GB/T 43282.1-2023 塑料 暴露于海水中塑料材料需氧生物分解的测定 第1部分：采用分析释放二氧化碳的方法（正式版）

83.080.01GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020塑料暴露于海水中塑料材料需氧采用分析释放二氧化碳的方法Plastics—Determinationoftheaerobicbiodegradationofplasticmaterialsexposedtoseawater—Part1:Methodbyanalysisof(ISO23977-1:2020,IDT)国家标准化管理委员会国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会IGB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020 12规范性引用文件 13术语和定义 1 3 3 3 4 48.1试验材料 48.2参比材料 58.3试验容器 58.4前处理 58.5开始试验 68.6二氧化碳测量 68.7结束试验 6 7 79.1.1产生的二氧化碳量 79.1.2生物分解百分率 89.2外观检验 99.3结果表达与解释 910结果的有效性 911试验报告 9附录A(资料性)呼吸测量系统示例 ⅢGB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件是GB/T43282《塑料暴露于海水中塑料材料需氧生物分解的测定》的第1部分。——第1部分：采用分析释放二氧化碳的方法；--—第2部分：采用测定密闭呼吸计内需氧量的方法。本文件等同采用ISO23977-1:2020《塑料暴露于海水中塑料材料需氧生物分解的测定第1部请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国生物基材料及降解制品标准化技术委员会(SAC/TC380)提出并归口。GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020众所周知，海洋垃圾会对海洋生物和人类造成危害和负面影响。暴露在海洋环境中的退化程度是降解程度和速率对于揭示塑料材料在不同海洋环境下的潜在生物降解性具有重要意义。——第1部分：采用分析释放二氧化碳的方法。目的在于用测量二氧化碳释放量的方法确定塑料材料需氧生物分解程度和速率。——第2部分：采用测定密闭呼吸计内需氧量的方法。目的在于用测量需氧量的方法确定塑料材料需氧生物分解程度和速率。两部分内容均描述了确定塑料材料需氧生物分解程度和速率的实验室测试方法。但塑料材料的生物分解分别通过在实验室条件下测量密闭式呼吸计中塑料材料暴露于从沿海地区采集的海水中的二氧化碳释放量和需氧量来确定。目前已建立了几种在不同环境和实验室条件下塑料材料的生物降解试验方法，如表1所示。条件试验方法环境需氧/厌氧受控堆肥条件需氧GB/T19277.1—2011GB/T19277.2—2013高固体厌氧堆肥条件厌氧GB/T33797—2017受控污泥消化系统厌氧GB/T38737—2020土壤需氧GB/T22047—2008水性培养液需氧GB/T19276.1—2003GB/T19276.2—2003厌氧GB/T32106—2015海水/沙质沉积物界面需氧GB/T40611—2021*GB/T40612—2021海洋沉积物需氧GB/T40367—2021*海水需氧本文件GB/T43282.2—2023°暴露于海洋微生物的塑料材料生物降解能力测定试验方法。所有海洋生物降解测试方法都基于塑料材料与取自海岸线地区的海洋样本(海水和/或沉积物)的GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020本文件提供了一种在实验室条件下测定暴露于中上层海水中微生物群的塑料材料的生物分解水平的测试方法。生物分解率由测量二氧化碳释放量得到。该测试方法既能用海水进行(“远洋海水试远洋海水试验模拟的是在低水流和低潮汐运动的近海地区条件，而悬浮沉积物海水试验模拟的是在强水流和潮汐运动的沿海地区的可能条件。V1塑料暴露于海水中塑料材料需氧生物分解的测定第1部分：采用分析释放二氧化碳的方法本文件描述了确定塑料材料需氧生物分解程度和速率的实验室测试方法。塑料材料的生物分解是通过在实验室条件下，测量密闭式呼吸计中塑料材料暴露于从沿海地区采集的海水中的二氧化碳释放量来确定的。本文件描述的条件可能与发生最大程度生物分解的最佳条件不一致。然而，本测试方法旨在指示塑料材料的潜在生物分解性。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文本文件。ISO5667-3水质取样第3部分：水样的保存和处理(Waterquality—Sampling—Part3:Preservationandhandlingofwatersamples)ISO8245水质总有机碳量(TOC)和溶解性有机碳量(DOC)的测定指南[Waterquality—Guidelinesforthedeterminationoftotalorganiccarbon(TOC)anddissolvedorganiccarbon(DOC)]ISO10210塑料材料生物分解试验用样品制备方法(Plastics—Methodsforthepreparationofsamplesforbiodegradationtestingofplasticmaterials)注：GB/T38787—2020塑料材料生物分解试验用样品制备方法(ISO10210:2012,IDT)ISO10523水质pH的测定(Waterquality—DeterminationofpH)注：GB/T22592—2008水处理剂pH值测定方法通则(ISO10523:ISO11261土壤质量总氮量测定改进的凯氏定氮法(Soilquality—Determinationoftotalni-trogen—ModifiedKjeldahlmethod)3术语和定义3.1远洋带pelagiczone海底上方的水体。2GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020溶解无机碳dissolvedinorganiccarbon;DIC溶解在水中无法以特别相分离方法而分离的无机碳。总有机碳totalorganiccarbon;TOC溶解或悬浮在水中的有机物所含有的碳含量。注：如通过40000m/s离心分离15min或孔径0.2pm～0.45μm过滤膜过滤进行相分离。迟滞阶段lagphase从试验开始一直到微生物适应和(或)选定了分解物，并且试验材料的生物分解程度已经增加至最大生物分解率(3.8)10%时所需要的时间。从生物分解阶段(3.7)结束至试验结束时所需的时间。3.103GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020验条件以提高试验效果的目的。4原理本文件描述了使用静态水测试系统测定天然海水中本地微生物种群对塑料材料生物分解性测试方生物分解由适当的二氧化碳释放量分析测量方法测定。通过二氧化碳释放量与理论量[二氧化碳生物分解曲线的平稳阶段确定。测量二氧化碳释放系统原理见ISO14852:2021中附录A。5试验环境培养应在黑暗或漫射光的密闭空间中进行，该空间应没有抑制微生物生长繁殖的气氛，并保持恒温。温度宜在15℃~25℃之间，但不超过28℃,精确至±1℃。任何温度变化都应在试验报告中予以解释说明。6试剂符合ISO5667-3。使用前，用适当的方法去除海水中的粗颗粒，如沉积物适用，去除其中粗颗粒。报告应记录处理海水能用纸过滤器过滤，以去除粗颗粒。宜至少使用没有粗颗粒的过滤海水洗涤至少两次来减少沉积物中粗颗粒的数量。根据ISO8245、ISO10523和ISO11261分别测量海水和(如适用)沉积物样品的TOC、pH和氮含量。试验样品后，TOC的背景浓度超过总TOC的20%左右，则可在试验温度、黑暗或漫反射光条件下，并请提供以下有关海水的资料，以及沉积物样本(如适用)的资料： 收集深度(m);4GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020 ——总有机碳(TOC,mg/L);——预处理过程的描述(如适用)。确保所有的玻璃器皿都经过彻底清洁，特别是不含有机或有毒物质。所用为实验室常规设备及如宜选用容量为300mL的生物量瓶。容器应置于恒温室或恒温装置(如水浴)中。(如玻璃烧杯)置于测试烧瓶顶部，盛装10mL浓度为0.0125mol/L的Ba(OH)₂或3mL浓度为0.5mol/L的KOH。设备见附录A中图A.1。包括任何具有足够精度的适当仪器，如二氧化碳或溶解无机碳(DIC)分析仪或在基本溶液中完全吸收后应进行滴定测定的仪器。8步骤样品应具有已知质量，并含有足量的碳，能产生足够通过系统测量的CO₂。采用试验材料浓度为每升海水至少100mg。样品质量宜对应TOC约60mg/L。每个烧瓶的最大样品质量受限于瓶中氧气供应。每升海水的推荐量为每升海水150mg～300mg的试验材料。通过化学式计算TOC或其他合适的分析技术(如元素分析或依据ISO8245测量)测定并计算ThCO₂。5GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020寸分布较窄的颗粒。宜采用最大直径为250μm的颗粒。粉末的制备应按照ISO10210规定进行。如1.0cm,长度：取决于聚合物的质量和薄膜的厚度)。宜将其固定在例如聚四氟乙烯(PTFE)涂层纤维网种试验材料。然后将纤维网的两端黏接在一起。固定在纤维网之间的试验材料以圆筒的形式直立放置在瓶子底部(见图A.2)。试验材料的形态和形状会影响其生物分解性。试验中宜使用颗粒尺寸相近的粉末。如要对比不同瓶子，将粉末或薄膜片冲回海水试样中。如果材料以固定在如聚四氟乙烯(PTFE)涂层纤维网(见图8.2参比材料使用微晶纤维素或无灰纤维素滤纸作为参比材料。如可能，其TOC、形态和尺寸宜与试验材料的使用与试验材料相同形态的非生物分解聚合物(如聚乙烯)作为负控制参比材料。a)3个盛装试验材料的烧瓶(符号Fr);b)3个用于空白试验的烧瓶(符号Fg);c)3个盛装参比材料的烧瓶(符号Fc);d)3个盛装负控制参比材料(符号Fn)。规定使用容积为300mL的试验瓶。该试验是分批进行的，方法是将试验材料与90mL天然海水单独孵育(“远洋海水试验”),或与3mL浓度为0.5mol/L的KOH或4mL浓度为1.0mol/L的NaOH。将密封的烧瓶放在恒温环境中的磁力搅拌器(7.5)上，并使所有容器达到所需的温度。搅拌应持续进行(如100r/min搅拌),以保持微生物和沉积物(如适用)处在悬浮状态。沿海地区泥沙的磨蚀是由水流和潮汐运动引起的自然现象。然而，如果使用磁力搅拌子来混合添加了沉积物的海水(“悬浮沉积物海水试验”了支点环的PTFE涂层磁力搅拌子，以减少试验期间沉积物的过度磨损。其他搅拌系统也可以使用，例如BriassoulisD.等和OECDTG308:2002中附录4所采用的装置。获取必要的读数并监测二氧化碳的释放。进行这一阶段是为了验证不同容器中的内源性呼吸是相似的。此外，根据6.2中给出的前处理程序，天然海水中和沉积物中(如适用)的易降解有机物背景浓度在这一阶段降低。6GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:20208.5开始试验前处理结束后，打开烧瓶，并将试验材料以粉末或薄膜的形式加入试验烧瓶中(7.1)。按照8.1中对参比材料和负控制参比材料(如适用)重复上述操作。记录加入每个烧瓶的试验样品质量、海水体积和沉积物质量(如适用)。宜在试验开始时，在海水样品中加入KH₂PO₄(0.1g/L)和NH₄Cl(0.05g/L)。6.0～8.0。试验材料、参比材料和负控制参比材料(如适用)中的碳与培养基中氮的比例至少为C:N=40:1。换部分海水(如约20%)和沉淀物(如适用，约20%),以减少必要营养物质的可能损耗并维持微生物群落的多样性。如果更换海水和沉积物(如适用),则所有试验材料、参考材料和换试验烧瓶中的海水，并目测试验材料没有被移除。更换沉积物可使用镊子。宜在迟滞阶段结束后生任何营养素的添加和处理方法都应在检测报告中予以说明。8.6.1二氧化碳与Ba(OH)₂反应，沉淀为碳酸钡(BaCO₃)。二氧化碳的产量通过用0.05mol/L盐酸将剩余的氢氧化钡滴定到酚酞终点或通过自动滴定仪来确定。由于采用静态培养，碳酸钡会在液体表面积聚，应通过定期轻轻摇晃容器来分散，以确保释放的二氧化碳持续吸收。可用不会形成沉淀物的KOH或NaOH代替Ba(OH)₂避免这个问题。宜通过自动滴定仪测定二氧化碳，以避免职业接触酚酞。根据联合国全球化学品分类和标签协调系统(GHS),该物质被归类为致癌物质(1B类)。8.6.2盛放二氧化碳吸收剂的容器(7.2)应在吸收容量超过之前取出并滴定。时间会随着海水和试验便在更换10mL新鲜Ba(OH)₂并重新密封反应器之前对试验烧瓶进行换气。反应器宜保持打开大约7GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:20209结果的计算和表达9.1计算9.1.1产生的二氧化碳量CO₂净生成量计算CO₂产生量的第一步是校正测试材料反应器的内生二氧化碳产量。对照反应器作为校正可能是通过微生物的内源性呼吸产生的CO₂的空白。测试材料产生的CO₂量由试验反应器和空白反应器之间的差异(以毫升滴定液为单位)决定。下一步是将HCl滴定的毫升数换算为产生CO₂的毫克数。Ba(OH)2+CO₂→BaCO₃(s)+H₂O (1)其中s代表固体。生成的BaCO₃是不溶性沉淀。根据以下化学反应，用盐酸滴定10mL的CO₂吸收剂，确定溶液中残留的Ba(OH)2的量，见公式Ba(OH)2+2HCl→BaCl₂+2H₂O……(2)根据公式(3)得出Ba(OH)₂的残留量：式中：R,——残留的Ba(OH)2。反应的Ba(OH)₂的量由最初存在于吸收器中的Ba(OH)2量与CO₂反应后剩余Ba(OH)₂量之差式中：R,———Ba(OH)₂的反应量；R₀--—吸收器中原来存在的Ba(OH)₂的量；R,---与CO₂反应后剩余Ba(OH)₂的量。这意味着产生的CO₂的摩尔数由公式(5)得到：molCO₂=R………式中：R,——反应的Ba(OH)2的量。释放的CO₂将与KOH按如下方程式反应，见公式(6):2KOH+CO₂→K₂CO₃+H₂O……(6)公式(6)的产物K₂CO₃是可溶的，不析出。8GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020未吸收CO₂的KOH溶液可用HCl滴定，见公式(7):KOH+HCl→KCl+H₂O,pH=7 (7)如公式(6)所示，用作CO₂吸收剂的KOH溶液中同时含有未反应的KOH和K₂CO₃。在滴定过程中，这两种化学物质都将与HCl发生反应，见公式(8)和公式(9):KOH+HCl→KCl+H₂O,pH=7 (8)K₂CO₃+HCl→KHCO₃+KCl,pH=8 (9)公式(6)和公式(7)中的pH变化是叠加的，无法区分。只有pH在7～8的范围内，对应于这两种反应的单一终点，才能用合适的指示剂识别出来。通过减去中和原KOH溶液所需的H+和公式(8)和公式(9)所示反应所需的H+,可确定吸收的mmolCO₂=(VHC7)一VHCts+9))×[HCl]……(10)式中：VHct(7)—公式(7)中消耗的HCl体积，单位为毫升(mL);如果终点滴定仪可用，则无需指示剂，进一步反应即可测定CO₂的mmol。进一步加入HCl,使HCl与公式(9)生成的KHCO₃反应，见公式(11): 公式(11)中消耗的等价物质量，因此公式(9)中消耗的等价物质量对应于公式(6)产生的K₂CO₃,对应于吸收的CO₂。因此，1molKHCO₃对应公式(mmolCO₂=VHCI(1)×[HCl] (12)式中：最后由公式(13)得到CO₂以毫克表示的量：mgCO₂=mmolCO₂×44…(13)式中：当采用NaOH作为CO₂吸收剂时，如果将钾(K)的符号替换为钠(Na)的符号，公式(6)～公式(13)也适用。9.1.2生物分解百分率生物分解百分率是CO₂释放量与理论二氧化碳(ThCO₂)之间的比值。ThCO₂如公式(14)所示，生物分解率如公式(15)所示：式中：S——样品的质量，单位为毫克(mg);TOC(%)——塑料材料(或参比材料，或如适用，负控制参比材料)的TOC除以100;9GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:202044---CO₂的相对分子质量；式中：CO₂——产生的二氧化碳，单位为毫克(mg)。9.2外观检验在测试结束时，检查样品的状况。如果样品仍然存在，则回收样品以进行质量测定、其他分析和拍照。9.3结果表达与解释为每个测量间隔和每个试验瓶测得的CO₂值、生物分解百分率制定表格。对于每个试验烧瓶，以时间为横坐标，绘制累计二氧化碳释放量曲线，以及生物分解百分率曲线。可对平均生物分解百分率绘制曲线。生物分解率最大值由生物分解曲线平稳阶段的平均值或最高值求得，如当曲线开始下降或在平稳阶段缓慢增加时，表示试验材料的生物分解程度。试验材料的吸湿性和形状可能会对试验结果产生影响，因此试验尽可能选用化学结构类似的试验材料进行比较。当试验结果显示较低生物分解率时，试验材料的毒性资料可有助于结果的解释。10结果的有效性试验只有符合下列条件时，结果才被认为有效：a)180d后，参比材料(Fc)的生物分解率大于60%;b)6个月后，试验结束时空白Fg每升海水CO₂释放量不超过150mg;c)在平稳阶段或试验结束时，3个空白(Fg)试验容器中CO₂释放量的最大相对偏差应小d)在平稳阶段或试验结束时，3个参比材料(Fc)试验容器的生物分解百分率的最大相对偏差应小于20%;e)测试结束时，负控制参比(烧瓶Fn)的生物分解率低于10%。如果不能满足以上条件，请使用其他天然海水重新试验。11试验报告试验报告应至少包含下列内容：a)本文件编号；形态和数量；c)所用海水、海洋沉积物(如适用)的来源(见6.2);d)前处理阶段的描述，如适用(见8.4);GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020e)该试验作为远洋海水试验(不添加沉积物)或作为悬浮沉积物海水试验(添加沉积物)进行；h)采用的分析技术，包括呼吸计和TOC的原理；i)试验材料和参比材料的全部试验结果(以表格和图片的形式),包括CO₂释放量和生物分解百j)迟滞阶段、生物分解阶段所用时间、达到最大生物分解率和整个试验所用时间，以及k)任何其他相关数据(如若样品仍有残留，最终样品分析及最终样品照片);1)为了确保生物多样性或避免营养缺乏，试验期间采用方法的详细信息(见8.5);m)任何与本文件规定的试验条件有偏差的内容。GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020(资料性)呼吸测量系统示例可通过封闭系统吸收CO₂并用合适的滴定系统进行量化来实现CO₂释放量的测量，呼吸测量系统示例见图A.1。海水中的微生物、沉积物中的微生物(如适用)会消耗氧气并形成CO₂。所形成的CO₂由CO₂吸收剂[通常是Ba(OH)₂、KOH或NaOH]吸收，并滴定以确定吸收的CO₂量。物(湿，0.1g/L～1.0g/L),呼吸测量系统中固定在聚四氟乙烯(PTFE)涂层纤维网之间的塑料条暴露在海水中的示例见图A.2。顶空约为210mL。2——用于CO₂吸收的吸收器；图A.1呼吸测量系统示例GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020GB/T43282.1—2023/ISO23977-1:2020[1]GB/T19276.1—2003水性培养液中材料最终需氧生物分解能力的测定[2]GB/T19276.2—2003水性培养液中材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定释放的[3]GB/T19277.1—2011受控堆肥条件下材料最终需氧生[5]GB/T22047—2008土壤中塑料材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定密闭呼吸计[6]GB/T32106—2015塑料在水性培养液中最终厌氧生物分解能力的测定通过测量生物[7]GB/T33797—2017塑料在高[8]GB/T38737—2020塑料受控污泥消[9]GB/T40367—2021塑料暴露于海洋沉积物中非漂浮材料最终需氧生物分解能力的测定[10]GB/T40611—2021塑料海水沙质沉积物界面非漂浮塑料材料最终需氧生物分解能力[11]GB/T40612—2021塑料海水沙质沉积物界面非漂浮塑料材料最终需氧生物分解能力[12]GB/T43282.2—2023塑料暴露于海水中塑料材料需氧生物分解的测定第2部分：采[13]ISO14852:2021Determinationoftheutimateaerobicbiodegradabilityofplasticmateri-alsinanaqueousmedium—Methodbyanalysisofevolvedcarbondioxide[14]ISO18830:2016Plastics—Determinationofaerobicbiodegradationofnon-floatingplas-ticmaterialsinaseawater/sandysedimentinterface—Methodbymeasuringtheoxygendemandinclosedrespirometer[15]ISO22766:2020Plastics—Determinationofthedegreeofdisintegrationofplasticmateri-alsinmarinehabitatsunderrealfieldconditions[16]ISO23977-2Plastics—Determinationoftheaerobicbiodegradationofplasticmaterialsexposedtoseawater—Part2:Methodbymeasuringtheoxygendemandinclosedre