解决方案 | Pyrolysis-GCMS定量分析贝壳类动物中微塑料

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实验过程

微塑料的标准曲线制作是难点，因为标准曲线的几个级别的样品量为微克级别，天平难称取，则采用液氮研磨稀释方法得到稀释后的标准品粉末，可以进行称量。

实验采用硅藻土作为分散物质，硅藻土主要为二氧化硅，对热裂解谱图背景影响小。事先将硅藻土在马弗炉800℃ 烧2小时，去除硅藻土中杂质。取2mg硅藻土进行PY-GCMS空白考察，确定无杂质峰出现，再作为实验中分散剂使用。

用天平分别称取1mg各塑料，将6种塑料各1mg加入5mL金属研磨罐，再加入0.15g硅藻土作为分散物质。放入9.6mm金属研磨球，拧紧盖子。放入液氮中冷冻5min, 取出研磨罐放入研磨仪中，研磨仪参数设置为65Hz 40s ，进行研磨。再放入液氮冷冻5min，然后研磨40s，如此共重复8次。得到微塑料在硅藻土中 的6667μg/g标准物质。

分别取硅藻土分散的微塑料标准物质0.66mg、0.97mg、1.48mg、1.97mg、2.44mg，放入热裂解样品管中，共5个级别标准物质，则对应各微塑料质量为4.4μg、6.47μg、9.87μg、13.13μg、16.27μg。

利用PY-GCMS分析得到6种微塑料的标准曲线的R2>0.95，则标准曲线线性良好。

表2  6种塑料定量和定性特征组分

用天平分别称取1mg各塑料，将6种塑料各1mg加入5mL金属研磨罐，再加入0.15g硅藻土作为分散物质， 放入9.6mm金属研磨球，拧紧盖子。放入液氮中冷冻3min, 取出研磨罐放入研磨仪中，研磨仪参数设置为50Hz 30s ，进行研磨。再放入液氮冷冻3min，然后研磨30s，如此共重复4次。取2mg进样PY-GCMS，用稳定性RSD来考察塑料研磨微颗粒和硅藻土分布均匀性是否满足实验要求。

每次取2mg，重复4次考察稳定性。结果如下表：

从表3数据可知，PE和PET的RSD不理想，需要优化液氮研磨参数。则将液氮冷冻时间延长到5min, 研磨震动频率增大为65Hz ，研磨时间增大为40s， 重复次数增大到8次。重新取样研磨后得到数据见表4。

表4  连续4次进样的重现性RSD

图1  连续4次进样的重现性谱图

由表4数据可知，6个塑料利用此优化后的液氮研磨参数，得到RSD均较理想，符合实验要求。

从市场采购聚苯乙烯PS微颗粒标准品（购自辉质生物），粒径100μm，固含量1% 。取3个相同样品，分别加入1μL，则加入量为10μg 。进行同样前处理和PY-GCMS分析，则加标回收结果如表5，从结果可看出通过PS可得到加标回收率82~85%较理想，方法检测较准确。

表5  PS加标回收率结果

须注意在取样和实验室样品制备过程中尽量减少污染。实验流程只使用玻璃和金属器皿。器皿用水和乙醇彻底清洗三次。在分析过程中，实验人员穿着100%纯棉制成的实验服。实验操作是在通风柜中进行的，以尽量减少空气中微塑料的污染。当样品未处理时，储存在封闭的玻璃单元中。所有溶剂(水、乙醇或氢氧化钾溶液)在PTFE 滤膜(0.45 um来自Sigma-Aldrich)上预过滤。样品管在使用前用热裂解仪的1000℃ 烧30秒，待冷却后放入样品进行测试。

在海洋生物中塑料含量与摄食方式、海洋栖息地或营养状况之间有一定关系[1]。微塑料是否从消化系统转移到组织或循环液中，微塑料是否只是短暂的在生物体中停留，则塑料颗粒的摄入、排出或排泄机制目前仍不清楚。样品中主要含有的微塑料是聚乙烯PE和聚丙烯PP，PE通常以最大的比例存在，通常超过总微塑料量的80%。据报道，PE在海洋样品中占主导地位，在海面上的平均比例为42% [2]。

图2  样品测试结果

利用Pyrolysis-GCMS建立分析海洋贝壳类动物体内的6种微塑料含量的方法。通过液氮研磨方式，稀释6种微塑料标准品，并且建立标准曲线R2>0.95 ；考察液氮研磨的均匀性和稳定性，重复进样RSD<5%；通过聚苯乙烯PS 100μm粒径标准品考察加标回收率，范围为82~85%较理想；严格控制系统空白，测试结果准确性更可靠；几个样品的测试结果，为主要含有聚乙烯PE为10~15μg/g,其次含量是聚丙烯PP为0~2μg/g 。则证明此Pyrolysis-GCMS方法可准确有效的分析海洋贝壳类动物体内的6种微塑料含量。