Способ обработки проб снежного покрова для анализа на микропластик Российский патент 2024 года по МПК G01N1/28 

Изобретение относится к способам обработки проб снежного покрова для анализа на микропластик, что является частью мониторинга загрязнения окружающей среды микропластиком.

Из уровня техники известно, что пробы оттаявших образцов снега и воды нагревали до комнатной температуры, с помощью градуированного цилиндра 500 мл каждого образца были перенесены стеклянные колбы объемом 1 л. Соответствующее количество ZnCl₂ было добавлено в каждую колбу и содержимое перемешивали с помощью магнитной мешалки со стеклянным покрытием до получения насыщенного раствора плотностью ~1,8 г см^-3 . Каждую пробу затем переносили в серию разделительных воронок объемом 600 мл и давали содержимому осесть на ночь. Верхние 100 мл каждого раствора оставались в воронках. Оставшиеся содержимое доводили до аликвоты 100 мл 30% отфильтрованной (<2 мкм) H₂O₂ в течение 12 ч для разрушения органических веществ. Содержимое каждой воронки фильтровали через 1 мкм целлюлозные тест-мембраны Джонсона. Фильтры затем высушивались в стеклянных чашках Петри в течение 48 ч. [Sajjad Abbasi, Mustafa Alirezazadeh, Nastaran Razeghi, Mahrooz Rezaei, Hanie Pourmahmood, Reza Dehbandi, Meisam Rastegari Mehr, Shirin Yavar Ashayeri, Patryk Oleszczuk, Andrew Turner. Microplastics captured by snowfall: A study in Northern Iran // Science of The Total Environment,Volume 822, 2022, 153451, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153451].

К недостаткам способа можно отнести, что проводится анализ не всего объема образца снега, а аликвоты 500 мл, что приводит к ошибкам количественного учета частиц микропластика при пересчете данных, а также применение целлюлозных мембранных фильтров затрудняет последующий спектроскопический анализ частиц микропластика. Кроме того, несмотря на то, что хлорид цинка дает гораздо более плотный раствор, что предпочтительно для разделения частиц по плотности, его применение приводит к существенному удорожанию способа.

Из уровня техники известно, что образцы снега оттаивали в герметичных бутылках при комнатной температуре в течение 24-48 ч перед анализом. Оттаявшие образцы фильтровали через стеклянный аппарат, присоединенный к вакуумному насосу, используя мембранный фильтр из нитрата целлюлозы (нитроцеллюлозная мембрана Whatman, диаметр 50 мм, размер пор 0,45 мкм). Объем жидкости (талого снега) регистрировался на этом этапе, до промывки, для определения объема каждой отдельной бутылки с образцом. 30 мл 96 %-го этанола было добавлено для замачивания фильтра в течение 10 мин, чтобы предотвратить рост бактерий и вирусов для дальнейших мер биобезопасности. Боковые стороны стеклянной посуды тщательно промывались сверхчистой водой (< 18M), чтобы удалить любые микропластики, прилипшие к стенкам фильтрующего оборудования, и образцы были высушены под вакуумом. Высушенный фильтр из нитрата целлюлозы был перенесен в стеклянный стакан емкостью 250 мл для проведения влажного пероксидного окисления (WPO) для удаления органического материала, присутствующего на фильтре. В стакан с фильтром добавляли 20 мл 30 % H₂O₂, 100 мл сверхчистой воды и 5 мл раствора Fe(II). Раствор сульфата железа (Fe(II)) (0,05 М) был приготовлен путем добавления 7,5 г FeSO₄ - 7H₂O к 500 мл сверхчистой воды и 3 мл концентрированной серной кислоты (реактив Фентона). Затем фильтр с раствором оставляли на 20 мин, закрыв отверстие стакана алюминиевой фольгой, после чего перемешивали на горячей плите при 45 ◦C в течение 2-3 ч с помощью магнитной мешалки. Переваренный фильтр из нитрата целлюлозы промывали сверхчистой водой для удаления приставшего материала. Затем переваренный фильтрат фильтровали под вакуумом на фильтр Whatman из стекловолокна GF/C (диаметр 47 мм, размер пор 1,2 мкм) [Aves, A. R., Revell, L. E., Gaw, S., Ruffell, H., Schuddeboom, A., Wotherspoon, N. E., LaRue, M., and McDonald, A. J.: First evidence of microplastics in Antarctic snow, The Cryosphere, 16, 2022, 2127–2145, https://doi.org/10.5194/tc-16-2127-2022].

Недостатками способа является отсутствие этапов, направленных на удаление неорганических примесей, в частности угольной пыли, что ведет к засорению фильтра, применение целлюлозных мембранных фильтров затрудняет последующий спектроскопический анализ частиц микропластика.

Из уровня техники известно, что объем воды (т.е. талого снега) в каждой пробе был определен путем переноса воды в градуированный цилиндр. Затем образец воды (500 мл) был перенесен в колбу емкостью 1 л и добавлялось 365 г хлорида натрия для насыщения раствора. Когда объем проб воды превышал 500 мл, повторяли процедуру до тех пор, пока не обрабатывали весь образец. Солюбилизация хлорида натрия проводилась при 30-минутном перемешивании с помощью магнитной мешалки со стеклянным покрытием. Затем раствор переносили в сепарационную воронку объемом 600 мл. Стакан, в котором был приготовлен солевой раствор, промывали три раза примерно 20 мл раствора NaCl, предварительно отфильтрованного на целлюлозных фильтрах (StonyLab, размер пор 1 мкм; Ø = 47 мм) для сбора любых остатков. Промывные аликвоты добавлялись к образцу внутри разделительной воронки, и раствору давали осесть в течение ночи. Раствор на дне разделительной воронки был удален, а к верхней фазе раствора (100 мл) добавляли 100 мл 30%-ного раствора перекиси водорода, отфильтрованного для удаления органических веществ в течение ночи. Затем раствор переносили в стеклянную разделительную колбу, где его фильтровали на целлюлозных фильтрах (StonyLab, размер пор 1 мкм; Ø = 47 мм) через водоструйный насос. Разделительную воронку трижды промывали фильтрованной сверхчистой водой (20 мл) и промывные аликвоты фильтровали на том же фильтре, который использовался для образца. Фильтр помещали в стеклянную чашку Петри (Ø = 50 мм) и высушивали в сушильном шкафу в течение 48 ч. Пять образцов (т.е. партия) талого снега обрабатывались одновременно. С каждой партией проб снега проводили процедурный холостой анализ, обрабатывая 500 мл отфильтрованной сверхчистой воды, как описано выше. [Parolini, M.; Antonioli, D.; Borgogno, F.; Gibellino, M.C.; Fresta, J.; Albonico, C.; De Felice, B.; Canuto, S.; Concedi, D.; Romani, A.; et al. Microplastic Contamination in Snow from Western Italian Alps. Int. J. Environ. Res. Public Health 2021, 18, 768. https://doi.org/10.3390/ijerph18020768]. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Недостатком способа является применение целлюлозных фильтров, которые дают выраженный спектр при спектроскопическом анализе, что затрудняет полимерный анализ частиц микропластика. Для достижения чистоты пробы перед фильтрованием используется большой объем перекиси водорода, что приводит к удорожанию способа. Минимальная длительность реализации способа составляет 72 часа.

Техническая задача состоит в создании способа обработки проб снежного покрова для анализа на микропластик, характеризующегося экономичностью, повышенной скоростью и возможностью спектроскопического анализа частиц микропластика.

Технический результат состоит в обеспечении условий для повышения скорости процесса обработки проб снежного покрова для анализа на микропластик, уменьшении расхода перекиси водорода, результаты применения которого позволяют анализировать частицы микропластика спектроскопически.

Технический результат достигается тем, что отбор пробы снежного покрова проводят орудием с точно известной площадью захвата, получают насыщенный раствор из жидкой фазы пробы снежного покрова путем добавления хлорида натрия до полного насыщения, разделяют насыщенный раствор по плотности в течение 12 часов в делительной воронке, собирают надосадочную фазу насыщенного раствора и окисляют органические остатки в течение 24 часов путем добавления перекиси водорода до итоговой концентрации 0,73% в присутствии 150 мкл катализатора, который представляет собой водный раствор сульфата железа, приготовленный путем добавления к 500 мл дистиллированной воды 7,5 г железного купороса и 3 мл концентрированной серной кислоты, получают вторичный насыщенный раствор путем добавления к надосадочной фазе насыщенного раствора хлорида натрия до полного насыщения, разделяют вторичный насыщенный раствор по плотности в течение 12 часов в делительной воронке, собирают надосадочную фазу вторичного насыщенного раствора и проводят ее фильтрацию под вакуумом через стекловолоконный фильтр с диаметром пор 1 мкм, который затем подсушивают в ламинарном боксе в течение 30 минут.

Пример реализации способа обработки проб снежного покрова для анализа на микропластик

Для проведения экспериментов обследовали территорию Западной Сибири в период, когда снежный покров достигает наибольшей высоты (начало марта). Отбор проб снега проводили орудием с точно известной площадью захвата – пробоотборник снега – троекратно в каждом участке отбора проб. В лабораторных условиях проба снега оттаивала при комнатной температуре. Определяли объем жидкой фазы пробы снега. Для получения насыщенного раствора к жидкой фазе пробы снега добавляли хлорид натрия (NaCl) в расчете 30 г на 100 мл, то есть до полного насыщения. Насыщенный раствор разделяли по плотности в делительной воронке в течение 12 часов. Надосадочную фазу насыщенного раствора сливали в чистую стеклянную тару и в течение 24 часов проводили окисление органических остатков путем добавления перекиси водорода в расчете 0,73 мл на 100 мл и добавляли 150 мкл катализатора, представляющего собой водный раствор сульфата железа, который приготовили путем добавления к 500 мл дистиллированной воды 7,5 г железного купороса и 3 мл концентрированной серной кислоты. Для получения вторичного насыщенного раствора с целью полного удаления примесей к надосадочной фазе насыщенного раствора добавляли хлорид натрия (NaCl) в расчете 5 г на 100 мл, то есть до полного насыщения. Вторичный насыщенный раствор разделяли по плотности в делительной воронке в течение 12 часов. Надосадочную фазу вторичного насыщенного раствора сливали в чистую стеклянную тару и проводили фильтрацию под вакуумом через стекловолоконный фильтр с диаметром пор 1 мкм, подсушивали фильтр в ламинарном боксе в течение 30 минут, проводили микроскопический и спектроскопический анализ микропластика. Пластиковая природа частиц была подтверждена путем микроскопии, совмещенной со спектроскопией комбинационного рассеяния. Для этого использовали оборудование Томского регионального центра коллективного пользования ТГУ (ТРЦКП). Результаты представлены в таблице.

Применение способа обработки проб снежного покрова для анализа на микропластик позволяет посчитать все частицы до 5 мм по максимальной оси, категоризировать частицы по форме (сферы, волокна, пленки, фрагменты нерегулярной формы), по размерам. Предложенный способ характеризуется повышенной скоростью равной 48,5 часам.

Таблица – Результаты обработки проб снежного покрова для анализа на микропластик

Населенный пункт Количество микропластика на мембранном фильтре Концентрация микропластика в снежном покрове ед./л ед./м² Белокуриха 7 6,36 891,72 Томск 7 6,03 806,79 Сургут 2 1,01 467,09

Список использованных источников

1. Sajjad Abbasi, Mustafa Alirezazadeh, Nastaran Razeghi, Mahrooz Rezaei, Hanie Pourmahmood, Reza Dehbandi, Meisam Rastegari Mehr, Shirin Yavar Ashayeri, Patryk Oleszczuk, Andrew Turner. Microplastics captured by snowfall: A study in Northern Iran // Science of The Total Environment,Volume 822, 2022, 153451, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153451

2. Aves, A. R., Revell, L. E., Gaw, S., Ruffell, H., Schuddeboom, A., Wotherspoon, N. E., LaRue, M., and McDonald, A. J.: First evidence of microplastics in Antarctic snow, The Cryosphere, 16, 2022, 2127–2145, https://doi.org/10.5194/tc-16-2127-2022.

3. Parolini, M.; Antonioli, D.; Borgogno, F.; Gibellino, M.C.; Fresta, J.; Albonico, C.; De Felice, B.; Canuto, S.; Concedi, D.; Romani, A.; et al. Microplastic Contamination in Snow from Western Italian Alps. Int. J. Environ. Res. Public Health 2021, 18, 768. https://doi.org/10.3390/ijerph18020768

Изобретение относится к способам обработки проб снежного покрова для анализа на микропластик. Раскрыт способ обработки проб снежного покрова для анализа на микропластик, включающий отбор пробы снежного покрова орудием с точно известной площадью захвата, получение насыщенного раствора из жидкой фазы пробы снежного покрова пробы путем добавления хлорида натрия до полного насыщения, разделение насыщенного раствора по плотности в течение 12 часов в делительной воронке, сбор надосадочной фазы насыщенного раствора и окисление органических остатков в течение 24 часов путем добавления перекиси водорода в присутствии катализатора, который представляет собой водный раствор сульфата железа, приготовленный путем добавления к 500 мл дистиллированной воды 7,5 г железного купороса и 3 мл концентрированной серной кислоты. При этом добавляют перекись водорода до итоговой концентрации 0,73 % в присутствии 150 мкл катализатора, добавляют к надосадочной фазе насыщенного раствора хлорид натрия до полного насыщения и получают вторичный насыщенный раствор, который разделяют по плотности в течение 12 часов в делительной воронке, собирают надосадочную фазу вторичного насыщенного раствора и фильтруют ее под вакуумом через стекловолоконный фильтр с диаметром пор 1 мкм, который подсушивают в ламинарном боксе в течение 30 минут. Изобретение обеспечивает условия для повышения скорости процесса обработки проб снежного покрова для анализа на микропластик, уменьшения расхода перекиси водорода, результаты применения которого позволяют анализировать частицы микропластика спектроскопически. 1 табл., 1 пр.

Способ обработки проб снежного покрова для анализа на микропластик, включающий отбор пробы снежного покрова орудием с точно известной площадью захвата, получение насыщенного раствора из жидкой фазы пробы снежного покрова пробы путем добавления хлорида натрия до полного насыщения, разделение насыщенного раствора по плотности в течение 12 часов в делительной воронке, сбор надосадочной фазы насыщенного раствора и окисление органических остатков в течение 24 часов путем добавления перекиси водорода в присутствии катализатора, который представляет собой водный раствор сульфата железа, приготовленный путем добавления к 500 мл дистиллированной воды 7,5 г железного купороса и 3 мл концентрированной серной кислоты, отличающиеся тем, что добавляют перекись водорода до итоговой концентрации 0,73 % в присутствии 150 мкл катализатора, добавляют к надосадочной фазе насыщенного раствора хлорид натрия до полного насыщения и получают вторичный насыщенный раствор, который разделяют по плотности в течение 12 часов в делительной воронке, собирают надосадочную фазу вторичного насыщенного раствора и фильтруют ее под вакуумом через стекловолоконный фильтр с диаметром пор 1 мкм, который подсушивают в ламинарном боксе в течение 30 минут.