一种紫菜中微塑料的提取与检测方法

技术领域

本发明涉及微塑料污染检测技术领域，特别涉及一种紫菜(Porphyra)中微塑料的提取与检测方法。

技术背景

微塑料概念的首次提出是在2004年，一般是指直径小于5.00mm的塑料颗粒。微塑料根据来源可以分为初生微塑料和次生微塑料：初生微塑料来源于工业生产中被制成微米级的塑料颗粒，次生微塑料来源于大型塑料在环境中经物理、生物和化学作用破碎和体积减小形成的塑料碎片，后者是水体环境中微塑料的重要贡献者。海洋垃圾的60％-80％是微塑料，因此微塑料也被称为海洋中的“PM2.5”。微塑料颗粒会阻塞海洋动物的摄食器官和消化道，使海洋动物产生饱腹感，影响其正常的摄食行为和幼体的生长发育；除物理损伤外，微塑料进入生物的循环系统还会引起生物炎症反应，通过改变代谢和酶活性来对内分泌系统造成不利影响。还有研究认为微塑料还会降低某些水生生物的繁殖能力。微塑料不仅自身具有生态毒性，而且它还能够吸附其他污染物，如重金属、有机污染物、微生物、微藻、抗生素等，进而产生复合毒性，使得原本不易进入食物链的污染物具备了进入食物链的新途径，加剧了对水生生态系统的生态毒理学影响。

海洋浮游植物是海洋生态系统的主要初级生产者，是海洋生态系统的生命基础。浮游植物中的大型海藻每年贡献了10％左右的全球海洋初级生产力，是所有海洋植物中生产力最高的，同时大型海藻还为许多海洋底栖动物提供了栖息场所和食物来源，因此大型海藻也成为了微塑料进入食物网的重要途径。已有研究表明，微塑料的遮蔽可能会降低海藻的光合作用效率，从而抑制微藻类的生长。紫菜隶属于红藻门(Rhodophyta)、原红藻纲(Rhodophyphyta)、红毛菜目(Bangiales)、红毛菜科(Bangiaceae)、紫菜属(Porphyra)，分布范围广泛。目前用于产业化人工栽培的紫菜主要有坛紫菜(Pyropia haitanensis)和条斑紫菜(Porphyrayezoensis)两种。紫菜不仅能够为人类提供优质的植物蛋白，加工后的产品还被广泛应用于食品、化工和医药等领域。紫菜藻体呈片状、膜质，而且柔软，会随海流折叠，很容易卷入塑料垃圾。有研究发现紫菜、浒苔(Enteromorphaprolifera)、铜藻(Sargassum horneri)、孔石莼(Ulvapertusa)等大型海藻会吸附、富集周围水环境中的微塑料。而且紫菜养殖降低了水流速度并抑制波浪冲击，会造成大量微塑料在养殖区积聚，增加了紫菜富集微塑料的几率。

常用的微塑料提取方法有化学消解和密度分离，化学消解又包括酸消解、碱消解、酶消解、氧化物消解、混合消解等。微塑料的检测方法常采用显微镜分析法、光谱分析法、质谱分析法、热分析法等。化学消解法对含有少量有机物质的沉积物比较有效，易对动物组织进行消解，但在消解植物组织时，由于植物细胞存在细胞壁，消解的难度很大。基于此，本发明利用化学消解-密度分离法来提取紫菜中的微塑料，并用傅里叶显微变换红外光谱(FTIR)进行检测，以确定紫菜中微塑料的类型和丰度。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种紫菜中微塑料的提取与检测方法，为紫菜等海洋浮游植物富集微塑料的特征研究提供参考。

一种紫菜中微塑料的提取与检测方法，包括以下步骤：

步骤(1)、将紫菜置于消解液中，搅拌后静置进行消解；所述紫菜与消解液的质量体积比为5g：(300～350)mL；

步骤(2)、向消解完毕的体系中加入盐溶液，充分搅拌后静置至上清液澄清，然后进行过滤；重复加入盐溶液-静置-过滤步骤多次，将最后所得滤渣烘干得到微塑料；

步骤(3)、采用制样显微镜对微塑料进行定量分析，红外光谱仪对微塑料进行定性分析。

作为优选，步骤(1)中所述消解液为双氧水。

作为优选，步骤(1)中所述消解液的质量分数为30～35％。

作为优选，步骤(1)中静置时间为48～72h。

作为优选，步骤(2)中所述盐溶液为氯化钠溶液。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种将化学消解与密度分离法相结合的方式对紫菜中的微塑料进行提取，并用傅里叶显微变换红外光谱(FTIR)进行检测，具体是先通过双氧水消解紫菜的生物组织，释放出其中的微塑料，再通过饱和食盐水进行密度分类，有效地将微塑料提取到滤膜上，在显微镜下圈出疑似微塑料后利用傅里叶显微红外光谱仪进行检测，以确定紫菜中微塑料的类型和丰度，实现了提高傅里叶红外光谱仪对微塑料的鉴定效果的同时，提高了提取效率，解决了提取过程耗时长、效率低等问题。

本发明采用质量分数为30％的双氧水进行消解，相较于酸、碱、酶等类型的消解剂，30％双氧水具有不破坏微塑料结构、不使微塑料变色、成本低、效率高的优点，作为浮选剂的饱和食盐水也具有成本低廉、绿色无毒的优点。与单独消解或单独浮选相比，显著提升了微塑料获得率。傅里叶显微变换红外光谱和目视分析法相比更为准确，和热分析法或质谱分析法相比操作更为简便高效，并且不会对样品造成破坏。同时，本发明方法还可用于土壤、沉积物和动物中微塑料的提取与检测，应用范围广。

傅里叶显微红外光谱适用于分析干燥透明且粒径大于20μm的微塑料颗粒，该检测方法在光谱分析前将样品烘干这一步骤能有效避免水分的干扰；在检测时用金刚石压力池将微塑料压薄，还能减少样品厚度，有效提高透射模式下的检测准确度。

附图说明

图1是10％KOH的紫菜消解结果；

图2是Try的紫菜消解结果；

图3是30％H

图4是制样显微镜下的单个微塑料图像；其中标尺＝30μm，(a)红色碎片；(b)黑色纤维；(c)蓝色纤维；(d)褐色碎片；

图5是压片后的单个微塑料的显微图像；其中标尺＝100μm，(a)白色碎片；(b)黑色纤维；(c)白色纤维；(d)白色碎片；

图6是紫菜中微塑料的μ-FTIR鉴别光谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。

本发明所使用的紫菜分别来自福建宁德、福建霞浦、浙江温州、浙江台州、山东青岛、山东烟台和河北廊坊七个不同纬度的产地。

在制样显微镜(上海戈翔SC-III，放大倍数16×～100×)下对微塑料的丰度、颜色、形状以及大小进行了统计，利用傅里叶显微变换红外光谱仪(Nicolet iN5，ThermoFisher Scientific，America)在透射模式下对提取到的微塑料进行了定性分析。

实施例1：选取消解液

称取5g同一商品包装紫菜，撕成小块置于250ml烧杯中，分别向烧杯中加入300ml质量分数为10％的KOH、胰蛋白酶(Try)、质量分数为30％的H

由于植物细胞结构的特点，植物的组织与动物组织具有本质上的差别，即植物细胞具有细胞壁，因此植物类组织的消解比动物类组织的消解难度大、效果差，紫菜属于海洋浮游植物，消解的技术难度大。本发明通过消解比对实验，确定了30％H

实施例2：单独消解和单独浮选

称取5g同一商品包装紫菜，撕成小块置于250ml烧杯中，分别向烧杯中加入300ml质量分数为30％的H

只消解不浮选无法使微塑料从未消解彻底的紫菜残渣中分离出来而导致无法浮选，只浮选不消解由于未能较好分离紫菜上黏附的微塑料，可能导致微塑料获得率下降，因此先消解后浮选的提取方法要由于单独消解和单独浮选。

实施例3：紫菜中微塑料的提取和检测

(1)使用30％H

分别在每饼紫菜的上层、下层、中间以及边缘部位撕取5.00g样品于1L烧杯中，用洁净的解剖剪将其剪成尽可能小的碎片后加入250ml 30％H

(2)使用饱和食盐水(NaCl)对微塑料进行密度分离

向消解体系中加入500ml饱和NaCl，充分搅拌后静置至上清液澄清。

(3)过滤上清液

待上清液基本澄清后，用玻璃纤维滤膜进行抽滤。抽滤过程中可能会有微塑料沾壁，尤其是较轻的聚苯乙烯(PS)，在上清液抽滤完后需用胶头滴管吸取超纯水冲洗布氏漏斗内壁，并过滤冲洗液。之后再向烧杯中加入300ml饱和NaCl，重复上述浮选-过滤操作，浮选两次以提高微塑料的获取率。

(4)烘干

用镊子夹取过滤后得到的滤膜放置在洁净的玻璃皿中，再将玻璃皿放入烘箱中，60℃烘干至滤膜前后两次称重之差小于0.50mg，之后将滤膜转移至滤膜保存盒中并做好标记，用于后续的检测。

(5)显微镜分析。将烘干后的滤膜放置在制样显微镜的载物台上进行观察，为减少遗漏微塑料的情况，所有滤膜均按照从左到右，从上到下的顺序进行观察。疑似微塑料的判断标准为：①不易被镊子压碎；②无明显细胞结构；③颜色透明或鲜艳且分布均匀。

七份样品中的其中四份的单个微塑料图像如图4所示，其中(a)为红色碎片(福建宁德样品)；(b)为黑色纤维(浙江温州样品)；(c)为蓝色纤维(山东烟台样品)；(d)为褐色碎片(福建宁德样品)。

(6)光谱分析。在显微镜下观察完以后用镊子将疑似微塑料转移到用酒精擦试过的金刚石压池中心的凹座处，待放上垫圈后再盖上另外一块金刚石压池，使两片金刚石压池的中心透光处对准，对疑似微塑料进行加压。由于加压后疑似微塑料可能会粘附在上面的金刚石压池上，所以还需在显微镜下再观察一次以确认疑似微塑料的最终位置。

压片后的单个微塑料的显微图像如如5所示，其中(a)为白色碎片；(b)为黑色纤维；(c)为白色纤维；(d)为白色碎片。之后将含有疑似微塑料的金刚石压池放在红外光谱仪的自动样品平台上，进行调光和聚焦，使得显微图像处于最清晰且亮度合适的状态下后在500-4000cm

紫菜中微塑料的检测结果如表1：

表1紫菜中微塑料的检测结果