一种深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法技术

本发明专利技术提出一种深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法，涉及环境科学与资源利用的技术领域，首先从深海区域原位获取沉积物样品，并保持沉积物样品稳固；然后对沉积物样品进行无损扫描处理，得到无损扫描处理后的沉积物样品图像信息，基于图像信息初步确定沉积物样品中的各类物质；对微塑料和宏塑料进行提取分析，获得微塑料和宏塑料在深海沉积物样本中原位的空间位置和坐标信息，探测分析不损害沉积物样品，可以得到样品中塑料丰度和精确空间信息，为深海沉积物中塑料的检测和空间迁移规律研究等提供新的指导方向。移规律研究等提供新的指导方向。移规律研究等提供新的指导方向。

【技术实现步骤摘要】
一种深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法


[0001]本专利技术涉及环境科学与资源利用的
，更具体地，涉及一种深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法。

技术介绍

[0002]塑料在当今的生活中无处不在，近年来，快递和外卖行业的急速增长造成塑料的生产和使用大幅增加。研究表明，大约50％的塑料物品在废弃之前只使用一次，导致塑料类垃圾日益增多。据估计，2010年有480～1270万吨塑料被排入海洋，通过模型保守估计全球海洋中漂浮着超过5万亿块塑料，微塑料(直径1微米至5毫米)的微小塑料碎片、纤维和颗粒是海洋塑料的主要存在形式。微塑料是一种有效直径小于或等于5mm的塑料薄膜、纤维、颗粒和碎片，宏塑料的有效直径大于5mm，自20世纪70年代种类多样的塑料大规模生产和使用以来，微塑料在人类社会中的环境生态效应一直备受广泛关注。
[0003]现代塑料一般是聚合物、残余单体和化学添加剂等的复杂混合物，持久性有机污染物、细菌和化学污染物等在微塑料上面富集会使污染物在环境中留存时间变长，并会导致污染物的远距离迁移能力变强，对环境造成更大影响；在塑料生产过程中，常常添加各种添加剂，如阻燃剂、染色剂、稳定剂等，以改善塑料的物理性能，而这些添加剂会从塑料中浸出，造成环境危害。塑料可经生活在水体和底部沉积物中的动物摄食，并通过食物链转移到人类可食用的生物物种和具有重要生态作用的生物物种体内，进入肠道的微塑料可以向其他组织转移从而引起生理病变，并干扰营养物质的生产和循环，引起生物体内生理应激反应，如行为改变、免疫反应、代谢异常和能量平衡异常，此外微塑料的摄食具有颗粒毒性造成动物胃肠道的阻塞；许多塑料添加剂还是内分泌干扰物，能够激活目标组织中的激素信号转导途径，并影响生物的代谢和繁殖，因此塑料被普遍认为会对海洋生物多样性和生态系统功能造成威胁。
[0004]环境样本中微塑料的丰度检测和来源识别是认识微塑料的环境生态效应的重要前提，2020年8月11日，中国专利技术专利中公开了一种基于空间外差差分拉曼光谱技术的近海沉积物中微塑料的快速检测系统与检测方法，首先采集沉积物样品；然后对沉积物样品进行烘干至恒重，并使用双氧水浸泡沉积物样品，去除沉积物中的天然有机质；采用双密度分离法提取低密度微塑料和高密度微塑料颗粒；对分离出的含有低密度微塑料和高密度微塑料颗粒的上清液进行染色，然后过滤、干燥得到待测的样品；最后将待测的样品放置于基于空间外差差分拉曼光谱技术的近海沉积物中微塑料的检测系统中三维电动位移台的样品台上进行观察，通过三维电动位移台实现聚焦探测，利用荧光成像单元对荧光标记的微塑料进行荧光成像，并利用数据采集与存储单元对荧光图像进行采集、存储，进行定量分析，该方案中提出的方法可快速识别微塑料中的荧光信号，提升微塑料检测效率，但此种采用密度分离、过滤、筛分、消化等步骤提取微塑料，再对提取后的微塑料进行鉴定、表征和定量的过程需要对沉积物样品进行干燥、清洗、研磨、筛分、消解、洗涤、过滤等操作，繁琐耗时，且需要消耗大量化学试剂，造成一定的环境危害，实验过程中也可能造成目标塑料的损耗
或处理所使用的器具脱落塑料对实验结构造成影响。此外，在提取过程中不同研究者们的流程并不统一，并且各流程中具体操作也非常不同：是否进行密度分离、采用筛分或过滤方式提取、是否进行有机物消解，以及进行密度分离溶液的种类和浓度、筛分或过滤使用的筛网或滤膜的网孔尺寸和材质、有机物消解采用的具体方式，甚至微塑料烘干过程设置的温度和烘干时间等，以上的实验差异性会对微塑料污染的研究结果造成一定影响。传统分析方法只能在消解之前对沉积物进行分割处理、统计，得到微塑料在沉积物中的丰度信息，无法反演塑料在沉积物样本中原位的空间位置和坐标信息，难以开展沉积物中微塑料迁移特性等相关研究，并且传统处理方法会对沉积物样本产生不可逆的损害。
[0005]因此，一种不损害沉积物样本，可以避免前处理造成的差异即可得到样品中塑料丰度和精确空间信息的方法亟待提出。

技术实现思路

[0006]为解决在当前沉积物微塑料的研究中，损害沉积物样本，无法反演塑料在沉积物样本中原位的空间位置和坐标信息的问题，本专利技术提出一种深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法，避免前处理造成的差异即可得到样品中塑料丰度和精确空间信息，为深海沉积物中塑料的检测和空间迁移规律研究等提供新的指导方向。
[0007]为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法，所述方法包括：
[0009]S1.从深海区域原位获取沉积物样品，并保持沉积物样品稳固；
[0010]S2.对沉积物样品进行无损扫描处理，得到无损扫描处理后的沉积物样品图像信息；
[0011]S3.基于图像信息初步确定沉积物样品中的各类物质；
[0012]S4.对微塑料和宏塑料进行提取分析，获得微塑料和宏塑料在深海沉积物样本中原位的空间位置和坐标信息。
[0013]优选地，步骤S1中，在保持沉积物样品稳固时，沉积物样品内部不发生扰动，避免沉积物样品内部的扰动进而影响深海沉积物中塑料的精确定位。
[0014]优选地，步骤S2所述对沉积物样品进行无损扫描的技术为计算机断层扫描技术，对沉积物样品进行无损扫描处理的过程为：
[0015]S21.将沉积物样品置于样品载物台上，调整沉积物样品，使其中轴线垂直于载物台；
[0016]S22.设置计算机断层扫描所需的电压、电流及曝光时间参数，利用射线源发射X射线照射沉积物样品；
[0017]S23.将沉积物样品划分为均一的体素，利用探测器接收穿透样品后出射X射线；
[0018]S24.通过在不同入射方向上对沉积物样品进行多次扫描，检测不同方向穿过沉积物样品后具有不同衰减值的X射线投影序列；
[0019]S25.将X射线投影序列进行重建，得到原始投影数据的二维灰度图像；
[0020]S26.采取直接反投影法对二维灰度图像进行图像重构，再对其进行滤波反投影处理，得到三维图像。
[0021]在此，目前无损检测的技术有很多，如红外、核磁、超声等，可根据沉积物样品内部
不同物质的密度、原子状态、温度等物理化学性质差异进行相应扫描，再使用图像处理技术对数据进行处理，相对而言，计算机断层扫描技术的图像效果最强；另外，在扫描过程中，沉积物样品中不同组分密度不同，导致其对X射线的吸收不同,将样品划分为众多均一的立方体小块(体素)，当X射线穿过样品，沿射线方向排列的各体素均吸收一部分X射线,入射前后X射线的强度变化代表所有体素沿该方向衰减值(入射光振幅与出射光振幅之差)的总和，整个扫描探测过程不会对沉积物样品造成损害。
[0022]优选地，步骤S24所述的衰减值为X射线入射沉积物样品前后的X射线振幅变化，由此可获得沉积物样品中所有体素沿该方向衰减值的总和。
[0023]优选地，步骤S25所述将X射线投影序列进行重建的方法为Radon反变换法。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法，其特征在于，所述方法包括：S1.从深海区域原位获取沉积物样品，并保持沉积物样品稳固；S2.对沉积物样品进行无损扫描处理，得到无损扫描处理后的沉积物样品图像信息；S3.基于图像信息初步确定沉积物样品中的各类物质；S4.对微塑料和宏塑料进行提取分析，获得微塑料和宏塑料在深海沉积物样本中原位的空间位置和坐标信息。2.根据权利要求1所述的深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法，其特征在于，步骤S1中，在保持沉积物样品稳固时，沉积物样品内部不发生扰动。3.根据权利要求1所述的深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法，其特征在于，步骤S2所述对沉积物样品进行无损扫描的技术为计算机断层扫描技术，对沉积物样品进行无损扫描处理的过程为：S21.将沉积物样品置于样品载物台上，调整沉积物样品，使其中轴线垂直于载物台；S22.设置计算机断层扫描所需的电压、电流及曝光时间参数，利用射线源发射X射线照射沉积物样品；S23.将沉积物样品划分为均一的体素，利用探测器接收穿透样品后的出射X射线；S24.通过在不同入射方向上对沉积物样品进行多次扫描，检测不同方向穿过沉积物样品后具有不同衰减值的X射线投影序列；S25.将X射线投影序列进行重建，得到原始投影数据的二维灰度图像；S26.采取直接反投影法对二维灰度图像进行图像重构，再对其进行滤波反投影处理，得到三维图像。4.根据权利要求3所述的深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法，其特征在于，步骤S24所述的衰减值为X射线入射沉积物样品前后的X射线振幅变化，由此可获得沉积物样品中所有体素沿该方向衰减值的总和。5.根据权利要求3所述的深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法，其特征在于，步骤S25所述将X射线投影序列进行重建的方法为Radon反变换法。6.根据权利要求3所述的深海沉积物中微塑料和宏塑料的无损探测分析方法，其特征在于，在步骤S26所述的三维图像对应沉积物样品中不同部位的灰度值不同，步骤S3中所述基于图像信息初步确定沉积物样品中的各类物质的过程如下：依次确认灰度值最高、灰度值次高、灰度值较高及灰度值最低的部位，结合形态，灰度值最高的部位确认...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯景春，张卉，杨志峰，张偲，沈永明，
申请(专利权)人：南方海洋科学与工程广东省实验室广州，
类型：发明
国别省市：