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开盖有”奖“?不,有微塑料污染! | 拉曼技术助力研究微塑料污染

发表时间: 2020-04-24 15:53:31

作者: 上海良允科学仪器有限公司

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微塑料(Microplastics,MP)指的是直径小于5毫米的塑料碎片和颗粒。与“白色污染”塑料相比,微塑料其颗粒直径微小,比表面积更高,吸附的污染物的能力更强,对于环境的危害程度更深。

 图1:微塑料与人类生活息息相关


一般来说,微塑料颗粒的产生有直接和间接两个源头,直接源头来自于工业生产,如化妆品内含有研磨作用的塑料微粒;间接源头是指一般塑料制品在物理、化学或生物作用下分解成的碎粒。来自澳大利亚纽卡斯尔大学、哈尔滨工业大学等单位的研究学者们发现,即使像撕开塑料袋、拧开塑料瓶盖等这样的日常行为也会产生微塑料。相关工作以“Microplastics generated when opening plastic packaging”为题发表在2020年3月份 Scientific Report 杂志上。


通过监测人们打开塑料瓶盖、撕开巧克力包装袋、划破密封胶带等过程,研究团队发现撕开或划破塑料袋会产生不同大小和形状的微塑料。利用显微共聚焦拉曼光谱成像和扫描电子显微镜等技术,科学家们对这些过程中产生的微塑料进行了查找、形态观察及成分分析。

图2 不同处理方法获得的不同种微塑料颗粒:轻拍、剪刀剪、手撕及刀切。从左至右依次为:扫描电镜图像(显示切割边界)(第1列)、光学图像(第2列)、拉曼成像结果(第3列)拉曼成像结果3D显示(第4列);典型的拉曼光谱(第5列)。光学图像中的红色虚线正方形为拉曼光谱成像的扫描区域。

通过不同处理方法获得的不同种微塑料颗粒。 撕裂区的光学与SEM图像可清晰分辨裂口区域的微小塑料颗粒,如图2所示。首先,利用拉曼光谱可快速鉴定裂口处颗粒的化学成分及来源,如图2第5列结果,分别为:PS聚苯乙烯;PET聚对苯二甲酸乙二醇酯;PP聚丙烯;PE聚乙烯。为了进一步确定颗粒的分布,作者围绕撕裂口区域进行了二维拉曼快速成像,获得了微塑料的空间分布及化学成分的微区细小变化,图2中第3、4列。

光谱及成像分析结果表明不仅发现在打开塑料瓶盖、撕开巧克力包装袋、划破密封胶带等过程中会产生独立的微塑料颗粒,也发现了在扫描电镜和光学显微镜下看似独立的颗粒(图中k、i所示)实际上与母体存在一定的粘连(图中m、n所示)。该研究工作为追溯微塑料的来源及污染提供非常重要的信息。

一场不知不觉的污染

研究人员对各种不同的塑料品用不同的方法进行尝试,均会产生不同形状的微塑料颗粒。这些微塑料的大小大约在几纳米到几毫米之间,其中数量较多的是纤维状和碎片状的微塑料,此外还有三角片形状。根据检测结果,研究人员估算,根据塑料材质与破坏方式的不同,每 300 厘米的塑料在被划拨或拧开时,就可能产生10纳克至30纳克的微塑料。

这一研究结果也表明,打开塑料袋和塑料瓶等日常活动可能是微塑料的额外来源;它们存在的风险、潜在的毒性,以及它们被摄入的方式还有待进一步研究。但值得警惕的是,已有报道显示微塑料能进入血液、淋巴系统甚至肝脏。或许我们还不能完全清楚,进入人体的微塑料究竟会有多大毒性?摄入多少量的微塑料才会产生危害?但现在可以确定的是,我们生活的世界,已经被微塑料所渗透,微塑料污染物也已经无处不在。

文章链接:

https://doi.org/10.1038/s41598-020-61146-4


参考报道:

新浪科技:被塑料污染的人体

Springer Nature:打开塑料袋和塑料瓶可能会产生微塑料

腾讯网:被污染的人体:打开塑料包装的瞬间,微塑料污染已经产生

                                                                           

...................................................................................................◇知识拓展◇................................................................................................

共聚焦显微拉曼光谱技术在微塑料化学成分与结构分析方面具有明显的优势:

1) 化学成分的分子指纹信息;
2) 高灵敏度, 要求样品量少;
3) 无需特殊样品制备,可直接测试;
4) 高空间光学分辨率,可分析微米级微塑料颗粒。

德国WITec公司的alpha300R共聚焦显微拉曼系统拥有快速、高灵敏度及衍射极限光学空间分辨率等特色,非常有助于微塑料的前沿研究及实际分析,如:
· 拉曼光谱快速鉴别MP化学成分及类别;

· 拉曼光谱观测MP微观化学变化,如高温或光照下的氧化老化及裂解等

· 快速拉曼成像获得MP颗粒的空间分布及统计信息

           图3. 共聚焦拉曼成像在混合微塑料及荧光污染快速鉴定方面的重要应用


为了进一步加强拉曼光谱技术在微塑料化学分析领域的应用,WITec共聚焦拉曼光谱系统专门开发了一项强大功能,为微塑料颗粒的鉴定与分类提供最佳解决方案:颗粒分析(particle scout)与共聚焦拉曼光谱完美结合,如图4所示,
· 自动筛选颗粒几何形貌与尺寸,提供统计分析数据;

· 全自动聚集快速采集拉曼光谱,并与拉曼数据库对接分析、化学归类

图4 a) WITec拉曼系统的最新扩展功能-Particle scout颗粒分析, 包括自动找寻、筛选、化学鉴定及统计分析。b) Particle Scout应用于化妆品去皮霜颗粒分析与拉曼化学成像分析(3941不同大小形状的颗粒)

共聚焦拉曼光谱与颗粒分析的联用技术必然成为微塑料研究中不可或缺的分析表征方法。共聚焦拉曼光谱及成像技术利用自身优势来快速分析微塑料颗粒的化学组分、空间分布及与微观化学变化,同时结合颗粒分析来统计微塑料的粒径尺寸及几何形状,对建立更加完善科学的微塑料采样和快速鉴定标准非常有意义。此外,原位拉曼光谱及成像技术可应用于分析微塑料在微生物、细胞及组织器官的危害作用及其对生态系统的作用机制。

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