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專家研究成果 | 利用安捷倫 TD-GC/MS及8700 LDIR 紅外成像技術(shù)揭示人類排泄物中的小尺寸微塑料顆粒及其潛在來源
近日，中國環(huán)境科學研究院安立會研究員課題組在“Environmental Science & Technology”上聯(lián)合發(fā)表了題為“Unveiling Small-Sized Plastic Particles Hidden behind Large-Sized Ones in Human Excretion and Their Potential Sources”的研究論文，由朱龍博士和武志鑫博士研究生共同擔任第一作者完成。
由于微塑料在環(huán)境中的廣泛分布，全球范圍內(nèi)對因接觸微塑料而引起健康風險的關(guān)注度持續(xù)增加。過去由于測試技術(shù)的限制，對于小粒徑微塑料顆粒的研究信息及其暴露特性的證據(jù)較少。本研究采用安捷倫 Cary630 FTIR、8700 LDIR 激光紅外成像和TD-GC/MS多種測試技術(shù)相結(jié)合，對人體排泄物中低至 0.22μm 的塑料顆粒的顆粒豐富和質(zhì)量濃度進行了綜合檢測。結(jié)果表明，糞便和尿液中的大尺寸（>20μm）和小尺寸（0.22 - 20μm）塑料主要以聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚丙烯（PP）為主。按照形態(tài)學分類，碎片在糞便和尿液中占比最高，分別占比為 60.71% 和 60.37%。
本次研究使我們增加了對人體內(nèi)微塑料存在的認識，尤其是對人類危害更大的且容易被忽視掉的小顆粒的認識將更加清楚。為了能夠更加準確了解微塑料的命運以及對人類的潛在毒性，未來的研究中除了應該關(guān)心微塑料顆粒的豐度、濃度、大小、形狀和成分等，還應該關(guān)注塑料顆粒上添加劑和吸收污染物的信息。最重要的是應該采取各種可行措施以防止微塑料對人體的污染，因為大量研究信息表明塑料容器的使用和水產(chǎn)品消費量與糞便中微塑料含量呈極顯著相關(guān)。目前的發(fā)現(xiàn)對于理解微塑料暴露及其對人類的可能來源至關(guān)重要；與此同時，它們也為評估未來接觸微塑料的健康風險提供了非常寶貴的數(shù)據(jù)。
專家介紹
安立會
中國環(huán)境科學研究院研究員
博士生導師，中國質(zhì)量檢驗協(xié)會水環(huán)境工程技術(shù)與裝備專業(yè)委員會副主任委員、中國材料與試驗團體標準委員會微塑料及其環(huán)保試驗技術(shù)委員會委員。主要從事天然與合成環(huán)境污染物的水生態(tài)毒理效應、環(huán)境質(zhì)量基準與標準及生態(tài)風險評價研究，重點關(guān)注塑料污染（包括微塑料）對生態(tài)系統(tǒng)安全和人體健康的影響，利用多策略開展塑料污染（包括微塑料）來源及其控制對策研究，為開展環(huán)境塑料與微塑料污染的管控提供科學依據(jù)。先后承擔和參與了國家重點研發(fā)專項、國家科技重大專項、國家自然科學基金等項目多項，在 EST、CEJ、JHM、WR 等雜志上發(fā)表高水平學術(shù)論文多篇，編/譯《水和廢水微塑料》等。作為生態(tài)環(huán)境部技術(shù)支撐專家，多次參加 UNEAs 和 G20 等國際組織有關(guān)塑料與微塑料污染治理國際案文磋商。
朱 龍
博士
博士師從安立會研究員，現(xiàn)就職于中國疾病預防控制中心環(huán)境所。博士期間致力于人體微塑料污染特征及健康風險研究，重點關(guān)注人體微塑料暴露特征、來源解析，毒性評估等前沿科學問題，現(xiàn)以第一作者在 Environmental Science & Technology、Critical Review in Environmental Science & Technology、Environmental Science & Technology Letters 等期刊發(fā)表 SCI 論文 7 篇。
武志鑫
博士研究生
碩士師從安立會研究員，現(xiàn)于北京工業(yè)大學就讀博士研究生，研究方向為納米材料的生物分析成像和原位/質(zhì)譜檢測研究。建立 TD-GC/MS 定量分析環(huán)境微塑料的方法，重點研究污水處理廠污水污泥處理工藝中微塑料的質(zhì)量評估，于 Environmental Science & Technology、Chemical Engineering Journal 和《環(huán)境科學》等期刊發(fā)表論文 3 篇。
用戶反饋
為了探究人體糞便和尿液中微塑料的污染特征，我們采用了8700 LDIR激光紅外成像光譜儀和 TD-GC/MS 技術(shù)對糞便和尿液中的微塑料進行上機檢測。兩種儀器配備了專門為微塑料研究而建立的數(shù)據(jù)庫，準確度極高，自動化流程大大減少了人工操作和時間成本，能夠快速獲取有關(guān)微塑料尺寸、形狀和聚合物類型等多項參數(shù)。
通過使用 8700 LDIR 激光紅外成像和 TD-GC/MS 技術(shù)，我們的研究發(fā)現(xiàn)了大量尺寸在 0.22 - 500μm 之間的微小微塑料顆粒，共涵蓋了 10 種不同的聚合物類型。這些發(fā)現(xiàn)遠遠超過了傳統(tǒng)的人工目視檢查結(jié)果，極大地提升了我們對人體微塑料污染的了解，為更有效地評估人體微塑料暴露風險提供了有力的數(shù)據(jù)支持。
Cary630 FTIR 光譜儀：用于 >500μm 粒徑微塑料檢測
安捷倫 Cary 630 FTIR 光譜儀采用一體式干涉儀設計，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧且可靠耐用。與鉆石晶體 ATR 搭配，可實現(xiàn)對多種不同形態(tài)樣品的檢測。鉆石晶體 ATR 具有非常出色的耐磨性和耐腐蝕性，不受任何樣品材料的影響，非常適合用于固態(tài)聚合物顆粒樣品的定性分析。
圖 1. 搭配鉆石 ATR 附件的 Cary630 FTIR 光譜儀
8700 LDIR紅外成像：用于 20-500μm 粒徑微塑料檢測
8700 LDIR 紅外成像光譜儀采用量子級聯(lián)激光器作為光源，搭配安捷倫開發(fā)的高度智能化 Clarity 軟件，可自動實現(xiàn)對微塑料顆粒識別、圖像采集、紅外譜圖測試、尺寸信息以及定性結(jié)果統(tǒng)計等。與此同時，還可獲得每個顆粒的形態(tài)分析數(shù)據(jù)，可用于顆粒的形狀篩分及溯源工作。
圖 2. 安捷倫 8700 LDIR 紅外成像
TD-GC/MS：用于 0.22-20μm 粒徑微塑料檢測
TD-GC/MS 技術(shù)能夠鑒定、表征和量化各種樣品中的微塑料，它鑒定出了五種聚合物中用于定量分析的標記化合物，并確定了各自的線性校準曲線。TD-GC/MS 將樣品進行熱解和脫附，最大限度地提高對痕量水平目標化合物的靈敏度。這一技術(shù)有助于將干擾降至最低，并通過熱解、解吸和 GC/MS 進樣等步驟，從而大幅提高樣品通量。
圖 3. TD-GC/MS 系統(tǒng)