-phase system combined with confocal Raman spectroscopy”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Journal of Hazardous Materials》上。廣東海洋大學(xué)碩士研究生劉羽為第一作者，廣東海洋大學(xué)李承勇教授和代振清博士后為通訊作者。
文章信息：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129803
本研究采用的是北京卓立漢光儀器有限公司RTS2多功能顯微共焦拉曼光譜系統(tǒng)，如需了解該產(chǎn)品，歡迎咨詢我司。
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