一种测定微塑料得电子和失电子容量的方法与流程

1.本发明涉及环境修复技术领域，具体是涉及一种测定微塑料得电子和失电子容量的方法。


背景技术：

2.微塑料是一种直径小于5毫米的塑料颗粒，亦是一种造成污染的主要载体。与“白色污染”塑料相比，微塑料容易影响水生生物从而造成环境灾害，并且它在水中可以残留数千年而不消失，即便是可以生物降解的类型，也很难在短时间内降解。
3.微塑料进入环境后，在物理、化学和生物的复合作用下发生形貌、结构及化学性质的改变，使得微塑料的颗粒减小、比表面积增大、表面含氧和含硫官能团含量增加、以及释放塑料添加剂等。
4.研究表明老化过程会影响微塑料的吸附性能、迁移行为、增大生物的暴露风险及毒性效应。此外，也有研究发现微塑料会影响陆地生态系统中的碳氮循环，机制包括微塑料自身可以作为碳源供微生物代谢，也有可能是由于微塑料表面含有氧化还原活性的官能团，可以作为微生物代谢的电子受体或供体。
5.为了论证以上作用机制，急需开发一种方法表征微塑料的氧化还原特性，即需要一种可以测量微塑料的得电子容量和失电子容量情况的方法。


技术实现要素：

6.本发明解决的技术问题是：目前还未出现一种表征微塑料氧化还原特性的方法以验证微塑料的老化机制。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种测定微塑料得电子和失电子容量的方法，包括以下步骤：
9.s1、称取15
‑
60mg微塑料粉末装入60ml血清瓶中，在厌氧手套箱进样室抽真空2
‑
12h除去其中的氧气后转入手套箱；
10.s2、加15
‑
45ml曝气除氧的铁氰化钾混合液或连二亚硫酸钠混合液，将血清瓶用丁基橡胶塞密封后振荡培养，选择数个特定的时间间隔，在手套箱中取样0.3
‑
1ml过滤，分别用于分光光度计测量；
11.s3、在用铁氰化钾测定微塑料失电子容量时，取0.2ml滤液转移至酶标板，从手套箱取出后立即在415
‑
425nm测定吸光度，根据吸光度变化计算微塑料的失电子容量，在用连二亚硫酸钠测定微塑料得电子容量时，取0.1
‑
0.5ml滤液与1
‑
5ml的二氯酚靛酚反应40min，取0.2ml反应液转移至酶标板，从手套箱取出后立即在595
‑
605nm测定吸光度，根据吸光度变化计算微塑料的得电子容量。
12.进一步地，步骤s2中的所述铁氰化钾混合液包括：0.5
‑
2mm铁氰化钾和10
‑
50mm磷酸盐缓冲液，其中，mm为毫摩尔，铁氰化物阴离子既快速与微塑料中的氧化还原活性官能团，又不会吸附于微塑料。
13.进一步地，步骤s2中的所述铁氰化钾混合液的ph值为5
‑
9，有利于展示酸性、中性、碱性环境下微塑料老化过程中电子量变化情况。
14.进一步的，步骤s2中的所述连二亚硫酸钠混合液包括：0.5
‑
2mm连二亚硫酸钠和50mm磷酸盐缓冲液，其中，mm为毫摩尔，连二亚硫酸钠具有较低的氧化还原电位(
‑
0.43v)，快速还原微塑料中的氧化还原活性官能团。
15.更进一步地，步骤s2中的所述连二亚硫酸钠混合液的ph值为6.4，有利于展示弱酸环境下微塑料老化过程中电子量变化情况。
16.优选地，步骤s2中，在进行微塑料失电子容量测算的情况下，数个特定的时间间隔是：0h、20h、40h、60h、80h、100h、120h，该时间间隔是对过氧化氢老化酚醛树脂微塑料失电子容量变化测算的较佳时间间隔，有利于展现不同时间段过氧化氢老化酚醛树脂微塑料失电子容量的变化情况。
17.优选地，步骤s2中，在进行微塑料得电子容量测算的情况下，数个特定的时间间隔是：0h、2h、4h、6h、8h，该时间间隔是对过氧化氢老化酚醛树脂微塑料得电子容量变化测算的较佳时间间隔，有利于展现不同时间段过氧化氢老化酚醛树脂微塑料得电子容量的变化情况。
18.优选地，步骤s2中数个特定的时间间隔是：0h、6h、12h、18h、24h，该时间间隔是对酚醛树脂微塑料、聚苯乙烯微塑料失电子容量变化测算的较佳时间间隔，有利于展现不同时间段酚醛树脂微塑料、聚苯乙烯微塑料失电子容量的变化情况。
19.进一步优选地，述步骤s3中，二氯酚靛酚的摩尔含量为0.4mm，其中，mm为毫摩尔，二氯酚靛酚具有反应快速的优点。
20.本发明的有益效果是：
21.本发明通过化学试剂法，将铁氰化钾和连二亚硫酸钠分别在厌氧环境中与微塑料反应，通过测定反应前后铁氰化钾和连二亚硫酸钠的消耗量，从而计算得到微塑料的得电子容量和失电子容量，具有操作简单、准确度高、成本低、效果好的优点。
附图说明
22.图1是实验例中过氧化氢老化酚醛树脂微塑料中c＝o、c
‑
o
‑
c和c
‑
oh含量随老化时间增加的变化图；
23.图2是实验例中过氧化氢老化的酚醛树脂微塑料与铁氰化钾反应的失电子量变化图；
24.图3是实验例中过氧化氢老化的酚醛树脂微塑料与连二亚硫酸钠反应的得电子量；
25.图4是实验例中臭氧老化(pf
‑
o3)和未老化(pf)酚醛树脂微塑料和与铁氰化钾反应的失电子量变化图；
26.图5是实验例中臭氧老化(ps
‑
o3)和未老化(ps)聚苯乙烯微塑料与铁氰化钾反应的失电子量变化图；
27.图6是本发明的方法流程图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
30.应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述
……
，但这些
……
不应限于这些术语。这些术语仅用来将
……
区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一
……
也被称为第二
……
，类似地，第二
……
也被称为第一
……
。
31.实施例1
32.本实施例为一种测定微塑料得电子和失电子容量的方法，如图6所示，包括以下步骤：
33.s1、分别称取15mg过氧化氢老化酚醛树脂微塑料粉末装入两个60ml血清瓶中，在厌氧手套箱进样室抽真空2h除去其中的氧气后转入手套箱；
34.s2、向其中一个血清瓶中加15ml曝气除氧的铁氰化钾混合液(包括0.5mm铁氰化钾和10mm磷酸盐缓冲液，混合液的ph值为5)将血清瓶用丁基橡胶塞密封后振荡培养，选择0h、20h、40h、60h、80h、100h、120h的时间间隔，在手套箱中取样0.3ml过滤，分别用于分光光度计测量，测量获取对应时间段的过氧化氢老化酚醛树脂微塑料粉末失电子情况，向另一个血清瓶中加15ml曝气除氧的连二亚硫酸钠混合液(包括：0.5mm连二亚硫酸钠和50mm磷酸盐缓冲液，混合液的ph值为6.4)，将血清瓶用丁基橡胶塞密封后振荡培养，选择0h、2h、4h、6h、8h的时间间隔，在手套箱中取样0.3ml过滤，分别用于分光光度计测量，测量获取对应时间段的过氧化氢老化酚醛树脂微塑料粉末得电子情况；
35.s3、在用铁氰化钾测定微塑料失电子容量时，取0.2ml滤液转移至酶标板，从手套箱取出后立即在415nm测定吸光度，根据吸光度变化计算微塑料的失电子容量，在用连二亚硫酸钠测定微塑料得电子容量时，取0.1ml滤液与1ml的二氯酚靛酚(dcpic，0.4mm)反应40min，取0.2ml反应液转移至酶标板，从手套箱取出后立即在595nm测定吸光度，根据吸光度变化计算微塑料的得电子容量。
36.实施例2
37.本实施例为一种测定微塑料得电子和失电子容量的方法，如图6所示，包括以下步骤：
38.s1、分别称取30mg过氧化氢老化酚醛树脂微塑料粉末装入两个60ml血清瓶中，在厌氧手套箱进样室抽真空4h除去其中的氧气后转入手套箱；
39.s2、像其中一个血清瓶中加30ml曝气除氧的铁氰化钾混合液(包括1.5mm铁氰化钾35mm磷酸盐缓冲液，混合液的ph值为7)，将血清瓶用丁基橡胶塞密封后振荡培养，选择0h、20h、40h、60h、80h、100h、120h的时间间隔，在手套箱中取样0.3ml过滤，分别用于分光光度计测量，测量获取对应时间段的过氧化氢老化酚醛树脂微塑料粉末失电子情况，向另一个血清瓶加15ml曝气除氧的连二亚硫酸钠混合液(包括1mm连二亚硫酸钠和50mm磷酸盐缓冲
液，混合液的ph值为6.4)，将血清瓶用丁基橡胶塞密封后振荡培养，选择0h、2h、4h、6h、8h的时间间隔，在手套箱中取样0.5ml过滤，分别用于分光光度计测量，测量获取对应时间段的过氧化氢老化酚醛树脂微塑料粉末得电子情况；
40.s3、在用铁氰化钾测定微塑料失电子容量时，取0.2ml滤液转移至酶标板，从手套箱取出后立即在420nm测定吸光度，根据吸光度变化计算微塑料的失电子容量，在用连二亚硫酸钠测定微塑料得电子容量时，取0.1ml滤液与1ml的二氯酚靛酚(dcpic，0.4mm)反应40min，取0.2ml反应液转移至酶标板，从手套箱取出后立即在600nm测定吸光度，根据吸光度变化计算微塑料的得电子容量。
41.实施例3
42.本实施例为一种测定微塑料得电子和失电子容量的方法，如图6所示，包括以下步骤：
43.s1、分别称取60mg过氧化氢老化酚醛树脂微塑料粉末装入两个60ml血清瓶中，在厌氧手套箱进样室抽真空12h除去其中的氧气后转入手套箱；
44.s2、向其中一个血清瓶中加45ml曝气除氧的铁氰化钾混合液(包括2mm铁氰化钾和50mm磷酸盐缓冲液，混合液的ph值为9)，将血清瓶用丁基橡胶塞密封后振荡培养，选择0h、20h、40h、60h、80h、100h、120h的时间间隔，在手套箱中取样1ml过滤，分别用于分光光度计测量，测量获取对应时间段的过氧化氢老化酚醛树脂微塑料粉末失电子情况，向另一个血清瓶加45ml曝气除氧的连二亚硫酸钠混合液(包括2mm连二亚硫酸钠和50mm磷酸盐缓冲液，混合液的ph值为6.4)，将血清瓶用丁基橡胶塞密封后振荡培养，选择0h、2h、4h、6h、8h的时间间隔，在手套箱中取样1ml过滤，分别用于分光光度计测量，测量获取对应时间段的过氧化氢老化酚醛树脂微塑料粉末得电子情况；
45.s3、在用铁氰化钾测定微塑料失电子容量时，取0.2ml滤液转移至酶标板，从手套箱取出后立即在425nm测定吸光度，根据吸光度变化计算微塑料的失电子容量，在用连二亚硫酸钠测定微塑料得电子容量时，取0.5ml滤液与5ml的二氯酚靛酚(dcpic，0.4mm)反应40min，取0.2ml反应液转移至酶标板，从手套箱取出后立即在605nm测定吸光度，根据吸光度变化计算微塑料的得电子容量。
46.实施例4
47.本实施例为一种测定微塑料得电子和失电子容量的方法，如图6所示，包括以下步骤：
48.s1、称取30mg臭氧老化酚醛树脂微塑料粉末装入60ml血清瓶中，在厌氧手套箱进样室抽真空4h除去其中的氧气后转入手套箱；
49.s2、向血清瓶中加30ml曝气除氧的铁氰化钾混合液(包括1.5mm铁氰化钾35mm磷酸盐缓冲液，混合液的ph值为7)，将血清瓶用丁基橡胶塞密封后振荡培养，选择0h、6h、12h、18h、24h的时间间隔，在手套箱中取样0.3ml过滤，分别用于分光光度计测量，测量获取对应时间段的臭氧老化酚醛树脂微塑料粉末失电子情况；
50.s3、在用铁氰化钾测定微塑料失电子容量时，取0.2ml滤液转移至酶标板，从手套箱取出后立即在420nm测定吸光度，根据吸光度变化计算微塑料的失电子容量。
51.实施例5
52.本实施例为一种测定微塑料得电子和失电子容量的方法，如图6所示，包括以下步
骤：
53.s1、称取30mg臭氧老化聚苯乙烯微塑料粉末装入60ml血清瓶中，在厌氧手套箱进样室抽真空4h除去其中的氧气后转入手套箱；
54.s2、向血清瓶中加30ml曝气除氧的铁氰化钾混合液(包括1.5mm铁氰化钾35mm磷酸盐缓冲液，混合液的ph值为7)，将血清瓶用丁基橡胶塞密封后振荡培养，选择0h、6h、12h、18h、24h的时间间隔，在手套箱中取样0.3ml过滤，分别用于分光光度计测量，测量获取对应时间段的臭氧老化聚苯乙烯微塑料粉末失电子情况；
55.s3、在用铁氰化钾测定微塑料失电子容量时，取0.2ml滤液转移至酶标板，从手套箱取出后立即在420nm测定吸光度，根据吸光度变化计算微塑料的失电子容量。
56.实验例
57.本实验例通过实验对基于实施例一种测定微塑料得电子和失电子容量的方法进行验证。
58.1、老化微塑料的制备
59.(1)过氧化氢老化酚醛树脂微塑料：称取3g酚醛树脂微塑料装入玻璃瓶中，加入80ml过氧化氢，150rpm振荡培养，分别反应0、4、8、12、19、26、42天制备不同过氧化氢老化程度的微塑料，分别命名为pf
‑
0、pf
‑
4、pf
‑
8、pf
‑
12、pf
‑
19、pf
‑
26、pf
‑
42。如图1所示，随着在过氧化氢中老化时间的增加，酚醛树脂微塑料中c
‑
oh逐渐减少，而c＝o含量逐渐增加。
60.(2)臭氧老化酚醛树脂微塑料：称取5g酚醛树脂微塑料于250ml的血清瓶中，用丁基橡胶塞密封血清瓶，在橡胶塞上插入两个注射器针头分别作为进气口和出气口；打开臭氧发生器，将产生的臭氧通过软管连接至进气口，通气20h制备臭氧老化的酚醛树脂微塑料(pf
‑
o3)。
61.(3)臭氧老化聚苯乙烯微塑料：将购买的颗粒状聚苯乙烯塑料放入球磨罐中球磨10h，得到粉末状聚苯乙烯微塑料；称取5g聚苯乙烯微塑料于250ml的血清瓶中，用丁基橡胶塞密封血清瓶，在橡胶塞上插入两个注射器针头分别作为进气口和出气口；打开臭氧发生器，将产生的臭氧通过软管连接至进气口，通气20h制备臭氧老化的聚苯乙烯微塑料(ps
‑
o3)。
62.2、过氧化氢老化酚醛树脂微塑料的得电子和失电子容量测定
63.如图2所示，实施例2中酚醛树脂微塑料随着老化时间的增加，酚醛树脂微塑料与铁氰化钾反应的失电子容量逐渐增大，从0.186mmol e
‑
g
‑1增加到0.380mmol e
‑
g
‑1。
64.老化0天的酚醛树脂微塑料(pf
‑
0)的得电子容量随着反应时间增加逐渐增大，8h时的得电子容量为0.393mmol e
‑
g
‑1，经过氧化氢老化的酚醛树脂微塑料(pf
‑
4～pf
‑
42)与连二亚硫酸钠反应的得电子量在1.5h时即达到平衡，得电子容量在0.100至0.157mmol e
‑
g
‑1之间波动如图3所示。
65.3、臭氧老化酚醛树脂微塑料的失电子容量测定
66.如图4所示，实施例4中酚醛树脂微塑料随着老化时间的增加，酚醛树脂微塑料经过老化之后电子容量从pf的0.292mmol e
‑
g
‑1增加到pf
‑
o3的0.628mmol e
‑
g
‑1。
67.4、臭氧老化聚苯乙烯微塑料的失电子容量测定
68.如图5所示，实施例5聚苯乙烯微塑料经过臭氧老化之后电子容量从ps的0.422mmol e
‑
g
‑1增加到ps
‑
o3的0.0572mmol e
‑
g
‑1。
69.5、结论
70.本发明将铁氰化钾和连二亚硫酸钠分别在厌氧环境中与微塑料反应，通过测定反应前后铁氰化钾和连二亚硫酸钠的消耗量，从而计算得到微塑料的得电子容量和失电子容量，经实施例验证，本方法是可行的，且具有操作简单、成本低、准确度高、实时效果好的优点。