• 中文核心期刊
  • 中国科技核心期刊
  • ISSN 1007-6336
  • CN 21-1168/X

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

水生生物样品中微塑料的提取和分离方法综述

李陵云 朱静敏 李佳娜 蔡慧文 施华宏

引用本文:
Citation:

水生生物样品中微塑料的提取和分离方法综述

    作者简介: 李陵云(1992-), 女, 山东德州人, 在读博士, 主要从事微塑料毒理效应研究, E-mail:lilingyun012@163.com;
    通讯作者: 朱静敏, jmzhu1991@163.com
  • 基金项目: 钦州学院高层次人才科研启动经费项目 2018KYQD07
    国家重点研发课题 2016YFC1402204
    广西高校中青年教师基础能力提升项目 2018KY0617
    国家青年基金面上项目 41571467

  • 中图分类号: X132;O652

Review on methods for extraction and isolation of microplastics in aquatic organisms

    Corresponding author: Jing-min ZHU, jmzhu1991@163.com ;
  • CLC number: X132;O652

  • 摘要: 目前水生生物样品中微塑料研究方法的多样化导致微塑料检出率参差不齐,不同研究成果之间的可比性较差。如何统一从水生生物体中提取和分离微塑料的有效方法,是微塑料研究中亟待解决的科学问题。本综述总结了60多篇文献中不同化学试剂对水生生物样品的消解效率及其对聚合物物理化学特征的影响,分析了后鉴定过程中滤膜的选择,并对不同方法的优缺点进行了讨论。
  • 图 1  水生生物样品中提取和分离微塑料的方法学类文章

    Figure 1.  Methodology studies on the microplastic isolation from aquatic organisms

    图 2  水生生物样品中微塑料提取所使用的化学试剂

    Figure 2.  Chemicals for extracting microplastics from aquatic organisms

  • [1] Plastics-The Facts 2016[R].Belgium: Messe Düsseldorf and PlasticsEurope Deutschland e.V., 2016.https://www.plasticseurope.org/en/resources/publications/3-plastics-facts-2016
    [2] LAW K L, Thompson R C.Microplastics in the seas[J].Science, 2014, 345(6193):144-145. doi: 10.1126/science.1254065
    [3] 周倩, 章海波, 李远, 等.海岸环境中微塑料污染及其生态效应研究进展[J].科学通报, 2015, 60(33):3210-3220.
    [4] 孙承君, 蒋凤华, 李景喜, 等.海洋中微塑料的来源、分布和生态环境影响研究进展[J].海洋科学进展, 2016, 34(4):449-461. doi: 10.3969/j.issn.1671-6647.2016.04.001
    [5] 陈启晴, 杨守业, Henner H, 等.微塑料污染的水生生态毒性与载体作用[J].生态毒理学报, 2018, 13(1):16-30.
    [6] 王菊英, 林新珍.应对塑料及微塑料污染的海洋治理体系浅析[J].太平洋学报, 2018, 26(4):79-87.
    [7] ZHANG W W, Zhang S F, Wang J Y, et al.Microplastic pollution in the surface waters of the Bohai Sea, China[J].Environmental Pollution, 2017, 231(Pt 1):541-548.
    [8] CHEN Q Q, Reisser J, Cunsolo S, et al.Pollutants in plastics within the North Pacific Subtropical Gyre[J].Environmental Science & Technology, 2018, 52(2):446-456
    [9] YU X B, PENG J P, WANG J D, et al.Occurrence of microplastics in the beach sand of the Chinese inner sea:the Bohai Sea[J].Environmental Pollution, 2016, 214:722-730. doi: 10.1016/j.envpol.2016.04.080
    [10] PENG G Y, ZHU B S, YANG D Q, et al.Microplastics in sediments of the Changjiang Estuary, China[J].Environmental Pollution, 2017, 225:283-290. doi: 10.1016/j.envpol.2016.12.064
    [11] SU L, XUE Y G, LI L Y, et al.Microplastics in Taihu Lake, China[J].Environmental Pollution, 2016, 216:711-719. doi: 10.1016/j.envpol.2016.06.036
    [12] QU X Y, SU L, LI H, et al.Assessing the relationship between the abundance and properties ofmicroplastics in water and in mussels[J].Science of the Total Environment, 2017, 621:679.
    [13] SUN X X, LI Q J, ZHU M L, et al.Ingestion of microplastics by natural zooplankton groups in the northern South China Sea[J].Marine Pollution Bulletin, 2017, 115:217-224 doi: 10.1016/j.marpolbul.2016.12.004
    [14] HU L L, Chernick M, Hinton D E, et al.Microplastics in small waterbodies and tadpoles from Yangtze River Delta, China[J].Environmental Science & Technology, 2018, 52(15):8885-8893.
    [15] LI H X, MA L S, LIN L, et al.Microplastics in oysters Saccostrea cucullata along the Pearl River Estuary, China[J].Environmental Pollution, 2018, 236:619-625. doi: 10.1016/j.envpol.2018.01.083
    [16] SU L, CAI H W, KOLANDHASAMY P, et al.Using the Asian clam as an indicator ofmicroplastic pollution in freshwater ecosystems[J].Environmental Pollution, 2018, 234:347-355. doi: 10.1016/j.envpol.2017.11.075
    [17] YANG D Q, SHI HH, LI L, et al.Microplastic pollution in table salts from China[J].Environmental Science & Technology, 2015, 49(22):13622-13627.
    [18] BROWNE M, DISSANAYAKE A, GALLOWAY T S, et al.Ingested microscopic plastictranslocates to the circulatory system of the mussel, Mytilus edulis (L.)[J].Environmental Science & Technology, 2008, 12, 42:5026-5031.
    [19] VON MOOS N, BURKHAROT-HOLM P, KHLER A.Uptake and effects of microplastics on cells and tissue of the blue mussel Mytilus edulis L. after an experimental exposure[J].Environmental Science & Technology, 2012, 46(20):11327-11335.
    [20] CHEN Q Q, GUNDLACH M, YANG S Y, et al.Quantitative investigation of the mechanisms of microplastics and nanoplastics toward zebrafish larvae locomotor activity[J].Science of the Total Environment, 2017, s584-585:1022-1031.
    [21] KOLANDHASAMY P, SU L, LI J N, et al.Adherence of microplastics to soft tissue of mussels:a novel way to uptake microplastics beyond ingestion[J].Science of the Total Environment, 2018, 610-611:635-640. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.08.053
    [22] LEI L L, WU S Y, LU S B, et al.Microplastic particles cause intestinal damage and other adverse effects in zebrafish Danio rerio and nematode Caenorhabditis elegans[J].Science of the Total Environment, 2018, 619-620:1-8. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.11.103
    [23] CLAESSENS M, VAN C L, VANDEGEHUCHTE M B, et al.New techniques for the detection ofmicroplastics in sediments and field collected organisms[J].Marine Pollution Bulletin, 2013, 70(1-2):227-233. doi: 10.1016/j.marpolbul.2013.03.009
    [24] HERMSEN E, MINTENIG S M, BESSELING E, et al.Quality Criteria for the Analysis ofMicroplastic in Biota Samples.A Critical review[J].Environmental Science & Technology, 2018, 52(18):10230-10240.
    [25] FOEKEMA E M, DE GRUIJTER C, MERGIA M T, et al.Plastic in North sea fish[J].Environmental Science & Technology, 2013, 47(15):8818-8824.
    [26] DEHAUT A, CASSONE A L, FRÈRE L, et al.Microplastics in seafood:benchmark protocol for their extraction and characterization[J].Environmental Pollution, 2016, 215:223-233. doi: 10.1016/j.envpol.2016.05.018
    [27] FANG C, ZHENG R H, ZHANG Y S, et al.Microplastic contamination in benthic organisms from the Arctic and sub-Arctic regions[J].Chemosphere, 2018, 209:298-306. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.06.101
    [28] LUSHER A L, HERNANDEZMILIAN G, O'BRIEN J, et al.Microplastic and macroplastic ingestion by a deep diving, oceanic cetacean:The True's beaked whale Mesoplodon mirus[J].Environmental Pollution, 2015, 199:185-191. doi: 10.1016/j.envpol.2015.01.023
    [29] KHOIRONI A, ANGGORO S, SUDARNO.The existence of microplastic in Asian green mussels[J].IOP Conference Series:Earth and Environmental Science, 2018, 131(1):012050.
    [30] COLE M, WEBB H, LINDEQUE P K.Isolation of microplastics in biota-rich seawater samples and marine organisms[J].Scientific Reports, 2014, 4:4528-4535.
    [31] BELLAS J, MARTÍNEZARMENTAL J, MARTÍNEZCÁMARA A, et al.Ingestion of microplastics by demersal fish from the Spanish Atlantic and Mediterranean coasts[J].Marine Pollution Bulletin, 2016, 109(1):55-60. doi: 10.1016/j.marpolbul.2016.06.026
    [32] HURLEY R R, LUSHER A A, OLSEN M, et al.Validation of a method for extracting microplastics from complex, organic-rich, environmental matrices[J].Environmental Science & Technology, 2018, 52(13):7409-7417.
    [33] WAGNER J, WANG Z M, GHOSAL S, et al.Novel method for the extraction and identification ofmciroplastics in ocean trawl and fish gut[J].Analytical Methods, 2017, 9:1479-1490. doi: 10.1039/C6AY02396G
    [34] LI J N, YANG D Q, LI L, et al.Microplastics in commercial bivalves from China[J].Environmental Pollution, 2015, 207:190-195. doi: 10.1016/j.envpol.2015.09.018
    [35] LI J N, QU X Y, SU L, et al.Microplastics in mussels along the coastal waters of China[J].Environmental Pollution, 2016, 214:177-184. doi: 10.1016/j.envpol.2016.04.012
    [36] LI J N, GREEN C, REYNOLDS A, et al.Microplastics in mussels sampled from coastal waters and supermarkets in the United Kingdom[J].Environmental pollution, 2018, 241:35-44. doi: 10.1016/j.envpol.2018.05.038
    [37] WAITE H R, DONNELLY M J, WALTERS L J.Quantity and types ofmicroplastics in the organic tissues of the Eastern oyster Crassostrea virginica and Atlantic mud crab Panopeus herbstii from a Florida estuary[J].Marine Pollution Bulletin, 2018, 129:179-185. doi: 10.1016/j.marpolbul.2018.02.026
    [38] JABEEN K, SU L, LI J N, et al.Microplastics and mesoplastics in fish from coastal and fresh waters of China[J].Environmental Pollution, 2017, 221:141-149. doi: 10.1016/j.envpol.2016.11.055
    [39] COLLARD F, GILBERT B, EPPE G, et al.Detection of anthropogenic particles in fish stomachs:an isolation method adapted to identification by Raman Spectroscopy[J].Archives of Environmental Contamination & Toxicology, 2015, 69(3):331.
    [40] KARAMI A, GOLIESKARDI A, YU B H, et al.Microplastics in eviscerated flesh and excised organs of dried fish[J].Scientific Reports, 2017, 7(1):5473. doi: 10.1038/s41598-017-05828-6
    [41] AVIO C G, GORBI S, REGOLI F.Experimental development of a new protocol for extraction and characterization of microplastics in fish tissues:first observations in commercial species from Adriatic Sea[J].Marine Environmental Research, 2015, 111(10):18-26.
    [42] MATHALON A, HILL P.Microplastic fibers in the intertidal ecosystem surrounding Halifax Harbor, Nova Scotia[J].Marine Pollution Bulletin, 2014, 81:69-79. doi: 10.1016/j.marpolbul.2014.02.018
    [43] NUELLE M T, DEKIFF J H, REMY D, et al.A new analytical approach for monitoringmicroplastics in marine sediments[J].Environmental Pollution, 2014, 184:161-169. doi: 10.1016/j.envpol.2013.07.027
    [44] SANTANA M F, ASCER L G, CUSTÍDIO M R, et al.Microplastic contamination in natural mussel beds from a Brazilian urbanized coastal region:rapid evaluation through bioassessment[J].Marine Pollution Bulletin, 2016, 106(1-2):183-189. doi: 10.1016/j.marpolbul.2016.02.074
    [45] THUSHARI G G N, SENEVIRATHNA J D M, YAKUPITIYAGE A, et al.Effects of microplastics on sessile invertebrates in the eastern coast of Thailand:an approach to coastal zone conservation[J].Marine Pollution Bulletin, 2017, 124(1):349-355. doi: 10.1016/j.marpolbul.2017.06.010
    [46] SUN X X, LIANG J H, ZHU M L, et al.Microplastics in seawater and zooplankton from the Yellow Sea[J].Environmental Pollution, 2018a, 242:585-595. doi: 10.1016/j.envpol.2018.07.014
    [47] SUN X X, LIU T, ZHU M L, et al.Retention and characteristics of microplastics in natural zooplankton taxa from the East China Sea[J].Science of the Total Environment, 2018b, 640-641:232-242. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.05.308
    [48] DESFORGES J-P W, GALBRAITH M, ROSS P S.Ingestion ofmicroplastics by zooplankton in the Northeast Pacific Ocean[J].Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 2015, 69:320-330. doi: 10.1007/s00244-015-0172-5
    [49] DE WITTE B, DEVRUESE L, BEKAERT, K, et al.Quality assessment of the blue mussel (Mytilus edulis):comparison between commercial and wild types.Marine pollution bulletin, 2014, 85:146-155. doi: 10.1016/j.marpolbul.2014.06.006
    [50] ICES.ICES special request advice Northeast Atlantic and Arctic Ocean[M].OSPAR request on development of a common monitoring protocol for plastic particles in fish stomachs and selected shellfish on the basis of existing fish disease surveys.In: ICES Advice 2015, Book 1(June), pp.1-6.
    [51] ENDERS K, LENZ R, BEER S, et al.Extraction ofmicroplastic from biota:recommended acidic digestion destroys common plastic polymers[J].ICES Journal of Marine Science, 2017, 74(1):326-331.
    [52] COURTENE-JONES W, QUINN B, MURPHY F, et al.Optimisation of enzymatic digestion and validation of specimen preservation methods for the analysis of ingested microplastics[J].Analytical Methods, 2017, 9:1437-1445. doi: 10.1039/C6AY02343F
    [53] DAWSON A, HUSTON W, KAWAGUCHI S, et al.Uptake and depuration kinetics influencemicroplastic bioaccumulation and toxicity in Antarctic krill (Euphausia superba)[J].Environmental Science & Technology, 2018, 52(5):3195.
    [54] 邹亚丹, 徐擎擎, 张哿, 等.6种消解方法对荧光测定生物体内聚苯乙烯微塑料的影响[J].环境科学, 2019(01):1-13.
    [55] CATARINO A I, THOMPSON R, SANDERSON W, et al.Development and optimisation of a standard method for extraction of microplastics in mussels by enzyme digestion of soft tissues[J].Environmental Toxicology & Chemistry, 2017, 36(4):947-951.
    [56] LI L L, LI M M, DENG H, et al.A straightforward method for measuring the range of apparent density of microplastics[J].Science of the Total Environment, 2018, 639:367-373. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.05.166
    [57] 王昆, 林坤德, 袁东星.环境样品中微塑料的分析方法研究进展[J].环境化学, 2017, 36(1):27-36.
    [58] HORTON A A, SVENDSEN C, WILLIAMS R J, et al.Large microplastic particles in sediments of tributaries of the River Thames, UK-abundance, sources and methods for effective quantification[J].Marine Pollution Bulletin, 2107, 114:218-226.
    [59] GRIGORAKIS S, MASON S A, DROUILLARD K G.Determination of the gut retention of plastic microbeads and microfibers in goldfish (Carassius auratus)[J].Chemosphere, 2017, 169:233-238. doi: 10.1016/j.chemosphere.2016.11.055
    [60] DAVIDSON K, DUDAS S E.Microplastic ingestion by wild and cultured manila clams (Venerupis philippinarum) from Baynes Sound, British Columbia[J].Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 2016, 71:147-156. doi: 10.1007/s00244-016-0286-4
    [61] HU L I, SU L, XUE Y G, et al.Uptake, accumulation and elimination of polystyrene microspheres in tadpoles of Xenopus tropicalis[J].Chemosphere, 2016, 164:611-61. doi: 10.1016/j.chemosphere.2016.09.002
  • [1] 张嘉戌柳青张承龙邓义祥安立会 . 海洋塑料和微塑料管理立法研究. 海洋环境科学, 2019, 38(2): 167-177. doi: 10.12111/j.mes20190202
    [2] 王素春刘光洲张欢黄天媛刘菲菲 . 微塑料对微藻的毒性效应研究进展. 海洋环境科学, 2019, 38(2): 192-197. doi: 10.12111/j.mes20190205
    [3] 高楠孔祥峰刘岩高杨吕婧 . 仪器分析技术在海洋微塑料研究中的应用. 海洋环境科学, 2019, 38(2): 178-186. doi: 10.12111/j.mes20190203
    [4] 熊宽旭赵新月周倩付传城涂晨李连祯骆永明 . 黄海桑沟湾水体及沉积物中微塑料污染特征研究. 海洋环境科学, 2019, 38(2): 198-204, 220. doi: 10.12111/j.mes20190206
    [5] 王福强吴莹崔莹 . 海洋生物脂肪酸不同提取方法比较——以斑节对虾为例. 海洋环境科学, 2019, 38(1): 100-105. doi: 10.12111/j.mes20190116
    [6] 马斌斌李少君马恒轶郑文秀王岚葛利云邓欢欢 . 一株海洋柴油降解菌的分离筛选鉴定及其生物表面活性剂特性分析. 海洋环境科学, 2017, 36(5): 754-759. doi: 10.13634/j.cnki.mes20170518
    [7] 汪文玲龙邹霞余兴光张继伟林辉 . 厦门市筼筜污水处理厂中微塑料的特征研究. 海洋环境科学, 2019, 38(2): 205-210. doi: 10.12111/j.mes20190207
    [8] 刘湘庆姜美洁刘璐李艳张学雷李瑞香王宗灵 . 浒苔藻体叶绿素提取方法的比较. 海洋环境科学, 2016, 35(1): 144-148. doi: 10.13634/j.cnki.mes20160123
    [9] 王峥滕骏华蔡文博刘旭梁颖祺 . 基于GOCI影像的黄海海雾提取方法研究. 海洋环境科学, 2018, 37(6): 941-946. doi: 10.12111/j.mes20180621
    [10] 邸富荣宋东辉刘凤路杨劼 . 分离海洋不动杆菌及其对石油烃降解性能研究. 海洋环境科学, 2017, 36(6): 898-904. doi: 10.13634/j.cnki.mes20170616
    [11] 王中瑗张宏康余汉生李小敏蔡剑文蔡斯斯 . 快速分离富集火焰原子吸收测定不同盐度海水中溶解态锌的新方法. 海洋环境科学, 2016, 35(4): 618-622. doi: 10.13634/j.cnki.mes20160422
    [12] 王常颖王志锐初佳兰赵建华 . 基于决策树与密度聚类的高分辨率影像海岸线提取方法. 海洋环境科学, 2017, 36(4): 590-595. doi: 10.13634/j.cnki.mes20170417
    [13] 刘瑶宋金明孙玲玲于颖孙萱 . 氢氧化镁共沉淀富集分离ICP-MS测定海水中的稀土元素. 海洋环境科学, 2019, 38(2): 303-309. doi: 10.12111/j.mes20190220
    [14] 杨琳刘磊许道艳李冬梅刘仁沿梁玉波 . 海洋微藻溶血毒素化学结构研究进展. 海洋环境科学, 2016, 35(4): 628-634. doi: 10.13634/j.cnki.mes20160424
    [15] 王江涛王蕊张议文 . 海洋微藻释放的他感物质及其研究进展. 海洋环境科学, 2016, 35(3): 460-466. doi: 10.13634/j.cnki.mes20160322
    [16] 徐邦玉张霞倪志鑫黄小平 . 富营养化对两种海洋微藻吸收铜和镉的影响. 海洋环境科学, 2015, 34(5): 641-646,653. doi: 10.13634/j.cnki.mes20150501
    [17] 张菁李昌伟吴霓江天久 . 鱼毒性微藻小定鞭藻对海洋青鳉鱼的急性致毒效应研究. 海洋环境科学, 2016, 35(3): 329-333. doi: 10.13634/j.cnki.mes20160302
    [18] 刘仁沿刘磊梁玉波于姬许道艳韦宁杨琳郭皓 . 我国近海有毒微藻及其毒素的分布危害和风险评估. 海洋环境科学, 2016, 35(5): 787-800. doi: 10.13634/j.cnki.mes20160525
    [19] 冯雪芳叶然奚晓青沈昊宇夏清华 . 分散液液微萃取气相色谱质谱联用法测定海水中三氯苯. 海洋环境科学, 2015, 34(2): 307-312. doi: 10.13634/j.cnki.mes20150226
    [20] 刘瑀姚敬元李颖冯天姝 . 溢油胁迫下海洋微藻脂肪酸合成过程中碳稳定同位素分馏效应. 海洋环境科学, 2015, 34(1): 54-57,65. doi: 10.13634/j.cnki.mes20150110
  • 加载中
图(2)
计量
  • 文章访问数:  142
  • HTML全文浏览量:  117
  • PDF下载量:  5
出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-25
  • 录用日期:  2018-11-08
  • 刊出日期:  2019-04-20

水生生物样品中微塑料的提取和分离方法综述

    作者简介:李陵云(1992-), 女, 山东德州人, 在读博士, 主要从事微塑料毒理效应研究, E-mail:lilingyun012@163.com
    通讯作者: 朱静敏, jmzhu1991@163.com
  • 1. 华东师范大学 河口海岸学国家重点实验室, 上海 200062
  • 2. 北部湾大学 海洋学院 广西北部湾海洋灾害研究重点实验室, 广西 钦州 535011
基金项目:  钦州学院高层次人才科研启动经费项目 2018KYQD07国家重点研发课题 2016YFC1402204广西高校中青年教师基础能力提升项目 2018KY0617国家青年基金面上项目 41571467

摘要: 目前水生生物样品中微塑料研究方法的多样化导致微塑料检出率参差不齐,不同研究成果之间的可比性较差。如何统一从水生生物体中提取和分离微塑料的有效方法,是微塑料研究中亟待解决的科学问题。本综述总结了60多篇文献中不同化学试剂对水生生物样品的消解效率及其对聚合物物理化学特征的影响,分析了后鉴定过程中滤膜的选择,并对不同方法的优缺点进行了讨论。

English Abstract

  • 塑料制品在现代生活中无处不在,目前塑料的全球产量已超过3亿t每年[1]。塑料材料在环境中的不当处理及碎裂导致海洋微塑料(<5 mm)污染的持续增加,引起了科学家对海洋微塑料污染的高度关注[2-6]。野外调查的证据表明微塑料在水[7-8]、沉积物[9-10]、水生生物[11-16]以及人类食物[17]中普遍存在。室内研究进一步证实了微塑料可以被水生生物摄入体内,在新陈代谢、生理生化和细胞分子等层面产生一定影响,对水生生物造成潜在的危害[18-22]

    由于微塑料在水生生物体中普遍存在,调查和比较其在不同物种中的存在丰度十分必要。为了减少生物体有机质的干扰,Claessens等人[23]于2013年首次使用化学消解的方法从水生生物体内提取微塑料,消解法也受到了广泛认可。由于缺少统一的方法,微塑料提取过程中各种酸、碱、氧化剂和酶等化学试剂的应用,以及分离过程中不同材质和孔径的滤膜的使用,导致微塑料检出率参差不齐,不同研究成果之间的可比性较差。如何统一从水生生物体中提取和分离微塑料的有效方法,是微塑料研究中亟待解决的科学问题[24](图 1)。本综述总结了不同化学试剂对水生生物样品的消解效率及其对聚合物物理化学特征的影响,分析了后鉴定过程中滤膜的选择,并对不同方法的优缺点进行了讨论。

    图  1  水生生物样品中提取和分离微塑料的方法学类文章

    Figure 1.  Methodology studies on the microplastic isolation from aquatic organisms

    • 碱可以通过水解化学键,使蛋白质变性来消解水生生物组织。10% KOH是目前用来消解水生生物提取微塑料的最常用方法之一(图 2)。Foekema等人[25]将鱼的食道、胃和肠道用10% KOH进行消解,常温下三周才可消解完全。温度升高至60℃,24 h即可以有效地消解贻贝、绒蟹软组织以及黑鲷鱼的肌肉组织[26]。Fang等人[27]用同样的方法对海星、虾、蟹、海蛇尾、螺和贝等北极样品进行了快速有效的处理。鲸鱼、海龟等大型水生生物也常用10% KOH进行消解[28-29]。但是样品中存在的一些二氧化硅类物质(沙粒、硅藻等)无法被KOH消解。相同的反应条件下(60℃,24 h),NaOH对水生生物组织的消解率在90%左右,低于KOH,有贝壳和植物碎片等杂质残留[30]

      图  2  水生生物样品中微塑料提取所使用的化学试剂

      Figure 2.  Chemicals for extracting microplastics from aquatic organisms

      碱液可以有效地消解蛋白质,但是不能消解纤维素、几丁质和二氧化硅类物质[26, 31]。碱液会使聚碳酸酯(PC),聚酰胺(PA)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚合物发生严重的降解[32]。KOH和组织反应后的产物会再次覆盖在塑料表面。通过扫描电子显微镜可以在塑料表面观察到大颗粒涂层,这些涂层在显微红外光谱仪鉴定的过程中,带来了蛋白质、脂肪和钾盐等强峰的干扰[33]

    • 在水生生物样品的微塑料提取方法中,H2O2消解法也是一种被广泛使用的方法(图 2)。Li等人[34-36]用30% H2O2对贻贝、牡蛎、蚶、扇贝、蛏和蛤等多种贝类软组织进行消解(200 mL/5 g),先在65 ℃下消解24 h,然后在室温下继续消解直至反应完全。Waite等人[37]采取同样的操作方法有效地消解了泥蟹的消化道和鳃。65℃条件下持续消解可以促进反应速率。Jabeen等人[38]将鱼类胃肠道浸泡在200~400 mL 30% H2O2中,65 ℃下24~72 h后即可完全消解。另一种常用的氧化剂是NaClO。Collard等人[39]用3% NaClO在室温下消解鱼的胃部组织(30 mL/每个样品),12 h后可以将胃容物几乎全部消解。然而Karami等人[40]用5% NaClO仅能消解80%左右的鱼肉样品。两种结果的不一致可能是由于采用了不同的生物组织部分(鱼肉与胃内容物)。

      虽然H2O2可以有效地消解水生生物组织,但是消解过程中伴随有大量的泡沫产生,过多的泡沫会溢出容器,或者使微塑料样品悬浮在泡沫上方并粘附在容器表面,导致塑料样品的丢失[41-42]。H2O2的氧化性可以导致多种聚合物褪色,也会使得聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)发生轻度降解[32, 43]

    • 酸主要通过分解蛋白质、碳水化合物和油脂等有机质,使水生生物组织快速溶解。HNO3及其与HClO4形成的混酸具有强氧化性和腐蚀性,常被用来消解水生生物组织提取微塑料(图 2)。69% HNO3被用来消解藤壶、螺以及贻贝的软组织,首先在室温下消解12 h,然后加热至沸腾可完全消解组织[44-45]。Sun等人[46-47]用100% HNO3在80 ℃下消解浮游生物,3 h后可消解完全,但Desforges等人[48]指出消解后仍会有油脂残留。其他的研究[23, 44]也同样发现,尽管HNO3可以有效地消解有机质,但油脂和组织残渣仍然存在,可能影响微塑料的最终定量。De Witte等人[49]用65% HNO3: 68% HClO4(4: 1)消解贻贝软组织,室温下消解12 h后,继续加热至沸腾直至消解完全。ICES[50]认为这种混酸可以将油脂完全消解,因此建议使用此方法来消解鱼类样品(5 mL/g)。

      HNO3消解法在使用过程中,出现了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、和聚氯乙烯(PVC)部分解体[51],PA和聚氨酯(PU)完全降解,以及PET结构破坏并融合在一起的现象[23, 26]。导致上述现象的原因是pH敏感性聚合物的不耐强酸性。

    • 酶主要通过水解蛋白质来消解水生生物组织,该方法的使用者较少(图 2)。Cole等人[30]用500 μg/mL的蛋白酶K消解0.2 g浮游生物样品,50℃下消解2 h后消解率为90%。Courtene-Jones等人[52]对比了胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和胶原蛋白酶三种酶对贻贝软组织的消解效果,结果显示在40℃下消解30 min后,胰蛋白酶的消解率最高,达到88%。为了有效消解南极虾的几丁质骨骼,Dawson等人[53]先使用几丁质酶在37℃下消解3 h,然后再用蛋白酶K继续消解3 h。即使添加了几丁质酶,外骨骼和其他的几丁质碎片仍然不能被完全消除。酶对聚合物的结构并没有显著的影响。

    • 虽然强酸可以有效地消解骨头和贝壳等碎片,但是同时也破坏了多种微塑料的结构[51]。Hurley[32]认为即使是低浓度的NaOH也会对聚合物造成严重降解。对于室内实验常用的荧光微球,在强酸和NaOH的作用下荧光强度明显降低,而KOH和H2O2对荧光强度的影响较小[54]。尽管KOH和H2O2会对一些聚合物的物理特性如形状、颜色、尺寸等造成影响,但是他们的光学特性和化学特性不会轻易被改变,因此对傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱的鉴定没有明显的影响[40, 55]。虽然酶不会对聚合物造成影响,但是酶的消解效率相对较低,且经济成本高。因此,我们建议使用KOH和H2O2来消解水生生物组织以提取微塑料。

      KOH与H2O2各有优缺点。KOH消解法的试剂用量少,采用的试剂体积为待消解样品体积的3倍,反应时间短(> 12 h),可以快速有效地消解大量样品。建议在环境样品的大规模调查中,选用10% KOH消解法,消解温度设定为60℃。H2O2消解法的试剂用量较多,一般采用200 mL体积消解5 g组织,反应时间较长(> 24 h),但是可以消解油脂、纤维素、几丁质外壳等有机质。对于草食性生物、虾等具有几丁质外骨骼的生物、以及生物体内油脂含量较多的器官(如性腺、消化道等),我们建议采用30% H2O2进行消解,消解温度为65℃。震荡可以有效地促进样品与试剂混合,明显提高反应速率。因此我们建议在消解过程中使用恒温震荡而非水浴的加热方法。用30% H2O2消解时建议使用瓶身较细长的容器,防止泡沫溢出。

    • 如果消解后的溶液中含有大量未消解的无机颗粒(如沙子、几丁质、骨头等),可以使用密度分离的方法来分离微塑料。目前许多研究应用了饱和NaCl来分离微塑料[34-36]。饱和NaCl的密度为1.2 g/cm3,而塑料的密度范围主要在0.8~1.8 g/cm3之间[56],所以NaCl分离法会导致高密度微塑料的丰度被低估。饱和NaI和ZnCl2溶液的密度可以达到1.8 g/cm3,被认为是NaCl的可行替代品[57]。这两种溶液可以使高密度微塑料漂浮在上清液中[58],但是NaI和ZnCl2溶液在实验成本方面高于NaCl溶液。

    • 水生生物样品消解后直接热过滤可以加快过滤速率[23]。对于KOH消解液,冷过滤会使未消解的油脂冷凝,堵住滤孔导致过滤困难。

      滤膜的选择对于过滤和后鉴定过程十分关键。目前使用的滤膜孔径与材质较多。主要包括玻璃纤维滤膜(0.7 μm[44]、1 μm[59]、1.2 μm[60])、醋酸纤维素滤膜(5 μm[58])、硝酸纤维素滤膜(0.45 μm[61]、0.8 μm[42]、5 μm[34-36])、聚碳酸酯膜(5 μm[11])和尼龙膜(5 μm)。玻璃纤维滤膜表面非常粗糙,不适合直接用作衬底来进行微塑料的鉴定,而且在实验过程中容易有纤维脱落。聚碳酸酯滤膜不具有亲水性,不利于微塑料存留,而且聚碳酸酯本身具有强烈的红外信号,鉴定时会扰乱信号。因此,上述两种滤膜不建议使用。纤维素和尼龙滤膜表面光滑,过滤后的膜平整不易卷翘,有利于对样品的鉴定。虽然纤维素滤膜也带有红外信号,但是其出峰与聚合物出峰的位置明显不同,可以对其进行有效的区分。过滤H2O2消解液时,我们建议选择纤维素滤膜或者尼龙膜。因为碱易与醋酸和硝酸纤维素滤膜发生反应,因此过滤KOH消解液时建议使用尼龙膜。

      微塑料的鉴定仪器主要有显微红外光谱仪和拉曼光谱仪。显微红外光谱仪的空间分辨率一般是数十微米,显微拉曼光谱仪一般在1 μm左右。因此,要根据所使用的鉴定仪器分辨率选择滤膜孔径。

    • 综合上述的几种方法,我们对如何有效地从水生生物体中提取和分离微塑料,提出了以下建议:

      (1) 对于大规模的水生生物环境调查样品,建议使用10% KOH消解法提取微塑料,消解温度建议为60℃。对于草食性生物、虾等具有几丁质外骨骼的生物和油脂含量较多的生物,建议采用30% H2O2消解法提取微塑料,消解温度建议为65℃。在消解过程中,恒温震荡比水浴更能提高消解速率。

      (2) 如果消解后的溶液中含有大量的无机颗粒(如沙子、几丁质、骨头等),可以使用密度分离。

      (3) 过滤消解液时,热过滤效果最佳。过滤H2O2消解液时,建议选择纤维素滤膜和尼龙膜;过滤KOH消解液时,建议使用尼龙膜。

参考文献 (61)

目录

    /

    返回文章