微小的塑料正在污染我们的水道、食物和饮料。为了了解和对抗这种污染物,我们需要利用能够检测它们的存在并了解它们的构成的技术

五年前在海滩上的一次偶然发现,不仅将我带入了我的主要研究领域,还引发了关于瓶装水中微塑料的争论。

伊恩·罗伯逊肖像

伊恩·罗伯逊的海滩梳理启发了珀金·埃尔默的研究

在西班牙兰萨罗特岛的Caleta de Famara度假期间,我发现村里通常没有垃圾的海滩上有几件颜色斑斓的闪亮小东西被冲上岸。好奇心是科学发现的基石,我对这些粒子很感兴趣,所以我收集了样本带回去PerkinElmer他在英国Seer Green的实验室。

我和我的团队热衷于检测和表征污染物,使用我们的傅里叶变换红外(FT-IR)光谱仪确认,在这个曾经原始的海滩上发现的颗粒是小的微塑料碎片。通过分析,我们还了解到它们的化学成分是聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的混合物,这是塑料瓶、盖子和渔网中普遍存在的相对常见的化学物质。

我们的发现打破了微塑料污染是制造过程唯一结果的假设

自第一次发现以来,为了扩大我们的知识,更好地帮助其他环境和食品科学家解决这一问题,我们扩大了在全球范围内分析微塑料污染的努力。例如,珀金埃尔默的科学家加入了2018年英国海滩清洁朴茨茅斯的斯托克斯湾发现的塑料垃圾范围很广,从棉签和吸管,到塑料瓶和塑料盖。当然,我们发现了大量的塑料微粒,我们在岸上用便携式FT-IR光谱仪进行了实时测试。这不仅为我们的工作和客户提供了新的数据点,而且还让参加活动的公众有机会了解目前海滩上究竟有哪些塑料垃圾——扩大他们对影响环境的化学物质的好奇心和知识。

PerkinElmer的Ian Robertson在沙滩上取样微塑料

来源:©PerkinElmer

分析英国斯托克斯湾海滩上的微塑料

在分析这些颗粒时,我们在英国海滩上发现了与兰萨罗特岛相同的聚合物:聚乙烯、PET和聚丙烯的混合物。这证实了塑料污染的持久性和广泛性,并肯定了需要强有力的检测方法来监测它,以帮助确保全球食品和饮料供应链的完整性。

挑战瓶装水的假设

然而,真正引起我们对这些样本兴趣的是,它与我们对瓶装水中的微塑料分析的关系,瓶装水通常被认为比自来水更纯净、更健康。

经过一项研究调查瓶装水产品中的微塑料含量2018年,PerkinElmer测试了这项研究中发现的关于小于200微米的微塑料颗粒起源的假设。(见微塑料到底是什么?)使用我们的Spotlight 400 FT-IR成像系统,我们分析了五个瓶装水品牌,并将结果与未经过滤的自来水样本进行了比较。1

为FT-IR分析准备水比用食物或海滩样本更简单。在使用FT-IR显微镜进行直接分析之前,只需要将水过滤到ir兼容的过滤介质上。这将从瓶装水中提取单个微塑料,并允许使用成像技术来发现和识别它们。

尽管我们在自来水中发现了更多的碎片——自来水通常比瓶装水过滤得少——但其他结果最能说明问题。所有样品都含有微塑料,大小在20-200微米之间,纤维也更长。然而,我们注意到,这些化学物质产生的光谱峰对应于常见的塑料,包括聚丙烯、聚乙烯和PET,而纤维是基于纤维的材料。

在瓶装水中发现微塑料后,我们立即提出了一个明显的后续问题:它们是如何到达那里的?也许最普遍的假设是,颗粒是在瓶子制造过程中引入的。或者,它们是打开瓶子时剪切运动的结果。事实上,大多数瓶子都是由聚丙烯、聚乙烯和PET制成的——正是我们研究中发现的聚合物——这使得后一种理论更有说服力。

瓶装水和自来水的比较

来源:©PerkinElmer

装有从自来水(左)和瓶装水(右)中收集的微塑料的两个过滤器

虽然这可能是一个可行的解释,但这三种聚合物只对应于所识别的颗粒的5%。另外95%是聚酰胺、聚乙烯醇和聚丙烯腈的混合物,以及通常从衣服上脱落的纤维素或醋酸纤维素分子。纤维素颗粒通常来自于织物,这在瓶装水制造厂这样清洁的环境中是意想不到的。因此,这些纤维素材料的存在目前仍不确定。结合其他聚合物的存在,这些发现打破了微塑料污染是制造过程唯一结果的假设,表明它们来自其他途径。

微塑料到底是什么?

欧洲化学品管理局将微塑料定义为直径小于5mm的任何塑料聚合物。广义上讲,它们可以分为两类——初级和次级微塑料。

初级微塑料被制造出来,并添加到磨砂膏、牙膏和沐浴露等产品中。尽管该行业已经使用了多年,但新的立法规定,在日常商品中使用它们是非法的,这导致美国和欧洲各地的许多公司逐步停止使用它们。

另一方面,次级微塑料是通过大块塑料物品的降解形成的。降解是由于外部因素,如暴露在紫外线或机械磨损通过风或浪。这导致较大的塑料瓶和其他一次性塑料分解成较小的微塑料,最终进入我们的海洋。

最近的估计表明,塑料现在可以弥补近70%的海洋垃圾相当于海洋中的15-51万亿个塑料颗粒。2此外,塑料垃圾持续存在于环境中在马里亚纳海沟表面发现了塑料袋也就是海洋的最深处。这导致围绕使用一次性塑料的国际压力越来越大,欧盟最近宣布了新的立法禁止使用一些最常见的一次性塑料

微塑料在我们的食物链中

关于微塑料污染的主要担忧之一是它进入了我们的全球食物链。由于塑料在我们的海洋中普遍存在,最明显的来源之一是通过海鲜。

西班牙兰萨罗特岛caleta de famara海滩上的微塑料©perkin elmer

来源:©PerkinElmer

多年来,全球的研究人员一直在研究微塑料是如何渗入我们的食物链的。众所周知,浮游动物是食物链底部的微生物,它们会摄入塑料微粒,这些微粒在最终到达我们的盘子之前会被生物放大。3.

据估计,2017年,饮食包括海鲜的欧洲人平均每年摄入多达1.1万个塑料微粒。4目前估计,这个数字大约为每年7万个颗粒。5此外,奥地利维也纳医科大学最近发现人类粪便中的塑料微粒第一次。

很明显,它们会在各种水中毒素或污染物中积累,这意味着它们会在食物链中生物放大,并可能使消费者处于危险之中。因此,为了帮助保护消费者安全,有必要监测所有类型样品中微塑料的存在。这包括海洋和其他水道,海鲜和瓶装水。

有效分析微塑料

作为我们对微塑料研究的工作和热情的一部分,包括与绿色和平组织等组织的项目,我们开发了创新技术和方法,帮助全球科学家以更先进的方式分析这一问题。

西班牙兰萨罗特岛caleta de famara海滩上的微塑料

来源:©PerkinElmer

西班牙兰萨罗特岛Caleta de Famara海滩上的微塑料

分析微塑料时的主要考虑因素之一是样品制备。在FT-IR仪器分析之前,不同类型的食品用不同的方法处理。例如,从海鲜中去除生物物质是必要的,以避免红外光谱的干扰,并允许对纯塑料微粒进行干净的分析。在这种情况下,常用的方法是消化,科学家可以根据样品类型在酸性、过氧化氢和酶变体之间进行选择。6

相比之下,从海滩上收集的微塑料是相对干净的样本。暴露在阳光、海浪和水里,不仅能把塑料分解成更小的碎片,还能去除大部分外部污染物。样品制备——在微塑料分析的特定应用中可能需要很长时间——相对简单。对于从兰萨罗特岛和英国海滩收集的样本,分析是常规的。在清洗样品以去除沙子和生物物质后,我们使用PerkinElmer 's2台FT-IR光谱仪直接测量较大的粒子。使用FT-IR成像显微镜测量小于200 μ m的颗粒。

从样品制备到数据分析,该行业正在将微塑料分析的各个方面标准化

自从我们开始分析微塑料以来,研究领域已经发生了变化,现在的重点是避免不同微塑料研究小组之间出现的差异。考虑到这一点,该行业正在将微塑料分析的各个方面标准化,从样品制备到数据分析。许多全球性组织,比如欧盟委员会联合研究中心而且JPI海洋-与公司及其他机构合作,协调相关分析及防止误报。

虽然在兰萨罗特岛的偶然发现成为我个人的激情所在,但它也推动了一场全球科学和文化运动。科学家们正在通过创新、解决方案和方法相互联系,帮助应对微塑料的挑战。我们应该利用科学和先进分析的力量,共同实现我们的目标,努力让我们的世界和我们自己更健康。

伊恩·罗伯逊(Ian Robertson)是珀金埃尔默光谱学小组的高级应用科学家。