(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811207074.7
(22)申请日 2018.10.17
(71)申请人 大连理工大学
地址 124221 辽宁省盘锦市辽东湾新区大
工路2号
(72)发明人 佟慧妍 江谦益 胡行帅 李中岳
(74)专利代理机构 大连理工大学专利中心
21200
代理人 李晓亮 潘迅
(51)Int.Cl.
G01N 1/30(2006.01)
G01N 21/64(2006.01)
G01N 21/65(2006.01)
(54)发明名称
一种利用尼罗红染快速辅助检测水环境
(57)摘要
一种利用尼罗红染快速辅助检测水环境
样品中微塑料的方法，属于环境污染控制领域。
首先，由尼罗红和丙酮溶液配制尼罗红染液；并
染液使用有机膜过滤后的工作液加入水样中，把
水染成淡蓝；再采用墨水染的有机膜过滤上
述染水样。最后，将过滤后的有机膜放置培养
皿内，在滤膜上均匀涂覆胶水对滤膜上的物质进
行固定，待后续分析使用。本方法利用疏水性表
波长450-490nm激发下观察滤膜上的荧光物质，
对其进行拉曼检测。本发明染剂配制简便快
捷，吸附效果好，染方法简单，相比于直接目检
法，不仅耗时短，成本低，还能排除一部分非塑料
材质的干扰。权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 109253907 A 2019.01.22
C N 109253907
A
1.一种利用尼罗红染快速辅助检测水环境样品中微塑料的方法，其特征在于以下步骤：
(1)配制尼罗红染液
室温下，将生物染剂尼罗红加入丙酮溶液中，配置成浓度为1～10μg/mL的尼罗红染液，作为尼罗红工作液；
(2)制备墨水染的有机膜
将有机膜A放置在培养皿内，并在有机膜A上滴加墨水，使其正反两面都浸没并染成黑，再用超纯水冲洗至不褪，转移至新的培养皿中，放入50℃～80℃烘箱中烘干；使用前用显微镜观察有机膜A表面，保证无其他污染；
(3)微塑料的分离
染前，步骤(1)配置的尼罗红工作液使用孔径为0.22μm的有机膜B过滤，将过滤后的工作液加入水样中，
其中，每500mL水样对应加入10～15mL的工作液，把水染成均匀的淡蓝；通过真空抽滤装置，并采用步骤(2)制备的墨水染的有机膜过滤上述染的淡蓝水样；过滤后的有机膜放置于培养皿内，置于50℃～80℃烘箱中烘干；
(4)固定
待滤膜干燥后，直接在滤膜上均匀涂覆一层液体胶水，室温下干燥，待后续分析使用；以上所有的操作都在超净台内进行，防止空气中产生的背景污染；
(5)定性定量分析
待液体胶水干燥完全后，利用荧光显微镜在450nm -490nm波长，4×或10×放大倍数下观察膜上荧光物质，计数，测量尺寸；利用显微拉曼光谱仪在785nm激发波长，曝光时间10s，功率10mW下检测膜上的荧光物质，确定其成分及组成。
2.根据权利要求1所述的一种利用尼罗红染快速辅助检测水环境样品中微塑料的方法，其特征在于，所述的有机膜A和有机膜B的孔径为0.22μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用尼罗红染快速辅助检测水环境样品中微塑料的方法，其特征在于，优选的，所述的尼罗红工作液浓度为5μg/mL。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用尼罗红染快速辅助检测水环境样品中微塑料的方法，其特征在于，优选的，所述的每500mL水样对应加入12mL的工作液。
5.根据权利要求3所述的一种利用尼罗红染快速辅助检测水环境样品中微塑料的方法，其特征在于，优选的，所述的每500mL水样对应加入12mL的工作液。
权 利 要 求 书1/1页CN 109253907 A
一种利用尼罗红染快速辅助检测水环境样品中微塑料的
方法
技术领域
[0001]本发明属于环境污染控制领域，涉及一种利用尼罗红染快速辅助检测水环境样品中微塑料的方法。
背景技术
[0002]随着全球塑料产量的逐年递增，塑料污染问题已经被联合国环境规划署列为全球八大环境问题之
一。随之而来的微塑料污染问题也引起了全球政治家和科研人员的广泛关注。微塑料是一种有效直径小于5mm的塑料薄膜、纤维、颗粒和碎片。可以通过大塑料在环境因子(光、热、辐射等)条件下生成，也可以是类似面部洗涤剂或牙膏等中添加的塑料微珠，且后者的数量远远多于前者。从2004年最早提出微塑料概念到展开研究的这过去的十多年时间里已经充分证明了微塑料在海洋环境中广泛存在，目前关注的重点已经扩展到淡水生态系统，市政污水处理厂进出水、饮用水，乃至瓶装水中。
[0003]微塑料是一种具有多种动态变化特征和空间分布不均的复合污染物。已经证明微塑料可能会引起物理、化学和生物等方面的危害。目前对于人类的危害还在持续研究当中。当前分离难度大仍是微塑料研究的一大难题，尼罗红染在一定程度上可以解决区分和鉴定的问题，尼罗红染有操作简单快捷、省时、成本低等优点，最早在2016年开始使用，目前已在小尺寸(20μm-1mm)的微塑料中得到了验证。但尼罗红是一种溶液致变染液，过普通的膜时会在膜上留下落射荧光，掩蔽膜上物质的荧光性，同时在尼罗红染过程中还会出现使用的PC(聚碳酸酯)膜成本高以及膜上的颗粒移动等问题，不利于后期的观察与计数。[0004]本发明使用尼罗红染辅助检测水环境中的微塑料，是一种快速检测的方法，且能够改进PC膜成本高以及膜上的颗粒移动的问题。
发明内容
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种快速辅助检测水环境中微塑料的方法，利用丙酮配制
的生物染剂尼罗红，可将水环境中疏水性的微塑料染上，并在荧光显微镜下有强烈的荧光效果。通过荧光显微镜可以很快的识别染上的物质，计数，测量尺寸并对其进行拉曼检测确定成分和性质。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
[0007]一种利用尼罗红染快速辅助检测水环境样品中微塑料的方法，包括以下步骤：[0008](1)配制尼罗红染液
[0009]室温下，将生物染剂尼罗红(9-diethylamino-5H-benzo[α]phenoxazine-5-one)加入丙酮溶液中，配置成浓度为1～10μg/mL的尼罗红染液，作为尼罗红工作液。[0010]优选的，所述的尼罗红工作液浓度为5μg/mL。
[0011](2)制备墨水染的有机膜
[0012]在培养皿内放置干净的有机膜A，有机膜上滴适量墨水，使其正反两面都浸没并染
成黑，再用镊子夹起用超纯水冲洗至不褪，转移至新的培养皿中，盖上盖子放入50℃～80℃烘箱中烘干。使用前用显微镜观察有机膜表面，保证无其他污染。
[0013]所述的有机膜A孔径为0.22μm。
[0014](3)微塑料的分离
[0015]染前，步骤(1)配置的尼罗红工作液使用有机膜B过滤，将过滤后的工作液加入水样中，其中，每500mL水样对应加入10～15mL的工作液，把水染成均匀的淡蓝。然后通过真空抽滤装置，并采用步骤(2)制备的墨水染的有机膜过滤上述染的淡蓝水样。过滤后的有机膜放置于干净的培养皿内，置于50℃～80℃烘箱中烘干。
[0016]所述的有机膜B孔径为0.22μm。
[0017]优选的，所述的每500mL水样对应加入12mL的工作液。
[0018](4)固定
[0019]待滤膜干燥后，取出装有滤膜的培养皿，直接在滤膜上均匀涂覆薄薄一层液体胶水，盖上盖子，室温下干燥。以待后续分析使用。以上所有的操作都在超净台内进行，防止空气中产生的背景污染。
[0020](5)定性定量分析
[0021]待液体胶水干燥完全，利用荧光显微镜在450nm-490nm波长，4×或10×放大倍数下观察膜上有荧光的物质，计数，测量尺寸。利用显微拉曼光谱仪(Renishaw inVia-Reflex)在785nm激发波长，曝光时间10s，功率10mW下检测膜上的荧光物质，确定其成分及组成。
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用的染剂配制简便快捷，吸附效果好，染方法简单，相比于直接目检法，不仅耗时短，成本低，还能排除一部分非塑料材质的干扰。另外，本发明采用墨水染的有机膜代替昂贵的Whanman黑PC蚀刻径迹膜(47mm0.2μm)，成本显著降低；在过滤后的滤膜上使用液体胶水对滤膜上的物质进行固定，能够防止膜上的微粒改变自身位置，起到固定微塑料的作用。
附图说明
[0023]图1为八种塑料尼罗红染荧光图片；
[0024]图2为腐殖酸(a)尼罗红染荧光图片；
[0025]图3为木质素(b)尼罗红染荧光图片；
[0026]图4为八种塑料染前后拉曼图谱，左侧为染前，右侧为染后。
具体实施方式
[0027]以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
[0028]选择商业购买的微塑料：聚丙烯(PP)(0.5-0.6mm)3个、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(1.0-2.0mm)3个、聚碳酸酯(PC)3个(2-2.8mm)、聚酰胺(PA)(2-2.8mm)3个、聚氯乙烯(PVC)(0.1-0.2mm)0.01g、聚氨酯(PUR)(0.2-0.3mm)0.01g、聚乙烯(PE)(0.3-0.4mm)0.01g、聚苯乙烯(PS)(0.4-0.5mm)0.01g。以及天然有机物(腐殖酸、木质素)和一些非塑料材质(贝壳(0.9-1.0mm)3个、玻璃(0.9-1.0mm)3个、陶瓷(0.9-1.0mm)3个和铁锈(0.1-0.2mm)0.01g)进行实验验证。具体的操作方法是：
[0029](1)取以上八种微塑料、两种天然有机物和四种非塑料材质分别加入500mL超纯水，得到14种水样，模拟水环境中可能存在的微塑料和天然有机物和非塑料材质。[0030](2)准确称取0.025g的尼罗红于50mL丙酮溶液中得到500μg/mL的储备液，再用丙酮将储备液稀释成浓度为5μg/mL的工作液。
[0031](3)在培养皿内放置干净的50mm 0.22μm有机膜，有机膜上滴5mL的墨水，使其正反两面都浸没并染成黑，再用镊子夹起用超纯水冲洗至不褪，转移至新的培养皿中，盖上盖子放入60℃烘箱中烘干。使用前用显微镜观察有机膜表面，保证无其他污染。
[0032](4)分别取14组12mL浓度为5μg/mL的尼罗红染液染步骤(1)得到的14种水样，尼罗红染液染前过50mm 0.22μm的有机膜，保证尼罗红染液中无污染带入，然后通过真空抽滤装置，使用已经制备的墨水染的有机膜过滤上述染的水样。过滤后的滤膜放置于干净的培养皿内，放在60℃烘箱中烘干。
[0033](5)待滤膜干燥后，取出装有滤膜的培养皿，直接在滤膜上均匀涂覆薄薄一层液体胶水，盖上盖子，
室温下干燥。以待后续分析使用。以上所有的操作都在超净台内进行，防止空气中产生的背景污染。
[0034](6)待液体胶水干燥完全，利用荧光显微镜在450nm-490nm波长，4×或10×放大倍数下观察膜上有荧光的物质，如图1所示，计数，测量尺寸；图1中灰或白是染上的微塑料，黑是膜上的尼罗红染料，说明微塑料可以被尼罗红染上，且墨水染的有机膜能掩蔽部分的落射荧光。图2、图3为两种水中常见的天然有机物的尼罗红染荧光图片，图中黑是腐殖酸(木质素)，灰是荧光染料，腐殖酸和木质素没有被尼罗红染液染上，说明腐殖酸和木质素使用尼罗红染液染时没有荧光性，可以和微塑料有很好的区分性。利用显微拉曼光谱仪(Renishaw inVia-Reflex)在785nm波长，曝光时间10s，功率10mW下检测膜上的荧光物质，确定其成分及组成。比较染前后微塑料拉曼图谱的变化，如图4所示。[0035]在商业微塑料染实验过程中，使用了八种材质不同粒径的微塑料来验证尼罗红染的可行性，同时还使用了四种非塑料材质(陶瓷、玻璃、贝壳和铁锈)和两种饮用水中常见的天然有机物(腐殖酸、木质素)来排除干扰物质对染的影响。
[0036]尼罗红是一种生物荧光染剂，对于疏水性物质有很强的吸附能力，最早用于细胞或藻类中的蛋白质或脂质的染。大部分的微塑料表面是疏水性的，因此尼罗红在微塑料表面有很好的吸附效果。尼罗红的最佳浓度是5μg/mL，研究表明高浓度的尼罗红会对微塑料有抑制作用。
[0037]尼罗红具有溶液致变性，且尼罗红本身是一种荧光染料，一般过普通的膜会在膜上留下落射荧
光，掩蔽已染物质的荧光性。目前在其他领域大都是使用Whatman黑PC 蚀刻径迹膜(47mm 0.2μm)。这种膜可以很好的遮蔽背景落射荧光，呈现膜上需要观察的物质的荧光性。但这种膜国内没有生产，且价格昂贵。所以我们通过墨水染有机膜(50mm 0.22μm)来代替PC蚀刻径迹膜。墨水染后用水冲洗至不褪，60℃烘箱烘干。实验结果显示墨水染的有机膜也能掩蔽部分的落射背景荧光。达到观察的便利性。
[0038]微塑料尺寸较小，且水环境中的微塑料相比于沉积物中尺寸更小。滤膜在过滤水样后，在滤膜上的微塑料会因为尺寸太小而到处移动，不能确定位置，不利于后期的计数统计。为了防止膜上的微粒改变自身位置，在过滤后的滤膜烘干后再用液体胶水均匀涂覆在膜表面，起到固定微塑料的作用。
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