开发并验证了一种气相色谱-质谱（GC-MS）方法，用于分析微塑料中的多环芳烃

《Talanta》：Development and validation of a gas chromatography – mass spectrometry (GC-MS) method for analyzing the polycyclic aromatic hydrocarbons in microplastics

　　

奥尔加·V·库兹涅佐娃

俄罗斯科学院维尔纳茨基地球化学与分析化学研究所，119991莫斯科，俄罗斯联邦

摘要

全球范围内微塑料向水生环境的排放不断增加，这已成为一个日益紧迫的安全问题。微塑料因其能够吸附持久性有机污染物并通过食物链传播这些污染物而受到关注，从而影响水生生物和人类。准确评估海洋环境中多环芳烃（PAH）的污染状况需要开发和验证标准分析方法。在这项研究中，我们使用气相色谱-质谱联用技术（QuEChERS）来分析海水中的微塑料中的PAH。我们优化了提取方案，以确定最佳溶剂、提取剂体积和提取时间。共分析了16种优先关注的PAH。检测限范围为0.1至0.8 ng g^-1，回收率范围为81.23% ± 6.1%至102.3% ± 6.4%。所有采样点中微塑料中的∑16PAH浓度范围为85.7至3166.1 ng g^-1。结果表明，这些PAH来源于热解过程。所开发的方法可作为准确、精确分析PAH的标准工具，具有重要的环境意义。

引言

近年来，人们越来越关注塑料（尤其是微塑料，MPs）对环境的影响。微塑料的尺寸在0.1至5毫米之间。它们通过直接方式（作为药品、清洁产品和化妆品的成分）或间接方式（通过光氧化、机械作用和冰面运动导致塑料碎片破碎）进入海洋生态系统，涉及物理、化学和微生物过程[1]、[2]、[3]、[4]。微塑料表面还可以吸附各种有机污染物，其中多环芳烃（PAH）尤为常见。

多环芳烃（PAH）被归类为具有毒性和致癌性的持久性有机污染物。这些物质来自多种热解、岩石成因和生物成因的来源[5]、[6]。具体来说，化石燃料的燃烧或燃烧过程以及与含碳材料的相互作用会释放PAH[6]。此外，人为因素（如森林火灾和火山爆发）和自然因素也会释放PAH。早期成岩过程中的生物过程以及细菌、藻类和高等植物的合成也会增加环境中的PAH含量[5]。因此，PAH浓度会受生物因素的影响而变化[7]。特别值得关注的是16种优先关注的PAH，因为它们具有持久性、生物累积潜力，并对野生动物和人类健康构成风险；这些化合物还可能具有致突变性和致癌性，并倾向于在生物体内累积[8]、[9]、[10]。因此，监测海洋生态系统中的PAH含量有助于识别可能指示地质化学或人为过程的有机污染物。

文献综述（参见[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]）表明，气相色谱-质谱联用（GC-MS）非常适合分析海水中的有机污染物。其灵敏度和测量微塑料上PAH的能力使其成为首选方法。因此，我们选择了这种方法进行研究。

关于样品制备，常用的PAH提取方法包括索氏提取[17]、[18]、超声辅助提取[19]、[20]、[21]或加速溶剂提取[22]、[23]。尽管这些方法应用广泛，但它们通常涉及复杂的预处理步骤、高溶剂消耗和较长的处理时间，这可能会降低常规分析的效率。作为替代方案，我们建议使用QuEChERS（快速、简便、经济、高效、耐用、安全）方法，该方法能够高效提取和纯化样品，同时可能减少有机溶剂的消耗和分析时间。目前尚未发现有关使用该方法从微塑料中提取PAH的文献。

因此，本研究旨在验证并应用一种使用QuEChERS方法测定微塑料中16种优先关注PAH的分析方法，并以巴伦支海和白海的海水微塑料为例进行测试。我们的目标还包括评估微塑料的丰度、空间分布以及吸附在其表面的多环芳烃（PAH）的来源。经过验证的方法有望成为监测海洋生态系统中PAH污染的实用工具。

章节片段

微塑料采样

2023年6月至7月，在巴伦支海的六个地点进行了微塑料的环境采样。采样地点详见图S1。采样前，所有材料和容器均用NANO Pure纯化系统（Thermo Fisher Scientific，美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）提供的高纯度水进行清洗。

使用圆锥形浮游生物网（Apstein型，网孔大小0.067毫米，直径25厘米）从船上采集了三次表层海水样本。

提取溶剂

为了优化PAH的提取条件，首先进行了初步实验以选择最佳溶剂。为此使用了三种类型的塑料——PP、PE和PS，以及七种极性不同的溶剂：正己烷、乙酸乙酯（EtAc）、丙酮、二氯甲烷（DCM），以及染料混合物（1:1）——乙酸乙酯-二氯甲烷、二氯甲烷-正己烷和正己烷-乙酸乙酯。首先称取0.5克微塑料颗粒，加入浓度为100 ng/g的PAH溶液，然后加入10毫升溶剂或溶剂混合物。

结论

海水污染物分析是气相色谱-质谱联用（GC-MS）方法的一个活跃应用领域。已经验证了一种用于分析微塑料中PAH的GC-MS方法[1]。在这项研究中，首次使用QuEChERS方法提取PAH，并优化了提取参数。与其它方法相比，该方法减少了有机溶剂的用量和毒性。测定了巴伦支海和白海中16种PAH的浓度。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据获取

本研究中的数据可向通讯作者索取。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了俄罗斯科学院维尔纳茨基地球化学与分析化学研究所（项目编号：FMMZ-2024-0035）的财政支持。