一种定量测定混合体系中微塑料和有机质含量的光谱学方法技术

本发明专利技术涉及一种定量测定混合体系中微塑料和有机质含量的光谱学方法，包括：建立初始NOM和PSMPs体系或建立针铁矿吸附后NOM

【技术实现步骤摘要】
一种定量测定混合体系中微塑料和有机质含量的光谱学方法


[0001]本专利技术属于环境工程领域，涉及检测技术，尤其是一种定量测定混合体系中微塑料和有机质含量的光谱学方法。

技术介绍

[0002]目前，塑料制品被用于各行各业，在给社会带来便利的同时，也因其回收率低和管理失误等引发了一系列的塑料污染问题。大量的塑料被不断排放到环境中，在风化、紫外线辐射和生物降解等作用下逐渐分解破碎，形成微塑料(<5mm)和微塑料(1
‑
100nm)。早期对于微(纳)塑料的研究主要集中于海洋和淡水环境，统计数据显示海洋中有超过5万亿个塑料碎片(重约25万吨)；每年可能有超过40万吨微塑料进入陆地环境。
[0003]微(纳)塑料粒径小，移动性强，容易被食物链底部生物摄取，造成生物累积和生物放大现象，导致细胞膜结构变化、代谢和循环紊乱；此外，微(纳)塑料疏水性较强，是有机污染物和重金属的潜在吸附剂，进一步加重了其污染能力。
[0004]有机质和含铁矿物大量存在于土壤中。天然有机质(NOM)一般分为腐殖质(组成结构不固定的大分子有机物)和非腐殖质(结构组成明确，如蛋白质、碳水化合物、小分子有机酸等)；其中，胡敏酸(HA)是一类分子量中等、不溶于酸(pH<2)只溶于碱的腐殖质，富里酸(FA)是分子量较小、既溶于酸也溶于碱的腐殖质。已有研究指出HA可通过疏水作用及π
‑
π键与微塑料发生相互作用，同时微塑料对HA的吸附量高于FA。针铁矿是土壤中一种常见的铁氧化物，因其具有较高的稳定性、较大的比表面积，是土壤中污染物和有机质等的重要吸附剂。有研究指出针铁矿表面的羟基官能团有利于其对微塑料的吸附。对于NOM，其可通过静电作用、疏水作用、配体交换作用、络合作用、氢键作用等吸附在针铁矿表面。由于NOM的化学异质性和多分散性，在两者发生相互作用时，中间分子量的HA和较大分子量的FA会优先被选择性吸附到针铁矿表面。
[0005]目前对于室内实验研究中商品微(纳)米塑料的检测，常用荧光分光光度法和传统的紫外可见分光光度(UV
‑
Vis)法。第一种方法限定微(纳)米塑料须带有荧光性，而真实环境中不是所有的微(纳)米塑料都带有荧光性。因此，检测不具荧光性的微(纳)米塑料首选UV
‑
Vis法。因商品微(纳)米塑料和NOM尺寸相近、质量密度相似并且同时存在重叠的紫外
‑
可见吸收波长范围，故用传统的UV
‑
Vis法检测微(纳)米塑料
‑
NOM混合体系中微(纳)米塑料的浓度往往会受到NOM的干扰，无法准确测定两者各自的浓度。由于NOM和微(纳)米塑料往往同时存在，因此需要建立一种能够测定微(纳)米塑料
‑
NOM混合体系中两者浓度的UV
‑
Vis法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种操作简单、成本低廉的能够进行定量的测定混合体系中微塑料和有机质含量的光谱学方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0008]一种定量测定混合体系中微塑料和有机质含量的光谱学方法，该方法包括：建立初始NOM和PSMPs体系或建立针铁矿吸附后NOM
‑
F和PSMPs体系，所述的初始NOM和PSMPs体系包括HA或FA和PSMPs二元体系以及HA、FA和PSMPs三元体系；所述的针铁矿吸附后NOM
‑
F和PSMPs体系包括HA
‑
F或FA
‑
F和PSMPs二元体系以及HA
‑
F、FA
‑
F和PSMPs三元体系。
[0009]而且，所述的HA或FA和PSMPs二元体系建立方法具体包括：
[0010]由于NOM与PSMPs之间存在疏水作用和π
‑
π键等，因此不能将NOM和PSMPs光谱进行简单叠加来获得混合物的光谱，因此引入两个参数β和γ校正两者相互作用对混合物光谱的影响，公式如下：
[0011][0012]其中，TS
MIX(i)
代表波长i下混合物的特定紫外
‑
可见吸收值(L mgC
‑
1 em
‑1)；R
NOM(i)
和代表波长i下NOM以及PSMPs的特定紫外
‑
可见吸收值(L mgC
‑
1 em
‑1)(即吸光度/TOC浓度)；α代表混合物中NOM的有机碳质量分数，1
‑
α代表混合物中PSMPs的有机碳质量分数；β和γ分别代表了NOM和PSMPs的相互作用因子。
[0013]进一步将公式(1)简写如下：
[0014][0015]其中，A＝αβ，B＝(1
‑
α)β。假设β和γ在整个波长范围为恒定数值，即两者的相互作用没有改变各自光谱的形状，A和B的值则可通过在选定波长范围内使TS
MIX(i)
的测量值和计算值的平方和最小(∑(TS
MIX(i)
‑
TS
MIX(i)(model)
)2)拟合得出。二元体系中NOM所占比例即f
NOM
＝A/(A+B)，故NOM和PSMPS的含量(mgC L
‑1)可由f
NOM
和混合物的总有机碳含量(TOC
mix
)计算得出，见公式(3)和(4)：
[0016]C
NOM
＝f
NOM
×
TOC
mix
ꢀꢀꢀ
(3)
[0017][0018]而且，所述的HA、FA和PSMPs三元体系建立方法具体包括：
[0019]类比于二元体系，HA、FA和PSMPs的三元体系混合物和纯物质的光谱关系如下：
[0020]TS
MIX(i)
＝AR
HA(i)
+BR
FA(i)
+CR
PSMPs(i)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0021]公式中A、B和C的值可通过使在选定波长范围内TS
MiX(i)
的测量值和计算值的平方和最小(∑(TS
Mix(i)
‑
TS
Mix(i)(model)
)2)而拟合得出。HA、FA和PSMPs所占比例f
HA
、f
FA
和f
PSMPs
即为f
HA
＝A/(A+B+C)、f
FA
＝B/(A+B+C))和f
PSMPs
＝C/(A+B+C)。最后由公式(6)
‑
(8)获得HA、FA和PSMPS的浓度(mgC L
‑1)。
[0022]C
HA
＝f
HA<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定量测定混合体系中微塑料和有机质含量的光谱学方法，其特征在于：该方法包括：建立初始NOM和PSMPs体系或建立针铁矿吸附后NOM
‑
F和PSMPs体系，所述的初始NOM和PSMPs体系包括HA或FA和PSMPs二元体系以及HA、FA和PSMPs三元体系；所述的针铁矿吸附后NOM
‑
F和PSMPs体系包括HA
‑
F或FA
‑
F和PSMPs二元体系以及HA
‑
F、FA
‑
F和PSMPs三元体系。2.根据权利要求1所述的一种定量测定混合体系中微塑料和有机质含量的光谱学方法，其特征在于：所述的HA或FA和PSMPs二元体系建立方法具体包括：由于NOM与PSMPs之间存在疏水作用和π
‑
π键，因此不能将NOM和PSMPs光谱进行简单叠加来获得混合物的光谱，因此引入两个参数β和γ校正两者相互作用对混合物光谱的影响，公式如下：其中，TS
MIX(i)
代表波长i下混合物的特定紫外
‑
可见吸收值L mgC
‑
1 cm
‑1；R
NOM(i)
和代表波长i下NOM以及PSMPs的特定紫外
‑
可见吸收值L mgC
‑
1 cm
‑1，即吸光度/TOC浓度；α代表混合物中NOM的有机碳质量分数，1
‑
α代表混合物中PSMPs的有机碳质量分数；β和γ分别代表了NOM和PSMPs的相互作用因子，进一步将公式(1)简写如下：其中，A＝αβ，B＝(1
‑
α)β，假设β和γ在整个波长范围为恒定数值，即两者的相互作用没有改变各自光谱的形状，A和B的值则可通过在选定波长范围内使TS
MIX(i)
的测量值和计算值的平方和最小∑(TS
MIX(i)
‑
TS
MIX(i)(model)
)2拟合得出，二元体系中NOM所占比例即f
NOM
＝A/(A+B)，故NOM和PSMPS的含量mgC L
‑1可由f
NOM
和混合物的总有机碳含量TOC
mix
计算得出，见公式(3)和(4)：C
NOM
＝f
NOM
×
TOC
mix
ꢀꢀꢀꢀ
(3)3.根据权利要求1所述的一种定量测定混合体系中微塑料和有机质含量的光谱学方法，其特征在于：所述的HA、FA和PSMPs三元体系建立方法具体包括：类比于二元体...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雅丽，张然，翁莉萍，马杰，李永涛，
申请(专利权)人：农业农村部环境保护科研监测所，
类型：发明
国别省市：