一种荧光定量聚苯乙烯微塑料的方法及其应用

本发明涉及一种聚苯乙烯微塑料定量的方法，具体可描述为利用聚苯乙烯微塑料的光致荧光特性，用荧光分光光度计对其进行荧光强度测定和定量。该方法操作简单、准确性高且无任何其他药剂使用，适用于水体中聚苯乙烯微塑料的定量分析。

背景技术：

1、作为一种新兴的持久性有机污染物，微塑料同时具备分析和去除两大方面的难题。除了原生微塑料外，进入环境中的塑料也会在物理、化学等因素作用下产生次生(老化)微塑料，这些微塑料的尺寸常是微米级或纳米级，可通过生物摄食进入食物链，增加人类健康风险。

2、由于微塑料定量方法的限制，微塑料的研究仍集中在形貌观察和老化性质研究，而对微塑料定量是微塑料去除效果判断的必要手段。现有的微塑料定量方法如热解-气质联用和流式细胞仪等，依赖于对微塑料的前处理，操作过程繁琐且准确性受限；目计数法收到微塑料粒径不均质的限制；对老化微塑料颗粒的性质变化未有合理的定量分析方法。

3、因此，开发出简单、快捷定量微塑料的方法，对微塑料的研究工作至关重要。

4、含有不饱和基团的有机物会在特定波长下产生荧光，这些污染物常因为荧光峰出现的位置被分区以便于对未知样品的定性。聚苯乙烯因为具有苯环，与其他具备不饱和键的物质一样会在紫外光照射时产生荧光。因此，可根据聚苯乙烯微塑料的这一特性，通过对水体中苯环荧光强度的测定来推测水体中聚苯乙烯微塑料的浓度。这是一种快速、准确的定量方法，解决了微塑料去除研究中效果难以评定的难题，有望推动和促进该方向的科学研究。

技术实现思路

1、针对目前微塑料定量方法的缺乏和现有测定方法的复杂繁琐及不准确，本发明的内容是将聚苯乙烯微塑料悬浮液的质量浓度与其在特定波长下的荧光强度联系，以达到准确定量水体中聚苯乙烯微塑料的目的。这是一种促进实验室微塑料去除研究的手段，具有操作简单、适用范围广和准确性高的优点。

2、本发明还提供上述定量聚苯乙烯微塑料的方法在不同天然水体介质中的应用，所述天然水体介质包括自来水、湖水、江水和污泥上清液。

3、本发明还提供上述聚苯乙烯微塑料的方法在不同环境老化程度的聚苯乙烯微塑料中的应用。

4、根据本发明所述荧光定量聚苯乙烯微塑料的方法，采用以下技术方案：

5、s1.用超声分离法将聚苯乙烯微塑料配置成标准储备液；取0.05g的聚苯乙烯微塑料，加入1000ml水，交替搅拌与超声(每次5min)以配置0.05g l-1的标准聚苯乙烯悬浮液；

6、s2.三维荧光分光光度计测定条件标准悬浮液荧光强度，绘制不同浓度范围下聚苯乙烯微塑料荧光强度-质量浓度标准曲线：

7、1)将s1中配置的标准聚苯乙烯悬浮液加超纯水稀释成浓度为0.01、0.02、0.03、0.04和0.05g l-1的聚苯乙烯悬浮液，用荧光分光光度计在激发/接收波长在260/310nm(400v)下测定上述聚苯乙烯悬浮液的荧光强度，将测定的荧光强度与对应的聚苯乙烯微塑料质量浓度绘制成标准曲线；

8、2)将s1中配置的标准聚苯乙烯悬浮液加超纯水稀释成浓度为1、2、3、4和5mg l-1的聚苯乙烯悬浮液，用荧光分光光度计在激发/接收波长在激发/接收波长为260/310nm(700v)或260/610nm(700v)下测定上述聚苯乙烯悬浮液的荧光强度，将测定的荧光强度与对应的聚苯乙烯微塑料质量浓度绘制成标准曲线；

9、s3.将未知聚苯乙烯微塑料浓度的水样于260/310nm(低浓度：700v)或260/310nm(高浓度：400v)测定其荧光强度，将其带入标准曲线中计算即可得到水样中微塑料浓度。计算方法如公式(1)，其中c为水样中聚苯乙烯微塑料的浓度，e为实测水样的荧光强度，b为所用标准曲线的截距，a为标准曲线的斜率：

10、

11、根据本发明的技术方案，做出如下补充：

12、本发明中所用的荧光激发/接受波长，是通过标准悬浮液的三维荧光分光光度计进行三维扫描确定的，三维荧光光谱扫描范围ex：200-600nm，em：200-700nm，扫描电压700v，路径宽度5nm。

13、上述微塑料悬浮液的质量浓度分段点平均合理，质量浓度分段且涉及范围广，保证了拟合曲线和测试的准确性，体现了本发明适用微塑料悬浮液质量浓度广和检测线低的优势。

14、根据本发明实施例的利用苯环荧光定量聚苯乙烯微塑料的方法，至少具有如下有益效果：

15、本发明提供了一种定量聚苯乙烯微塑料质量浓度的苯环自发荧光法，及经其环境老化后的定量。本发明利用荧光分光光度计技术：对微塑料质量浓度和不同老化程度的定量方法进行探究和验证，并拓展至实际水体中聚苯乙烯微塑料的定量。本发明填补了不适用额外药剂的微塑料定量方法的空白，相比其他方法，本发明具有简单快捷、易于操作，准确定高和检测范围广的优点。

16、根据本发明的一些实施例，所述原始聚苯乙烯微塑料的平均粒径为1.59μm，最小粒径为420nm。

17、根据本发明的一些实施例，所述老化聚苯乙烯的粒径范围分别为250nm-6.34μm(老化36h)和160nm-4.08μm(老化84h)。

18、根据本发明的一些实施例，所述荧光定量水体中聚苯乙烯微塑料质量浓度的方法，几乎不受水体中盐离子和水体ph的干扰。

19、根据本发明的一些实施例，所述荧光定量水体中聚苯乙烯微塑料质量浓度的方法，在相同浓度溶解性有机物的存在下，依然保持稳定性准确性。

技术特征：

1.一种基于三维荧光分光光度计的微塑料定量方法，其特征在于，所述方法包括以下几个步骤：

2.根据权利要求1中所述的微塑料定量方法，1(1)中所用微塑料为聚苯乙烯，微塑料悬浮液的质量浓度为50mg l-1。

3.根据权利要求1(2)中所述的微塑料定量方法，微塑料荧光强度的测定波长是通过聚苯乙烯微塑料的三维荧光光谱确定的。采用三维荧光分光光度计，其荧光扫描波长为ex：200-600nm，em：200-700nm，测定电压700v(微塑料浓度0-5mg l-1)或400v(微塑料浓度0-50mg l-1)。选择激发/接受波长为260/310nm(有添加剂的聚苯乙烯微塑料可采用260/610nm)。

4.根据权利要求1(3)所述的微塑料定量方法，其标准曲线选取高或低微塑料浓度根据需要的测定的水样大概的微塑料浓度而定，高浓度范围为0-50mgl-1，低浓度范围为0-5mgl-1。

5.根据权利要求1所述的微塑料荧光定量法，将其应用于盐溶液、实际水体(江水、湖水、自来水和污泥上清液)和老化聚苯乙烯微塑料的定量。

技术总结
本发明提供一种水体微塑料的定量方法，具体可体现为利用聚苯乙烯(PS)中苯环的荧光特性对水体中的聚苯乙烯微塑料进行定量，属于环境监测领域。其步骤为：确定聚苯乙烯微塑料荧光峰位置；配制标准聚苯乙烯微塑料储备液；用荧光分光光度计测定悬浮液荧光强度；绘制聚苯乙烯微塑料荧光强度‑质量浓度标准曲线；根据实际水样的荧光强度和标准曲线计算微塑料质量浓度。通过本方法可以准确定量水样中聚苯乙烯微塑料的浓度。

技术研发人员：张雪,翟云波
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13