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什么是微塑料？
塑料制品因其优异的性能已渗透到人类生活的各个角落。常见的塑料种类主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚酯等。当今世界塑料的生产和使用量是惊人的。截至2020年，全塑料产量超过3亿吨。从19世纪中叶到现在，人们已经生产了近100亿吨塑料。然而，迄今为止，全塑料的平均回收再利用率仅为10%，其余90%正在通过焚烧、填埋、直接处置等方式进入自然环境，导致塑料垃圾迅速增加。例如，进入海洋的垃圾70%以上是塑料，我国沿海海域的海洋垃圾80%以上是塑料[1]。
图1海洋中的塑料污染
图片来源光明新媒体/VEER
大量的塑料使用和废物不仅直接污染镜子，而且还产生了一种新型污染物——微塑料，其定义为塑料碎片和直径小于5毫米的颗粒。早在2004年，英国普利茅斯大学的RichardC.Thompson教授等人就在《LostatSea:WhereIsAllthePlastic》杂志上发表了一篇开创性的论文，提出了微塑料的概念。
微塑料的形式
该论文引起了广泛关注，进一步研究表明微塑料在自然界中广泛分布，并且很容易被洋流和风输送。微塑料不仅存在于海洋环境中，还存在于土壤、沙漠甚至极地地区，目前存在于我们的食物、空气和水中[1][2]。
微塑料不仅分布广泛，来源也多样且隐蔽，但大致可分为两类。
原因之一是我们在日常生活中直接使用塑料或含塑料的产品。例如，当人们开车时，轮胎与地面的摩擦会导致大量微塑料颗粒被喷射出来并被风携带到周围环境中，包括塑料瓶、一次性餐具、塑料袋、牙膏、口红、洗面奶等物品这时，大量的微塑料就会进入空气、水，甚至人体的皮肤和口腔。
另一个原因是人们扔掉的塑料垃圾。这些垃圾经过风雨日晒、分解、掩埋和焚烧后，逐渐分解成无数微塑料颗粒或各种粒径的碎片。
图2微塑料形态[4]
图片来源EnvironSciPollutRes28,19544195622021
人类健康的“隐形杀手”
塑料本身的主要成分是化学性质稳定的聚合物，性不是特别大，不易与生物体发生反应。但实际上，几乎所有塑料颗粒都是“脏的”。塑料制品在制造过程中不干净。经常添加各种化学添加剂，如润滑剂、增塑剂、抗氧化剂和光稳定剂，以改善机械性能或外观质量。这些添加剂大多具有一定的生物性或含有重金属。对人体有害。健康和其他有机体。此外，由于微塑料颗粒比表面积大、质量轻、疏水性好、吸附能力较强，可以成为一些持久性有机污染物、内分泌干扰物、抗生素等物质的载体，很容易通过风和水传播到任何地方。是。流.徘徊.
图3总结了塑料污染对人类健康造成的危害。那么较小的微塑料是否更危险？这个题还需要研究。
图3塑料污染对人体健康的影响[4]
图片来源EnvironSciPollutRes28,19544195622021
微塑料颗粒可以通过食物、呼吸或皮肤接触直接进入人体。食品中的一些微塑料来自食品加工，例如肉松、口香糖、海盐和冰淇淋。这些加工食品通常含有微塑料。另一部分来自食品原料和上游生物链，例如微塑料颗粒很容易被蚯蚓、牡蛎、鱼苗等生物作为食物食用，但很难消化和阶段性积累和浓缩。他们收集家禽、鱼类或食肉动物，并最终将其运送给食物链顶端的人类[2][3]。
人通过饮食摄入微塑料后，它们不会在胃肠道中消化，大部分随粪便排出体外，少量残留在胃肠道中。微塑料通过呼吸摄入后，较大的颗粒会被上呼吸道粘膜和纤毛“捕获”，然后通过痰排出体外，而较小的颗粒则可以深入肺部并沉降。吸附在皮肤上的微塑料大部分被皮肤屏障阻挡或通过汗液排出体外，还有一些随着皮肤损伤或减弱而渗入体内[3]。
这些微塑料颗粒不会停留在人体内，随着时间的推移，它们的积累不仅会引起或加重人体的不适，而且其中含有或吸附的有物质也会因颗粒的不断破碎或作用而逐渐分解。它是一种在体内解吸、沉淀的酶，就像农业领域的“缓释肥料”[3]。
如何检测微塑料？
目前，微塑料的定性定量检测技术主要有拉曼光谱技术、傅里叶变换红外光谱技术、热解气相色谱-质谱技术等，其中拉曼和FTIR是最常用的两种鉴别方法，目前已经做到了这一点。由于其技术特性，它无法被分开。
1.拉曼光谱技术
它基于拉曼散射效应。光照射到微塑料样品上后，大多数光子直接被样品分子散射。散射光的频率保持不变。一小部分光子与样品分子碰撞。通过传递能量，我们改变了分子的振动模式，使样品散射出不同频率的光，与原始入射光的频率差也称为“拉曼频移”。“拉曼位移”的程度与分子结构密切相关，因此可以起到类似“指纹”的作用，通过点阵等设备可以提取样品拉曼特征峰的位置和强度光谱仪。可以通过与标准材料的光谱数据库进行比较来确定样品的成分。
在分析微塑料时，拉曼光谱技术常常与光学显微镜结合起来，组成精细的拉曼测量系统，通过这样不仅可以获得样品的拉曼光谱，还可以快速绘制整个样品区域的图像。识别类型，可以确定。微塑料的形状、大小和数量。图4是显微拉曼系统的结构示意图，主要由激光器、显微镜和光电探测器组成。测量微塑料常用的激光波长为785nm、532nm和1064nm，由于样品的拉曼光谱信号往往很弱，因此光电探测器必须使用具有冷却功能的高灵敏度光谱仪。测量时，激光器发出的光进入显微镜后经物镜调制或滤波并聚焦在样品上，显微镜镜头收集样品散射的拉曼光谱信号，再经分束器滤波。在进入光谱仪进行检测之前，该设备使用二向色镜将其转换为电信号，然后在计算机上进行记录和分析。通过显微镜的CCD图像传感器可以获得样品的形状、尺寸等信息。
图4拉曼系统测量原理示意图
资料来源拉曼光谱、ScienceFacts
在微塑料分析方面，拉曼光谱技术对样品无损或可能造成很小的损伤，对水分子的干扰具有较高的抵抗力，样品制备要求简单，可以分析深色或不透明的塑料样品，具有诸多优点，包括此外，拉曼光谱由于其高空间分辨率，在识别粒径小于20微米的微塑料颗粒碎片方面具有明显的优势。该技术的最大缺点是拉曼光谱信号弱、信噪比低。此外，样品中杂质的荧光会干扰待检测的特征光谱信号，严重时会完全淹没待检测的特征光谱信号，影响测量速度和检测限[5]。
2.傅里叶变换红外光谱技术
傅里叶变换红外光谱技术基于迈克尔逊干涉测量和分子吸收光谱的原理。红外光源发出的连续光被干涉仪的分光镜分成两束，一束到达移动镜，另一束反射后到达固定镜。两束光分别经过固定镜和移动镜反射，然后返回分光镜，合并后出射。动镜以恒定的速度来回移动，使两束光线之间的光路存在差异，从而产生干涉。发射的相干光穿过样品池并照亮样品。样品分子或其官能团发生振动能级跃迁，吸收振动频率与其振动频率相等的红外能量。这削弱了红外能量。样品的特征吸收信息通过光电探测器转换为电信号并传输至计算机，然后利用傅里叶变换算法对信号进行分析，最后提取吸收样品的光谱信息。不同类型的微塑料具有不同的光谱吸收峰结构，其作用类似于“指纹”，可以通过与标准材料的光谱数据库（例如拉曼光谱）进行比较来识别样品成分。测量系统如图5所示。如果样品比较透明且较薄，可以采用简单透射模式进行测量，但需要红外滤光片；如果样品比较厚或不透明，可以采用反射或衰减全反射模式来获得特征光谱。这是样本信息。FTIR还可以与光学显微镜结合使用，以进一步对样品进行图像表征。
图5FTIR测量系统示意图
资料来源In:Park，TedsBioElectronicNoseSpringer，多德雷赫特
在微塑料分析方面，FTIR技术具有与拉曼技术相同的优点，包括对样品无损、样品制备要求简单、测量准确。但与拉曼技术不同的是，FTIR技术不需要色散光谱的严重衰减，并且具有光能利用率高、光通量大、信号强度高、测量速度快等特点，这些都是FTIR技术的独特优势。FTIR技术也有一些缺点。样品测试极易受到水分子的干扰，需要样品严格保持干燥。同时，对于形状不规则或厚度过大的样品，FTIR技术使红外分析变得困难。由于屈光不正等原因造成的光谱。对于粒径小于20m的小塑料颗粒，FTIR技术也容易受到周围颗粒或环境的干扰，测量效果一般[5]。
人体内微塑料的检测和发现
近年来，拉曼和FTIR技术在帮助人们识别人体内的塑料方面取得了快速进展，并带来了一系列新发现。这里有些例子
2021年，北京大学研究团队采集了北京大学青年学生志愿者的24份粪便样本，利用光学FTIR技术对样本进行检测，在23份样本中检测出8种微塑料，其中与聚乙烯是亲戚。丙烯的质量丰度比为610，检测到的微塑料尺寸为20~800um。相关研究论文的标题引用了西方谚语“吃什么就是什么”，生动地提醒人们，检测到的微塑料与每个人喝的瓶装水和饮料有关[6]。2022年，南京大学和南京医科大学的研究团队采集了50名健康人和52名炎症性肠病患者的粪便样本，利用显微拉曼光谱技术进行检测，结果显示，健康人和52名炎症性肠病患者的粪便中均存在塑料。炎症性肠病患者体内存在微塑料，其中PET和PA的拉曼特征峰出现频率最高[7]。图6为测试结果，测得的微塑料颗粒大部分呈片状、纤维状、碎片状、状等形态，其中片状和纤维状微塑料占80%以上，主要成分为PET和PA塑料。是。需要注意的是，研究表明，经常喝瓶装水、吃外卖食品或经常接触灰尘的患者，其粪便中的微塑料含量较多。肠炎患者粪便中微塑料含量是健康人的15倍。这意味着更多的微塑料可能会积聚在肠炎患者的肠道内，导致炎症恶化。另外，2022年，荷兰阿姆斯特丹自由大学的研究团队利用热解-气相色谱/质谱技术，首次检测到人体血液中平均浓度为16ug/ml的微塑料颗粒。
图6受试者粪便中的微塑料
来源环境科学与技术5612021:414-421
除了血液之外，最近还在人类胎盘和母乳中检测到了微塑料。2020年，意大利马尔凯大学研究团队与当地医院妇产科合作，采集了6名正常妊娠和分娩的健康女性的胎盘样本[9]，并选择以下四个区域进行预处理。染色和加工团队随后使用了
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