利用硅纳米膜分析流程对饮用水中微塑料进行多模态分析

我们的研究目标是改进多种样品类型中微塑料的分析方法，并提升从目标微塑料颗粒中获取的数据质量。目前的微塑料分析方法容易引入外源性污染。本文所述方法消除了转移步骤，从而缓解了这一污染问题。

我们提供了一种利用硅纳米膜的实验方案，可使研究人员以更高的效率和更少的污染对其目标颗粒进行多模式分析。微塑料的分析效果取决于所采用的方法，结合光学、电子和光谱成像技术能够获得最全面的信息。硅纳米膜使得这些多种分析成为可能。

[旁白] 首先，穿上100%棉质实验服并戴上腈手套。使用99%异丙醇喷洒腈手套，双手充分揉搓后，用约18兆欧·厘米、0.22微米滤过的水冲洗。将天然纤维精细擦拭布折叠成四分之一，然后喷上70%异丙醇。从生物安全柜后部向前部以长条形擦拭表面，每擦拭两下即重新折叠擦拭布至未使用面。随后将硅胶垫在生物安全柜表面滚动，以吸附残留颗粒。用99%超纯异丙醇喷洒硅胶滚轮，并用手套揉搓清洗，再用滤过水冲洗滚轮。重复清洁过程三次后，将滚轮置于生物安全柜内自然晾干。为制备超纯水和异丙醇，先在生物安全柜内用1升烧杯盛装18兆欧·厘米水。用60毫升注射器预冲洗，并连接0.22微米截留孔径的注射器滤器，通过至少200毫升滤过水对注射器和滤器组件进行预冲洗。随后用滤过水冲洗玻璃螺口瓶三次，并用注射器过滤的18兆欧·厘米、0.22微米滤过的水注满容器。重复上述烧杯加液、注射器预冲洗及容器冲洗步骤，但改用所需浓度的异丙醇代替水，以制备超纯异丙醇。穿戴个人防护装备及腈手套。用超纯99%异丙醇喷洒硅胶密封圈，并用手套揉搓清洗，随后用超纯水冲洗密封圈。首先制备过程空白样。使用已预冲洗的注射器，吸取30毫升超纯水和30毫升空气至60毫升注射器中，旋紧注射器滤器。剧烈振荡注射器，使液体和空气通过滤器排出。重复冲洗三次后，根据图示装配图组装过滤装置。开启过滤装置的真空泵，使滤盘堆栈产生负压流。为测定过程空白样的背景污染，使用已冲洗的注射器缓慢将50毫升超纯水滴加至顶部滤盘中心的纳米膜上。让超纯水自然过滤。待样品完全干燥后，关闭真空。使用洁净镊子小心将滤盘从密封圈上取下，放入洁净并已标记的容器中（如玻璃培养皿或避光盒）。在显微镜下对滤盘进行成像，用于光学分析和颗粒计数。对于实验液体样品，使用另一洁净密封圈和注射器滤器单元重复注射器冲洗步骤。接着吸取所需体积的样品，缓慢将其滴加至顶部滤盘中心的纳米膜上。样品过滤完成后，用1毫升超纯水冲洗膜三次。用超纯水冲洗两个玻璃螺口瓶各三次。在洁净玻璃容器中配制0.1毫克/毫升尼罗红溶于超纯99%异丙醇的溶液。轻轻翻转容器10次以混匀溶液。将尼罗红溶液过滤至第二个玻璃螺口瓶中。将待染色的滤盘置于真空收集瓶的支撑烧结板上，用移液器将20微升0.1毫克/毫升尼罗红溶液滴加至滤盘中心的纳米膜上。染色孵育5分钟后，进行真空过滤。用1毫升超纯99%异丙醇冲洗滤盘三次，以去除过量尼罗红染料。将滤盘置于开启真空的支撑烧结板上2分钟，以过滤并干燥残留液体。若2分钟后仍未完全干燥，将其转移至70°C烘箱中，使用洁净玻璃培养皿加热2至5分钟。为进行颗粒定量分析，使用硅胶密封圈将滤盘固定于显微镜载玻片上，并移至显微镜载物台。采用明场照明对纳米膜成像，使最大检测计数约为探测器相机最大范围的90%。采用荧光照明对纳米膜成像，使最大像素强度约为探测器相机最大范围的25%。最后，将采集的图像保存为16位复合TIFF文件。裸露的氮化硅及镀金氮化硅纳米膜适用于特定类型的分析。裸氮化硅适用于基于透射的光学技术及光谱分析，而镀金氮化硅纳米膜则适用于基于反射的技术。图示展示了从单个氮化硅纳米膜获得的理想数据级联。经尼罗红染色的疑似微塑料颗粒表明，测试的自来水样品中大于20微米的颗粒数量显著高于8至20微米亚组分。使用830纳米激光采集的拉曼光谱与光学显微镜分析同一样品颗粒时具有高相关系数。光谱分析表明该颗粒成分为聚乙烯。扫描电子显微镜揭示了捕获在氮化硅纳米膜上颗粒的详细形貌特征。能谱分析（EDS）显示，颗粒主要由碳和氮组成。结合台盼蓝染料摄取结果，提示该颗粒可能为有机来源。不理想的样品制备导致数据不清晰。未充分冲洗的尼罗红染色使颗粒识别困难，且获得的拉曼光谱质量较差、相关系数低，表明无法可靠确认颗粒的化学身份。