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我們生活的地球表面，超過(guò)70%的面積被廣闊的海洋覆蓋，地球也因此被稱為“藍(lán)色星球”。近年來(lái)，人類活動(dòng)對(duì)海洋的影響越來(lái)越大。在聯(lián)合國(guó)發(fā)布的關(guān)于海洋環(huán)境現(xiàn)狀的調(diào)查報(bào)告中顯示，人類向海洋排放的污染物正在持續(xù)威脅海洋生物和人類自身的安全與健康。其中，塑料制品造成的影響尤為嚴(yán)重，不僅各類塑料袋、聚酯瓶構(gòu)成了成片的海洋垃圾，更細(xì)小的“微塑料”也隱藏在海水當(dāng)中，被海洋生物吞食，在生物體內(nèi)不斷積累，并隨著生物鏈，造成更廣泛的危害。
近年來(lái)，已經(jīng)有越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注微塑料這一問(wèn)題，同時(shí)，各國(guó)政府也對(duì)此高度關(guān)注。近期，人體中發(fā)現(xiàn)微塑料的報(bào)道更將這一問(wèn)題帶到大眾眼前，微塑料成為現(xiàn)在環(huán)境科學(xué)，尤其是海洋環(huán)境研究領(lǐng)域的熱門話題。
在今年“世界海洋日”之際，儀器信息網(wǎng)特別采訪了浙江工業(yè)大學(xué)潘響亮教授，就什么是微塑料、微塑料的最新研究進(jìn)展和難題、分析儀器在微塑料研究中的應(yīng)用及前景等大家關(guān)心的話題展開(kāi)了深入探討。
微塑料的“前世今生”
現(xiàn)在大家提到的微塑料，通常指的是直徑小于5mm的塑料纖維、顆粒或者薄膜。這些細(xì)小的塑料顆粒，來(lái)源于各種塑料制品。潘響亮表示，微塑料主要通過(guò)兩種途徑產(chǎn)生：一個(gè)是原生的，人類為了各種目的，制造了大量毫米或微米級(jí)的塑料顆粒，例如，添加在牙膏里的塑料顆粒，可以增大摩擦，讓牙齒刷得更干凈。另外一大類微塑料是次生的，任何品種的塑料制品，都有可能在環(huán)境中老化，經(jīng)過(guò)紫外線照射以及一些機(jī)械外力的破壞，碎裂成更細(xì)小的塑料碎片，變成微塑料。“所以，無(wú)論是在日常生活、工業(yè)應(yīng)用還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，都會(huì)產(chǎn)生大量的微塑料。”
“微塑料這一問(wèn)題，完全是人類自己造成的。”潘響亮介紹說(shuō)，從上世紀(jì)40年代開(kāi)始，隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展，塑料工業(yè)迅速發(fā)展，并在其后的幾十年中獲得大規(guī)模應(yīng)用。“雖然微塑料現(xiàn)在是環(huán)境研究的大熱門，但是也曾經(jīng)長(zhǎng)期坐過(guò)科學(xué)研究的‘冷板凳’。”早在上世紀(jì)70年代，就有人關(guān)注過(guò)這個(gè)問(wèn)題，但是沒(méi)有引起重視。直到2004年，《Science》上發(fā)表的“Lost at Sea: Where Is All the Plastic?”，才第一次正式提出微塑料這一概念。而在這篇文章發(fā)表近10年后，2013年國(guó)內(nèi)外科學(xué)家才開(kāi)始真正將目光聚焦在微塑料上，關(guān)于微塑料相關(guān)研究的文章數(shù)目開(kāi)始直線上升。
2015年12月28日，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬簽署了《2015無(wú)微珠水域法案》，禁止在美國(guó)生產(chǎn)和銷售刻意添加了塑料微珠的清潔類化妝品，標(biāo)志著微塑料問(wèn)題在政府層面上受到關(guān)注，從科研領(lǐng)域走入人們的生活。
從土壤污染到微塑料研究 方法是難題
與大部分從事微塑料研究的科學(xué)家不同，潘響亮對(duì)微塑料的研究不是從海洋，而是從土壤開(kāi)始入手的，這源于他的特殊背景。“我之前在中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所工作，大家都知道，新疆乃至于整個(gè)西北地區(qū)都非常干旱缺水，所以為了保溫保濕，使用塑料地膜十分普遍。同時(shí)，由于當(dāng)?shù)氐淖贤饩€特別強(qiáng)，塑料地膜老化非常嚴(yán)重，大量的地膜都破碎在土地中，造成了很大的污染。”
從2013年開(kāi)始，潘響亮就開(kāi)始從事微塑料相關(guān)研究。他回憶說(shuō)，最初國(guó)內(nèi)從事微塑料相關(guān)研究的團(tuán)隊(duì)還不到十個(gè)，到了2018年第一屆全國(guó)環(huán)境(海洋)微塑料污染與管控學(xué)術(shù)研討會(huì)召開(kāi)，參會(huì)的人數(shù)已經(jīng)超過(guò)500人，有140多個(gè)團(tuán)隊(duì)在從事相關(guān)研究。而到了今年，這個(gè)數(shù)目還在大幅增長(zhǎng)。越來(lái)越多的人加入到這個(gè)領(lǐng)域中來(lái)，但是潘響亮也感嘆說(shuō):“盡管微塑料研究團(tuán)隊(duì)像雨后春筍般地冒出來(lái)，但微塑料的研究依然處于起步階段。”
潘響亮表示，現(xiàn)階段關(guān)于海洋微塑料濃度的報(bào)道差異很大，主要由于目前國(guó)際上對(duì)微塑料缺乏統(tǒng)一的采樣標(biāo)準(zhǔn)，造成很難估算海洋中到底有多少微塑料。另外，粒徑較小的微塑料的危害目前也很難評(píng)價(jià)。這些微塑料很容易進(jìn)入生物體內(nèi)的各種組織中，但由于缺乏有效的研究方法，加之海洋環(huán)境的復(fù)雜性，人們對(duì)微塑料對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的安全和健康造成影響的程度，知之甚少。
科學(xué)儀器在微塑料研究中的應(yīng)用
近年來(lái)，科學(xué)儀器行業(yè)也在大力開(kāi)發(fā)微塑料相關(guān)檢測(cè)技術(shù)。其中，紅外光譜分析，更具體而言是紅外顯微鏡，成為檢測(cè)和鑒別微塑料的主要分析技術(shù);此外，受到關(guān)注的還有激光拉曼光譜技術(shù)。紅外顯微成像技術(shù)可以做到對(duì)幾微米顆粒物的檢測(cè);激光拉曼光譜法可以達(dá)到幾百納米。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于操作方法限制，微塑料難以被找到等原因，目前環(huán)境中微塑料的監(jiān)測(cè)研究還主要集中在10-20微米以上的微塑料。
潘響亮介紹了他目前實(shí)驗(yàn)室用來(lái)進(jìn)行微塑料研究的一些方法和儀器。其中，有一套珀金埃爾默(PerkinElmer)的熱重-紅外顯微成像-氣質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)。他表示，這套系統(tǒng)在微塑料分析中具有一些優(yōu)勢(shì)。當(dāng)生物組織中包含有微塑料顆粒，由于生物組織和塑料的成分不同，那么它們就具有不同的重量損失曲線，從理論上來(lái)講，就可以把不同的組織和微塑料區(qū)分開(kāi)，尤其是對(duì)于一些復(fù)雜樣品來(lái)講，微塑料和生物組織的官能團(tuán)比較相似，但是熱裂解溫度不同，就有可能將它們準(zhǔn)確地識(shí)別出來(lái)。
同時(shí)，由于微塑料的毒性不僅來(lái)自于塑料顆粒本身，還來(lái)自于它所包含的各種塑料添加劑，以及微塑料顆粒上所吸附的污染物質(zhì)(通常是含量低至ppt和ppb級(jí)的持久性有機(jī)污染物)。而無(wú)論紅外還是拉曼，對(duì)很多有機(jī)物的識(shí)別都非常有限，利用這款三聯(lián)機(jī)中的熱重——氣相色譜/質(zhì)譜分析法，可以分析出其中的有機(jī)組分，對(duì)于研究微塑料中添加劑及有毒吸附物有著很好的應(yīng)用。
微塑料研究正在進(jìn)行時(shí)
對(duì)于微塑料研究未來(lái)值得深入探討的研究方向，潘響亮提到，首當(dāng)其沖的是研究方法。這里面包含兩部分內(nèi)容：一是研究復(fù)雜環(huán)境樣品中，包括在土壤沉積、生物組織中微塑料的快速分離、定性定量或原位的定性定量方法。第二，要研究如何準(zhǔn)確高效地鑒別更小的微塑料，包括幾個(gè)微米、亞微米或納米級(jí)微塑料的方法。
其次，對(duì)于微塑料毒理學(xué)的研究也十分重要?，F(xiàn)在毒理學(xué)研究往往是通過(guò)模擬環(huán)境的方法來(lái)開(kāi)展，但與現(xiàn)實(shí)環(huán)境還是存在一定的差異。需要加強(qiáng)來(lái)自實(shí)際環(huán)境中的微塑料在環(huán)境濃度條件下的生物毒性效應(yīng)和機(jī)理，也需要建立方法可靠地甄別微塑料顆粒本身和塑料中添加劑的生物毒性效應(yīng)。
第三，微塑料對(duì)于環(huán)境的影響，不能僅僅針對(duì)個(gè)體層面進(jìn)行研究，還需要研究它對(duì)一個(gè)種群、群落及生態(tài)系統(tǒng)的健康風(fēng)險(xiǎn)。
資料來(lái)源：中塑在線
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