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微塑料在淡水系统中的研究进展
更新时间:2020-11-26 来源:深圳市水务(集团)有限公司水质监测站 作者:闭凤丽,刘波,张凌云,张德明,刘嘉祺,李志广,张金松

  1 引言

  微塑料作为一种新型污染物日益受到人们的关注。2004年,Thompson等人[1]首次提出微塑料的概念。2008年,在美国国家海洋于大气管理局(NOAA)会议上,学术界对微塑料尺寸问题展开讨论,提出以5mm作为研究微塑料的上限[2]。随着深入探讨,研究者们发现粒径越小的微塑料,因具有更大的比表面积、能吸附更多污染物以及更容易进入生物体等特殊性质,其危害性就越大[3]。微塑料的毒性主要来源于三个方面:微塑料本身、合成微塑料中残留的高分子添加剂和微塑料吸附的污染物[4]。微塑料的摄入可能会引起动物胃消化系统的磨损或堵塞[5],小微粒塑料颗粒会在动物身体组织内转移并带来伤害[6];而微塑料中的添加剂及毒性污染物如多氯联苯(PCBs)、农药(DDT)和重金属等进入生物体后,通过生物捕食在食物链中富集、放大,最终给人类健康带来危害[4,7.8]

  一方面,作为饮用水源的地下水和地表水是人们生命的源泉,全面掌握淡水系统中微塑料的污染现状对微塑料风险评估有重要作用。因而,科学工作者们对微塑料污染的关注不再只是海洋,同时也渐渐地开始关注淡水系统中微塑料的污染情况[9,10,11]。另一方面,由于大家对微塑料粒径大小造成的危害有初步的认识,有研究者开始关注到更小粒径微塑料的分析方法[4,12]。本文将从以上两个方面展开论述,为科研工作者对我国淡水系统污染现状和目前的检测技术的认识提供参考。

  2 微塑料在淡水系统中的污染现状

  根据微塑料的形成途径不同,微塑料可以分为原生微塑料和次生微塑料。原生微塑料是指初始粒径小于5mm的塑料颗粒,主要来源于纺织品、药品和日常生活中使用的个人清洁用品等[13],这类污染物通过河流运输、污水厂排放等方式进入水体环境中[14,15]。次生微塑料是指由大塑料经过光、降解,物理、化学、生物等作用形成的塑料颗粒[16],这类塑料主要来源于渔业、工业以及和其他丢弃的塑料制品等[17]。由此,不同的污染方式直接关系到微塑料的污染主体,污水厂排放的污水及塑料垃圾可能是淡水系统微塑料污染的主要源头。此外,有研究发现,我国淡水中主要的微塑料污染物为聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)[18,19]

  随着微塑料调研的深入研究,目前已经发现微塑料污染已经渗透全球海洋生态系统的各个部分[2]。而我国对微塑料的调查与研究目前仍处于初级阶段,至今尚未成为热点话题[20],淡水微塑料污染数据也相对匮乏,仅有太湖、青海湖、珠江、长江以及武汉市湖泊与河流中微塑料的污染调研,如表1所示。

  表1 陆地水体中微塑料污染情况汇总表

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  从表1的统计情况看出:一、我国针对淡水系统中微塑料污染现状的研究相对较少,无论是湖泊类还是河流类的调研都集中在几个较大的流域,但武汉市对微塑料的调研相对完善;二、各流域调研的课题组不同,调查微塑料的最小粒径不同导致输出结果不同,从而使得不同的结果之间可比性低,并且无相关标准判断微塑料的整体污染情况,无法量化分析不同水域的污染水平;三、多数调研结果只关注到粒径为20 μm以上的微塑料,仅有太湖水体微塑料的研究最小粒径是5 μm。而根据文献调研情况,小粒径的微塑料在污染水体中占的比重更大[12],换言之,水体微塑料的污染现状可能远比当前调研结果看到的更严重。

  3 微塑料的分析方法

  虽然关于微塑料的研究已有十来年之久,但目前尚无样品采集、预处理、定量和鉴别的统一标准方法,这也是各方面研究结果不易比较的重要原因之一。

  微塑料的分析方法又分为样品采集、样品提取和纯化以及样品表征与定量三个方面。微塑料的样品采集通常采用减容法和大量采样法[25]。减容法采集样品时体积会不断减少而大量采样法则不会。采用减容法采样时,需要用流量计计量通过采样网丝的流量,目前,多数研究者采用该方法进行采样研究。样品的分析包括样品提取和纯化、样品定量分析和鉴别两个方面。常用的提取和纯化方法为密度分离法,采用饱和食盐水或者其他盐类水溶液对样品进行分层提取[26,27]。此外还有承压流法(PFE),通过优化承压流体条件可以将样品与其他废弃物和土壤进行分离[28]。经过提取和纯化后的样品可以进一步分析和表征。现在常用的微塑料定量与定性仪器有热裂解-气相色谱-色谱联用仪[29]、拉曼光谱仪[4,12]、傅里叶变换红外光谱仪[30]、液相色谱[31]等多种方法,如表2所示。

  表2  微塑料检测方法汇总表

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  文献调研结果显示,微塑料的检测方法分为有损检测法和无损检测方法。不同的检测方法在分析样品时各有利弊,通常微塑料的鉴别鉴定以及定量分析需要通过几种方法联用,共同完成。常用的研究做法是先采用目视法,通过裸眼与立体显微镜结合,确定微塑料的形状和颜色等指标[32,33]。在目视法后,根据样品检测要求不同,选择不同的仪器进行检测分析,通常采用的是傅里叶红外光谱仪和拉曼光谱仪,近年来,以这两种检测手段分析微塑料的文献报道最多。由于越来越多科研工作者开始关注到更小粒径的微塑料,而目前能检测微塑料粒径为1~20 μm的方法只有拉曼光谱法[4,12],且该方法耗时长,价格相对昂贵。因此,能够检测更小粒径、检测速度更快的方法或将成为未来微塑料检测技术的发展方向。

  4 结论

  随着微塑料的污染事件频繁报道,微塑料已经成为水体环境中的重要污染物,在全球各地逐渐引起关注。然而,目前仍然缺乏淡水环境中微塑料的健康效应和快速监测方法研究。本文就我国淡水系统中微塑料的污染现状展开分析,研究发现我国各大流域均受到一定程度的微塑料污染。与此同时,本文总结了当前微塑料的检测方法,分析各方法的利弊,发现快速检测小粒径的分析方法将成为未来微塑料检测技术发展方向。此外,本次调研发现微塑料的毒理作用及标准研究方法等方面仍然存在空白,需要更多的科研工作者持续关注并投入研究。

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