【摘要】 本研究采用GCMS热解技术建立饮用水微塑料检测方法，系统分析挪威城市饮用水系统中微塑料的分布特征与去除效率，为风险评估和常规监测提供技术支持。

研究背景与问题重要性

塑料制品对社会发展做出了重要贡献，但不完善的废物管理系统和人为泄漏导致塑料物品在环境中持续累积。目前，微塑料（MPs）已在几乎所有被调查的环境介质中检测到，包括城市区域、淡水与海洋生态系统、偏远岛屿海岸、高山湖泊、河流水体、海水柱体、深海沉积物及海沟区域。

环境介质中微塑料的广泛存在不可避免地导致人类暴露风险。然而，关于微塑料的主要暴露途径、实际暴露水平以及相关健康影响的知识仍然有限。为了准确评估微塑料暴露风险，必须对暴露浓度和摄入途径进行精确表征。

 

人体暴露途径与健康关切

人体主要通过吸入空气中的微塑料和直接摄入含微塑料的食物、饮料和水而暴露。最新人类粪便研究证实了微塑料的摄入情况，表明大于50μm的微塑料可被摄入并完全排泄，但对于更小尺寸颗粒的了解仍然有限。

研究表明，小于150μm的微塑料能够穿透肠壁，而小于20μm的颗粒已在小鼠多个器官中被发现积累。因此，建立可靠的分析方法来准确表征暴露途径中的微塑料含量，对于评估毒理学和人类健康风险至关重要。

图1 GCMS热解技术在饮用水供应系统中微塑料含量估算中的应用

 

饮用水系统中的微塑料污染挑战

水资源对人类生活、食品生产和工业制造过程至关重要。高品质饮用水需要有效防范包括塑料微污染物在内的各种污染。虽然饮用水处理工艺能够有效阻挡各种水性颗粒（可能包括微塑料），但处理厂和配水网络中的塑料组件磨损可能导致微塑料释放到饮用水中。

目前仅有少数研究报道了饮用水中微塑料的存在浓度及其在处理过程中的去除效率。缺乏标准化的采样分析方法以及质量保证/质量控制程序阻碍了不同研究间的比较。要获得可靠的淡水和饮用水研究数据，需要大量样本和精确的提取纯化程序以避免样品污染。

 

分析技术比较与选择

在现有分析方法中，光谱法、热分析法和化学分析法在环境基质微塑料表征方面展现出最大潜力：

光谱技术

  • ​傅里叶变换红外光谱（FTIR）​​：可识别10μm颗粒

  • ​拉曼光谱​：可检测1μm颗粒

  • ​局限性​：污染样品和未处理有机物残留可能减慢分析速度，妨碍聚合物识别

 

热分析技术

热解-气相色谱-质谱联用技术（Py-GCMS）虽然需要比光谱方法更大的样品量，但具有以下优势：

  • ​快速分析​：显著提高检测效率

  • ​同步评估​：能够同时分析添加剂成分

  • ​纳米级检测​：足够样品量时可识别纳米塑料的聚合物组成

 

研究方法与技术创新

本研究针对挪威中等规模城市地区饮用水中的≥1μm微塑料进行了系统分析。开发了模块化过滤采样装置，允许在热解氧化样品分析前进行连续的原位酶促和温和氧化样品制备。

采样策略

在饮用水供应链的不同阶段采集样品，包括：

  • 原水采集点

  • 处理过程中关键节点

  • 配水管网末端

 

主要发现

  • ​浓度范围​：各点位总聚合物浓度为6.1至93.1μg/m³

  • ​处理效率​：原水中检测到较高水平，处理后去除率达43%-100%，取决于聚合物类型

  • ​主要聚合物​：聚乙烯、聚酰胺和聚酯是最常检测到的聚合物类型

  • ​影响因素​：原水中甲醛化合物含量影响聚合物生成，供应网络决定聚合物类型分布

 

技术优势与应用价值

本研究建立的Py-GCMS方法在微塑料分析方面具有显著优势：

方法学创新

1.原位样品制备​：减少污染风险，提高分析可靠性

2.高灵敏度​：可检测≥1μm的微塑料颗粒

3.​聚合物鉴定​：准确识别不同类型塑料聚合物

4.​定量分析​：提供精确的质量浓度数据

 

应用价值

1.​风险评估​：为微塑料暴露风险评估提供可靠数据支持

2.​处理优化​：指导饮用水处理工艺优化，提高微塑料去除效率

3.监管支持​：为制定饮用水微塑料限量标准提供科学依据

4.常规监测​：建立适用于常规监测的有效方法

 

研究意义与未来展望

本研究通过开发有效的分析方法，为饮用水系统中微塑料污染的常规监测提供了技术支持，对这一新兴污染领域的研究做出了重要贡献。

实践意义

  • ​公共健康​：保障饮用水安全，降低微塑料暴露风险

  • ​环境管理​：为水处理设施升级改造提供依据

  • ​政策制定​：支持相关法规和标准的制定

研究展望

未来研究应重点关注：

1.标准化方法​：建立统一的采样和分析标准方法

2.健康效应​：深入探究微塑料对人体健康的长期影响

3.​去除技术​：开发高效去除微塑料的水处理技术

4.源头控制​：减少塑料制品在环境中的释放

 

结论

本研究成功应用GCMS热解技术建立了饮用水系统中微塑料的检测方法，系统评估了从原水到管网水的微塑料分布特征和去除效率。研究发现饮用水处理工艺能有效去除微塑料，但配水管网可能成为二次污染源。建立的分析方法为未来饮用水微塑料常规监测提供了可靠的技术支持，对保障饮用水安全和公众健康具有重要意义。

 

​参考文献​

Alessio Gomiero, Kjell Birger Øysæd, Luca Palmas, Geir Skogerbø. Application of GCMS-pyrolysis to estimate the levels of microplastics in a drinking water supply system. Journal of Hazardous Materials, Volume 416, 2021, 125708.

 

科学指南针已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证，并荣获国家高新技术企业、国家“互联网+科研服务领军企业等多项荣誉。未来，科学指南针将继续朝着“世界级科研服务机构”的目标，在产品研发和用户服务等方面持续努力，为科学发展和技术创新做出更大贡献。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。