趙茜芮,李 偉

(西藏大學理學院,西藏 拉薩 850000)

在2004年，科學家Thompson第一次提出微塑料的概念[1]。在2009年，直徑小于5mm的塑料碎片被認為是微塑料[2]。微塑料可以借助風力、河流等外在介質的作用擴散到海洋、湖泊、土壤和大氣等環(huán)境中，并進行長時間、長距離的遷移從而造成環(huán)境污染。微塑料的化學性質穩(wěn)定、直徑小、比表面積大，進入環(huán)境后不易降解，且分布范圍極廣，它在環(huán)境中可以持久存在。微塑料具有強疏水性，可吸附多種疏水性有機污染物和重金屬污染物，且難以有效收集與處理[2-4]。在2014年,聯(lián)合國將微塑料列入十大新的重要持續(xù)污染物[4]。本文介紹了微塑料的基本情況，比較了目視分析法、光學顯微鏡法、電子顯微鏡法、紅外光譜分析法、拉曼光譜分析法和熱分析技術法的使用條件、原理和優(yōu)缺點，并對未來檢測微塑料的方法進行了展望。

1 微塑料簡介

1.1 微塑料的來源

來源一是環(huán)境中的塑料通過一系列物理化學變化，如風化、光解等過程從而變?yōu)槲⑺芰线M入環(huán)境中；來源二是人們使用的含有微塑料的產品，如含有微塑料的瓶子，這些產品中的微塑料在潛移默化的過程中就進入了生態(tài)環(huán)境中[3]。

1.2 微塑料的分類

微塑料按照其來源可劃分為：由工業(yè)直接生產的初生微塑料和由廢棄塑料垃圾經(jīng)降解形成的次生微塑料；微塑料按照其材質劃分：聚酰胺微塑料、聚乙烯微塑料、聚苯乙烯微塑料、聚丙烯微塑料、聚氯乙烯微塑料等[2]。

1.3 微塑料的危害

微塑料不僅會影響動植物的生長發(fā)育、體內物質代謝，而且會造成器官損傷，如腸道損傷等。微塑料進入免疫系統(tǒng)會產生免疫毒性，會影響免疫基因的表達。微塑料還會抑制神經(jīng)發(fā)育，影響神經(jīng)遞質的釋放，從而導致神經(jīng)中毒。更恐怖的是，微塑料還攜帶生殖毒性，從而會造成生殖細胞數(shù)量降低、繁殖能力下降、子代存活率下降等結果[2]。由于微塑料可以沿著食物鏈進行遷移，且各營養(yǎng)級之間存在捕食關系，最后對人的健康狀況可能會造成威脅。

2 微塑料的檢測方法

2.1 目視分析法

目視分析法指的是觀察者用肉眼觀察樣品的尺寸、顏色、形狀、硬度等物理性質進而達到初步鑒別微塑料的目的。該方法適用于粒徑范圍在1～5 mm肉眼可見的樣品[5]。該方法能經(jīng)濟、簡單、快速地幫助科研人員初步認知微塑料，但該方法也有一定的限制性，如不能對化學成分進行有效分析[3]。該方法由于具有較強的主觀性因此存在耗時費力、容易造成物質分類錯誤的缺陷[6]，且通常誤判率較高[7]。所以，僅用目視分析法對微塑料進行鑒別是極不可靠的，若將目視分析法與其他分析技術結合，或許能達到更好的效果。

2.2 光學顯微鏡法

當微塑料的粒徑太小以至于觀察者無法用肉眼識別時，可使用顯微鏡技術來鑒別微塑料。光學顯微鏡法和電子顯微鏡法統(tǒng)稱為顯微技術法。光學顯微鏡可以分辨粒徑超過數(shù)百微米的微塑料，可以觀察到物體表面的紋路及結構，而且能夠通過樣品的特定形狀、密度和顏色來識別微塑料[8]。例如，白色塑料顆?？梢暈榫垡蚁5]。該方法簡便、快速、經(jīng)濟，但是由于缺乏化學成分測定，該方法容易出現(xiàn)假陽性或假陰性，且錯誤率也較高[9-11]。因此，該方法不能作為檢測微塑料的單獨方法。

2.3 電子顯微鏡法

電子掃描顯微鏡在成像、分辨率和放大倍數(shù)上比傳統(tǒng)光學顯微鏡更占優(yōu)勢，因此它可以幫助研究人員有效區(qū)分微塑料和干擾顆粒。然而，由于微塑料的非導電性，因此在使用電子顯微鏡法分析微塑料時需要更復雜的預處理過程來防止電荷堆積，如干燥、沉積等[5]，而且使用該方法高效的完成檢測工作離不開更嚴格的樣品，如固體、無毒性、無磁性、無水分等[12]。電子顯微鏡法由于技術限制，無法準確測量微塑性含量，存在高估或低估的現(xiàn)象，且測量時間長，檢測效率不高[13]。

2.4 紅外光譜分析法

紅外光譜法適用于粒徑大于20μm的顆粒[27]，可以為研究人員提供微塑料顆粒的化學鍵信息，因此可以區(qū)分塑料、有機和無機離子。紅外光譜法不需要準備繁瑣的樣品，薄膜上的微塑料能直接被檢測和識別。該方法為微塑料的鑒定提供了一個清潔的環(huán)境狀態(tài)，能有效地防止了外來污染[13]，且紅外光譜不會損壞樣品。傅里葉變換紅外光譜可以自由切換反射、透射和衰減全反射三種模式，以滿足不同樣品的分析需要[14]。該方法操作簡單，光譜特性強，它不僅可用于老化塑料的分析，還可用于環(huán)境中微塑料的原始鑒定和定量分析。傳統(tǒng)的紅外光譜分析非常耗時，需要事先對顆粒進行分類，粒徑小、數(shù)量少的微塑料可能被省略。該方法利用一系列的探測器，實現(xiàn)了微塑料的全自動測量，已成為微塑料可視化、不用預分類、節(jié)約時間、自動化識別和定量測定的最常用方法[15]，采用該技術所監(jiān)測到的微塑料量將被低估。因此,通過將近紅外光譜分析法和其他的分析技術相結合,將能夠獲取更多的有用信息,從而拓寬了測量的范圍,進而提升了測量精度。

2.5 拉曼光譜分析法

拉曼光譜分析法是利用不同原子和分子的結構所對應散射振動不同，并獲得相應的散射光譜，從而獲得結構信息的原理，再將樣品的散射光譜與數(shù)據(jù)庫中的參考值進行比較，以確定微塑料樣品的成分[15]。拉曼光譜分析法使用的是單色光源，因此該方法能夠檢測到的物質粒徑小至1 μm[13]。拉曼光譜分析技術結合了共焦顯微鏡等新型信號檢測設備，可以迅速得到微塑料的拉曼光譜圖，不需要有機物消解，且信噪比高[16]。該方法不具有破壞性、樣品測試所需要的含量低，且對環(huán)境友好[17]。拉曼光譜法也存在一些不足之處，例如，熒光效應的產生會妨礙微塑料的定性分析和定量測定。拉曼光譜對添加劑、著色劑、污染物、礦物質和污染物等敏感,它們所得到的光譜會與微塑料的光譜產生部分重合，這會對微塑料的特征表示產生一定的限制作用[3,17]。

2.6 熱分析技術

熱分析法指的是在高溫下將聚合物分解成小分子物質，然后再利用特征譜圖對微塑料組分和種類進行鑒別，樣品質量限制在0.1～0.5 mg。該方法適合用于初步篩選微塑料，具有很高的選擇性，能快速判斷微塑料種類[14，18]。由于在高溫的條件下，該方法具有一定的破壞性，導致樣品的尺寸、形態(tài)、顏色無法辨別，會給微塑料的分析工作帶來困擾。熱分析的樣品需要放入熱解管中，這限制了微塑料的尺寸大小。又由于該方法每次只能檢測一個顆粒，因此該方法分析樣品數(shù)量也很少，耗時且花費昂貴，不適合在不溶性有機溶劑中分解微塑料。熱分析技術一般可分為熱重分析結合差示掃描量熱法、熱萃取-熱解氣相色譜質譜法、熱解氣相色譜-質譜法等。其中，對于少量樣品，可以采用熱解氣相色譜質譜法，此方法的優(yōu)點在于靈敏度較高，不需要對其進行樣品預處理，而其缺點又在要受到操作溫度和樣品量對其的制約。熱重分析法優(yōu)點在于能夠突破樣品量對其的限制，但缺點是容易因此產生誤差，對分辨質量和降解溫度相似的復合物會有一定困難，大批量的樣品適合使用此方法。大部分樣品中也適合采用熱萃取-熱解氣相色譜質譜法，該方法優(yōu)勢是分析效率高，在性能上比熱重分析法和熱解氣相色譜質譜法更有優(yōu)勢，而缺點是難以分辨樣品質量及其降解溫度相似的復合物[19]。

3 總結

微塑料污染是全球性問題。目前，微塑料的檢測方法仍有許多問題待完善和創(chuàng)新。

1)不同檢測微塑料的方法有不同的優(yōu)缺點，若單一使用某一種方法會導致檢測準確度不高，可信度不夠，效率低下，因此可將不同的檢測方法結合使用，可以取長補短，從而提高檢測的準確度與全面性。

2)目前，關于微塑料的檢測方法仍停留在初期認知階段，即這些檢測方法并不能完全適合于復雜多變的自然環(huán)境。傳統(tǒng)的方法也不能完全滿足研究人員對微塑料研究的需求，因此，需要研發(fā)出具有創(chuàng)新特色的檢測方法?，F(xiàn)今也有越來越多的新型微塑料的處理技術應運而生，例如，光催化氧化法、生物酶解法等，不過實用又高效的方法仍然需要我們不斷探索與研發(fā)。

3)不同介質可能對應不同的最佳檢測方法。土壤、水體、大氣中的微塑料具有不同的形態(tài)、存在方式和特性，因此需要采取不同的檢測方法對微塑料進行定性分析和定量測定。研究人員應該對不同的介質進行有針對性的研究，提出最佳解決方案。

4)生物降解微塑料技術具有綠色環(huán)保的特點，對于該技術應該加大力度進行研究。