太湖水体中微塑料和纳米塑料的鉴定和定量
引用本文:杨洋，罗昊，常婕妤，等.太湖水体中微塑料和纳米塑料的鉴定和定量[J]. 化学试剂, 2024, 46(4):65-71.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0806
背景介绍
因塑料的广泛使用，其带来的环境污染日益严重。受技术手段的限制，我们对环境中微塑料尤其是纳米塑料的赋存情况仍知之甚少。如何从复杂的环境样本中提取、分离以及鉴定纳米塑料，是分析纳米塑料赋存情况的基础，也是当前研究的难点和热点。样品分离提取方法如超滤、超浓缩、连续流动离心和浊点萃取等是提高现有方法检测限和定量限的有效解决方案。而扫描电子显微镜、激光红外成像光谱仪与热裂解-气相色谱-质谱联用等技术手段可从微观上对纳米塑料进行定性和定量检测。
文章亮点
1.通过不同孔径滤膜通过分级过滤、H2O2消解、过滤富集的方法分离提取环境样本中的微塑料和纳米塑料；
2.利用扫描电子显微镜（SEM）、激光红外成像光谱仪（LDIR）与热裂解-气相色谱-质谱联用（Py-GC/MS）等技术手段，综合定性和定量分析了采样点水体中微塑料和纳米塑料的赋存情况；
3.证明了环境中纳米塑料的存在，发展和完善了分离提取水环境中微塑料和纳米塑料的方法学，为鉴定环境中塑料种类及丰度提供了新思路。
内容介绍
1 实验部分
1.1 样品采集
本研究采样点位于太湖竺山湾近岸带（31°25′54″N，120°3′40″E；图1）。水样采集时间为2021年1月，采集深度不超过0.5 m。样品运回后避光低温（2~8℃）保存，并尽快进行处理。
1.2 样品处理
考虑到仪器的检测限，将采集的样品通过分级过滤富集[19]。取600 mL水样依次使用20 µm不锈钢滤膜、1 μm和0.1 μm聚四氟乙烯（PTFE）滤膜过滤，得到> 20 、1~20 以及0.1~1 µm的样品颗粒。
1.3 样品回收率
为避免实验过程中的操作对塑料颗粒的影响，采用标准微塑料样品计算塑料颗粒的回收率。本研究选择了两个类型的微塑料聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE），每种微塑料选取两个粒径（1 mm和0.1 mm）作为代表研究微塑料在样品处理过程中的损失。
2 结果与讨论
2.1 实验过程对样品回收率的影响
4种微塑料的回收率见表2，1 mm和0.1 mm的PP的回收率分别为100%和90%，而另一种微塑料（PE）相应的回收率分别为95%和90%。虽然随着微塑料粒径的减小，微塑料的回收率呈现降低趋势，但均超过90%。
2.2 样品的目视法鉴定
通过肉眼及光学显微镜并未观察到肉眼可辨识的大尺寸塑料颗粒（> 1 mm）。并且目视法不能对样品中颗粒的类型做出准确判断，差异性较大，不同观测者和观测条件均会造成误判。因此，目视法只能作为塑料鉴别的初步手段。
2.3 样品的SEM定性分析
如图2所示，20 μm膜过滤颗粒较少，且有硅藻存在，说明H2O2不能把硅藻的细胞壁（外覆硅质，主要为二氧化硅）消解掉。
2.4 样品的DLS定性分析
DLS可以分析粒子散射光的光强波动，从而测量粒子布朗运动，并将该运动与粒径相关联，进而计算出颗粒粒径[24]。如图3所示，处理后的样品中颗粒粒径分布随滤膜孔径的减小而减小（图3a~c），平均粒径分别为2.15、0.42和0.27 μm（图3 d）。
2.5 LDIR对微塑料的定量分析
在以上定性分析的基础上，本研究进一步利用LDIR对样品进行了定量分析。由于LDIR无法辨别天然蛋白质与聚酰胺（PA），本研究分别对PA存在与否进行了研究。
3 结论
本研究对竺山湾近岸带水体中微塑料和纳米塑料进行了鉴定和定量研究，但仍有许多不足和问题亟待解决。首先，水体微塑料和纳米塑料的前处理、鉴定和定量需建立标准化方法，以使得实验结果具有更高的可信性与对比性。其次，纳米塑料在环境中时空赋存变化情况值得进一步的监测和研究[32]。除此之外，如何更加方便、精准地测定环境中纳米塑料的种类、大小以及丰度仍是目前纳米塑料研究的难点之一。结合本研究可以发现，单一技术难以全面地呈现出环境中纳米塑料的真实污染情况。多种技术手段的结合将会助力这一研究领域的发展。
