【微塑料如何处理】警惕!人体47处被检出微塑料 或成健康研究下一个热点

2021-05-06 - 微塑料

微塑料这一概念是在2004发表的一篇Science的文章(Lost at Sea:where is all the plastic)中首次提出。微塑料是一种会污染环境的微小颗粒,任何长度小于5毫米的塑料碎片都可以称为微塑料。

目前微塑料可以分为大致两种,一种是进入环境前就已经小于5毫米的塑料碎片,一般来自清洗衣服后的废水。悉尼大学沿海城市生态影响研究中心发现,每洗一件衣服,就会冲洗掉1900多根纤维。其次是一些大型塑料的碎片污染,包括我们熟知的饮料瓶、渔网、塑料袋等。微塑料会通过各种方式转移到人体中,造成潜在的健康风险。

微塑料如何处理

微塑料已经入人体

近日,据外媒报道,来自美国亚利桑那州立大学的一项研究显示,在人体提取的47个组织样本,均发现了塑料颗粒。

美国亚利桑那州立大学的查尔斯·罗尔斯基(Charles Rolsky)表示,现在地球上的塑料污染已经几乎无处不在,虽然有证据表明塑料正在进入人体内,还没有人研究这些材料在食用后如何在人体器官中堆积。

微塑料如何处理

该项研究提取了肺、肝、脾和肾中的47个组织样本,研究小组认为这些器官是最有可能遇到微塑料的器官。利用计算机编程、拉曼光谱和质谱的结合,能够从组织样本中识别和提取塑料,并生成颗粒计数数据、以及碎片的质量和表面积。

利用这项技术,研究小组检测出数十种不同的塑料,包括聚乙烯、聚碳酸酯以及双酚A(BPA)。而所有的组织样本中都有双酚A,它曾经从矿泉水瓶、医疗器械到及食品包装的内里,可谓是无处不在,但由于潜在的健康危险引发了争议。

去年,世卫组织的的一项研究报告显示,人体不太可能吸收大于150微米的微塑料,估计对较小颗粒的吸收也有限。极小的微塑料颗粒的吸收和分布可能较高,但这方面的数据极其有限。

研究人员表示,虽然目前我们还不清楚这些微塑料会对人体带来什么影响,但是这项技术将有助于发现人体内的塑料并进行更深一步的研究,以揭示塑料污染对人体健康带来的危害。

我国微塑料污染现状

2019年,在我国发布的首部《中国海洋生态环境状况公报》中,披露了我国海洋的污染情况和程度,其中包含针对渤海、黄海和南海海域,开展了4个断面的海面漂浮微塑料的监测工作,主要监测指标为平均密度、主要物质分类以及主要成分。此次检测到的微塑料平均密度为0.40-1.09个/立方米,主要为碎片、纤维和线,成分主要为聚丙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯,可见我国海洋微塑料污染已逐渐严重。

今年,发改委和环境部联合发布《国家发展改革委 生态环境部关于进一步加强塑料污染治理的意见》,其中指出:开展不同类型塑料制品全生命周期环境风险研究评价。加强江河湖海塑料垃圾及微塑料污染机理、监测、防治技术和政策等研究,开展生态环境影响与人体健康风险评估。可见,国内已开始逐渐重视微塑料污染,微塑料及人体健康的相关研究,或将成为下一个热点。

我国近几年对微塑料的研究也逐渐增多,但在研究中遇到诸多瓶颈及亟待解决的问题。

微塑料解决方案提供仪器企业

在诸多仪器厂商中,目前赛默飞、安捷伦、珀金埃尔默、岛津、雷尼绍等均针对微塑料检测提供了仪器测试方法和解决方案。

1.赛默飞

对于微塑料的粒径大小、形状、腐蚀程度、颜色等物理形貌分析常用的方法主要是显微法和目检法。对于化学成分分析,目前常用的方法主要是显微红外法和SEM-EDX法。赛默飞显微红外光谱仪可以高效快捷的实现水体中微塑料的定性,给出区域微塑料成分含量的参考结果;SEM-EDX可对样品表明进行直接观测和分析;而拉曼光谱作为另一种重要的分子光谱技术,具有非接触、无惧水等特点,在微塑料的成分定性和颗粒统计中同样发挥着一定作用。

与显微红外相比,显微拉曼在微小的塑料粒子或纤维片段分析中具有更高的空间分辨,且无需挑出样品,不受水分干扰。

2.安捷伦

微塑料分析通常仅报告其颗粒数量。然而,塑料的易碎性使其在后续过程中很容易分解为许多尺寸更小的颗粒,因而这种方法在本质上存在缺陷且不准确。因此,报告中也应该包含颗粒的尺寸,在评估微塑料毒理学影响时,尺寸和丰度都应考虑在内。

应该注意的是,微塑料对环境和健康的潜在影响随着颗粒尺寸的减小而增加。尺寸测量通常仅报告颗粒的最长尺寸而忽略了其形状,使长颗粒往往被认为与球形或其他形状的颗粒相同。为了实现更全面的了解,塑料的定量分析应该作为一个三维问题考虑:尺寸 ×形状 × 材料。

安捷伦激光红外成像系统、傅里叶变换红外光谱仪均可对微塑料进行检测。其中,激光红外成像系统可测试5cm*5cm区域超过1000个微塑料颗粒,测试完成仅需2个小时,扫描结束后即得到测试结果,包括每个颗粒定性结果,尺寸、面积、重量等信息,并同时自动获得海量统计结果,包括不同尺寸、不同种类的塑料颗粒的个数、粒径分布,以及含量%等信息。

3.珀金埃尔默

要对海洋中的微塑料进行管控,第一步是要对这些微塑料的成分和含量进行检测,从而对污染的严重性和主要来源进行评判,对下一步的治理提供依据。PerkinElmer红外光谱及红外显微成像系统可为检测过程提供有力的支持。

红外光谱仪已经广泛用于鉴别大尺寸的高分子材料,对于较大的塑料样品可以选择不怕潮可电池供电的珀金埃尔默红外光谱仪放到船上做快速塑料的鉴别;而对于肉眼无法识别的微小的塑料颗粒,就需要选择红外显微镜成像系统用于这些微塑料的检测和鉴别。

珀金埃尔默常规红外ATR方法可直接快速测试肉眼可见的大尺寸微塑料,对于肉眼不可见的小尺寸微塑料可采用珀金埃尔默Spotlight ATR成像附件进行测试。珀金埃尔默实现了微塑料的原位测试,测试最小尺寸可达1.56um。原位ATR成像技术分析的微塑料尺寸更小、速度更快、操作更简单而且还不会丢失微塑料样品。

除此以外,傅里叶化学成像/显微技术可分析微塑料化学成分及空间分布等信息;

功率补偿型DSC的HyperDSC技术可辅助红外显微/成像进行塑料单微粒结构定性,可对复合微塑料半定量研究;

逸出气体联用技术全模块均可用于研究微塑料的成分定性/半定量及降解机理等信息;

LCMSMS串级质谱技术不仅可以用于定量塑料含量,还可以测定微塑料内部增塑剂等环境激素的含量,便于开展环境毒理学工作;

ICPMS单细胞直接进样技术,可用于研究微塑料负载重金属对于单个细胞毒理学的研究工作;

TGA-ICP联用技术可评价焚化过程产品微塑料/重金属的结合过程研究;

TGA-GCMS联用技术可以用研究微塑料对持久性有机污染物环境迁移的输运机理等。

4.岛津

(1)红外显微镜

傅里叶变换-红外光谱分析法(FTIR)是目前最常用的化学组分鉴定方法。岛津红外显微镜可实现对微塑料的观察、定义测量位置、测量、鉴别结果,全部操作都能自动执行,并提供高灵敏度结果。

(2)热分析-红外联用系统(TG-FTIR)

岛津热分析-红外联用仪,可以将TGA过程产生的气体通过可加热管线引入到红外光谱仪中,分析聚合物等材料热裂解过程产生的气体成分,从而得到聚合物的组成,更好的对热重结果进行分析;和红外联用,实现材料的定性及定量分析。

(3)能量色散型X射线荧光光谱仪

岛津能量色散型X射线荧光分析仪,采用新型硅漂移检测器(SDD),具有高灵敏度、高分辨率的优点,能够进行快速无损定性-定量分析,方便快捷,无须化学前处理。

通过EDX能量色散型X射线荧光光谱仪对微塑料的定性和定量分析,就可初步知道该微塑料可能的材质塑料(也可进一步使用PY-GCMS有机化合物快速筛查系统进行塑胶材质的确认),同时可以确认该微塑料中的有害元素。

(4)热裂解-气相色谱质谱联用系统(PY-GCMS)

热裂解-气相色谱质谱联用技术(PY-GCMS)可以用来鉴定微塑料类型。PY-GCMS是通过不断升高样品池温度,使得高聚物在特定温度发生裂解,释放短链小分子单体,再进入GCMS检测,从而推断高聚物类型的一种方法,同时可鉴定聚合物及添加剂。

POPs、全氟类化合物、多环芳烃、农药等有机污染物易富集在微塑料表面,岛津全面的色谱质谱分析手段,亦可提供全面的毒理效应研究方案。

(5)电子探针

岛津电子探针可实现微塑料表面的元素及形貌分析研究。通过电子探针分析微塑料表面,在检测出K、Na、Ca、Mg、Al的同时,还可检测Cl、S、Cr和Fe等元素。

5.雷尼绍

传统的实验室技术,如气相色谱/质谱(GC-MS),可以量化塑料量,但不提供有关颗粒大小或数量的信息,这两种方法预计同等重要。红外显微镜可以做到这两点,但不适合分析非常小的颗粒,也受到颗粒形态的挑战。雷尼绍针对微塑料提供了其共焦拉曼显微镜作为检测手段。

雷尼绍共焦拉曼显微镜可自动定位粒子并确定它们的大小和统计,然后产生颗粒的拉曼图,使用高度跟踪保持良好的焦点,并使用高级光谱分析来识别塑料和无机物,其结果是关于颗粒的数量、大小、形状和化学组成的全面数据。

在英国广播公司(BBC)《食物:真相还是恐惧》节目中,雷尼绍共焦拉曼光谱仪被格拉斯哥大学(University of Glasgow) 用于鱼类中的微塑料研究。

6.布鲁克

分析微塑料颗粒(MPP)有许多方法,如采用不同的光谱技术以达到不同的分析要求。

红外显微镜是MPP分析的主要技术。它可以对微颗粒进行化学鉴定,并且非常易于使用。在MPP分析中,拉曼显微镜虽然不如红外显微镜常用,但它具有的独特优势,如可通过透明材料测量,比红外显微镜更高的空间分辨率等,使得拉曼显微镜适用于分析非常小的颗粒。

Alfred Wegener 研究所(AWI)作为亥姆霍兹极地和海洋研究中心,选择了具有焦平面阵列(FPA)检测器的布鲁克红外显微镜作为MPP表征的解决方案。他们近期发表在《科学进展》的研究中采用了具有FPA检测器的红外显微镜,在北极积雪中检测出大量的微塑料颗粒。FPA检测器实现了在单次扫描中以最佳光谱分辨率收集大量的光谱数据。这项技术具有自动化分析,高精确度,极其快速,将人为错误降至最低等优点。

布鲁克提供红外,FPA和拉曼的全套解决方案,实现了对微塑料的观察、测量和鉴别。

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