使用单颗粒 (sp)ICP-MS 法进行微塑料颗粒的粒径和颗粒数量浓度分析
时间：2022-11-17 阅读：977
Agilent 8900 ICP-MS/MS 在单颗粒模式下对 13C 进行检测，可以用来进行对微塑料（MP）颗粒的定量研究。该方法在亚微米（0.8 μm）至微米（5 μm）级的粒径范围内实现了微塑料粒径和颗粒数量浓度的准确定量。并被用来研究在紫外降解过程中聚苯乙烯（PS）微塑料颗粒的变化。
应用需求促进方法开发
由于大量的塑料无法完全降解，并且通常会碎裂产生毫米到纳米粒径范围的颗粒，因此而产生的污染问题令人十分担忧。为研究 MP 的迁移转化，现已经开发了各种方法来采集和分析 MP 的粒径、数量和材料类型。但大多数关于复杂环境和生物介质中 MP 的研究都集中在较大粒径的颗粒上，而用于表征 5μm 以下 MP 分析方法较少 [1]。近两年的研究表明，spICP-MS 法可以通过监测 13C 定量分析 PS 颗粒的粒径和数量浓度[2]。为此，我们进一步开发了该方法，并成功的定量分析了紫外降解过程中 PS 微球颗粒数量和粒径变化。
方法概述
该方法使用 Agilent 8900 串联四极杆 ICP-MS（ICP-MS/MS）。进样系统包括具有 1.0 mm 内径中心管的石英炬管（部件号：G3280-80081）、标准石英雾化室、标准玻璃同心雾化器和镍尖接口锥。使用内径 0.51 mm 的 PTFE 管线（部件号：8003-0689）通过自提升将样品。仪器使用 MS/MS 操作模式，将 Q1 和 Q2 均设置为 m/z = 13，在无气体模式下测定 13C。上述操作条件提供了比单四极杆模式更好的信噪比（S/N）和更低的粒径检测限。
方法特点
该方法通过定量分析标称粒径为 0.8 μm、1 μm、1.8 μm、3 μm 和 5 μm 的 PS 微球建立平均 13C 信号强度和微球体积的线性关系，进而用该标准曲线分析样品中微塑料颗粒的等效球体粒径分布。
图 1. 由 spICP-MS 法确定的 PS MP 粒径的校准曲线。使用平均信号强度(CPS)与颗粒体积(μm3)进行绘制。
该方法的颗粒数检出限在 2.0 × 106（0.8 μm）至 6.9 × 106（5 μm）颗粒/升的范围内。MP 的颗粒数量浓度检测限和不同粒径的 MP 的雾化效率有关，MP的颗粒粒径越大，雾化效率越小。因此，在计算未知 MP 样品中的颗粒数量浓度时，应根据不同的粒径范围（即 >3 μm，1.8–3 μm 和 0.8–1.8 μm）使用相应的雾化效率来计算，以便能更好地分析 MP 的颗粒数量浓度。
紫外降解后 PS 微塑料颗粒的变化
在实验室模拟环境中，使用本方法定量分析初始的 5 μm PS MP，以及在紫外线暴露 0、12、16 和 20 小时后采集的样品的颗粒数和粒径，研究了紫外降解的影响。
图 2. 紫外降实验工作流程图示。
分析结果表明，在 20 小时的紫外降解过程中产生了亚微米到微米级粒径的次级 MP。测得的粒径分布表明，通过本方法可以详细追踪 MP 降解的动力学过程。
图 3. 经过 0、12、16 和 20 小时的紫外降解后的 MP 粒径分布变化。
结语
本研究定量了紫外降解对 MP 粒径和颗粒数量浓度的影响。本方法提供的数据可用于评估和预测长期的次级 MP 生成过程和MP在环境中的保留状态。这些信息对于评估微塑料和纳米塑料污染对生态系统的毒理学风险有重要的意义。
有关更多信息，请参见 Ziyi Liu, et al. Quantifying the Dynamics of Polystyrene Microplastics UV-Aging Process. Environ. Sci. Technol. Lett. 2022, 9 (1), 50–56 和安捷伦应用简报 5994-4897。
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参考文献：
[1] A.B. Silva, et. al., Anal. Chim. Acta, 2018, 1017, 1–19;
[2] E. Bolea-Fernandez, et. al., J. Anal. At. Spectrom. 2020, 35 (3), 455−460;