用于模拟微塑料迁移和目标物提取的一体式装置及方法

1.本发明涉及用于模拟微塑料迁移和目标物提取的一体式装置及方法，属于微塑料迁移技术领域。


背景技术：

2.微塑料是指粒径小于5mm的塑料碎片和颗粒。近年来，微塑料的环境污染问题受到了广泛关注。目前，对微塑料的研究主要集中在其环境赋存水平和状态，但对微塑料迁移行为的研究相对滞后，尤其是对不同的环境介质之间的迁移过程研究还十分匮乏。
3.目前，对微塑料迁移行为的评估技术体系，较多采用喷淋装置将微塑料混入土壤填充层，随后通过集液装置对土壤渗滤液进行收集，从而模拟土壤等单一介质中微塑料迁移。对喷淋液和土壤渗滤液进行取样，并对微塑料进行异位提取，随后对比两者微塑料的浓度差，分析土壤介质对微塑料的截留，进而探索微塑料的迁移行为。
4.此外，以往的研究体系大多只局限于微塑料迁移行为的模拟单元，忽视了对目标物提取单元的耦合，而微塑料垂向迁移行为模拟及目标物提取的一体化研究的缺乏可能造成对微塑料迁移行为的模拟存在偏差。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明能够在模拟微塑料垂向迁移的同时，将不同介质中微塑料的提取步骤相耦合，形成多介质体系中，微塑料垂向迁移行为模拟及目标物提取的一体化系统，从而改善微塑料垂向迁移研究体系的局限，为微塑料的相关研究提供支撑。
6.本发明所要解决的技术问题是提供一种用于评估微塑料垂向迁移特性的一体式装置及方法，可模拟水环境中微塑料的迁移情况。
7.本发明提供的用于评估微塑料垂向迁移特性的一体式装置及方法能够模拟水体和沉积物构成的多介质体系中微塑料迁移行为，并将微塑料迁移行为的模拟单元和目标物提取单元相耦合，从而实现对目标为塑料的原位提取。
8.为了实现上述目的，本发明首先提供用于模拟微塑料迁移和目标物提取的一体式装置，所述装置包括：正方形薄钢片、固定支架、可旋转支架、微塑料迁移模拟单元及目标物提取单元；其中，微塑料迁移模拟单元采用有机玻璃管组件，所述有机玻璃管组件用于盛放实验水样及沉积物，以对微塑料迁移行为进行模拟；目标物提取单元采用抽滤装置以及驱动所述抽滤装置的真空泵；
9.根据本发明的一体式装置，所述有机玻璃管组件与所述抽滤装置之间通过橡胶管连接；所述正方形薄钢片为多个，并分别连接至可旋转支架连接，并且可旋转支架固定在固定支架上，所述正方形薄钢片能够由可旋转支架带动旋转并插入有机玻璃管组件的下层有机玻璃管内，使其中的沉积物分层并对目标物进行提取。
10.根据本发明的一体式装置，所述有机玻璃管组件为多节有机玻璃管组成的结构；其中，下层三节有机玻璃管用于盛装沉积物，上层有机玻璃管用于盛放实验水样，有机玻璃
管组件的下层三节有机玻璃管与可旋转支架连接，并且连接至固定支架。
11.根据本发明的一体式装置，下层三节有机玻璃管的每一节内均装有搅拌叶轮，所述搅拌叶轮由电机驱动，用于搅拌有机玻璃管内的沉积物。
12.根据本发明的一体式装置，所述有机玻璃管组件的上层包括多节有机玻璃管，所述多节有机玻璃管能够分别通过水阀与所述橡胶管连接，并连接至所述抽滤装置。
13.根据本发明的一体式装置，在连接所述有机玻璃管组件的橡胶管和抽滤装置之间设置滤孔孔径为2μm的滤膜。
14.根据本发明的一体式装置，所述滤膜被置于橡胶管中连接至抽滤装置的一端，并且所述滤膜可更换。
15.根据本发明的一体式装置，所述装置能够在向有机玻璃管组件的下层e、f、g区域中填充沉积物后，在有机玻璃管组件的上层a、b、c、d区域添加实验水样。
16.在一个实施方案中，实验所添加微塑料颗粒采用尼罗红染色剂进行染色。
17.在一个实施方案中，所述装置由上至下打开水阀依次对各个区域的实验水样进行抽滤并进行目标物提取。
18.在一个实施方案中，所述装置的有机玻璃管组件中，所选用的有机玻璃管长度为200mm
‑
250mm，直径为30mm
‑
40mm。
19.在一个实施方案中，正方形薄钢片的边长大于40mm。
20.本发明还提供用于模拟微塑料迁移和目标物提取的方法，其特征在于，所述方法应用于所述权利要求1
‑
5的任一项所述的一体式装置，所述方法包括：
21.步骤一：将有机玻璃管组件内的上层有机玻璃管分为四个区域，并分别编号a区域、b区域、c区域、d区域；将下层三节有机玻璃管分为三个区域，并分别编号e区域、f区域、g区域；并且在e区域、f区域、g区域分别添加沉积物，在a区域、b区域、c区域、d区域添加不含塑料的纯净水作为实验水样；
22.步骤二：将用尼罗红染色的粒径为0.1mm
‑
5mm密度大于水的pa66微塑料颗粒投加到a区域水体表面使其自然沉降；
23.步骤三：在连接所述有机玻璃管组件的橡胶管和抽滤装置之间设置滤孔孔径为2μm的滤膜；
24.步骤四：在所述有机玻璃管组件中的微塑料颗粒沉积目标时间后，依次打开所述有机玻璃管组件a区域、b区域、c区域、d区域的水阀，并采用抽滤装置分别对各个区域的实验水样进行抽滤，以提取每个区域中的微塑料颗粒；
25.步骤五：向所述有机玻璃管组件中添加100ml的密度大于微塑料的饱和nacl溶液，并转动可旋转支架，使正方形薄钢片分别插入所述有机玻璃管组件下层的e区域、f区域，将e区域和f区域分离，并启动电机使e区域的搅拌叶轮旋转，将e区域内加入nacl溶液后的沉积物搅拌至少10min后关闭电机，等待泥水分离，以使该区域的沉积物中的微塑料颗粒从沉淀物中分离，并悬浮于nacl溶液上方；
26.步骤六：待e区域的沉积物泥水分离之后，打开d区域的水阀，并采用抽滤装置将e区域中分离出的微塑料颗粒进行抽滤。
27.所述有机玻璃管组件中f区域、g区域中沉积物中微塑料颗粒的分离方法和e区域相同，即分别重新添加密度大于微塑料的饱和nacl溶液，并经过搅拌、分离过程最终完成微
塑料颗粒的提取。
28.根据本发明的方法，将每个区域抽滤后得到的带有微塑料的滤膜放于玻璃培养皿上，用荧光显微镜在激发波长为460nm发射波长为515nm
‑
565nm的波段下检测目标微塑料，并统计由每个区域提取的微塑料颗粒的个数。
29.根据本发明的方法，所述滤膜被置于橡胶管中连接至抽滤装置的一端，所述抽滤装置由真空泵驱动对实验水样进行抽滤后，使水样中的目标微塑料颗粒截留在滤膜上，然后将滤膜放于玻璃培养皿上，用于荧光显微镜下对微塑料颗粒进行检测并计数；并且，每抽滤一个区域则更换一次滤膜。
30.根据本发明的技术方案，所述方法能够模拟水体和沉积物构成的多介质体系中的微塑料迁移行为，并将微塑料迁移行为的模拟单元和目标物提取单元相耦合，从而实现对目标为塑料的原位提取。
31.本发明的有益效果：
32.相较于现有技术，本发明提供了一种用于模拟微塑料迁移和目标物提取的一体式装置及方法，能够模拟多介质中微塑料迁移行为并且同时实现目标物的提取。本发明的提取方法在对沉积物中的微塑料颗粒进行提取时，加入饱和nacl溶液后并对沉积物和氯化钠溶液充分搅拌后进行泥水分离，能够实现对沉积物中微塑料的提取。并且，根据本发明的一体式装置和方法实现了微塑料迁移行为的模拟单元和目标物提取单元相耦合，具有效率高、操作简便等优点，并且能够原位提取目标微塑料颗粒，具有重复性高、准确程度高及适用范围广等优点。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是荧光显微镜下检测到的目标微塑料颗粒的示意图；
35.图2是本发明提供的方法的流程示意图；
36.图3是本发明的一体式装置的轴向剖面结构示意图；
37.图4为本发明的一体式装置的俯视示意图；
38.其中，1为正方形薄钢片，2为可旋转支架，3为固定支架，4为可旋转支架，5为有机玻璃管组件，6为水阀，7为电机，8为搅拌叶轮，9为橡胶管，10为滤膜，11为抽滤装置，12为真空泵。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本的实施方式作进一步地详细描述。
40.实施例一：
41.本实施例提供用于模拟微塑料迁移和目标物提取的一体式装置，参见图3和图4所示，用于模拟微塑料迁移行为及目标物提取的一体式装置，具体包括：正方形薄钢片1、固定
支架3、可旋转支架2、微塑料迁移模拟单元及目标物提取单元；其中，微塑料迁移模拟单元采用有机玻璃管组件5，所述有机玻璃管组件5用于盛放实验水样及沉积物，以对微塑料迁移行为进行模拟；目标物提取单元采用抽滤装置11，以及驱动所述抽滤装置的真空泵12。
42.根据本实施例的一体式装置，所述有机玻璃管组件5与所述抽滤装置11之间通过橡胶管9连接；所述正方形薄钢片1为多个，并分别连接至可旋转支架2，并且可旋转支架2固定在固定支架3上，所述正方形薄钢片能够由可旋转支架2带动旋转并插入有机玻璃管组件5的下层有机玻璃管内，使其中的沉积物分层并对每一层的目标微塑料颗粒进行提取。
43.根据本实施例的一体式装置，所述有机玻璃管组件5为多节有机玻璃管组成的结构；其中，下层三节有机玻璃管用于盛装沉积物，上层有机玻璃管用于盛放实验水样，有机玻璃管组件5的下层三节有机玻璃管与可旋转支架4连接，并且连接至固定支架2。
44.根据本实施例的一体式装置，有机玻璃管组件5的下层三节有机玻璃管的每一节内均装有搅拌叶轮8，所述搅拌叶轮8由电机7驱动，用于搅拌有机玻璃管内的沉积物。
45.根据本实施例的一体式装置，所述有机玻璃管组件5的上层包括多节有机玻璃管，所述多节有机玻璃管能够分别通过水阀与所述橡胶管9连接，并连接至所述抽滤装置11。
46.根据本实施例的一体式装置，在连接所述有机玻璃管组件的橡胶管9和抽滤装置11之
47.间
48.设置滤孔孔径为2μm的滤膜10。
49.根据本实施例的一体式装置，所述滤膜10被置于橡胶管9中连接至抽滤装置11的一端，并且所述滤膜10可更换。
50.根据本实施例的一体式装置，所述装置能够在向机玻璃管组件5下层的e、f、g区域中填充沉积物后，在有机玻璃管组件5的上层a、b、c、d区域添加实验水样。
51.在本实施例中，实验所添加微塑料颗粒采用尼罗红染色剂进行染色。
52.在本实施例中，所述装置由上至下打开水阀依次对各个区域的实验水样进行抽滤。
53.在本实施例中，所述装置的有机玻璃管组件5中，所选用的有机玻璃管长度为200mm
‑
250mm，直径为30mm
‑
40mm。
54.在本实施例中，正方形薄钢片的边长大于40mm。
55.实施例二：
56.本实施例提供一种用于评估微塑料垂向迁移特性的方法，本实施例所述方法采用实施例一所述的一体式装置，参见图2所示的流程图，所述方法包括：
57.步骤一：按照图3所示准备3套本发明的一体式装置，将有机玻璃管组件内的上层有机玻璃管分为四个区域，并分别编号a区域、b区域、c区域、d区域；将下层三节有机玻璃管分为三个区域，并分别编号e区域、f区域、g区域；并且在e区域、f区域、g区域分别添加不含微塑料的沉积物，在a区域、b区域、c区域、d区域添加不含塑料的纯净水作为实验水样；
58.步骤二：将用尼罗红染色的粒径为0.1mm
‑
5mm密度大于水的pa66微塑料颗粒投加到a区域水体表面，使其自然沉降；
59.步骤三：在连接所述有机玻璃管组件的橡胶管和抽滤装置之间设置滤孔孔径为2μm的滤膜；
60.步骤四：在所述有机玻璃管组件中的微塑料颗粒分别沉积5天、10天、15天后，对有机玻璃管5中沉积物和实验水样进行处理，依次打开所述有机玻璃管组件a区域、b区域、c区域、d区域的水阀，并采用抽滤装置分别对各个区域的实验水样进行抽滤，使每个区域中的微塑料颗粒截留在滤膜上；
61.步骤五：向所述有机玻璃管组件中添加100ml的密度大于微塑料的饱和nacl溶液，并转动可旋转支架，使正方形薄钢片插入所述有机玻璃管组件下层的e区域、f区域，将e区域和f区域分离，并启动电机使e区域的搅拌叶轮旋转，将e区域内加入nacl溶液后的沉积物搅拌至少10min后关闭电机，等待泥水分离，以使该区域的沉积物中的微塑料颗粒从沉淀物中分离，并悬浮于nacl溶液上方；
62.步骤六：待e区域的沉积物泥水分离之后，打开d区域的水阀，并采用抽滤装置将e区域中分离出的微塑料颗粒进行抽滤。
63.根据本实施例，所述有机玻璃管组件中f区域、g区域的沉积物中微塑料颗粒的提取方法和e区域相同，即分别重新添加密度大于微塑料的饱和nacl溶液，并经过搅拌、分离过程最终完成微塑料颗粒的提取。
64.根据本实施例的方法，将每个区域抽滤后得到的带有微塑料颗粒的滤膜放于玻璃培养皿上，用荧光显微镜在激发波长为460nm发射波长为515nm
‑
565nm的波段下检测目标微塑料颗粒，检测结果如图1所示；并统计由每个区域提取的微塑料颗粒的个数，结果见表1所示的实验室模拟微塑料垂向迁移检测结果。
65.表1
[0066][0067]
本实施例通过在实验室中模拟多介质中微塑料迁移行为，实现了微塑料迁移行为的模拟单元和目标物提取单元相耦合，具有效率高、操作简便等优点，并且能够原位提取目标微塑料具有重复性高、准确程度高等优点。
[0068]
实施例三
[0069]
本实施例提供一种用于评估微塑料垂向迁移特性的一体式装置及方法，参见图2，所述方法包括：
[0070]
步骤一：按照图示准备3套本发明的一体式装置，将有机玻璃管组件内的上层有机玻璃管分为四个区域，并分别编号a区域、b区域、c区域、d区域；将下层三节有机玻璃管分为三个区域，并分别编号e区域、f区域、g区域；并且在e区域、f区域、g区域分别添加不含微塑料的太湖某湾沉积物，在a区域、b区域、c区域、d区域添加不含塑料的太湖某湾湖水作为实验水样；
[0071]
步骤二：将用尼罗红染色的粒径为0.1mm
‑
5mm的pa66微塑料颗粒投加到a区域水体表面，使其自然沉降；
[0072]
步骤三：在连接所述有机玻璃管组件的橡胶管和抽滤装置之间设置滤孔孔径为2μ
m的滤膜；
[0073]
步骤四：在所述有机玻璃管组件中的微塑料颗粒分别沉积5天、10天、15天后，对有机玻璃管5中沉积物和水样进行处理依次打开所述有机玻璃管组件a区域、b区域、c区域、d区域的水阀，并采用抽滤装置分别对各个区域的实验水样进行抽滤，使每个区域中的微塑料截留在滤膜上；
[0074]
步骤五：向所述有机玻璃管组件中添加100ml的密度大于微塑料的饱和nacl溶液，并转动可旋转支架，使正方形薄钢片插入所述有机玻璃管组件下层的e区域、f区域，将e区域和f区域分离，并启动电机使e区域的搅拌叶轮旋转，将e区域内加入nacl溶液后的沉积物搅拌至少10min后关闭电机，等待泥水分离，以使该区域的沉积物中的微塑料颗粒从沉淀物中分离，并悬浮于nacl溶液上方；
[0075]
步骤六：待e区域的沉积物泥水分离之后，打开d区域的水阀，并采用抽滤装置将e区域中分离出的微塑料颗粒进行抽滤。
[0076]
根据本实施例的方法，所述有机玻璃管组件中f区域、g区域中沉积物中微塑料颗粒的分离方法和e区域相同，即分别重新添加密度大于微塑料的饱和nacl溶液，并经过搅拌、分离过程最终完成微塑料颗粒的提取。
[0077]
根据本实施例的方法，将每个区域抽滤后得到的带有微塑料的膜放于玻璃培养皿上，用荧光显微镜在激发波长为460nm发射波长为515nm
‑
565nm的波段下检测目标微塑料，并统计由每个区域提取的微塑料颗粒的个数，结果见表2所示的实验模拟太湖某湖湾的水中微塑料垂向迁移检测结果。
[0078]
表2
[0079][0080]
本实施例通过采用太湖某湾湖水作为实验水样，模拟太湖某湾沉积物的多介质中微塑料迁移行为，实现了微塑料迁移行为的模拟单元和目标物提取单元相耦合，具有效率高、操作简便等优点，并且能够原位提取目标微塑料具有重复性高、准确程度高的优点。
[0081]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。