化工儀器網
技術文章
使用熱裂解和 GC/MSD 定量分析環境 樣品中的微塑料
閱讀：1902 發布時間：2021-8-5摘要：環境樣品中微塑料的定量分析正受到越來越多的關注。本應用簡報介紹了一種利用 加壓液體萃取 (PLE) 配合熱裂解氣相色譜-質譜 (pyr-GC/MS) 的穩定分析方法，可通 過 Agilent 5977B GC/MSD、Agilent 7890B GC 和 Agilent MassHunter 工作站軟件對 環境基質中的低濃度聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP) 和聚苯乙烯 (PS) 等微塑料進行定量分 析。對實際環境樣品的線性、定量限 (LOQs) 和重現性進行了評估。GC/MSD 解決了 過往方法檢測限較高的問題，對 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 的校準樣品時獲得了出色的線性 (R2 > 0.97)。加標樣品和環境 樣品的相對標準偏差 (RSDs) 均低于 10%，證明了系統出色的重現性和可靠性。
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入環 境，并持續存在數百年或更長時間，從而 增加了生物體攝入這些顆粒并在體內積累 的風險。因此，人們越來越關注土壤、 水和有機物等環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 溶劑中溶解性較差，因此使用傳統的 GC/MS 或 LC-串聯 MS 方法定量分析環境 樣品中的微塑料一直面臨著挑戰。紅外光 譜 (IR) 等光譜技術可用于測量微塑料， 并提供顆粒數量、化學性質以及尺寸和面 積分布等信息。作為對這些技術的補充， 熱萃取與 GC/MS 聯用可提供對監管和監 測而言至關重要的質量濃度信息[1,2]。盡 管熱裂解氣相色譜-質譜 (pyr-GC/MS) 方 法展現出了應用前景，但其以往存在檢測 限較高、受基質相關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，可靠地測定環境樣品中 的微塑料所需的定量限應低于 1 mg/g[3]。 為了克服分析限制，他們開發了一種利用 加壓液體萃取 (PLE) 結合 pyr-GC/MS 的穩 定分析方法，可定量分析土壤和污水污泥 基質等復雜沉積物中低濃度的微塑料[3]。 作者設計的方法可對常見的微塑料，例 如聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)) 和聚苯乙 烯 (PS) 進行相對高通量的分析。本應用簡報展示了使用 Agilent 5977B GC/MSD、 Agilent 7890B GC 和 Agilent MassHunter 工作站軟件執行該方法的適用性。我們 還特別評估了 GC/MSD 的線性、定量限 (LOQs)、重現性以及對實際環境樣品中 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，這項技術還可 以分析其他塑料類型，例如尼龍聚合物、 聚氨酯 (PUR)、聚對苯二甲酸乙二醇酯 (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。
實驗部分： 標樣和樣品前處理 由于 PE 和 PP 在大多數溶劑中的溶解性 較差，因此幾乎無法通過稀釋儲備溶液的 方法來制備校準溶液。此外，直接稱量聚 合物也不適用，因為稱量極少量標準品 配制低濃度校準樣品時，容易產生稱量 誤差。所以，我們使用惰性基質（煅燒 海砂）連續稀釋儲備混合物來制備校準 樣品。將 PE、PS（PSS 聚合物）和 PP (Sigma-Aldrich) 在低溫研磨機中研磨，然 后各取 250 mg 與煅燒海砂混合，以制得 10 g 儲備混合物。然后將混合物在行星 式研磨機中均質化 20 min。將 1–2 g 儲 備混合物與砂子混合以進行連續稀釋，獲 得 0.005–10 mg/g 范圍內的各個聚合物 校準濃度。在每個稀釋步驟后將混合物均 質化。進行 PLE 時，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。使用甲醇進行預萃取，以減 少基質效應。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）作為內標。然后將溶劑 蒸發，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。然后將硅膠均質化 5 min。 Dierkes 等人發表的論文中提供了有關標 樣制備和樣品前處理步驟的詳細信息。 校準、方法驗證（粒徑實驗除外）、空白 （僅包含沙子）和環境樣品均使用相同步 驟進行萃取。
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 進樣器 (Frontier Laboratories) 搭配 7890B 氣相色譜儀和 5977B GC/MSD。分析每個樣品時，稱取 20 mg 均質硅膠置于 80 μL 熱裂解杯中 (Eco-Cup LF, Frontier Laboratories)，并 在 600 °C 下進行熱裂解。 7890B 氣相色譜儀配備 30 m × 0.25 mm 內 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）。
結果與討論 線性和定量限 圖 1 顯示了 0.25 mg/g 混標的提取離子色 譜圖。 使用聚苯乙烯-d5 內標計算相對峰面積， 以繪制校準曲線。所有聚合物均得到低 0.005 mg/g 的線性校準曲線 (R2 > 0.97)。 PP 和 PS 的線性響應最高濃度為 1 mg/g。 PE 線性響應的最高濃度為 10 mg/g。 由于塑料在大多數實驗室中的使用非常普 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 樣品顯示較低信號的濃度。使用 11 個空 白樣品的平均相對響應，計算出具有單側 置信區間 (t(p = 0.95; n – 1 = 10) = 1.812) 的空白 聚合物濃度作為 LOQs。