解決方案 | 土壤中微塑料的PY-GC-MS定性定量分析

摘要

每年全球大量廢棄塑料進入環境，分解形成微塑料，目前全球都把微塑料當做一個嚴重的環境污染源。環境中土壤受到微塑料污染，則對土壤中微塑料分析變得必要。熱裂解可對此微塑料進行有效的分析。本應用采用Pyroprobe 6150熱裂解串聯GC-MS利用微塑料的特征裂片組分對環境中土壤的微塑料進行定性定量分析。

1. 儀器設備

1.1 Pyroprobe 6150熱裂解儀，CDS Analytical

1.2 Flex-HPSE 全自動高效快速溶劑萃取系統，萊伯泰科

1.3 M*p-10多通道平行濃縮儀，萊伯泰科

1.4 GC-MS QP-2010SE氣質聯用儀，島津

2. 標準曲線

選擇市場常用和主要的6種塑料，分別為聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸甲酯PMPM，聚對苯二甲酸乙二醇酯PET。從化學試劑公司采購這6種塑料純品。

熱裂解分析塑料聚合物的樣品量應<100µg，土壤中微塑料的含量較低，則更小的固體樣品量是無法用天平稱取。可采用高溫高壓方法來溶解塑料到溶劑中，再通過控制液體進樣體積來制作標準曲線。

用天平分別稱取2mg各微塑料，利用高溫高壓萃取方式進行溶解，高壓萃取罐10mL , 萃取溫度180℃ ，高壓1500psi ，每次萃取時間30min ，萃取3次，萃取溶劑為二氯甲烷，最終溶劑定容40mL 。

塑料高溫高壓在有機溶劑萃取后，仍然不是溶液狀態，實際是懸濁液，只是塑料的顆粒極其小，在充分晃動后，6種微塑料顆粒在溶劑中能均勻分散。則盡量取大體積進樣，則分析穩定性會更好。CDS Pyroprobe6150的樣品管為20µL ,取滿1個樣品管為1µg，則可反復蒸發干和再加入方式，可分別取1～5管，則為1µg、2µg、3µg、4µg、5µg 。

圖1. 6種微塑料的標準曲線

3. 樣品前處理

取研細過篩后的環境土樣5g，在105℃烘箱中干燥過夜，與3g硅藻土混合均勻，裝填至10mL的萃取罐中。同樣方法裝填好兩個萃取罐后，置于HPSE中（多通道運行，可同時萃取多個樣品），按表1方法萃取。萃取液收集到50-1mL濃縮杯中。

將收集管置于M*p-10中，濃縮溫度40℃，開啟定容功能，定容為1mL，待測。

表1. HPSE萃取條件

4. 儀器條件

熱裂解儀：熱裂解700℃  40s ；interface 300℃ 3min；閥箱300℃；傳輸線320℃ 。

GC-MS：進樣口320℃；50:1分流；色譜柱 DB-5 0.25m*30m *0.25µm；柱溫箱40℃保持2min ,10℃/min升到100℃，50℃/min升到300℃，保持3min  ；接口320℃；EI源；SCAN 35-600amu；離子源250℃；溶劑延遲 0.5min 。

圖2. 標品TIC圖及定量特征組分

利用熱裂解分析微塑料，主要是通過裂解腔的高溫來分解塑料為裂片小分子，這些小分子可以在GC-MS得到分析，從裂片小分子中挑選定量組分和定性組分，則可對塑料進行定性定量分析。

表2. 6種塑料定量和定性特征組分

5. 樣品測試

稱取10g土壤為樣品，進行前處理，高溫高壓的溶劑萃取，再進行濃縮至1mL，取20µL進PY-GC-MS分析，品中檢出PS 25mg/kg ，PP 14mg/kg ，其他塑料未檢出。

6. 結論

CDS Pyroprobe熱裂解儀利用高溫高壓溶劑萃取和濃縮進行處理后，簡化了土壤中微塑料的前處理步驟，可準確對土壤中微塑料進行定性定量分析。

7. 方案特點

目前土壤中微塑料的常用前處理方法是浮選、過濾、濃縮，操作比較繁瑣；且微塑料為顆粒態，在濃縮過程中，很容易粘在管壁，以及濃縮后向熱裂解進樣過程中，很難有效轉移進樣品管，則對定量結果影響很大；在進樣時，微塑料顆粒容易造成GC-MS的過載，這時無法控制進樣量，則沒有辦法應對。

利用高溫高壓溶劑萃取，可將較難把握的塑料固體顆粒轉化為容易控制的近乎溶解態的懸濁液，則微塑料在溶劑中分布均勻，在濃縮時粘壁少。且不須全部進樣熱裂解，可根據是否過載和標準曲線范圍等情況，靈活控制進樣量，取濃縮后的1mL中的一定量體積進樣即可。

對塑料這種高聚物的定量較難，利用熱裂解可將塑料高聚物裂解為小分子，結合GC-MS進行準確定量分析。

則此分析方法簡化了前處理步驟，提高前處理回收率，再通過PY-GC-MS可對土壤中微塑料進行準確的定性定量分析。