Pyrolysis-GCMS定量分析貝殼類動物中微塑料

解決方案 | Pyrolysis-GCMS定量分析貝殼類動物中微塑料

劉石磊 鄭力賞

(北京（jīng）.17c嫩嫩草色视频蜜 %A儀器股（gǔ）份有限公（gōng）司，北京 101318)

摘要（yào）： 介紹利用Pyrolysis-GCMS對貝殼類動物進行6種微塑料檢測。樣品前（qián）處理主要（yào）采用氫氧化鉀消解，結合液氮研磨（mó）方式對樣品濾膜進行研磨均質前處理。通過穩（wěn）定性、加標回（huí）收率考察，證明此方法能夠有效分析貝殼類動物中微塑料含量。

關（guān）鍵詞：Pyrolysis-GCMS；微塑料；貝殼類（lèi）動物；液氮研磨（mó）

每年產生塑料垃圾數億噸，由於塑料排放嚴（yán）重，大量塑料顆粒進入海洋生態係統。貝殼類動物主要生活在海水中，這（zhè）導致微塑料進入貝（bèi）殼動物體內，而人（rén）類在食用貝殼類動物時，微塑料（liào）又進入人體內，則（zé）對貝殼類動物體內微塑料含量進（jìn）行測定（dìng）很重要。

大（dà）於20μm的微塑料（liào）可以通過傅裏葉變換紅外光譜和拉曼光譜分析，對小於20 μm的（de）微塑料（liào）較難使用（yòng）這兩種儀器（qì）分析。在這（zhè）種情況下，熱裂解-氣相色譜-質譜(Py-GCMS)是一種非常有效的（de）分析手段。Py-GCMS沒有微塑料尺寸限製，觀察範圍取決於濾膜的孔徑（jìng），可以做到全覆蓋。PY-GCMS檢測不足（zú）是缺失塑料汙（wū）染物的平均尺寸分布。使（shǐ）用Py-GCMS可以在一次分析中檢測多種微（wēi）塑料，也大（dà）大節省了實驗時間。

PY-GCMS分析方法使用堿性消解，結合液氮研磨方式，通過（guò）穩定性、加標（biāo）回收考察，證明（míng）此方法（fǎ）是一種貝殼類動物中微塑料定量分析的可靠（kào）方法。 

1.實（shí）驗

1.1實驗（yàn）材（cái）料

樣品（pǐn）：市場（chǎng）采購4種不同海洋類貝殼，分別為生蠔、蜆子（zǐ）、蛤（há）蜊、扇（shàn）貝。

    標準品： 聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙（yǐ）烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和聚丙烯(PP)， 均采購自阿拉丁（上海）。  聚苯乙烯(PS) 100μm粒徑標準品，采購（gòu）自輝質生物公司。

1.2 實驗儀器

熱裂解儀采用熱絲(鉑線圈)加（jiā）熱方式（shì），Pyroprobe 6200，CDS Analytical公司；GC-MS為氣相（xiàng）色譜GC7890 結（jié）合質（zhì）譜MS-5975，安捷倫公司。

1.3 實（shí）驗過程

從市場采（cǎi）購4種海洋（yáng）貝殼類樣（yàng）品，樣品去殼後，被轉移到裝（zhuāng）有（yǒu）玻璃瓶蓋（gài）的30mL玻（bō）璃瓶中。加入預過濾的10%氫氧化（huà）鉀水溶液，加入量為1g肉加入80ml氫氧化鉀水（shuǐ）溶液。利用10%氫氧化（huà）鉀消解，溫（wēn）度為40℃消解24小時。氫氧化鉀水溶液（yè）采用預過濾，在直徑為25 mm、孔（kǒng）徑為0.45 μm的濾膜過濾(來自（zì）Sigma-Aldrich)，以去除任何潛在的塑料汙（wū）染。將瓶置於搖床培養箱中，在40℃下連續攪拌(500 rpm) 48小（xiǎo）時。用一個裝有氫氧（yǎng）化鉀溶液但沒有樣品的玻璃瓶作為方法空白。消化完成後，將樣品從培養箱中取出，

將樣（yàng）品液（yè）在真空（kōng）抽濾的石英（yīng）濾膜上抽濾（lǜ），石英濾膜（購自whatman）的直徑25mm。

將濾膜放入5mL金屬研磨罐（guàn），加9.6mm金屬研磨球，擰（nǐng）緊蓋子。放入液氮中冷凍5min, 取出研磨罐放入研磨儀中，研磨儀參數設置為（wéi）65Hz 40s ，進行研磨，再放入液氮冷凍5min，然（rán）後研（yán）磨40s，如此共重複8次（研磨儀購自（zì）上海淨信）。

取2mg（天平購自Sartorius  Micro Balance）研磨稀釋後樣品放入熱裂解的樣品管中，樣品管放入熱裂解儀中（zhōng），利用PY-GCMS進行分析。

1.4 儀器參數

熱裂解參數（shù）：

熱裂解700℃  40s  ；Interface 300℃；閥箱300℃；傳輸線320℃

GC-MS參數:

進樣口320℃；50:1分流；色譜柱DB-5MS  30mx0.25mmx0.25μm

柱溫箱（xiāng）40℃保持2min ,10℃/min升到100℃， 50℃/min升到300℃，保持3min  ；柱流（liú）量1mL/min ；接口320℃； EI源； SCAN 35-600amu；離子源230℃；四極杆150℃；離子源EI 70ev ；溶劑延遲 0.5min

2.結果與討論

2.1標（biāo）準曲線

    微塑料的標準曲（qǔ）線製作（zuò）是難點（diǎn），因為標準曲線的幾個級別的樣品量為微克級別，天平難稱取，則采用液氮研磨稀釋方法得到稀釋後（hòu）的標準品粉末，可以進行稱量。

實驗采用矽藻土作為分散物質，矽藻土主要（yào）為二氧化矽，對熱裂解譜圖背（bèi）景影響小。事先將矽藻土在馬弗（fú）爐800℃ 燒2小時，去除矽藻土中雜質。取2mg矽藻土進行PY-GCMS空白考察，確定（dìng）無雜質峰出現，再作為實驗中分散劑（jì）使用。

用（yòng）天平分別稱取1mg各塑料，將6種（zhǒng）塑料各（gè）1mg加入（rù）5mL金（jīn）屬研磨罐，再加入0.15g矽藻土作為分散物質。放入9.6mm金屬研磨（mó）球，擰緊蓋子。放入液（yè）氮中冷凍5min, 取出研磨罐放入研磨儀中，研磨儀參數設置（zhì）為65Hz 40s ，進行研磨。再放（fàng）入液氮冷凍5min，然後研磨40s，如此（cǐ）共重複8次。得到微塑料在矽（guī）藻土中 的6667μg/g標準（zhǔn）物質。 

分別取矽（guī）藻土分（fèn）散的微塑料標準物質0.66mg、0.97mg、1.48mg、1.97mg、2.44mg，放入熱（rè）裂（liè）解樣品管中，共5個級別標準物質，則對應各微塑（sù）料質量為（wéi）4.4μg、6.47μg、9.87μg、13.13μg、16.27μg。 

利用PY-GCMS分析得到6種微塑料的標準曲線的R2>0.95，則標準曲線線性良好。

表1.  標注曲線數據

表2.  6種塑料定量（liàng）和定性特（tè）征組（zǔ）分

2.2 液氮（dàn）研磨參數優化

    用天平分別稱取1mg各塑料，將6種塑料各1mg加入5mL金屬研（yán）磨罐，再加入（rù）0.15g矽藻土作為分（fèn）散物質， 放入9.6mm金屬研磨球，擰緊蓋子。放（fàng）入液氮中冷凍3min, 取出研磨罐放入（rù）研磨儀中，研磨（mó）儀參數（shù）設置為50Hz 30s ，進行研磨。再放入液氮冷凍3min，然後研磨30s，如此共重複4次。取（qǔ）2mg進樣PY-GCMS，用（yòng）穩定性（xìng）RSD來考察塑料研磨微顆粒和矽藻土分布（bù）均勻性是否滿足實驗要求。

    每次取2mg，重複4次考察穩定性。結果（guǒ）如下表：

表3.  連續4次進樣的重現（xiàn）性RSD

    從表3數據可知，PE和PET的RSD不理想，需（xū）要優化液氮研磨參數。則將液氮冷凍時間延長到（dào）5min, 研磨震動頻率增大為65Hz ，研磨時（shí）間增大為40s， 重複次數增大（dà）到8次。重新（xīn）取樣研磨後得到數據見表4。

表4.  連續4次進樣的重現（xiàn）性（xìng）RSD

圖1.  連續4次進樣的重現（xiàn）性譜圖（tú）

    由表4數（shù）據可知，6個（gè）塑料（liào）利用此優化後的液氮研磨參數，得到RSD均較理想，符（fú）合實驗要求。

2.3 加標回收

從市場采購聚苯乙（yǐ）烯PS微顆粒標（biāo）準品（購自輝質生物），粒徑100μm，固含量1% 。取3個相同樣品，分別加入（rù）1μL，則加入量為10μg 。進行同樣前處理和PY-GCMS分析，則加標回收結（jié）果如表（biǎo）5，從結果可看出通過PS可得（dé）到（dào）加標回收率82~85%較理想，方法檢測較準確。

表5.  PS加標回收率結果

2.4 質量控製

須注意在取樣和實驗室樣品製備過程中盡量減少汙染。實驗流程隻使用玻璃和金屬器（qì）皿。器皿用水和乙（yǐ）醇（chún）清洗三次。在（zài）分析過程中，實驗（yàn）人員穿著100%純棉製成的實驗服。實驗操作是在通風櫃中（zhōng）進行的，以盡量減少（shǎo）空氣中微塑料的（de）汙染。當樣品未（wèi）處理時，儲存在封閉的（de）玻璃單（dān）元中。所有溶劑(水、乙醇或氫氧化鉀溶（róng）液（yè）)在PTFE 濾膜(0.45 um來自Sigma-Aldrich)上預過濾。樣品管（guǎn）在使用前用（yòng）熱裂解儀的1000℃ 燒30秒，待冷（lěng）卻後放入樣（yàng）品進行測試。

2.5 樣品中微塑料含量（liàng）

    在海洋生物中塑（sù）料含量與攝食方（fāng）式、海洋棲息地或營養狀況之間有一（yī）定關（guān）係[1]。微塑料是否從消化係統轉移（yí）到組織或循環液中（zhōng），微塑料是否隻（zhī）是短暫的在生物體中停留（liú），則塑料（liào）顆粒的攝（shè）入（rù）、排出或排泄機製目前（qián）仍不清楚。樣品中主要含（hán）有（yǒu）的微塑料是聚乙烯PE和聚丙烯（xī）PP，PE通常以大的比例存在，通常（cháng）超過總微（wēi）塑料量的80%。據報道，PE在海洋樣品中（zhōng）占主導地位，在海麵上的平均比例為（wéi）42% [2]。

圖2. 樣品測（cè）試結果

3.結（jié）論

利用（yòng）Pyrolysis-GCMS建立分析海（hǎi）洋（yáng）貝殼（ké）類動物體內的6種微塑料含量的方法。通過液氮研磨方式，稀釋（shì）6種微塑料標（biāo）準（zhǔn）品，並且（qiě）建（jiàn）立標準曲線R2>0.95 ；考察液氮研磨的均（jun1）勻（yún）性和穩定性，重複進樣RSD<5%；通過聚苯乙烯PS 100μm粒徑標準品考察（chá）加標回收率，範圍為82~85%較理想；嚴格控製係統空白，測試結果（guǒ）準確性更可靠；幾個樣品的測試結果，為主要含有（yǒu）聚乙烯PE為10~15μg/g,其次含量是聚丙烯PP為0~2μg/g 。則證（zhèng）明此Pyrolysis-GCMS方法可準確有效的分析海洋貝殼類（lèi）動物體內的6種微（wēi）塑料含（hán）量

參考文獻：

[1] Carbery, M., et al., 2018. Trophic transfer of microplastics and mixed contaminants in the marine food web and implications for human health. Environ. Int. 115, 400–409.

[2] Erni-Cassola, G., et al., 2019. Distribution of plastic polymer types in the marine environment; a meta-analysis. J. Hazard. Mater. 369, 691–698.