本发明涉及环境监测,具体涉及一种富集分离环境中纳米塑料颗粒以供检测的方法。
背景技术：
1、微纳塑料已成为全球关注的环境污染问题，需采用科学的定量指标评估和管控其污染。作为一类多种聚合物种类、粒径和形貌的混合颗粒物，如何简便可靠地对其进行定量是环境分析化学面临的挑战。微塑料在环境中会进一步老化产生的更小尺寸的纳米塑料。纳米塑料的成分为聚乙烯pe、聚丙烯pp、聚氯乙烯pvc、聚对苯二甲酸乙二醇酯pet、聚苯乙烯ps和聚甲基丙烯酸甲酯pmma中一种或几种，粒径范围为50nm至1000nm。由于纳米塑料易穿透皮肤进入机体，对生物造成生长、发育、器官毒性。因此，亟需对环境中的纳米塑料进行定性和定量监测。目前常用的检测手段为光谱扫描，如激光拉曼光谱，通过显微镜成像，如电子显微镜，还有通过质谱识别，如基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱等。但是这些仪器进行直接检测时，只能对微米级和更大塑料进行检测，对纳米级塑料定性定量都较为困难。主要原因包括：纳米塑料尺寸太小，在环境中浓度低(约108-109个/l)，难以达到检测限，因此需要在检测前对环境中纳米塑料进行富集等预处理。目前常见的预富集方法有超速离心、tx-45浊点萃取等。但其中超速离心水样体积受限，且耗时费力；浊点萃取需要加热，且水样盐浓度对萃取效果影响较大。
2、刘景富等人的专利申请cn111257464a提出一种定量测定水环境中微塑料的方法，包括：用富集膜对定容环境水样进行过滤，使微塑料颗粒被截留富集在膜上，纳塑料进入到滤液中；将富集了微塑料的富集膜经过冷冻、研磨后加入蒸馏水定容混合，干燥后测试水环境中微塑料。cn114920415a公开一种水环境中纳塑料的分离富集方法以及测定方法，包括：向含纳塑料的环境水样中加入吸附剂烷基化四氧化三铁和絮凝剂以进行吸附处理，使得纳塑料与烷基化四氧化三铁充分接触形成团聚体；再用微孔膜过滤以截留所述团聚体，完成所述纳塑料的分离富集，再以所述截留有所述团聚体的微孔膜作为样品进行热裂解-气相色谱质谱测定，确定所述环境水样中纳塑料浓度。前述两种方法都十分依赖富集膜的滤孔大小，且由于要测总碳，因此富集膜只能使用不含碳的玻璃纤维膜、氧化铝膜、石英膜等。这些材质本身制膜难度较大成本高，且截留微米或纳米塑料的过程非常慢，不满足野外采集样品和快速富集检测的实际需求，而水样盐浓度同样影响膜分离的效率。
3、综上所述，亟需开发一种更简单便捷的、可提高检测准确的从环境中富集分离纳米塑料的方法，为下一步的检测提供富集的纳米塑料样品。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种富集分离环境中纳米塑料颗粒以供检测的方法，其解决了纳米塑料尺寸太小，浓度过低难以达到检测限、膜过滤截留法成本高和耗时长，难以满足野外采集水样现场进行快速富集检测需求的技术问题。
3、(二)技术方案
4、本发明的技术方案如下：
5、一种富集分离环境中纳米塑料颗粒以供检测的方法，其包括：
6、s1、将离子液体溶解于有机溶剂中，得到萃取剂；所述有机溶剂为甲醇、乙腈和丙酮中至少一种或两种以上的组合溶剂；所述离子液体为室温疏水型离子液体；
7、s2、在环境温度下，将萃取剂与含有纳米塑料的水样混合，采用机械搅拌、振荡方式或超声进行混合均匀；
8、s3、在环境温度下中高速离心，离心后静置等待溶液分层，去掉上层的水相，保留下层萃取相，萃取相富集了水样中的纳米塑料颗粒。
9、本发明使用的离子液体为室温疏水型离子液体，可提供疏水性离子基团对纳米塑料颗粒进行包裹，又具有憎水性，可与水分层达到萃取效果，优选是以pf6(六氟磷酸盐离子液体)或ntf2(双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体)为阴离子基团的离子液体。
10、根据本发明的较佳实施例，s1中，所述离子液体为1-癸基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺、1-己基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺及1-辛基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺中的至少一种。
11、根据本发明的较佳实施例，s1中，离子液体与所述有机溶剂的混合体积比为1:5-15，优选为1：5或1：10。如将100μl离子液体溶于500μl或1ml所述有机溶剂中，制得所述萃取剂。
12、若离子液体与所述有机溶剂的混合体积比太大，将导致制备的萃取剂粘度偏大，降低了萃取剂从水样中富集萃取纳米塑料颗粒的能力；若离子液体与所述有机溶剂的混合体积比过小，则离子液体浓度过稀，则萃取剂从水样中富集萃取纳米塑料颗粒的效果也较差。
13、根据本发明的较佳实施例，s2中，萃取剂与水样的体积比为1：10-30，优选为1:10-20，更优选为1:20。例如，使用约1ml的萃取剂与30ml或20ml的水样混合，以将分散在30ml或20ml水样中的纳米塑料颗粒萃取到约0.1ml的离子液体中，起到富集纳米塑料的作用，提高纳米塑料的浓度以达到检测限。
14、由于甲醇、丙酮或乙腈均与水可以互溶，因此离心分层后，倒掉上层水相(水相中含有大部分甲醇、丙酮或乙腈)，下层的萃取相中为离子液体包裹的纳米塑料颗粒(有少量有机溶剂)。因此经过离心分层后，下层萃取相的体积与配制萃取剂使用的离子液体体积相当。经计算可知，当萃取剂中离子液体与甲醇(乙腈或丙酮)体积比为1:10时，而萃取剂与水样体积比为1:10-30时，就意味着可将10-30倍体积的水中分散的纳米塑料富集到0.1倍体积的萃取相中，富集倍数达到100-300倍。
15、本发明的萃取剂中实质上起到萃取分离作用的是离子液体，而将离子液体溶于甲醇(丙酮或乙腈)中制得萃取剂，主要是为了降低离子液体的粘度，只有粘度降低后，萃取剂才具备与水样混合和从水样中夺取富集纳米塑料颗粒的能力，否则离子液体粘度太大，难以与水样混合以及从水样中富集出纳米塑料颗粒。
16、当萃取剂与水样的混合体积比太小时，离子液体在水样中分散过少或者分散不均，对纳米塑料颗粒的富集回收率会下降；而萃取剂与水样的混合体积比太大时，会增加萃取剂的试剂成本。在实际检测过程中，由于采集的水样体积通常很小(只有几毫升就满足检测要求)，因此富集倍数为100-300倍时完全能满足对纳米塑料颗粒的测试要求。
17、根据本发明的较佳实施例，s2中，所述纳米塑料为粒径50nm至1000nm的pe、pp、pvc、pet、ps和pmma颗粒中的一种或几种的混合，例如，纳米塑料颗粒的粒径为300nm的ps颗粒、500nm的pmma颗粒、100nm的ps颗粒、500nm的pp颗粒、100nm的pet颗粒、100nm的ps颗粒。
18、根据本发明的较佳实施例，s2中，所述环境温度为进行萃取时的自然温度，本发明对操作温度没有要求；但水样应为液态。由于检测水样中纳米塑料颗粒浓度和种类时，并不需要采集很多水样，因此水样体积较小，在选择采用机械搅拌、振荡或超声处理促进混合均匀时，只需要持续几秒的时间即满足要求，如对于大约10ml的水样，一般只需搅拌、振荡或超声持续3-10s，更优选为3-6s即可达到混合均匀的目的。
19、根据本发明的较佳实施例，s3与s2相同的，该步骤对离心过程中的温度没有特殊要求，为操作时的自然温度，但水样应为液态。
20、根据本发明的较佳实施例，s2中，在将萃取剂与含有纳米塑料的水样混合时，还添加至少一种无机盐溶液；所述无机盐为k、ca、mg或na的硝酸盐、盐酸盐或硫酸盐。
21、根据本发明的较佳实施例，s2中，无机盐溶液的体积与离子液体体积比为2-10:10，无机盐溶液浓度为0.5-1.5m。如100μl离子液体，则对应添加20-100μl的浓度为1m的氯化钠或硫酸镁溶液。
22、通过加入少量盐类，如nacl、naso4、mgso4、mgcl2中的至少一种，加入量为20-100μl，增加水样以及混合相中的离子强度，可降低胶束间带电纳米颗粒之间的库伦斥力，促进胶束聚集和颗粒粒径变大，进而有助于快速离心分离。
23、根据本发明的较佳实施例，s3中，离心速度为3000-8000rpm，优选为3500-6000rpm；离心时间为10-20min。
24、根据本发明的较佳实施例，所述方法还包括步骤s4，向萃取相中加入甲醇、乙腈或丙酮进行稀释以降低萃取相的粘度，以便于定容以及进样，稀释后制得供试品。
25、(三)有益效果
26、(1)本发明主要采用离子液体制备的萃取剂对分散于水样中的纳米塑料颗粒进行萃取，离子液体具有亲水和疏水两个离子部分，纳米塑料作为疏水表面，其周围的离子液体会以其疏水离子(带负电荷)部分汇聚在塑料颗粒表面形成包裹状态，离心分层后，使原本分散于水样中的纳米塑料颗粒被转移到离子液体相中，实现了从水中富集纳米塑料颗粒的效果，提高纳米塑料颗粒的浓度使其达到检测限，便于更准确监测水样中纳米塑料颗粒的含量。
27、(2)本发明使用的萃取剂主要为各种离子液体在有机溶剂(选自甲醇、乙腈和丙酮的至少一种)中的溶液，离子液体本身不易挥发，易于回收，且对于检测所需水样来说，仅需很少量的离子液体，因此富集过程成本很低且环保。
28、(3)本发明在萃取分离水样中纳米塑料颗粒过程中，全程不需要加热，只在环境温度下处理即可，对于大约10ml的水样，一般只需搅拌、振荡或超声持续3-10s，更优选为3-6s即可达到混合均匀的目的，因此能耗低，操作简单快速，耗时短，非常符合野外采集水样现场进行快速富集检测的需求。本发明的富集方法，所得到的萃取相中为大量团聚在一起的塑料纳米颗粒团粒，不破坏塑料颗粒的形貌，可富集pe、pp、pvc、pet、ps和pmma等纳米颗粒。
29、(4)离子液体由有机阳离子和无机阴离子组成，离子液体的组合种类多，后续可根据纳米塑料种类、纳米塑料颗粒大小进行优化和选择，以提高富集回收率。
1.一种富集分离环境中纳米塑料颗粒以供检测的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中，所述离子液体为1-癸基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺、1-己基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺及1-辛基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中，离子液体与所述有机溶剂的混合体积比为1:5-15。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，萃取剂与水样的体积比为1：10-30。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，所述纳米塑料为粒径50nm至1000nm的pe、pp、pvc、pet、ps和pmma颗粒中的一种或几种的混合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，所述搅拌、振荡或超声持续时间为3-10s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，在将萃取剂与含有纳米塑料的水样混合时，还添加至少一种无机盐溶液；所述无机盐为k、ca、mg或na的硝酸盐、盐酸盐或硫酸盐。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，s2中，无机盐溶液的体积与离子液体体积比为2-10:10，无机盐溶液浓度为0.5-1.5m。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s3中，离心速度为3000-8000rpm，离心时间为10-20min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤s4，向萃取相中加入甲醇、乙腈或丙酮进行稀释以降低萃取相的粘度，制得供试品。
