本发明属于环境科学领域，涉及一种金属有机荧光配合物标记的微塑料及其制备方法与应用。所述荧光标记微塑料用于分析微塑料污染物在复杂环境介质和生物体内的分布、迁移、代谢与富集规律，为系统评价各种微塑料的环境生态风险提供新型研究工具。
背景技术：
微塑料一般是指尺寸小于5毫米的塑料碎片。微塑料主要来源于塑料垃圾的降解或破碎过程和直接人工合成的塑料微珠产品。由于塑料的广泛使用，大量微塑料随地表径流汇入湖泊和海洋，一方面直接威胁海洋生态，另一方面可能通过食物链增加人的健康风险。近年来，微塑料污染日益引起国内外学者广泛重视。微塑料的环境健康效应和生态效应成为环境科学领域的研究热点问题。由于目前微塑料的环境暴露浓度在很多情况下并不是很高，所以迫切需要高性能的发光标记微塑料产品，从而在复杂环境下便于追踪少数微塑料颗粒的环境行为，阐明微塑料的复杂环境效应。
目前，市场上的发光微塑料产品主要是荧光染料标记微塑料，采用荧光成像技术追踪其环境行为，如中国发明专利，申请号201710545637.2。虽然荧光标记微塑料产品可以满足部分需求，但是荧光成像方法因为受到复杂环境样本的自发荧光干扰，成像灵敏度欠佳。另外，在复杂环境条件下，荧光染料小分子有脱落的可能，脱落的荧光小分子在荧光成像追踪微塑料颗粒时会形成伪信号，干扰研究结果。微塑料的环境行为理论研究需要新型荧光标记微塑料产品。
金属有机荧光配合物具有抗光漂白，斯托克斯位移大，无浓度淬灭，对微环境敏感等特点。目前，金属有机荧光配合物主要应用于生物荧光探针研究，荧光分析，细胞荧光成像等领域。如，zhanjunli等制备了铕配合物标记聚苯乙烯纳米粒子并用于细胞荧光成像(polymercomposites,2011,32,1721.)。zhanjunli等制备了铕配合物标记的聚甲基丙烯酸甲酯纳米粒子并用于双氧水荧光浓度分析(journalofappliedpolymerscience2013,128,845.)。金属有机配合物自身的有机配体或金属配位原子容易与环境中的杂质配体或杂原子交换，从而破坏自身的发光体系使得荧光淬灭。对于复杂的环境样品而言，这种荧光淬灭效应更加容易发生。金属有机配合物这一特点，对于生物应用通常是不利的。但是对于环境微塑料相关研究而言，从微塑料内部疏水环境脱落的金属有机配合物的荧光被淬灭反而可以避免游离金属有机配合物的荧光造成干扰，有利于通过荧光成像方法实现微塑料颗粒的荧光成像。然而，到目前为止，还没有发现在环境领域标记并追踪微塑料颗粒污染物的金属有机配合物相关应用报道。
技术实现要素：
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种金属有机荧光配合物标记的环境微塑料及其制备方法。本发明通过溶胀方式将金属有机荧光配合物包埋于微塑料中，使得所制备的金属有机荧光配合物标记的环境微塑料具有较好性能，减少自发荧光背景的干扰，提高检测准确度；同时金属有机配合物特别是稀土类配合物不存在浓度淬灭现象，可以通过增加浓度增强荧光发射强度，提高荧光成像检测灵敏度。
本发明的另一目的在于提供上述金属有机荧光配合物标记的环境微塑料的应用。所述金属有机荧光配合物标记的环境微塑料用于模拟环境微塑料污染物的环境暴露与健康效应，用于分析微塑料污染物在复杂环境介质和生物体内的分布、迁移、代谢与富集规律，为系统评价各种微塑料的环境生态风险提供新型研究工具。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种金属有机荧光配合物标记的环境微塑料的制备方法，包括以下步骤：
(a)采用有机溶剂将金属有机荧光配合物溶解，得到金属有机荧光配合物溶液；所述有机溶剂能使微塑料溶胀；
(b)将微塑料浸泡于金属有机荧光配合物溶液，分离，干燥，获得金属有机荧光配合物标记的环境微塑料。
所述微塑料为粒径或长度≤5毫米的塑料，包括颗粒、纤维、薄膜等；所述微塑料为聚碳酸酯(pc)，聚氨酯(pu)，聚氯乙烯(pvc)，聚醚醚酮(peek)，聚甲基丙烯酸甲酯，聚酰胺(pa)，聚甲醛(pom)，聚苯醚(ppo)，聚苯硫醚(pps)，聚丙烯腈‐苯乙烯as等有机高分子材料；环境采集的或人工合成的微塑料。
所述有机溶剂为乙醇，氯仿，二氯甲烷，乙酸乙酯，正己烷，石油醚中的一种以上；
所述金属有机荧光配合物主要是指以eu3+，tb3+，ru2+，os2+，ir等过渡区金属离子为配位中心，以一种或几种含n，o，s，p等的有机分子为配体，形成的有机金属配合物。如邻菲罗啉(2-噻吩三氟甲酰丙酮)3铕，邻菲罗啉(乙酰丙酮)3铽，4,7-二苯基-1,10-邻菲罗啉钌等。
所述金属有机荧光配合物溶液中金属有机荧光配合物与有机溶剂的质量体积比为(0.01～50)g：100ml。
所述浸泡时间≥1min，优选≥1h；
所述金属有机荧光配合物溶液淹没微塑料。
所述干燥为冷冻干燥，室温干燥，鼓风干燥，真空干燥；干燥的温度≤100℃。
本发明将金属有机荧光配合物与微塑料污染物通过溶胀作用形成荧光微塑料(即金属有机荧光配合物标记的环境微塑料)。本发明的金属有机荧光配合物标记的环境微塑料在激发光照射下，能够荧光成像。
本发明的金属有机荧光配合物标记的环境微塑料用于荧光成像追踪微塑料污染物在复杂生态环境和生物内环境的环境行为，主要是分析微塑料污染物在复杂环境和生物体内的分布、迁移、代谢与富集规律，系统评价微塑料的环境暴露和健康风险。
本发明提供的制备金属有机荧光配合物标记微塑料的方法可以用于制备多种金属有机荧光配合物标记的不同种类微塑料，得到物化性能丰富的荧光微塑料污染物。
本发明采用溶胀法，将环境采集的或人工合成的微塑料浸泡在能够溶胀但不能溶解微塑料的荧光稀土有机溶液中，微塑料样品溶胀吸收金属有机荧光配合物，直接干燥挥发去除有机溶剂或者分散在不能溶解稀土配合物的极性溶剂中缓慢置换去除有机溶剂，金属有机荧光配合物被包裹进入微塑料内部，形成金属有机荧光配合物标记微塑料。
相比荧光标记微塑料，本发明金属有机荧光配合物标记微塑料具有如下优点：(1)微塑料中若是金属有机配合物荧光标记物泄露或脱落，泄露或脱落的金属有机配合物的荧光会被环境杂质淬灭，从而避免因荧光标记物脱落而产生伪荧光信号；(2)金属有机配合物的荧光stokes位移比荧光染料大得多，利于减少自发荧光背景的干扰，提高检测准确度；(3)金属有机配合物特别是稀土类配合物不存在浓度淬灭现象，可以通过增加浓度增强荧光发射强度，提高荧光成像检测灵敏度。本发明工艺简单，可调节性强，方便得到不同理化性质的微塑料。金属有机荧光配合物标记微塑料污染物可以用于模拟环境微塑料污染物的环境暴露与健康效应。
附图说明
图1为实施例1制备的红色荧光铕配合物标记环境聚碳酸酯(pc)微塑料颗粒(eu配合物标记微塑料)的荧光激发发射光谱；
图2为ph对实施例1制备的红色荧光铕配合物标记环境聚碳酸酯(pc)微塑料颗粒的荧光强度的影响图；
图3为金属离子对实施例1制备的红色荧光铕配合物标记环境聚碳酸酯(pc)微塑料颗粒的荧光强度的影响图；
图4为实施例1制备的红色荧光铕配合物标记环境聚碳酸酯(pc)微塑料颗粒在土壤样品中的荧光照片；(a)未标记微塑料污染土壤样品的明场照片；(b)未标记微塑料污染土壤样品在365nm紫外灯照射条件下的荧光照片；(c)铕配合物标记微塑料污染土壤样品的明场照片；(d)铕配合物标记微塑料污染土壤样品在365nm紫外灯照射条件下的荧光照片，箭头所指的红色荧光斑点就是铕配合物标记微塑料在土壤样品中存在的空间位置。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：红色荧光铕配合物标记环境聚碳酸酯(pc)微塑料颗粒的制备：
(a)采集环境聚碳酸酯塑料废物(废弃有机玻璃门窗)，机械破碎后，在球磨机内磨碎，筛分出5-20目(4.0-0.8毫米)，20-200目(0.8-0.074毫米)、200-500目(0.074-0.025毫米)、>500目(<0.025毫米)等粒径范围的聚碳酸酯微塑料颗粒；
(b)将0.1g邻菲罗啉(2-噻吩三氟甲酰丙酮)3铕配合物溶解在50ml1:1(v/v)的乙醇/二氯甲烷混合溶剂中，得到红色荧光铕配合物有机溶液；
(c)将步骤(a)所得200-500目聚碳酸酯微塑料颗粒(2g)浸泡在步骤(b)所得铕配合物溶液(50ml)中24小时，聚碳酸酯微塑料溶胀吸收铕配合物有机溶液；
(d)将步骤(c)所得溶胀的聚碳酸酯颗粒过滤分离，室温真空干燥，得到具有红色荧光性质的铕配合物标记环境聚碳酸酯微塑料即红色荧光铕配合物标记环境聚碳酸酯(pc)微塑料颗粒；
(e)将步骤(a)所得不同粒径的聚碳酸酯微塑料颗粒替换步骤(c)中的200-500目微塑料颗粒，其他步骤不变，可得不同粒径的具有红色荧光的铕配合物标记聚碳酸酯微塑料颗粒。
图1为实施例1制备的红色荧光铕配合物标记环境聚碳酸酯(pc)微塑料颗粒(200-500目聚碳酸酯微塑料颗粒制备而成)的荧光激发发射光谱。图2为ph对实施例1制备的红色荧光铕配合物标记环境聚碳酸酯(pc)微塑料颗粒(200-500目聚碳酸酯微塑料颗粒制备而成)的荧光强度的影响图。图3为金属离子对实施例1制备的红色荧光铕配合物标记环境聚碳酸酯(pc)微塑料颗粒(200-500目聚碳酸酯微塑料颗粒制备而成)的荧光强度的影响图；金属离子浓度为1mm，金属离子为na+(na(i))，k+(k(i))，mg2+(mg(ii))，ca2+(ca(ii))，cu2+(cu(ii))，pb2+(pb(ii))，fe3+(fe(iii))。图4为实施例1中红色荧光铕配合物标记环境聚碳酸酯(pc)微塑料颗粒(200-500目聚碳酸酯微塑料颗粒制备而成)在土壤样品中的荧光照片；(a)未标记微塑料污染土壤样品的明场照片；(b)未标记微塑料污染土壤样品在365nm紫外灯照射条件下的荧光照片；(c)铕配合物标记微塑料污染土壤样品的明场照片；(d)铕配合物标记微塑料污染土壤样品在365nm紫外灯照射条件下的荧光照片，箭头所指的红色荧光斑点就是铕配合物标记微塑料在土壤样品中存在的空间位置，可以利用荧光信号来追踪监测微塑料颗粒在复杂环境样品中的迁移规律，因为激发波长和检测的发射波长(612nm)间隔很大(大stokes位移)，可以利用滤光片滤除激发光及背景荧光的干扰。
实施例2：红色荧光铕配合物标记聚丙烯腈-苯乙烯(as)微塑料颗粒的制备
将实施例1步骤(a)中的环境聚碳酸酯塑料废物(废弃有机玻璃门窗)替换为as塑料废物(塑料水壶)，其他步骤与实施例1相同，即可得到红色荧光铕配合物标记as微塑料颗粒产品。
本发明实施例中虽然只用到了eu配合物，但是同领域技术人员可以很容易找到其他有机金属荧光配合物替代实施例中用到的eu配合物，也在本发明保护范围之内。