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使用熱裂解和 GC/MSD 定量分析環(huán)境 樣品中的微塑料
閱讀：1968 發(fā)布時(shí)間：2021-8-5摘要：環(huán)境樣品中微塑料的定量分析正受到越來越多的關(guān)注。本應(yīng)用簡報(bào)介紹了一種利用 加壓液體萃取 (PLE) 配合熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜 (pyr-GC/MS) 的穩(wěn)定分析方法,，可通 過 Agilent 5977B GC/MSD,、Agilent 7890B GC 和 Agilent MassHunter 工作站軟件對(duì) 環(huán)境基質(zhì)中的低濃度聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP) 和聚苯乙烯 (PS) 等微塑料進(jìn)行定量分 析,。對(duì)實(shí)際環(huán)境樣品的線性,、定量限 (LOQs) 和重現(xiàn)性進(jìn)行了評(píng)估。GC/MSD 解決了 過往方法檢測限較高的問題,，對(duì) PE,、PP 和 PS 微塑料的定量可低至 0.005 mg/g。 在分析 0.005–1 mg/g 的校準(zhǔn)樣品時(shí)獲得了出色的線性 (R2 > 0.97),。加標(biāo)樣品和環(huán)境 樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 (RSDs) 均低于 10%,，證明了系統(tǒng)出色的重現(xiàn)性和可靠性。
前言：微塑料通常指長度小于 5 mm 的塑料顆 粒和碎片,。這些顆粒從多種來源進(jìn)入環(huán) 境，并持續(xù)存在數(shù)百年或更長時(shí)間,，從而 增加了生物體攝入這些顆粒并在體內(nèi)積累 的風(fēng)險(xiǎn),。因此，人們?cè)絹碓疥P(guān)注土壤,、 水和有機(jī)物等環(huán)境樣品中微塑料的定量 分析,。 由于微塑料的分子量很高，且在大多數(shù) 溶劑中溶解性較差,，因此使用傳統(tǒng)的 GC/MS 或 LC-串聯(lián) MS 方法定量分析環(huán)境 樣品中的微塑料一直面臨著挑戰(zhàn),。紅外光 譜 (IR) 等光譜技術(shù)可用于測量微塑料， 并提供顆粒數(shù)量,、化學(xué)性質(zhì)以及尺寸和面 積分布等信息,。作為對(duì)這些技術(shù)的補(bǔ)充， 熱萃取與 GC/MS 聯(lián)用可提供對(duì)監(jiān)管和監(jiān) 測而言至關(guān)重要的質(zhì)量濃度信息[1,2],。盡 管熱裂解氣相色譜-質(zhì)譜 (pyr-GC/MS) 方 法展現(xiàn)出了應(yīng)用前景,，但其以往存在檢測 限較高、受基質(zhì)相關(guān)的背景干擾以及樣品 中微塑料顆粒分布不均勻等問題,。 Dierkes 等人提出,，可靠地測定環(huán)境樣品中 的微塑料所需的定量限應(yīng)低于 1 mg/g[3]。 為了克服分析限制,，他們開發(fā)了一種利用 加壓液體萃取 (PLE) 結(jié)合 pyr-GC/MS 的穩(wěn) 定分析方法,，可定量分析土壤和污水污泥 基質(zhì)等復(fù)雜沉積物中低濃度的微塑料[3]。 作者設(shè)計(jì)的方法可對(duì)常見的微塑料,，例 如聚乙烯 (PE),、聚丙烯 (PP)) 和聚苯乙 烯 (PS) 進(jìn)行相對(duì)高通量的分析,。本應(yīng)用簡報(bào)展示了使用 Agilent 5977B GC/MSD、 Agilent 7890B GC 和 Agilent MassHunter 工作站軟件執(zhí)行該方法的適用性,。我們 還特別評(píng)估了 GC/MSD 的線性,、定量限 (LOQs)、重現(xiàn)性以及對(duì)實(shí)際環(huán)境樣品中 PE,、PP 和 PS 的檢測和定量性能,。除這 類豐度較高的微塑料之外，這項(xiàng)技術(shù)還可 以分析其他塑料類型,，例如尼龍聚合物,、 聚氨酯 (PUR)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET),、乙烯-醋酸乙烯酯 (EVA),、聚氯乙 烯 (PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 (ABS) 和碳氟聚合物,。
實(shí)驗(yàn)部分： 標(biāo)樣和樣品前處理 由于 PE 和 PP 在大多數(shù)溶劑中的溶解性 較差,，因此幾乎無法通過稀釋儲(chǔ)備溶液的 方法來制備校準(zhǔn)溶液。此外,，直接稱量聚 合物也不適用,，因?yàn)榉Q量極少量標(biāo)準(zhǔn)品 配制低濃度校準(zhǔn)樣品時(shí)，容易產(chǎn)生稱量 誤差,。所以,，我們使用惰性基質(zhì)（煅燒 海砂）連續(xù)稀釋儲(chǔ)備混合物來制備校準(zhǔn) 樣品。將 PE,、PS（PSS 聚合物）和 PP (Sigma-Aldrich) 在低溫研磨機(jī)中研磨,，然 后各取 250 mg 與煅燒海砂混合，以制得 10 g 儲(chǔ)備混合物,。然后將混合物在行星 式研磨機(jī)中均質(zhì)化 20 min,。將 1–2 g 儲(chǔ) 備混合物與砂子混合以進(jìn)行連續(xù)稀釋，獲 得 0.005–10 mg/g 范圍內(nèi)的各個(gè)聚合物 校準(zhǔn)濃度,。在每個(gè)稀釋步驟后將混合物均 質(zhì)化,。進(jìn)行 PLE 時(shí)，取 1 g 樣品放入 10 mL 不 銹鋼萃取室中,，并使用溶劑萃取儀器完 成萃取,。使用甲醇進(jìn)行預(yù)萃取，以減 少基質(zhì)效應(yīng),。使用四氫呋喃在 185 °C 和 100 bar 下萃取微塑料,。將提取物收 集至含 200 mg 煅燒硅膠的 60 mL 樣品 瓶中。萃取完成后,，加入 10 μL 聚苯乙 烯-d5（270 μg/mL,，溶于二氯甲烷,，購自 Polymer Source）作為內(nèi)標(biāo)。然后將溶劑 蒸發(fā),，并使用硅膠捕獲沉淀的聚合物,。用 二氯甲烷沖洗粘附在樣品瓶上的微塑料， 至少三次,。然后將硅膠均質(zhì)化 5 min,。 Dierkes 等人發(fā)表的論文中提供了有關(guān)標(biāo) 樣制備和樣品前處理步驟的詳細(xì)信息。 校準(zhǔn),、方法驗(yàn)證（粒徑實(shí)驗(yàn)除外）,、空白 （僅包含沙子）和環(huán)境樣品均使用相同步 驟進(jìn)行萃取。
熱裂解 GC/MS分析和儀器 所有樣品的熱裂解 GC/MS 分析均使用 EGA/PY-3030D Multi-Shot 熱裂解儀和 AS-1020E Auto-Shot 進(jìn)樣器 (Frontier Laboratories) 搭配 7890B 氣相色譜儀和 5977B GC/MSD,。分析每個(gè)樣品時(shí),，稱取 20 mg 均質(zhì)硅膠置于 80 μL 熱裂解杯中 (Eco-Cup LF, Frontier Laboratories)，并 在 600 °C 下進(jìn)行熱裂解,。 7890B 氣相色譜儀配備 30 m × 0.25 mm 內(nèi) 徑,，0.25 μm 膜厚的色譜柱，固定相為 (5% 苯基)-甲基聚硅氧烷（例如 HP-5ms UI,， 19091S-433UI）,。
結(jié)果與討論 線性和定量限 圖 1 顯示了 0.25 mg/g 混標(biāo)的提取離子色 譜圖。 使用聚苯乙烯-d5 內(nèi)標(biāo)計(jì)算相對(duì)峰面積,， 以繪制校準(zhǔn)曲線,。所有聚合物均得到低 0.005 mg/g 的線性校準(zhǔn)曲線 (R2 > 0.97),。 PP 和 PS 的線性響應(yīng)最高濃度為 1 mg/g,。 PE 線性響應(yīng)的最高濃度為 10 mg/g。 由于塑料在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室中的使用非常普 遍,，因此存在微塑料的假陽性檢測問題,。 因此，作者將 LOQs 定義為 95% 的空白 樣品顯示較低信號(hào)的濃度,。使用 11 個(gè)空 白樣品的平均相對(duì)響應(yīng),，計(jì)算出具有單側(cè) 置信區(qū)間 (t(p = 0.95; n – 1 = 10) = 1.812) 的空白 聚合物濃度作為 LOQs。