微塑料污染检测中先进分析方法的发展与应用

微塑料污染检测中先进分析方法的发展与应用

微塑料污染已成为全球性环境问题，其检测方法的研究和应用对于环境保护和人类健康具有重要意义。本文综述了微塑料的来源、运输和分类，重点介绍了微塑料对环境的污染和对生物的潜在危害。根据检测原理，将各种分析方法分为热分析法、光谱分析法和其他分析方法。此外，详细总结了各种分析方法在海洋和土壤中的应用，并讨论了各种分析方法的良好发展前景。

微塑料是指大于或等于1 μm且小于5 mm的塑料颗粒，于2004年首次提出。根据组成，微塑料分为聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)等。特别是，PP和PE是环境中最丰富的聚合物类型。此外，微塑料还具有粒径小、比表面积大、表面疏水、流动性强等特点。不幸的是，微塑料因其较大的比表面积而具有很强的吸附和积累能力，为添加剂、重金属元素、有机污染物和增塑剂等其他有毒物质提供了丰富的接触场所。目前，微塑料作为一种新型环境污染物，逐渐引起了全球学术界的关注。

微塑料对一些海洋生物是有害的，因为小颗粒的微塑料可以吸附在细胞表面，限制能量和物质的转移，从而抑制细胞的生长。颗粒越小，危害越大。一方面，在自然条件下，微塑料体积小，不易降解，容易被生物吸收，直接损害生物的生命和健康。另一方面，微塑料容易被水生植物吸附并与有毒化学物质结合，间接危害生物的生命活动。例如，在海洋中，水生生物摄入的微塑料对细胞活性、器官完整性、消化道和生长速度产生持续的负面影响。此外，微塑料对水生生态系统的可持续性产生负面影响。在土壤中，随意处置生活垃圾、农业残留物以及使用土壤改良剂会损害土壤质量和土壤生物群。更糟糕的是，微塑料可能通过食物链的循环转移到更高的营养水平，最终危害人类健康。因此，检测环境中的微塑料污染对保护环境和人类健康具有重要意义。

图1. 微塑料的来源、迁移和危害。

目视检测方法可以通过肉眼或显微镜对微塑料进行选择、分类，观察被测物体的颜色和大小，包括直接目视法、光学显微镜观察和电子显微镜观察法，但这种方法费力且精度较低。化学检测方法根据塑料的化学性质对微塑料进行检测，主要包括热分析法和振动谱法。热分析方法主要有热解气相色谱-质谱法(Pyr-GC-MS)、热萃取解吸气相色谱-质谱法(TED-GC-MS)和差示扫描量热法(DSC)。值得指出的是，目视检测和化学检测相结合将会对微塑料的检测产生影响。例如，FTIR与显微镜相结合可以将检测限从20 μm提高到10 μm，这意味着可以检测到更小的微塑料。μ-拉曼光谱具有小于1 μm的高空间分辨率，可用于检测纳米塑料。

图2. PP、PE、PS、PET、PVC及PP-PE共聚物的特征曲线及辨识率。

目前，主要的分析方法是振动光谱，它可以提供微塑料的物理和化学特性，而不会对样品造成损害。此外，振动光谱方法主要包括FTIR和拉曼光谱，广泛研究了来自水和土壤的微塑料。近年来，对空气中微塑料的研究逐渐兴起，但迄今为止发表的研究大多集中在大气沉积和单一学科上。此外，拉曼光谱容易受到荧光背景的干扰，限制了它的快速发展。

本文原文发布于2024年9月，部分内容可能已经过时，建议读者在参考时注意时效性。