环境中微塑料检测方法的研究进展

姚 浩

（西北民族大学化工学院，甘肃 兰州 730124）

1 环境中微塑料的危害

1.1 土壤中微塑料的危害

土壤中的微塑料极其微小，且极其难以被土壤中微生物降解。一些微塑料自身添加或含有邻苯二甲酸盐、着色剂等有害物质，这些有害物质在受到外界环境变化的影响，不断地向环境中释放出有毒有害物质，通过淋溶进，从地表进入土壤中。另外某些微塑料在自身降解过程中也会向土壤释放有害物质，这些污染物和有害物质最终会抑制土壤微生物活性、影响土壤物质循环并威胁土壤生态系统平衡[1]。微塑料所携带或者所吸附的重金属污染物会在土壤中不断积累，可能导土壤肥力下降、富营养化等。

土壤中的微塑料可以将某些污染物直接吸附在其表面，也可以通过共沉淀、络合反应、置换反应等多种化学作用来使污染物被富集、吸附，从而引发土壤污染事件。土壤微塑料除了通过化学作用进行富集、吸附，还能被土壤中极其丰富的微生物进行富集、迁移。土壤中的微生物不仅种类繁多，而且数量庞大，一旦土壤中的微生物吸附了污染物，那会进一步形成一个被污染的生物膜。因此土壤微塑料成为了病菌的载体，污染物随着微生物不断迁移、扩散，改变了土壤中的生态环境，最终破坏生态系统。

1.2 水体中微塑料的危害

1.2.1 微塑料对海洋的影响

人们把海洋中的微塑料称为海洋中的PM2.5，会产生生物毒性等，对海洋生物造成危害，因此海洋微塑料已成为全球海洋环境研究者、海洋生物研究者们研究的热点。微塑料由于其难降解的性质，且微塑料颗粒直径小，单个微塑料颗粒的重量也较小，会长时间的漂浮在海面上。常见的海洋微塑料类型主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯和聚氯乙烯。水中密度较低的微塑料，如聚乙烯和聚丙烯，在进入水体的初始阶段会漂浮在海面上或悬浮在水中。重质微型塑料，如聚甲基醛，将直接垂直沉入海底。值得一提的是，当微塑料的粒径小到一定数值时，微塑料的性质会发生一些改变，微塑料会具有一定胶体的性质，并且不论其密度是大是小，体现出胶体性质的微塑料都会漂浮在海面上。

海洋中漂浮的微塑料也能被海洋生物摄取，并沿着食物链进行传递，最终危害人类的身体健康[2]。海洋微塑料的存在不仅对海洋生物构成一定的威胁，还对海洋的环境、生态系统造成破坏。藻类受到微塑料的影响，生长发育迟缓，甚至损伤停滞。藻类在海洋不仅进行光合作用来释放氧气，提供了海洋各种生物的最基础的生存条件，还作为生物链的第一环节，是食物链的基础，如果第一环节的藻类等植物受到微塑料的影响，会导致食物链的不稳定。而且有毒有害物质还会沿着食物链不断的富集，最后受到影响的还是人类。

海洋鱼类在海洋生态系统中处于食物链的顶端，需要捕食或者滤食大量低等水生植物[2]。因此，海洋鱼类可直接或间接的摄入环境中的微塑料[2]，在微塑料进入生物体内之后，这些微塑料会释放出自身所携带的有毒有害物质，并使机体发生异变，最终导致死亡。

1.2.2 微塑料对河流的影响

微塑料也同样能被河流传输至各个地方，是微塑料入海的重要途径。众多的陆地微塑料被河流通过各种渠道汇集起来，包括随机释放的污水、降雨等。合理监测河流中微塑料的浓度范围，可以更加准确地预测微塑料通过河流入海的通量[3]。全球河流微塑料污染研究主要集中在城市地区，而偏远地区研究较少[3]。所以要更加注重城市地区的微塑料污染，但是也不能完全忽视了偏远地区的微塑料污染。

微塑料具有较小的粒径，且大部分水生生物缺乏对食物的选择机制，仅靠颜色、形状、大小来进食[3]，因此在河流中大部分的生物体内都能检测出一定的微塑料含量。有研究表明，动物吞食微塑料后，动物会有一种饱腹感，会影响河流生物的进食以及生长发育等。

微塑料一般不是单纯的塑料颗粒，往往时间具有一定化学添加剂的，如人类往往会在塑料中添加一些增塑剂，以增强其使用价值[3]。微塑料携带者化学添加剂一起迁移，在微塑料被破坏后，其有毒成分易被释放而被生物吸收，并改变部分生物的分泌功能。

在自然环境中，微塑料的表面会“长出”一些生物膜，而生物膜上包含有很多微生物、藻类、昆虫的卵，这种生物膜就成为“塑料圈”。塑料圈的形成为生物提供了极为有利的栖息条件，并为生物的跨地域传播提供了载体[4]。当塑料圈迁移时，其所携带的污染物、有毒物质也跟着一起迁移，会造成跨区域的污染，对迁入地区的生态稳定造成威胁。

1.3 大气中微塑料的危害

微塑料的另一种重要的传播途径就是通过大气。大气微塑料在不同的环境中是有不一样的存在尺寸以及微塑料的密集尺寸范围不一样，要根据具体的研究地点、大气环境来设计不一样的研究方案，进行更准确的研究。

2 环境中微塑料的检测方法

2.1 目检法

用于微塑料鉴别的最基本的方法是目检法，该法利用人眼或者显微镜观察微塑料，按照微塑料的尺寸、大小等进行分类计数。对于颗粒直径在1 mm～5 mm 的微塑料，可以使用目检法直接进行鉴定分析，由于微塑料本身所具有的颜色、结构等特性存在着差异，会对目检法的鉴定结果产生一定的影响。该法虽然快捷方便，但是也有使用限制，如目检法不适用粒径＜0.1 cm 的塑料颗粒，颗粒直径太小，肉眼无法进行观察鉴别。

2.2 光学显微镜观察法

如果微塑料样品无法用目检方法进行观察时，，可以借助显微镜技术进行鉴定识别。普通的光学显微镜能够有效将物体表面的结构及纹理放大，通过放大作用最大能观察到数百微米尺寸的微塑料颗粒。相比于目检法，光学显微镜更加方便、效果更好，但是同时具有较大的误差。微塑料在普通光学显微镜下进行分析鉴定，出错率在20%左右，如果是无色透明的微塑料，出错率将超过70%。对于粒径小于100 μm 的微塑料颗粒，普通光学显微镜很难进行鉴定分析。

2.3 扫描电镜法

扫描电镜法就是利用电子显微镜进行分析鉴定，电子显微镜相比于普通的光学显微镜来说放大倍数更大，能看见的结果越复杂，显示图像更为清晰，图像分辨率能够达到0.1 μm。但是这种方法要求样品必须是固体、无毒、无放射性，并且对于实验室的环境也有极高的要求，如实验室环境必须保持真空。在高度真空的环境下对样品进行镀膜工作，有效地防止了电荷的堆积。

2.4 热解分析法

微塑料聚合物能够裂解生成独特的热解图谱，所以可以利用热解-气相色谱/ 质谱联用技术（PY-GC/MS）分析其化学成分[6]。但是不同的聚合物也可能产生相同或者类似的热解产物，会在热解图谱上产生重叠的部分，会对最后的结果产生误差，严重的会导致最终计算结果的错误。除此之外，热解-气相色谱/质谱联用技术（PY-GC/MS）仅能分析质量在0.5 mg 以内的试样；热解分析法还会造成试样的破坏，无法得到完整的样品，因此，无法从破碎的样品中得到与微塑料颗粒的粒径及其数量的相关信息。

2.5 傅里叶变换红外光谱法

当前最佳测定微塑料的方法就是傅里叶变换红外光谱法。傅里叶红外变换光谱就是通过得到物质的干涉图谱，再经过傅里叶变换，对变换之后的干涉图谱进行分析，最终对物质进行红外光谱的测定。它可以从微塑料颗粒的特征光谱中获得特定的聚合物信息，并能鉴定环境中微塑料的类型[5]。但是在使用该方法时必须要将样品进行烘干、干燥处理，避免样品中的水分和杂质产生的干扰。

2.6 拉曼光谱法

由于微塑料类型的多样性，不同类型的微塑料具有各自独特的拉曼光谱图谱，通过标准图谱和微塑料样品的图谱进行分析鉴别，可以从样品图谱中找到相应的标准图谱的谱线，得到相应的微塑料的组成信息。与傅里叶红外变换光谱相比较，拉曼光谱的应用范围更广，感应能力更强，对非极性官能团的响应信号更低，且不易受水的干扰，更适合检测水体中的微塑料。但拉曼光谱容易受到荧光物质的干扰，如色素等，通常将拉曼光谱与傅里叶变换红外光谱同时使用测定，得到的信息可以互补，使最终结果更为准确。

2.7 新型技术

2.7.1 扫描电子显微镜—X 光微区分析（SEM-EDS）

SEM-EDS 是扫描电镜法的一种，将扫描电镜与能谱分析相结合，可以鉴别微塑料的元素组成，但是这种方法应用不是很广泛。

2.7.2 X 射线光电子能谱（XPS）

XPS 发射出的是一种X 光束，能穿透样品，是非破坏性检测，能保存样品原貌。XPS 能够准确地测量物质的分子结构、原子价态等信息，同时提供微塑料聚合物的元素组成和含量、分子结构、化学键等方面的信息[7]。

2.7.3 热萃取脱附气相色谱质谱法（TED-GC/MS）

TED-GC/MS 是新兴的热解分析方法。它通过测定热分解产物来鉴定环节中微塑料的种类。并且TED-GC/MS 不需要对样品进行预处理，可以更快地获得相关信息[7]。

3 结论与展望

受微塑料污染的范围越来越广，受污染的程度越来越深，对于微塑料的检测方法的研究刻不容缓。虽然目前对微塑料的检测已经有了一定的研究，但是检测方法还应该改进或是扩大检测的范围。未来还应在以下几个方面进行重点研究：

1）加大对水体及大气环境中微塑料的研究。由于土壤微塑料含量相较于其他环境中的含量较大，且土壤微塑料试样易于采集，所以当前对于土壤微塑料的研究比较多，但是环境是一个相互影响的系统，水体环境和大气环境中的微塑料污染也在逐步扩大，在研究土壤微塑料检测方法的同时，也需关注大气环境和水体环境中的微塑料检测方法的研究，以便更好地应对微塑料的迁移。

2）研究水体和大气环境中微塑料的样品收集方法、收集装置、检测方法。目前对于土壤微塑料的收集、检测方法较为成熟，但是对于水体和大气微塑料的收集、检测方法还较为缺乏，或是方法没有得到及时的更新，还在使用原来比较落后的方法，达不到高效，未来也应该多多关注水体和大气的收集、检测的研究。