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    微塑料研究:精確的分析方法是關鍵——訪浙江工業大學潘響亮教授

    儀器信息網 2019/06/13 09:59:44 點擊 3266 次
    賽多利斯
    [導讀] 儀器信息網特別采訪了浙江工業大學潘響亮教授,就什么是微塑料、微塑料的最新研究進展和難題、分析儀器在微塑料研究中的應用及前景等大家關心的話題展開了深入探討。

      我們生活的地球表面,超過70%的面積被廣闊的海洋覆蓋,地球也因此被稱為“藍色星球”。近年來,人類活動對海洋的影響越來越大。在聯合國發布的關于海洋環境現狀的調查報告中顯示,人類向海洋排放的污染物正在持續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重,不僅各類塑料袋、聚酯瓶構成了成片的海洋垃圾,更細小的“微塑料”也隱藏在海水當中,被海洋生物吞食,在生物體內不斷積累,并隨著生物鏈,造成更廣泛的危害。

      近年來,已經有越來越多的人開始關注微塑料這一問題,同時,各國政府也對此高度關注。近期,人體中發現微塑料的報道更將這一問題帶到大眾眼前,微塑料成為現在環境科學,尤其是海洋環境研究領域的熱門話題。

      在今年“世界海洋日”之際,儀器信息網特別采訪了浙江工業大學潘響亮教授,就什么是微塑料、微塑料的最新研究進展和難題、分析儀器在微塑料研究中的應用及前景等大家關心的話題展開了深入探討。

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      微塑料的“前世今生”

      現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。這些細小的塑料顆粒,來源于各種塑料制品。潘響亮表示,微塑料主要通過兩種途徑產生:一個是原生的,人類為了各種目的,制造了大量毫米或微米級的塑料顆粒,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,都有可能在環境中老化,經過紫外線照射以及一些機械外力的破壞,碎裂成更細小的塑料碎片,變成微塑料。“所以,無論是在日常生活、工業應用還是農業生產中,都會產生大量的微塑料。”

      “微塑料這一問題,完全是人類自己造成的。”潘響亮介紹說,從上世紀40年代開始,隨著科學技術和工業發展,塑料工業迅速發展,并在其后的幾十年中獲得大規模應用。“雖然微塑料現在是環境研究的大熱門,但是也曾經長期坐過科學研究的‘冷板凳’。”早在上世紀70年代,就有人關注過這個問題,但是沒有引起重視。直到2004年,《Science》上發表的“Lost at Sea: Where Is All the Plastic?”,才第一次正式提出微塑料這一概念。而在這篇文章發表近10年后,2013年國內外科學家才開始真正將目光聚焦在微塑料上,關于微塑料相關研究的文章數目開始直線上升。

      2015年12月28日,美國總統奧巴馬簽署了《2015無微珠水域法案》,禁止在美國生產和銷售刻意添加了塑料微珠的清潔類化妝品,標志著微塑料問題在政府層面上受到關注,從科研領域走入人們的生活。

      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家不同,潘響亮對微塑料的研究不是從海洋,而是從土壤開始入手的,這源于他的特殊背景。“我之前在中國科學院新疆生態與地理研究所工作,大家都知道,新疆乃至于整個西北地區都非常干旱缺水,所以為了保溫保濕,使用塑料地膜十分普遍。同時,由于當地的紫外線特別強,塑料地膜老化非常嚴重,大量的地膜都破碎在土地中,造成了很大的污染。”

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      從2013年開始,潘響亮就開始從事微塑料相關研究。他回憶說,最初國內從事微塑料相關研究的團隊還不到十個,到了2018年第一屆全國環境(海洋)微塑料污染與管控學術研討會召開,參會的人數已經超過500人,有140多個團隊在從事相關研究。而到了今年,這個數目還在大幅增長。越來越多的人加入到這個領域中來,但是潘響亮也感嘆說:“盡管微塑料研究團隊像雨后春筍般地冒出來,但微塑料的研究依然處于起步階段。”

      潘響亮表示,現階段關于海洋微塑料濃度的報道差異很大,主要由于目前國際上對微塑料缺乏統一的采樣標準,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價。這些微塑料很容易進入生物體內的各種組織中,但由于缺乏有效的研究方法,加之海洋環境的復雜性,人們對微塑料對海洋生態系統的安全和健康造成影響的程度,知之甚少。

      科學儀器在微塑料研究中的應用

      近年來,科學儀器行業也在大力開發微塑料相關檢測技術。其中,紅外光譜分析,更具體而言是紅外顯微鏡,成為檢測和鑒別微塑料的主要分析技術;此外,受到關注的還有激光拉曼光譜技術。紅外顯微成像技術可以做到對幾微米顆粒物的檢測;激光拉曼光譜法可以達到幾百納米。然而在實際應用中,由于操作方法限制,微塑料難以被找到等原因,目前環境中微塑料的監測研究還主要集中在10-20微米以上的微塑料。

      在采訪中,潘響亮介紹了他目前實驗室用來進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-氣質聯用系統。他表示,這套系統在微塑料分析中具有一些優勢。當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,從理論上來講,就可以把不同的組織和微塑料區分開,尤其是對于一些復雜樣品來講,微塑料和生物組織的官能團比較相似,但是熱裂解溫度不同,就有可能將它們準確地識別出來。同時,由于微塑料的毒性不僅來自于塑料顆粒本身,還來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(通常是含量低至ppt和ppb級的持久性有機污染物)。而無論紅外還是拉曼,對很多有機物的識別都非常有限,利用這款三聯機中的熱重——氣相色譜/質譜分析法,可以分析出其中的有機組分,對于研究微塑料中添加劑及有毒吸附物有著很好的應用。

      微塑料研究正在進行時

      對于微塑料研究未來值得深入探討的研究方向,潘響亮提到,首當其沖的是研究方法。這里面包含兩部分內容:一是研究復雜環境樣品中,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,要研究如何準確高效地鑒別更小的微塑料,包括幾個微米、亞微米或納米級微塑料的方法。

      其次,對于微塑料毒理學的研究也十分重要。現在毒理學研究往往是通過模擬環境的方法來開展,但與現實環境還是存在一定的差異。需要加強來自實際環境中的微塑料在環境濃度條件下的生物毒性效應和機理,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。

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      第三,微塑料對于環境的影響,不能僅僅針對個體層面進行研究,還需要研究它對一個種群、群落及生態系統的健康風險。

      面對微塑料研究領域的困難以及眾多亟待解決的問題,潘響亮分享了他在近期做的一些工作。在今年4月份,由他擔任負責人的浙江工業大學環境微塑料研究中心剛剛掛牌成立,實驗室將學校材料、化工、生物等多個學院的科研力量整合在一起,形成了一個擁有十數個教授的研究團隊,專注于微塑料領域的研究。同時,他也聯合世界上多個國家的學者成立了一個國際合作小組。他表示,在6月召開的第二屆全國環境(海洋)微塑料污染與管控學術研討會上,將成立一個微塑料聯合研究中心,聯合眾多學術機構及專家學者的力量,共同努力,推動微塑料研究領域的發展。

        采訪編輯:陳星羽

    撰稿編輯:趙儀


    [來源:儀器信息網]
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