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微塑料的定义为粒径小于5mm的塑料碎片、颗粒或纤维。环境中微塑料的来源主要分为(1)初级微塑料,主要来自化妆品微珠、清洁产品中的磨砂颗粒和工业生产中的原生树脂颗粒;(2)次级微塑料,由于长时间的紫外辐射照射,潮汐、波浪和水力搅动等物理剪切力的作用下,从大块的塑料垃圾上分解剥离下来。由于微塑料易于被动物摄食而可能对生态系统构成威胁,其进入环境后的归趋成为当前广泛关注的环境问题,其中首先要解决的就是微塑料的鉴定检出和后续的监测方法。
微塑料在环境中广泛分布,尺寸范围大(包括毫米级,微米级甚至纳米级),形状、颜色和聚合物类型都十分复杂。所以在对于微塑料的研究中,最关键也最困难的就是从含有大量有机或无机杂质的环境样品中鉴别出来。本文针对尼罗红(NR)染色法,对其染色条件、染色前的预处理消解方案进行了探索优化,并验证了NR染色法在实际环境样品中的应用效果。主要结论如下:
1)尼罗红染色法虽然检测效率高,操作简便并多次应用到微塑料的检测当中,但是其染色标准尚未统一规范,影响其数据的可信度。本次实验的结果也表明,过高的染色浓度会改变样品本身的颜色特征,影响后续的鉴别分类;太低的染色浓度则不能使染色剂与不同类型聚合物充分结合,发出满足裸眼识别和ImageJ等图像识别软件分析要求的荧光强度。出于尼罗红染色法的检测效率的考虑和面对需要高通量检测微塑料的情况下的优先选择,30min的染色时间可以提高NR染色法的检测效率。
2)以H2O2为基础的消解方案均无法完全消除天然纤维(包括棉纤维、亚麻纤维和羊毛纤维),其中30%H2O2+Fe(II)SO4(WPO)消解方案更加温和,对合成纤维没有腐蚀作用。GFP滤光片下的荧光图像中,天然纤维不会发出荧光,合成纤维虽然能发出强弱不同的荧光,但利用ImageJ软件能有效地将天然纤维和合成纤维区分开并计数。两种消解方案都不会改变合成纤维的高分子结构和组成成分,有利于后续采用FT-IR光谱法鉴定分析样品中微塑料的类型和来源。NR染色也不会影响后续的FT-IR光谱鉴定。
3)NR染色法是一种高效、简便、高通量检测微塑料的方法,但是其还存在天然有机质的共染色问题和不能有效检测深色微塑料颗粒的问题,这会对研究结果造成一定的偏差。所以,在今后的研究中在使用NR染色法高通量检测微塑料后,还需要借助光谱鉴定技术对部分“疑似颗粒”进行辅助鉴定。尽管如此,NR染色法还是大大提高了微塑料的检测效率,在一定程度上缓解了高通量检测微塑料的困境,能够在分析研究环境中较高浓度微塑料时发挥重要作用。
4)典型的沿海平原河网沉积物中发现的大量MPs表明,河流沉积物是MPs一个重要的汇。淡水沉积物中小粒径微塑料(<300μm,SMPs)的高比例提供了一种可能的机制来解释表层海洋沉积物中缺失的SMPs。这表明,今后在淡水和海洋系统中的研究都应该考虑到整体尺寸范围,特别是考虑到与SMPs有关的理化反应和生态风险。此外,应改进取样和从沉积物中分离MPS的标准方法,包括用尼罗河红染色法定量SMPs,这种方法有极好的潜力来识别和追踪容易被忽略的SMPs。
微塑料在环境中广泛分布,尺寸范围大(包括毫米级,微米级甚至纳米级),形状、颜色和聚合物类型都十分复杂。所以在对于微塑料的研究中,最关键也最困难的就是从含有大量有机或无机杂质的环境样品中鉴别出来。本文针对尼罗红(NR)染色法,对其染色条件、染色前的预处理消解方案进行了探索优化,并验证了NR染色法在实际环境样品中的应用效果。主要结论如下:
1)尼罗红染色法虽然检测效率高,操作简便并多次应用到微塑料的检测当中,但是其染色标准尚未统一规范,影响其数据的可信度。本次实验的结果也表明,过高的染色浓度会改变样品本身的颜色特征,影响后续的鉴别分类;太低的染色浓度则不能使染色剂与不同类型聚合物充分结合,发出满足裸眼识别和ImageJ等图像识别软件分析要求的荧光强度。出于尼罗红染色法的检测效率的考虑和面对需要高通量检测微塑料的情况下的优先选择,30min的染色时间可以提高NR染色法的检测效率。
2)以H2O2为基础的消解方案均无法完全消除天然纤维(包括棉纤维、亚麻纤维和羊毛纤维),其中30%H2O2+Fe(II)SO4(WPO)消解方案更加温和,对合成纤维没有腐蚀作用。GFP滤光片下的荧光图像中,天然纤维不会发出荧光,合成纤维虽然能发出强弱不同的荧光,但利用ImageJ软件能有效地将天然纤维和合成纤维区分开并计数。两种消解方案都不会改变合成纤维的高分子结构和组成成分,有利于后续采用FT-IR光谱法鉴定分析样品中微塑料的类型和来源。NR染色也不会影响后续的FT-IR光谱鉴定。
3)NR染色法是一种高效、简便、高通量检测微塑料的方法,但是其还存在天然有机质的共染色问题和不能有效检测深色微塑料颗粒的问题,这会对研究结果造成一定的偏差。所以,在今后的研究中在使用NR染色法高通量检测微塑料后,还需要借助光谱鉴定技术对部分“疑似颗粒”进行辅助鉴定。尽管如此,NR染色法还是大大提高了微塑料的检测效率,在一定程度上缓解了高通量检测微塑料的困境,能够在分析研究环境中较高浓度微塑料时发挥重要作用。
4)典型的沿海平原河网沉积物中发现的大量MPs表明,河流沉积物是MPs一个重要的汇。淡水沉积物中小粒径微塑料(<300μm,SMPs)的高比例提供了一种可能的机制来解释表层海洋沉积物中缺失的SMPs。这表明,今后在淡水和海洋系统中的研究都应该考虑到整体尺寸范围,特别是考虑到与SMPs有关的理化反应和生态风险。此外,应改进取样和从沉积物中分离MPS的标准方法,包括用尼罗河红染色法定量SMPs,这种方法有极好的潜力来识别和追踪容易被忽略的SMPs。