一种基于拉曼流式光谱技术的高通量单颗粒微塑料检测方法

本发明属于环境污染物检测，具体涉及一种基于拉曼流式光谱技术的高通量单颗粒微塑料检测方法。

背景技术：

1、微塑料是指尺寸介于1 μm至5 mm的塑料颗粒。由于塑料制品的大量生产和使用，加之塑料本身具有相对稳定的化学结构，微塑料已广泛存在于水体、土壤、大气等各种环境介质中。作为一种新污染物，微塑料污染已成为不可忽略的全球性环境问题，其对生态系统和人体健康的潜在威胁日益受到关注，因此对环境中微塑料的准确检测变得尤为重要。

2、目前，针对微塑料的检测方法主要包括热裂解气相色谱-质谱法、傅里叶变换红外光谱法和共聚焦拉曼光谱法。其中，热裂解气相色谱-质谱法能够对样品的材质和质量浓度进行检测，但该方法无法获取微塑料的尺寸信息和颗粒浓度信息。傅里叶变换红外光谱法能够检测微塑料的材质和尺寸信息，然而由于红外光谱受限于光的衍射极限，其仅能检测尺寸大于20 μm的微塑料颗粒，对于更小粒径的微塑料颗粒难以有效识别。共聚焦拉曼光谱法相较于傅里叶变换红外光谱法能够检测尺寸低于20 μm的微塑料颗粒，具有更高的空间分辨率，但共聚焦拉曼光谱法的检测通量低、检测速度慢，且样品前处理过程复杂，难以满足环境样品中大量微塑料颗粒的高通量快速检测需求。

3、因此，本领域亟需开发一种能够实现高通量、单颗粒水平检测微塑料的方法，以同时获取微塑料的材质、粒径和浓度等多维度信息，并且操作简单、无需复杂的样品前处理。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于拉曼流式光谱技术的高通量单颗粒微塑料检测方法，以解决现有微塑料检测技术中存在的检测通量低、无法同时获取材质-粒径-浓度多维信息、样品前处理复杂等技术问题。

2、为解决上述技术问题，本申请提出的技术方案是：

3、本发明提供一种基于拉曼流式光谱技术的高通量单颗粒微塑料检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、s1：制备不同粒径和不同材质的微塑料微球的标准水溶液；

5、s2：制备不同浓度的微塑料微球的标准水溶液；

6、s3：将步骤s1制备的不同粒径和不同材质的微塑料微球标准水溶液、步骤s2制备的不同浓度的微塑料微球标准水溶液以及待测样品水溶液分别直接送入拉曼流式细胞仪，在所述拉曼流式细胞仪中使各水溶液保持流动状态，对各水溶液中流动通过的微塑料颗粒无需过滤富集而逐一进行聚焦和拉曼光谱检测，采集各样品在单位时间内的拉曼图谱，所述拉曼流式细胞仪的进样流速为0.1μl/min至40μl/min；

7、s4：根据步骤s3采集的拉曼图谱中的特征峰信号、特征峰强度以及单位时间内的谱图数量，确定待测样品中微塑料的材质、粒径和浓度。

8、进一步地，步骤s1中，所述微塑料微球的粒径范围为40μm以下。

9、进一步地，步骤s1中，所述微塑料微球的粒径选自1μm、2μm、5μm、10μm、20μm和40μm中的至少一种。

10、进一步地，步骤s1中，所述不同材质的微塑料微球选自聚苯乙烯微球、聚氯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚对苯二甲酸乙二醇酯微球和聚乳酸微球中的至少一种。

11、进一步地，步骤s2中，所述不同浓度的微塑料微球标准水溶液的浓度范围为100000个/ml以下。

12、进一步地，步骤s2中，所述不同浓度的微塑料微球标准水溶液的浓度选自0个/ml、5000个/ml、10000个/ml、50000个/ml和100000个/ml中的至少一种。

13、进一步地，步骤s3中，所述拉曼流式细胞仪的检测参数设置为：拉曼激光器采用532nm激光，拉曼采集镜头采用5倍至100倍镜头，拉曼曝光时间为0.01s至1s，采集波数范围为100cm-¹至3500cm-¹，样品采集时间为10min。

14、进一步地，步骤s3中，所述拉曼流式细胞仪的拉曼采集镜头采用50倍镜头，拉曼曝光时间为0.1s，进样流速为1μl/min。

15、进一步地，步骤s4包括以下子步骤：

16、s41：根据步骤s3采集的拉曼图谱，提取各微塑料材质对应的特征峰拉曼位移处的信号强度；

17、s42：将步骤s41中提取的特征峰信号强度与预设的信噪比阈值进行比较，判定属于目标材质的微塑料颗粒；

18、s43：根据步骤s42判定为目标材质微塑料颗粒的各颗粒在特征峰处的峰强度，结合预先建立的粒径-峰强度标准曲线，确定各微塑料颗粒的粒径；

19、s44：统计单位时间内步骤s42判定为目标材质微塑料颗粒的谱图数量，结合预先建立的浓度-检测数量标准曲线所确定的传输效率，计算待测样品中微塑料的浓度。

20、进一步地，步骤s41中，所述特征峰为聚苯乙烯微球在1003cm-¹拉曼位移处的特征峰；步骤s42中，所述预设的信噪比阈值为信号强度高于背景信号强度3倍的标准差。

21、进一步地，步骤s43中，所述粒径-峰强度标准曲线通过以下方式预先建立：对不同粒径的同一材质微塑料微球标准水溶液在相同检测条件下进行拉曼流式细胞仪检测，获取各粒径微塑料在特征峰处的峰强度，以粒径为横坐标、特征峰强度为纵坐标进行拟合，得到粒径与特征峰强度之间的相关曲线。

22、进一步地，步骤s44中，所述浓度-检测数量标准曲线通过以下方式预先建立：对不同浓度的同一粒径微塑料微球标准水溶液在相同检测条件下进行拉曼流式细胞仪检测，统计各浓度样品在单位时间内检测到的目标材质微塑料颗粒数目，以实际进样浓度为横坐标、检测到的颗粒数目为纵坐标进行拟合，得到浓度与检测数量之间的相关曲线，所述相关曲线的斜率为传输效率。

23、相比于现有技术，本发明取得了如下有益技术效果：

24、本申请直接将样品水溶液送入拉曼流式细胞仪，在流动状态下对微塑料颗粒逐个检测，省去了过滤富集、滤膜转移等繁琐操作，简化了前处理流程，避免了颗粒团聚和损失。同时，一次检测即可同步获得微塑料的材质、粒径分布及颗粒浓度等多维度信息，实现了真正意义上的高通量单颗粒分析，检测效率显著优于传统的显微拉曼逐点扫描方式。

1.一种基于拉曼流式光谱技术的高通量单颗粒微塑料检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，所述微塑料微球的粒径范围为40μm以下。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤s1中，所述微塑料微球的粒径选自1μm、2μm、5μm、10μm、20μm和40μm中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，所述不同材质的微塑料微球选自聚苯乙烯微球、聚氯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚对苯二甲酸乙二醇酯微球和聚乳酸微球中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，所述不同浓度的微塑料微球标准水溶液的浓度范围为100000个/ml以下。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤s2中，所述不同浓度的微塑料微球标准水溶液的浓度选自0个/ml、5000个/ml、10000个/ml、50000个/ml和100000个/ml中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述拉曼流式细胞仪的检测参数设置为：拉曼激光器采用532nm激光，拉曼采集镜头采用5倍至100倍镜头，拉曼曝光时间为0.01s至1s，采集波数范围为100cm-¹至3500cm-¹，样品采集时间为10min。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述拉曼流式细胞仪的拉曼采集镜头采用50倍镜头，拉曼曝光时间为0.1s，进样流速为1μl/min。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4包括以下子步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤s41中，所述特征峰为聚苯乙烯微球在1003cm-¹拉曼位移处的特征峰；步骤s42中，所述预设的信噪比阈值为信号强度高于背景信号强度3倍的标准差。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤s43中，所述粒径-峰强度标准曲线通过以下方式预先建立：对不同粒径的同一材质微塑料微球标准水溶液在相同检测条件下进行拉曼流式细胞仪检测，获取各粒径微塑料在特征峰处的峰强度，以粒径为横坐标、特征峰强度为纵坐标进行拟合，得到粒径与特征峰强度之间的相关曲线。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤s44中，所述浓度-检测数量标准曲线通过以下方式预先建立：对不同浓度的同一粒径微塑料微球标准水溶液在相同检测条件下进行拉曼流式细胞仪检测，统计各浓度样品在单位时间内检测到的目标材质微塑料颗粒数目，以实际进样浓度为横坐标、检测到的颗粒数目为纵坐标进行拟合，得到浓度与检测数量之间的相关曲线，所述相关曲线的斜率为传输效率。