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微塑料在淡水系統中的研究進展
更新時間:2020-11-26 來源:深圳市水務(集團)有限公司水質監測站 作者:閉鳳麗,劉波,張凌云,張德明,劉嘉祺,李志廣,張金松

  1 引言

  微塑料作為一種新型污染物日益受到人們的關注。2004年,Thompson等人[1]首次提出微塑料的概念。2008年,在美國國家海洋于大氣管理局(NOAA)會議上,學術界對微塑料尺寸問題展開討論,提出以5mm作為研究微塑料的上限[2]。隨著深入探討,研究者們發現粒徑越小的微塑料,因具有更大的比表面積、能吸附更多污染物以及更容易進入生物體等特殊性質,其危害性就越大[3]。微塑料的毒性主要來源于三個方面:微塑料本身、合成微塑料中殘留的高分子添加劑和微塑料吸附的污染物[4]。微塑料的攝入可能會引起動物胃消化系統的磨損或堵塞[5],小微粒塑料顆粒會在動物身體組織內轉移并帶來傷害[6];而微塑料中的添加劑及毒性污染物如多氯聯苯(PCBs)、農藥(DDT)和重金屬等進入生物體后,通過生物捕食在食物鏈中富集、放大,最終給人類健康帶來危害[4,7.8]。

  一方面,作為飲用水源的地下水和地表水是人們生命的源泉,全面掌握淡水系統中微塑料的污染現狀對微塑料風險評估有重要作用。因而,科學工作者們對微塑料污染的關注不再只是海洋,同時也漸漸地開始關注淡水系統中微塑料的污染情況[9,10,11]。另一方面,由于大家對微塑料粒徑大小造成的危害有初步的認識,有研究者開始關注到更小粒徑微塑料的分析方法[4,12]。本文將從以上兩個方面展開論述,為科研工作者對我國淡水系統污染現狀和目前的檢測技術的認識提供參考。

  2 微塑料在淡水系統中的污染現狀

  根據微塑料的形成途徑不同,微塑料可以分為原生微塑料和次生微塑料。原生微塑料是指初始粒徑小于5mm的塑料顆粒,主要來源于紡織品、藥品和日常生活中使用的個人清潔用品等[13],這類污染物通過河流運輸、污水廠排放等方式進入水體環境中[14,15]。次生微塑料是指由大塑料經過光、降解,物理、化學、生物等作用形成的塑料顆粒[16],這類塑料主要來源于漁業、工業以及和其他丟棄的塑料制品等[17]。由此,不同的污染方式直接關系到微塑料的污染主體,污水廠排放的污水及塑料垃圾可能是淡水系統微塑料污染的主要源頭。此外,有研究發現,我國淡水中主要的微塑料污染物為聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)[18,19]。

  隨著微塑料調研的深入研究,目前已經發現微塑料污染已經滲透全球海洋生態系統的各個部分[2]。而我國對微塑料的調查與研究目前仍處于初級階段,至今尚未成為熱點話題[20],淡水微塑料污染數據也相對匱乏,僅有太湖、青海湖、珠江、長江以及武漢市湖泊與河流中微塑料的污染調研,如表1所示。

  表1 陸地水體中微塑料污染情況匯總表

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  從表1的統計情況看出:一、我國針對淡水系統中微塑料污染現狀的研究相對較少,無論是湖泊類還是河流類的調研都集中在幾個較大的流域,但武漢市對微塑料的調研相對完善;二、各流域調研的課題組不同,調查微塑料的最小粒徑不同導致輸出結果不同,從而使得不同的結果之間可比性低,并且無相關標準判斷微塑料的整體污染情況,無法量化分析不同水域的污染水平;三、多數調研結果只關注到粒徑為20 μm以上的微塑料,僅有太湖水體微塑料的研究最小粒徑是5 μm。而根據文獻調研情況,小粒徑的微塑料在污染水體中占的比重更大[12],換言之,水體微塑料的污染現狀可能遠比當前調研結果看到的更嚴重。

  3 微塑料的分析方法

  雖然關于微塑料的研究已有十來年之久,但目前尚無樣品采集、預處理、定量和鑒別的統一標準方法,這也是各方面研究結果不易比較的重要原因之一。

  微塑料的分析方法又分為樣品采集、樣品提取和純化以及樣品表征與定量三個方面。微塑料的樣品采集通常采用減容法和大量采樣法[25]。減容法采集樣品時體積會不斷減少而大量采樣法則不會。采用減容法采樣時,需要用流量計計量通過采樣網絲的流量,目前,多數研究者采用該方法進行采樣研究。樣品的分析包括樣品提取和純化、樣品定量分析和鑒別兩個方面。常用的提取和純化方法為密度分離法,采用飽和食鹽水或者其他鹽類水溶液對樣品進行分層提取[26,27]。此外還有承壓流法(PFE),通過優化承壓流體條件可以將樣品與其他廢棄物和土壤進行分離[28]。經過提取和純化后的樣品可以進一步分析和表征?,F在常用的微塑料定量與定性儀器有熱裂解-氣相色譜-色譜聯用儀[29]、拉曼光譜儀[4,12]、傅里葉變換紅外光譜儀[30]、液相色譜[31]等多種方法,如表2所示。

  表2  微塑料檢測方法匯總表

1.png

  文獻調研結果顯示,微塑料的檢測方法分為有損檢測法和無損檢測方法。不同的檢測方法在分析樣品時各有利弊,通常微塑料的鑒別鑒定以及定量分析需要通過幾種方法聯用,共同完成。常用的研究做法是先采用目視法,通過裸眼與立體顯微鏡結合,確定微塑料的形狀和顏色等指標[32,33]。在目視法后,根據樣品檢測要求不同,選擇不同的儀器進行檢測分析,通常采用的是傅里葉紅外光譜儀和拉曼光譜儀,近年來,以這兩種檢測手段分析微塑料的文獻報道最多。由于越來越多科研工作者開始關注到更小粒徑的微塑料,而目前能檢測微塑料粒徑為1~20 μm的方法只有拉曼光譜法[4,12],且該方法耗時長,價格相對昂貴。因此,能夠檢測更小粒徑、檢測速度更快的方法或將成為未來微塑料檢測技術的發展方向。

  4 結論

  隨著微塑料的污染事件頻繁報道,微塑料已經成為水體環境中的重要污染物,在全球各地逐漸引起關注。然而,目前仍然缺乏淡水環境中微塑料的健康效應和快速監測方法研究。本文就我國淡水系統中微塑料的污染現狀展開分析,研究發現我國各大流域均受到一定程度的微塑料污染。與此同時,本文總結了當前微塑料的檢測方法,分析各方法的利弊,發現快速檢測小粒徑的分析方法將成為未來微塑料檢測技術發展方向。此外,本次調研發現微塑料的毒理作用及標準研究方法等方面仍然存在空白,需要更多的科研工作者持續關注并投入研究。

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