飲用水中微塑料檢測(cè)技術(shù)的分析

高娜 馮雅男 初啟飛

（青島英倫檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司 山東青島 266000）

1 前言

塑料制品具有價(jià)格便宜、較為耐用等優(yōu)點(diǎn)，在日常生活中應(yīng)用廣泛。塑料物品進(jìn)入到水資源中后，會(huì)進(jìn)行降解及碎化，最終成為細(xì)小的微塑料顆粒，通常將尺寸不超過(guò)5 mm的塑料碎片稱作微塑料。這些微塑料的存在會(huì)給人們的健康和生活帶來(lái)不利影響，檢測(cè)飲用水中是否存在微塑料十分重要，若想確保檢測(cè)質(zhì)量及水平，就要充分運(yùn)用各種檢測(cè)技術(shù)，提升檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 微塑料的危害

2.1 物理方面的危害

因?yàn)槲⑺芰暇哂谐志眯缘忍攸c(diǎn)，其造成的環(huán)境問(wèn)題在全球范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注。水資源中存在的塑料尺寸普遍在幾微米到幾厘米之間，還存在納米塑料顆粒。根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，有數(shù)百種動(dòng)物會(huì)吸入塑料顆粒，或者被塑料纏繞，有200余種動(dòng)物可能會(huì)在自然界內(nèi)吸入微塑料，通過(guò)研究一些浮游生物、魚(yú)類、鯨魚(yú)等生物的尸體都能夠驗(yàn)證這一結(jié)論。部分海洋生物在游行或者捕食的過(guò)程中會(huì)不慎吸入微塑料，這些微塑料能夠長(zhǎng)期存留在動(dòng)物的胃腸道內(nèi)，導(dǎo)致機(jī)械損傷，使食道被堵塞，令動(dòng)物產(chǎn)生飽腹感，影響進(jìn)食和營(yíng)養(yǎng)攝入，導(dǎo)致其體重下降、發(fā)育遲緩[1]。另外，誤食微塑料后，還可能會(huì)誘發(fā)器官壞死、細(xì)胞增殖等問(wèn)題，甚至影響免疫功能。微塑料粒徑越小，所具備的穿透力就越強(qiáng)，納米顆?？梢栽谏矬w內(nèi)四處移動(dòng)，造成多部位的損傷。

2.2 化學(xué)危害

微塑料相當(dāng)于有毒物質(zhì)的載體，為傳播有毒物質(zhì)提供了多種新途徑。

雖然塑料制品本身無(wú)毒，但是在其制造過(guò)程中會(huì)加入多種添加劑，例如，被當(dāng)作阻燃劑使用的多溴聯(lián)苯醚等物質(zhì)。一些研究表明，添加劑占微塑料重量的4%。

微塑料的表面積相對(duì)較大，水中一些持久性較強(qiáng)的有機(jī)物如二噁英等物質(zhì)會(huì)直接附在微塑料表面。一些研究表明，海洋中微塑料的污染濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它水源。當(dāng)生物體誤食微塑料后，因?yàn)轶w內(nèi)的pH值較低、溫度較高、存有消化液，一些污染物等物質(zhì)會(huì)被直接排入生物體內(nèi)。大部分化學(xué)物質(zhì)借助微塑料進(jìn)入到人類身體內(nèi)的數(shù)量是有限的，然而領(lǐng)苯二甲酸酯等一些用于生產(chǎn)塑料的材料和添加劑，可以通過(guò)生產(chǎn)塑料及降解，最終進(jìn)入到人類的體內(nèi)。此外，因?yàn)槿祟惡秃Ｑ髣?dòng)物等生物之間存在捕食關(guān)系，也會(huì)給自身的健康帶來(lái)不利影響[2]。

3 微塑料檢測(cè)技術(shù)分析

3.1 目視法

目視法是指檢測(cè)人員使用肉眼進(jìn)行觀察，判斷物質(zhì)是否為塑料。通常可以使用肉眼對(duì)1～5 mm范圍內(nèi)的樣品開(kāi)展分類工作。這種方法相對(duì)來(lái)說(shuō)更加簡(jiǎn)單，鑒定速度更快，而且對(duì)檢測(cè)人員的素質(zhì)能力要求不高，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可勝任。但是當(dāng)待測(cè)微塑料尺寸不超過(guò)1 mm，或者無(wú)機(jī)顆粒及有機(jī)顆粒會(huì)對(duì)微塑料進(jìn)行干擾時(shí)，這些情況就不適用目視法[3]。

3.2 光學(xué)顯微鏡

如果遇到肉眼無(wú)觀察的微塑料時(shí)，需要借助顯微鏡技術(shù)進(jìn)行鑒定識(shí)別。光學(xué)顯微鏡能夠有效將物體表面的結(jié)構(gòu)及紋理放大，通常用于觀測(cè)尺寸超過(guò)數(shù)百微米的微塑料。一旦微塑料粒徑不超過(guò)100μm時(shí)，普通光學(xué)顯微鏡無(wú)法對(duì)其進(jìn)行鑒定。在對(duì)已知聚合物的顏色等特點(diǎn)開(kāi)展鑒定工作后，能夠借用已知聚合物對(duì)微塑料進(jìn)行鑒定，這種檢測(cè)方法更加快速，價(jià)格較低，但是極易出現(xiàn)分類錯(cuò)誤問(wèn)題。通過(guò)觀察顏色可以鑒定常見(jiàn)顆粒的化學(xué)成分，塑料顆粒為透明色，可以認(rèn)為是聚丙烯；塑料顆粒為白色，可以認(rèn)為是聚乙烯。然而，在單一運(yùn)用光學(xué)顯微鏡對(duì)一些含有雜質(zhì)的樣品進(jìn)行鑒定的過(guò)程中，極易把一些顏色比較顯眼的非塑料物質(zhì)當(dāng)作微塑料，將一些透明物質(zhì)當(dāng)做非塑料物質(zhì)，影響對(duì)樣品中微塑料物質(zhì)豐度的判斷。部分研究將確定樣品為微塑料的物質(zhì)運(yùn)用熱分解氣象色譜進(jìn)行二次檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，其中只有少數(shù)樣品為一類聚合物，如果沒(méi)有對(duì)微塑料開(kāi)展化學(xué)成分分析，使用普通顯微鏡進(jìn)行檢測(cè)極易發(fā)生假陽(yáng)性，出現(xiàn)的概率大約為20%，甚至更高。因此，在對(duì)微塑料進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，一般會(huì)使用光學(xué)顯微鏡及光譜技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，盡可能減少出現(xiàn)結(jié)果不準(zhǔn)確的情況[4]。

3.3 電子掃描顯微鏡

與傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡相比，電子掃描顯微鏡能夠放大的倍數(shù)更高，圖像更加清晰，分辨率高達(dá)0.1μm，要求樣品必須是固體、無(wú)毒、無(wú)放射性，并且需要在高度真空的實(shí)驗(yàn)環(huán)境內(nèi)對(duì)一些不具備導(dǎo)電性或?qū)щ娦阅茌^差的樣品開(kāi)展鍍膜工作，防止堆積電荷。如果在掃描電鏡上設(shè)置能量散射X射線，那么就能夠在低度真空實(shí)驗(yàn)環(huán)境中使用。電子掃描顯微鏡與裝有能量散射X射線的電子掃描顯微鏡相比，后者能夠提供詳細(xì)的化學(xué)分析，降低誤判概率，但是這種方法無(wú)法將添加劑和各種吸附物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，且儀器價(jià)格較高，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，使用范圍有限[5]。

3.4 紅外光譜法

該方法是現(xiàn)階段最常用的一種檢測(cè)方法，能夠提供粒子的各項(xiàng)信息，易于判斷出碳基聚合物。當(dāng)化學(xué)鍵組合不同時(shí)，能夠產(chǎn)生的光譜也各不相同，可以把微塑料和其他一些無(wú)極粒子、有機(jī)粒子進(jìn)行區(qū)分。該方法主要借助樣品粒子的紅外光譜，將其與光譜數(shù)據(jù)庫(kù)的各種物質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，可以有效判別微塑料，判斷特定的聚合物種類，識(shí)別樣品輸入途徑等。紅外光譜檢測(cè)方法屬于一種不需要入侵的分析方法，不會(huì)給樣品帶來(lái)任何影響。以往的紅外光譜分析要花費(fèi)大量的時(shí)間，需要提前將粒子進(jìn)行分類，一些粒徑較小、數(shù)量較少的微塑料可能會(huì)出現(xiàn)遺漏現(xiàn)象，如今，顯微鏡和紅外光譜儀的聯(lián)合使用可以有效避免這一問(wèn)題。紅外纖維技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如，無(wú)需繁瑣的準(zhǔn)備工作，直接鑒別微塑料即可，還能夠?yàn)殍b別微塑料提供一個(gè)無(wú)塵環(huán)境，防止外來(lái)物質(zhì)污染樣品。

3.5 拉曼光譜

拉曼光譜的應(yīng)用也很廣泛，主要原理為：某個(gè)激光束落在物體上后，因?yàn)椴煌镔|(zhì)分子結(jié)構(gòu)各不相同，能夠產(chǎn)生各種頻率的散射光線，每種聚合物產(chǎn)生的光譜也不同。該方法也需要與光譜數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，判斷是否為微塑料，鑒別微粒的構(gòu)成物質(zhì)。拉曼光譜主要運(yùn)用單色激光源，其激光束能夠檢測(cè)極小粒徑的物質(zhì)，甚至達(dá)到1μm，同時(shí)也有一些研究證實(shí)，這種檢測(cè)方法可以對(duì)1 nm的物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)（見(jiàn)表1）[6]。

表1 拉曼光譜等方法檢測(cè)中國(guó)三峽的平均豐度和最大豐度狀況（單位m2）

4 結(jié)論

微塑料具有持久性等特點(diǎn)，飲用水源中的微塑料污染問(wèn)題受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。飲用水源和自然水體存在一些不同之處。所以，在對(duì)飲用水進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，要針對(duì)飲用水的特點(diǎn)，運(yùn)用科學(xué)可靠的檢測(cè)方法，提升檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為消除飲用水中的有害物質(zhì)提供參考，以保證人們的飲水安全。