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微塑料研究:精确的分析方法是关键
来源:中国塑料技术网 作者: 发布日期:2019-06-17 阅读次数:198 关注度:0 被收藏数:0 评论数: 0
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我们生活的地球表面,超过70%的面积被广阔的海洋覆盖,地球也因此被称为“蓝色星球”。近年来,人类活动对海洋的影响越来越大。在联合国发布的关于海洋环境现状的调查报告中显示,人类向海洋排放的污染物正在持续威胁海洋生物和人类自身的安全与健康。其中,塑料制品造成的影响尤为严重,不仅各类塑料袋、聚酯瓶构成了成片的海洋垃圾,更细小的“微塑料”也隐藏在海水当中,被海洋生物吞食,在生物体内不断积累,并随着生物链,造成更广泛的危害。

近年来,已经有越来越多的人开始关注微塑料这一问题,同时,各国政府也对此高度关注。近期,人体中发现微塑料的报道更将这一问题带到大众眼前,微塑料成为现在环境科学,尤其是海洋环境研究领域的热门话题。

在今年“世界海洋日”之际,仪器信息网特别采访了浙江工业大学潘响亮教授,就什么是微塑料、微塑料的最新研究进展和难题、分析仪器在微塑料研究中的应用及前景等大家关心的话题展开了深入探讨。

微塑料的“前世今生”

现在大家提到的微塑料,通常指的是直径小于5mm的塑料纤维、颗粒或者薄膜。这些细小的塑料颗粒,来源于各种塑料制品。潘响亮表示,微塑料主要通过两种途径产生:一个是原生的,人类为了各种目的,制造了大量毫米或微米级的塑料颗粒,例如,添加在牙膏里的塑料颗粒,可以增大摩擦,让牙齿刷得更干净。另外一大类微塑料是次生的,任何品种的塑料制品,都有可能在环境中老化,经过紫外线照射以及一些机械外力的破坏,碎裂成更细小的塑料碎片,变成微塑料。“所以,无论是在日常生活、工业应用还是农业生产中,都会产生大量的微塑料。”

“微塑料这一问题,完全是人类自己造成的。”潘响亮介绍说,从上世纪40年代开始,随着科学技术和工业发展,塑料工业迅速发展,并在其后的几十年中获得大规模应用。“虽然微塑料现在是环境研究的大热门,但是也曾经长期坐过科学研究的‘冷板凳’。”早在上世纪70年代,就有人关注过这个问题,但是没有引起重视。直到2004年,《Science》上发表的“Lost at Sea: Where Is All the Plastic?”,才第一次正式提出微塑料这一概念。而在这篇文章发表近10年后,2013年国内外科学家才开始真正将目光聚焦在微塑料上,关于微塑料相关研究的文章数目开始直线上升。

2015年12月28日,美国总统奥巴马签署了《2015无微珠水域法案》,禁止在美国生产和销售刻意添加了塑料微珠的清洁类化妆品,标志着微塑料问题在政府层面上受到关注,从科研领域走入人们的生活。

从土壤污染到微塑料研究 方法是难题

与大部分从事微塑料研究的科学家不同,潘响亮对微塑料的研究不是从海洋,而是从土壤开始入手的,这源于他的特殊背景。“我之前在中国科学院新疆生态与地理研究所工作,大家都知道,新疆乃至于整个西北地区都非常干旱缺水,所以为了保温保湿,使用塑料地膜十分普遍。同时,由于当地的紫外线特别强,塑料地膜老化非常严重,大量的地膜都破碎在土地中,造成了很大的污染。”

从2013年开始,潘响亮就开始从事微塑料相关研究。他回忆说,最初国内从事微塑料相关研究的团队还不到十个,到了2018年第一届全国环境(海洋)微塑料污染与管控学术研讨会召开,参会的人数已经超过500人,有140多个团队在从事相关研究。而到了今年,这个数目还在大幅增长。越来越多的人加入到这个领域中来,但是潘响亮也感叹说:“尽管微塑料研究团队像雨后春笋般地冒出来,但微塑料的研究依然处于起步阶段。”

潘响亮表示,现阶段关于海洋微塑料浓度的报道差异很大,主要由于目前国际上对微塑料缺乏统一的采样标准,造成很难估算海洋中到底有多少微塑料。另外,粒径较小的微塑料的危害目前也很难评价。这些微塑料很容易进入生物体内的各种组织中,但由于缺乏有效的研究方法,加之海洋环境的复杂性,人们对微塑料对海洋生态系统的安全和健康造成影响的程度,知之甚少。

科学仪器在微塑料研究中的应用

近年来,科学仪器行业也在大力开发微塑料相关检测技术。其中,红外光谱分析,更具体而言是红外显微镜,成为检测和鉴别微塑料的主要分析技术;此外,受到关注的还有激光拉曼光谱技术。红外显微成像技术可以做到对几微米颗粒物的检测;激光拉曼光谱法可以达到几百纳米。然而在实际应用中,由于操作方法限制,微塑料难以被找到等原因,目前环境中微塑料的监测研究还主要集中在10-20微米以上的微塑料。

潘响亮介绍了他目前实验室用来进行微塑料研究的一些方法和仪器。其中,有一套珀金埃尔默(PerkinElmer)的热重-红外显微成像-气质联用系统。他表示,这套系统在微塑料分析中具有一些优势。当生物组织中包含有微塑料颗粒,由于生物组织和塑料的成分不同,那么它们就具有不同的重量损失曲线,从理论上来讲,就可以把不同的组织和微塑料区分开,尤其是对于一些复杂样品来讲,微塑料和生物组织的官能团比较相似,但是热裂解温度不同,就有可能将它们准确地识别出来。同时,由于微塑料的毒性不仅来自于塑料颗粒本身,还来自于它所包含的各种塑料添加剂,以及微塑料颗粒上所吸附的污染物质(通常是含量低至ppt和ppb级的持久性有机污染物)。而无论红外还是拉曼,对很多有机物的识别都非常有限,利用这款三联机中的热重——气相色谱/质谱分析法,可以分析出其中的有机组分,对于研究微塑料中添加剂及有毒吸附物有着很好的应用。

微塑料研究正在进行时

对于微塑料研究未来值得深入探讨的研究方向,潘响亮提到,首当其冲的是研究方法。这里面包含两部分内容:一是研究复杂环境样品中,包括在土壤沉积、生物组织中微塑料的快速分离、定性定量或原位的定性定量方法。第二,要研究如何准确高效地鉴别更小的微塑料,包括几个微米、亚微米或纳米级微塑料的方法。

其次,对于微塑料毒理学的研究也十分重要。现在毒理学研究往往是通过模拟环境的方法来开展,但与现实环境还是存在一定的差异。需要加强来自实际环境中的微塑料在环境浓度条件下的生物毒性效应和机理,也需要建立方法可靠地甄别微塑料颗粒本身和塑料中添加剂的生物毒性效应。

第三,微塑料对于环境的影响,不能仅仅针对个体层面进行研究,还需要研究它对一个种群、群落及生态系统的健康风险。

面对微塑料研究领域的困难以及众多亟待解决的问题,潘响亮分享了他在近期做的一些工作。在今年4月份,由他担任负责人的浙江工业大学环境微塑料研究中心刚刚挂牌成立,实验室将学校材料、化工、生物等多个学院的科研力量整合在一起,形成了一个拥有十数个教授的研究团队,专注于微塑料领域的研究。同时,他也联合世界上多个国家的学者成立了一个国际合作小组。他表示,在6月召开的第二届全国环境(海洋)微塑料污染与管控学术研讨会上,将成立一个微塑料联合研究中心,联合众多学术机构及专家学者的力量,共同努力,推动微塑料研究领域的发展。

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