本發(fā)明涉及一種粒徑分級過濾-raman/sers光譜聯(lián)用定量檢測微納塑料的方法，屬于分析化學和環(huán)境分析領域。
背景技術：
1、塑料的廣泛使用致使大量塑料垃圾被丟棄于環(huán)境中。這些塑料垃圾經(jīng)紫外線照射老化、風化以及機械作用等，破碎形成粒徑小于5毫米的微塑料和小于1微米的納塑料。已有大量研究報道證實，微塑料和納塑料廣泛存在于淡水、海水、土壤、食品以及生物體內(nèi)。微塑料和納塑料可通過飲食、吸入、皮膚接觸等途徑進入生物體，引發(fā)生物毒性效應，例如炎癥反應、氧化應激等，這已引起科研和社會各界的廣泛關注。
2、環(huán)境中微塑料和納塑料所產(chǎn)生的生物毒性，往往與濃度和粒徑密切相關。在相同濃度下，相較于微塑料，納塑料粒徑更小、比表面積更大，因而更容易與持久性有機污染物、重金屬離子、抗生素等其他污染物形成復合污染物。這一特性，使得納塑料更易突破生物屏障進入生物體，產(chǎn)生更強的生物毒性。因此，對環(huán)境中的微塑料和納塑料進行準確的定量表征極為重要。
3、目前，環(huán)境中微納塑料分析常用的方法主要有質(zhì)譜法、總有機碳法(toc)和電化學法等。這些方法雖能對微納塑料進行定量分析，但也存在一定問題。質(zhì)譜法在分析過程中會損傷微納塑料，導致粒徑信息丟失；toc法和電化學法無法提供微納塑料的化學成分信息。
4、相比之下，拉曼光譜法(raman)能同時獲取微塑料的化學組成、濃度和粒徑信息，且具有無損、受水干擾小等優(yōu)點，在微塑料分析領域具有獨特優(yōu)勢。然而，拉曼散射信號強度會隨著顆粒物粒徑的減小呈指數(shù)級衰減，這使得raman難以檢測粒徑較小的納塑料。
5、表面增強拉曼光譜(sers)具有靈敏、檢測速度快等優(yōu)點，常被用于納塑料的分析檢測。但在實際環(huán)境中，微塑料和納塑料通常以低濃度共存。要實現(xiàn)微塑料和納塑料的分別定量分析，將不同粒徑的顆粒物進行分離，是對它們進行準確表征的前提。
6、目前，常用的微納塑料粒徑分離方法有毛細管電泳、超速離心和密度梯度離心等。然而，以上方法操作流程復雜，成本高昂，不適合與拉曼光譜(raman)/表面增強拉曼光譜(sers)聯(lián)用進行原位分析。與之相比，膜過濾法操作簡便，具有無損樣品、分離富集效率高等優(yōu)勢，已廣泛應用于大氣顆粒物和微納塑料的分析研究。此外，通過采用不同孔徑的濾膜進行順序過濾，能夠?qū)崿F(xiàn)微塑料和納塑料的有效分離與富集。在光譜分析領域，顆粒物的光譜強度與顆粒物的質(zhì)量濃度及其粒徑密切相關。當前，利用膜過濾法對納塑料進行富集時，缺乏對粒徑的選擇性。此外，sers光譜強度由raman響應和sers響應疊加而成，因此，基于該光譜強度來推斷微納塑料的濃度，會不可避免地產(chǎn)生一定誤差。
7、綜上所述，顆粒物的raman響應強度和sers響應強度，均與質(zhì)量濃度和顆粒粒徑相關。當顆粒粒徑分布未知時，運用raman或sers技術對微納塑料進行定量分析，會導致較大誤差。
技術實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種粒徑分級過濾-raman/sers光譜聯(lián)用定量檢測微納塑料的方法。
2、本發(fā)明的方法融合粒徑分級過濾與raman/sers光譜檢測技術，在完成粒徑分級的同時構建原位光譜檢測體系，實現(xiàn)微塑料與納塑料的粒徑分級和精準定量。該方法具備操作便捷、成本低廉、富集效率高、定量性能優(yōu)良、檢測迅速、靈敏度高且樣品無損耗等優(yōu)勢，解決了復雜樣品中微納塑料顆粒物無法精準定量的難題。
3、發(fā)明概述：
4、本發(fā)明通過粒徑分級過濾，過濾膜的機械攔截或吸附攔截分離將微塑料和納塑料的混合物分為三個粒徑區(qū)間，大于1微米(餾分#1)、500納米到1微米(餾分#2)、50納米到500納米(餾分#3)。隨后，對餾分#1和#2進行raman光譜分析，餾分#3進行sers光譜分析。sff-r/s方法利用分級過濾的方法將顆粒混合物劃分為3個餾分，對各餾分進行分別檢測，消除了餾分之間的光譜干擾，實現(xiàn)了更精確的光譜強度測量和定量分析。
5、本發(fā)明是通過如下方案實現(xiàn)的：
6、一種粒徑分級過濾-raman/sers光譜聯(lián)用定量檢測微納塑料的方法，包括步驟如下：
7、(1)利用以孔徑為0.9-1.5μm的玻璃纖維膜為過濾膜的過濾裝置對含有微塑料和納塑料混合物的待測水樣進行過濾，得到餾分#1微塑料濾膜；
8、(2)利用以孔徑為0.6-0.8μm的玻璃纖維膜為過濾膜的過濾裝置對步驟(1)過濾后的水樣進行過濾，得到餾分#2納塑料濾膜；
9、(3)利用以孔徑為0.20-0.25μm的尼龍膜為過濾膜的過濾裝置對步驟(2)過濾后的水樣進行過濾，過濾完成后加入ag?nps和ki，在物理截流和吸附截留過濾作用下，將納塑料、ag?nps和ki共同過濾至尼龍膜上，得到餾分#3納塑料濾膜；
10、(4)利用拉曼光譜儀分別對餾分#1微塑料濾膜、餾分#2納塑料濾膜上的微納塑料顆粒污染物進行raman光譜采集，利用拉曼光譜儀對餾分#3納塑料濾膜上的納塑料顆粒污染物進行sers光譜采集，實現(xiàn)微塑料和納塑料顆粒污染物的定量檢測。
11、本發(fā)明融合粒徑分級過濾與raman/sers光譜檢測技術(sff-r/s)將顆?；旌衔飫澐譃?個餾分，對各餾分進行分別檢測，成功消除了餾分之間的光譜干擾，實現(xiàn)了更精確的光譜強度測量和定量分析。
12、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中，待測水樣的用量為0.1-50ml/cm2。
13、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中，玻璃纖維膜孔徑為1μm，玻璃纖維膜直徑為12-15mm。
14、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中，玻璃纖維膜上得到餾分#1微塑料粒徑大于1微米。
15、進一步優(yōu)選的，步驟(1)中，玻璃纖維膜上得到餾分#1微塑料粒徑為1-5μm。
16、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中，玻璃纖維膜的直徑為12-15mm。
17、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中，玻璃纖維膜上得到餾分#2納塑料粒徑為500nm-1μm。
18、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中，尼龍膜的孔徑為0.22μm，直徑為12-15mm。
19、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中，ag?nps的用量為2-4ml。
20、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中，ki的加入量使其濃度達到0.02-0.1m。
21、進一步優(yōu)選的，步驟(3)中，ki的加入量使其濃度達到0.06m。
22、本發(fā)明的ki作為清潔劑以及凝結劑。
23、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中，ag?nps和ki的具體加入方法如下：過濾得到的納塑料顆粒加入ag?nps混勻后，立即加入ki溶液，混勻，室溫孵育10min。
24、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中、步驟(2)、步驟(3)中，溶膠或溶液過濾至不再有濾液產(chǎn)生即得。
25、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(4)中，拉曼光譜儀測試的激光波長為785nm，633nm或532nm，激光功率為1-50mw；單點拉曼光譜采集的積分時間為5-30s。
26、本發(fā)明的技術特點及有益效果如下：
27、1、本發(fā)明的玻璃纖維膜和尼龍膜為過濾膜的粒徑分級過濾方法，制備過程簡單，易于操作與重復；同時還能夠通過調(diào)整銀溶膠和ki的用量調(diào)節(jié)納塑料的富集效果，實現(xiàn)更小粒徑納米顆粒的截留。本發(fā)明從三層濾膜組裝到待測物的富集均通過過濾的方式實現(xiàn)，具有高度的連續(xù)性，簡化了操作流程。
28、2、本發(fā)明通過將餾分#3的納塑料與銀溶膠和ki共同過濾至尼龍膜上，能夠同時實現(xiàn)小尺寸納塑料的濃縮富集與sers檢測。本發(fā)明參考了環(huán)境中顆粒物的常規(guī)分析過程，即采樣、分離、富集與檢測，通過本發(fā)明的裝置可以簡化該分析過程。本發(fā)明通過不同濾膜的組裝，可以用于微塑料和納塑料混合物溶液的分離富集，餾分#1中微塑料和餾分#2中納塑料分別通過不同孔徑的玻璃纖維膜分離富集并利用raman進行定量測定，餾分#3中納塑料通過尼龍膜富集并以ag?nps作為基底利用sers進行定量測定，通過粒徑分級過濾，可以提高定量檢測的準確性。
29、3、本發(fā)明的sff-r/s方法結合了粒徑分級過濾技術與raman/sers光譜檢測技術，利用分級過濾的方法將顆?；旌衔飫澐譃?個餾分，對各餾分分別進行raman/sers檢測，消除了餾分之間的光譜干擾，實現(xiàn)了更精確的光譜強度測量和定量分析。對于不同粒徑的微塑料和納塑料，微塑料/納塑料濃度和特征峰強度之間建立了良好的線性關系。本發(fā)明保留了兩種技術的優(yōu)勢，包括操作簡單、成本較低、富集效率高、靈敏度高、檢測速度快、抗水干擾、無損、適用于多粒徑的顆粒物以及能夠提供指紋信息等。本發(fā)明可以實現(xiàn)粒徑低至50nm的顆粒物的檢測；對于濃度低至10-4g/l的顆粒物，依然能夠?qū)崿F(xiàn)有效檢測；因此本發(fā)明的方法靈敏度更高而且適用的粒徑范圍更廣。