环境中微塑料污染现状与研究进展_熊志乾.pdf

清 洗 世 界Cleaning World专论与综述专论与综述专论与综述专论与综述第39卷第3期2023年3月0 引言自 20 世纪初开始，塑料因其经济实惠性、优良的可塑性以及稳定性等，迅速在全世界轻工业、渔业、医疗行业以及人类生活等材料发展过程中占据一席之地。普通的塑料制品废弃在自然环境中仅有小部分能够回收利用，其降解过程中往往需要数年或数十年，微塑料的形成是普通大型塑料降解过程中的必经之路。近年来，塑料污染逐渐显现，白色污染成为影响人类生活环境与质量的重要问题。自 2004 年科学家 Thompson 和 Russell 提出微塑料概念，“白色污染”的研究进入了一个更深的层次。微塑料指的是在人为生产或太阳照射、太阳侵蚀、生物降解、机械破裂等形成尺寸 5 mm 以下的塑料小颗粒。据现有研究表明，微塑料已经成为新型污染物，并广泛的存在于土壤、空气以及水体环境中不断迁徙扩大污染面积，对底栖动物、植物等产生一定的毒害作用。因此，分布特征以及检测手段逐步成为微塑料污染的讨论热点。1 环境中微塑料来源与分布当前，污泥利用、农膜地膜、工业生产、塑料废弃物降解、污染灌溉水以及大气沉降等都是微塑料的主要来源。这些微塑料在土壤中广泛分布，并在雨水冲刷、河池湖泊中实现汇聚，并实现迁徙。其次，人类生产活动如渔业捕捞、漂浮装置的使用以及水产养殖等，长时间的水体浸润、阳光辐照、海浪侵袭加速塑料制品老化以及破损。此外，据研究表明大气沉降中也含有人造纤维，这也证明了大气沉降也是陆地环境中微塑料污染的一个来源。然而，当前对于微塑料的具体影响以及毒性研究仍旧没有明确的定义，主要因为与人类接触的微塑料有关的现有数据的质量和广度存在重大不确定性，我们关于微塑料接触和毒理学影响的知识需要获得更有力的证据。2 环境中微塑料的危害生物是生态系统的重要组成部分，环境中塑料及微塑料的大范围污染会对生物的生存造成威胁已经逐步显现。当前不断研究表明，海洋中的大块塑料如渔网、塑料袋以及塑料瓶等对海洋生物产生误食伤害，而微塑料对生物生存造成的负面影响是否会威胁生态系统的健康与稳定以及其生物体的毒性已成为当前应着重关注的问题。2.1 微塑料对动植物的影响微塑料被称为海洋中的“PM2.5”，这表明其在海洋环境中广泛存在。微塑料粒径微小、具有较高的稳定性以及强迁徙性，现已成为全世界环境科学家以及生物学家的关注热点。据现有研究表明，微塑料在水体资源中的沉降与其个体性质以及漂浮时间息息相关。密度较小的微塑料会形成自然漂浮作者简介：熊志乾（1985-），男，硕士研究生，环境工程工程师，从事固废处理处置及污水处理工作。通讯作者：杜娟。收稿日期：2022-09-08。文章编号：1671-8909（2023）3-0110-003环境中微塑料污染现状与研究进展熊志乾，李奇蔚，贝学友，杜娟（瀚蓝城市环境服务有限公司，广东 深圳 618000）摘要：微塑料作为环境新型污染物，广泛分布在自然环境中，并随着水体流动以及空气迁徙进一步实现污染范围扩大。本文基本阐述了当前环境中微塑料来源、分布毒性以及其技术进展，为进一步推进微塑料深入研究提供了一定的背景补充。关键词：微塑料；污染；检测技术中图分类号：X830 文献标识码：A111第 39 卷熊志乾 等.环境中微塑料污染现状与研究进展状态，并在具有吸附、黏附表层作用的动植物表面形成黏附状态。如微塑料颗粒可以吸附在微藻细胞，在表面形成包裹体甚至存在于功能区，从而限制细胞与环境之间的能量与物质的交换或转移，并阻碍营养物质、光、CO2和 O2从培养基进入藻细胞内。其次，有害的藻代谢产物也有可能由于包裹作用被锁定在细胞内从而扰乱藻细胞生长。该类底栖生物或浮游植物受到微塑料污染后，就会进一步通过食物链实现富集。当前，不断的研究表明世界上大多数的鱼体特别是消化器官中均富含大量的微塑料甚至是塑料制品。微塑料的蓄积会导致鱼类消化道产生堵塞、扩张等问题，并降低生物体摄食频率，抑制鱼类的生长发育以及器官正常运作，进一步诱发鱼类的死亡或提高鱼类不良死亡发生率。2.2 微塑料对人类的影响人类是食物链中的顶端捕食者，也是食物链中的富集者。据现有研究表明，有害物质如重金属等会通过食物链不断在人体形成放大效应。但这与污染物在食物链中的富集部位、浓度以及分布行为息息相关。而当前，微塑料以及被发现在人体组织中存在蓄积行为，如胎盘，这进一步提高了微塑料蓄积或传递对人体有害的潜在危害可信度。其次，不断研究证明除了食物链以外，皮肤、呼吸道等外界接触组织也是微塑料侵入人体的重要途径之一。当前，利用小鼠以及斑马鱼等模拟人体毒性发现，通过食物链摄入微塑料会导致肠道炎症反应并改变其微生物丰度及菌群结构发生动态变化，食物链摄食人体肝脏、肾脏、脾等脏器是微塑料蓄积的主要器官，肺部是呼吸道摄入微塑料的主要器官。小粒径的微塑料可以通过多途径进入人体内循环系统中，并在不同的器官或组织实现蓄积与分布，这与微塑料进入人体的途径以及内循环的行为息息相关。3 环境微塑料检测手段发展现状环境中微塑料的识别和检测方兴未艾，准确 可靠、简便高效的分析方法对微塑料的检测至关重要。微塑料的检测分析有两个关键因素，一是物理特性，即尺寸、形状和颜色，另一个为化学特性，即聚合物类型。目前，微塑料检测通常包括尺寸形貌表征及化学元素组成的分析。就目前已报道的研究来看，光谱分析法和热分析法应用于微塑料的检测频率最高。3.1 目视检测法光学显微镜操作简单，能够快速分析或辨别尺寸比较大的微塑料。在微塑料的形貌表征过程中是不可或缺的工具，尤其是立体显微镜更是发挥着显著的作用。15 mm 范围内的微塑料可以通过裸眼进行筛选。由于某些微塑料类似物体特征模糊，容易产生假阳性或假阴性信号，这就需要借助其他仪器分析，使得很难仅通过目视分析准确识别微塑料，因此需要借助其他手段，如光谱、质谱、热分析等方法进一步表征。3.2 光谱分析法傅里叶红外光谱法在透射、反射、衰减全反射模式均可以使用，主要通过化学成分确认，可以极大降低目视法所具有的假阳性或假阴性信号的可能，最低检测限为 10 m。但该方法需要对样品进行逐一分析，无法大面积检测，效率较低，谱图解析耗时长，并对于检测对象含水量具有一定的要求。同时由于微塑料在环境中风化侵蚀严重，同时其成分各不相同，难以以标准的物质实现以及分析谱图对聚合物归类。若能够建立聚合物的标准红外谱图数据库，利用计算机软件将测量结果与标准谱图相比对，则会提高检测准确度以及效率。而拉曼检测法在微塑料的识别中作为一种无损、灵敏的分析技术应用颇多，其对非极性官能团具有更高灵敏度，分辨率高且不易受水分子干扰，对微米尺寸的微塑料也有很高的识别度。但是，拉曼检测法信噪比较低，易受荧光干扰，不如傅里叶红外光谱法应用广泛，目前拉曼检测法需要经过不断地研究改进才能在微塑料检测领域发挥其巨大的潜力。扫描电子显微镜-能谱仪连用法可以分析纳米尺寸的微塑料并给出超清晰以及高倍率的图像，并通过能谱仪分析微塑料的元素组成信息。但该技术样品制备过程费力且昂贵，不适用于大面积检测，工作效率低。目前已有的微塑料检测方法各有利弊，很难选择单一方法对微塑料形态、尺寸、种类等多个参数进行准确测定。比较可行的准确鉴定微塑料方法是多种分析方法的有机组合，其目的是为了准确测定微塑料的物理化学特性。其中，最常用的组合是先镜检然后光谱测定，如目视法和傅里叶红外光谱法组合，即利用裸眼或显微镜根据形状、颜色将微塑料进行分类，然后利用傅里叶红外光谱确定聚合物的类型；或者是目视分析与拉曼检测法的组合。上述两种组合是目前检测环境中微塑料的主流方法。112第 3 期清 洗 世 界3.3 热分析法由于不同聚合物在热稳定性方面存在差异，热分析法根据其在固-液相转变过程中的热量差与温度的关系或加热过程中的降解产物来判断聚合物的类型。热重分析-差示扫描量热法操作简单，可以满足微量样品检测，分析准确度高。但其聚合物支链、杂质、添加剂等容易影响聚合物的转变温度，同时转变温度相似会导致难以识别共聚物。而热萃取解吸气相色谱-质谱法操作简单，可完成快速分析，不需要预先筛选出样品中的微塑料，可进一步简化样品的处理过程。但该过程对分析样品具有破坏性，仅能够进行定性检测，无法得到微塑料的形貌特征，数据复杂并具有一定的解析难度。其次，质谱法主要通过聚合物的结构、分子量、聚合物、官能团及结构等信息，对化合物进行辨别。但不同的微塑料样品需要不同的离子化试剂，因此该方法具有一定的局限性。4 结语微塑料具有较强的移动性并分布广泛。但其尺寸、添加剂等以及其在自然环境中的浓度、其他物质的附着（如蛋白质、腐殖酸、生物毒素等）都会提高检测手段的局限性并降低检测技术的灵敏性。因此，进一步探索具有更高准确度、易操性以及适应性更广的微塑料检测手段，从而降低环境对微塑料分离检测造成的干扰是未来微塑料污染管控与检测的重要探索方向。参考文献：1 冉泰山，廖洪凯，龙健，等.微塑料在土壤环境中的分离和检测方法研究进展 J.塑料科技，2022,50(07):101-104.2 王超，贾漫珂，刘立明，等.大气微塑料检测分析的研究进展 J.塑料科技，2022,50(07):110-113.3 渔业微塑料/纳米塑料快速检测及高效去除方面取得新进展 J.水产科技情报，2022,49(04):248.4 吴昊南.内蒙古高原湖泊水体与沉积物中微塑料的赋存特征研究 D.内蒙古大学，2022.5 王赛，张岚，陈永艳，等.基于拉曼光谱检测饮用水中微塑料 J.净水技术，2022,41(03):160-166.6 刘伟，任梦雨，段慧芳，等.环境中微塑料的研究进展 J.东莞理工学院学报，2022,29(03):99-107.7 AntonioR.，AlessandroS.，CriseldaS.，Plasticenta:Firstevidenceofmicroplasticsinhumanplacenta.EnvironmentInternational146(2021)106274.8 潘伟亮，罗玲利，敖良根，等.微塑料在水土环境中的来源、危害及其检测方法评述 J.应用化工，2022,51(05):1508-1513+1519.9 俞海睿.微塑料自身及负载污染物在不同营养级的传递及其生物效应 D.华东师范大学，2022.10张群.人居环境空气沉降中微塑料污染特征研究D.华东师范大学，2022.11姚浩.环境中微塑料检测方法的研究进展 J.山西化工，2022,42(02):55-57.12冯丹，谭艾娟，杨贵利.水体微塑料的收集、检测及处理技术 J.塑料科技，2022,50(04):123-126.13肖宇，李永利，俞洪宝，等.环境水体及饮用水中微塑料研究进展 J.质量安全与检验检测，2022,32(02):39-42.14秦丽，王军磊.红外光谱法检测食盐中微塑料研究J.食品安全导刊，2022(15):88-92.15Reineke，J.J.，Cho，D.Y.，Dingle，Y.-T.，Morello，A.P.，Jacob，J.，Thanos，C.G.，Mathiowitz，E.，.Uniqueinsightsintotheintestinalabsorption，transit，andsubsequentbiodistributionofpolymer-derivedmicrospheres.Proc.Natl.Acad.Sci(2013).110,1380313808.16刘恢弘，陈卫，陶辉，等.水中微塑料污染研究进展与热点分析 J.净水技术，2022,41(04):14-22.产工作作为一项政治任务，紧绷安全之弦，严守安全底线，才能确保环境检测实验室安全生产形势平稳有序。参考文献：1 林建勇.环境检测实验室的安全管理研究 J.广东化工，2017,44(24):80-81+95.2 刘亚梅，王应珍.环境检测实验室安全管理及防护J.中国资源综合利用，2017,35(06):117-119+126.3 李冬梅.环境检测安全防护问题研究 J.硅谷，2015(4):189-190.