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2025-02-08
近年来,微塑料作为一种新型环境污染物逐渐走人人们的视线。微塑料一般指尺寸小于5mm 的高聚物微粒,形态可以分为球形、薄膜、纤维和碎片,其化学性质相对稳定,可长期存在于环境中。微塑料通过长期的农用地膜残留、污泥和有机肥的施用、地表水灌溉和大气沉降等方式进入土壤环境。近几年的研究也表明,污水中约90%的微塑料在处理后会积累到污泥中,污泥经过预处理之后常用作肥料,而常规污泥预处理方法(如石灰稳定、厌氧发酵、加热干化等)难以有效去除微塑料。因此,微塑料会经由这些作为肥料的污泥进入土壤并在其中积累。地表水灌溉和渗透也是土壤中微塑料的重要来源。土壤中累积的微塑料达到一定程度时,会影响土壤的性质、功能及生物多样性。
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土壤微塑料检测:目检法
目检法是利用肉眼直接观察或在显微镜的协助下,挑取微塑料颗粒并予以分类的方法。目检法能够分析各种环境介质中的微塑料,是目前最常用的微塑料鉴别技术。通常目检法选用的显微镜放大倍数在10倍-16倍范围内,但若颗粒过小则需要采用放大倍数更高的解剖显微镜或荧光显微镜,而扫描电镜则可鉴别更小的碎片。
目检法设备简便,但准确度不高,受操作人员主观影响较大。此外,目检法的准确性也受到微塑料颜色、形态和结构等特性的影响。
为此,也有科研人员利用亲脂类着色剂(如尼罗红)对微塑料染色来辅助识别。为避免主观及人为误判,目前已有微塑料目检操作程序,根据该程序,小于500wm的颗粒的误判概率过高,不应使用目检法因此,目前微塑料的检测中,目检法不推荐作为独立的鉴别的方法。
土壤微塑料检测:傅里叶红外光谱法
傅里叶变换红外光谱法(FTIR)是当前鉴定微塑料的最佳技术之一,可通过塑料颗粒的特征光谱获得具体的聚合物信息。粒径>300 μm的颗粒可采用常规“衰减全反射”(ATR)模式进行检测,1min内即可完成分析且精度高;粒径20-300μm的较小颗粒,可采用显微傅里叶变换红外光谱法(μ-FTIR)进行分析。
FTIR的优点是能够准确识别塑料类型,不受荧光干扰,还可对滤膜进行自动分析。此外透射模式能够提供高分辨图谱,但分析材料需足够透明轻薄,确保能被红外线穿透:发射模式则可以完成厚不透明材料的分析。但目前FTIR能识别的最小粒径为20μm,不能检测环境中更小的塑料颗粒,并且样品中的水分会干扰鉴定,因此要求观察的样品必须彻底干燥处理。
土壤微塑料检测:扫描电镜法
在微塑料的鉴定中,可使用SEM或ESEM-EDS进行表面形态鉴定。但是显微技术对于数最的估测可能存在高估或低估的问题,有时,由于技术限制,无法鉴定微塑料。
SEM 目前广泛应用于微生物表面形态鉴定、材料表面形态特征分析等多个领域,其特征是分辨率高,但存在电荷效应。ESEM-EDS主要用于微塑料的元素组成和表面形态的分析。
土壤微塑料检测:拉曼光谱法
塑料聚合物具有特征拉曼光谱,可通过参比谱库鉴别聚合物成分。拉曼光谱一般与显微技术联用,可用于鉴定粒径大于1μm的塑料制品,其空间分辨率比FT-IR高。在参数设置上,最常见的是532nm和785m激光波长,观测方式有人工选点和光谱成像,但有研究者指出拉曼光谱成像耗时长(可高达38h),其实用性由此受到限制。
此外样品中会产生荧光的物质,如色素、添加剂等,在检测时会产生干扰信号,因此拉曼光谱不能检测有荧光的样品。FTIR和拉曼光谱法是互补的技术,因此这2种光谱法可提供关于微塑料样品的互补信息。
土壤微塑料检测:热解分析法
塑料聚合物热裂解生成特征热解图谱,因此可以采用热解-气相色谱/质谱联用技术(Py-GC/MS)可分析微塑料的化学成分。但Py-GC/MS存在误判风险,因为不同的聚合物可能产生相似的热解产物。此外,py-GC/MS的允许上机样品量仅0.5mg不适用于对异质或复杂样品的研究。萃取-热脱附-气相色谱/质谱技术(TED-GC/MS)[24]与PyGC/MS相比,处理的样品量可达100mg,且鉴别结果不受加热引起的降解影响,但其在环境样品中的分析尚处于探索阶段,实用性还需进一步研究和验证。
值得注意的是,与光谱法不同,热分析法是破坏性分析方法,会对检测样品造成损坏,且只能得到聚合物的总质量分数,不能得到微塑料颗粒的数量及粒径分布的相关信息。

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