文 |大可天汉
编辑 |大可天汉
引言
现如今，微塑料污染正在增加，人们对随之而来的健康影响越来越关注，近年来只有少数研究尝试对空气中的微塑料进行表征，并检测通过吸入微塑料对人体健康的摄取和影响，此外，用于海洋环境中微塑料表征的方法还需要进一步优化，以适用于空气中的微塑料。
以下内容详细介绍了，一种用于采集和表征空气样品中<2.5 μm微塑料的方法，其目的是进行毒理评估。
首先评估各种过滤器类型，对从受损过滤器中采集的参考微塑料和细胞中的参考微塑料进行鉴定的能力，其次这些方法被用于表征个人、室内和室外过滤器空气样品中的<2.5 μm微塑料，并且在细胞暴露于过滤器提取物后进行表征。
研究背景
为了研究微塑料及其对环境的影响，研究者们对长度小于五毫米的塑料聚合物颗粒进行了深入探究。
各种各样的MP聚合物被释放到环境中，包括有意为工业和消费应用制造的一次性微塑料，以及由于光化学、生物学等影响，较大塑料的碎裂或风化而形成的二次微塑料。
由于其小尺寸和低密度，一些微塑料可能很容易悬浮在空气中，随着微塑料污染的增加，人们对其对健康的潜在影响越来越关注。
迄今为止，大部分研究，都集中在海洋环境和生物中微塑料的存在和影响上。
因为每年有数百万吨的塑料废物被排放到海洋水域中，虽然从海洋环境的研究中获得的知识是有帮助的，但鉴定空气中的微塑料需要不同的方法。
一项研究结果显示，与巴黎附近的室外空气相比，室内存在更多的塑料纤维，另一项研究分析了中国39个主要城市收集的室内和室外尘埃样本，结果显示，室内尘埃中微塑料的水平较高，其中聚对苯二甲酸乙二酯和聚碳酸酯纤维是主要成分类型。
这些研究报告中的纤维，大于可吸入颗粒的尺寸分数，凸显了在进行与人类健康相关的微塑料空气研究时需要改进的方法。
微塑料的表征包括尺寸、形态、组成和丰度，目前可用于微塑料鉴定和表征的分析方法有两种：一种是气相色谱技术，脱附气相色谱质谱和热解气相色谱，另一种是光谱学方法，焦平面阵列傅里叶红外光谱和拉曼光谱。
气相色谱技术需要对粒子进行分解，由此导致对微塑料的全面表征的困难，既可用FPA-FTIR和Raman光谱方法来确定微塑料的成分、尺寸和形态，其检测限制分别为10微米和≥ 2微米。
最近，增强型暗场纳米级高光谱光学成像，已显示出在复杂基质中检测微塑料的潜力，它可以检测到超细纳米尺寸范围内的微塑料。
研究方法
研究人员使用市售参考微塑料，来确定分析方法是否能准确识别已知的微塑料，并研究底物和滤纸对分析结果的影响，这些参考微塑料包括聚苯乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯。
为了通过拉曼光谱进行直接可视化和分析，将参考微塑料的原始悬浮液，在Bransonic数字超声水浴声波器中高功率下超声1分钟，然后使用汉密尔顿玻璃注射器，在钙氟化物玻璃片或硅玻璃片上沉淀5微升的悬浮液。
对于沉积在过滤器上的微塑料的分析，研究人员在干净的过滤器上，沉积了5微升未稀释或稀释后的聚苯乙烯原始悬浮液，并进行了自然风干。
研究人员取用了沉积有聚苯乙烯颗粒或空白的聚四氟乙烯，和银膜过滤器中的一小块，这一部分过滤器代表了，在分析时间和同时分析最大量过滤器材料之间的最佳平衡。
在平行分析中值得注意的是，对于在过滤器上直接分析样品，载玻片或基底的背景几乎不起作用，因为目镜聚焦在过滤器上，显微镜首先聚焦在碱硅玻璃上，然后再聚焦在过滤器上进行分析。
在使用拉曼光谱对微塑料进行表征时，优化条件包括：样品安装的基底类型，激光波长，光栅，激光强度，激光照射时间以及光谱积累次数。
常规做法是增加相同颗粒的光谱积累次数，以增加拉曼强度来获取有意义的信息，而不增加激光强度，是为了防止损坏颗粒，对于每个样品，研究人员分析了4至10个颗粒。
EDF-HSI系统可用于检测纳米级材料，简单来说，EDF-HSI以单像素级别，记录给定颗粒散射的光线，用于构建该颗粒的光谱库。
然后，将所得的参考库，用于通过相关光谱角度映射和光谱分类算法，来检测复杂基质*特中**定微塑料的存在，当参考光谱库与样品光谱之间的光谱角度≤0.1弧度时，颗粒被视为检测到。
使用干净的过滤器，或沉淀有不同尺寸稀释的聚苯乙烯微珠、经风干的过滤器，以及含有空气样品的过滤器来进行提取实验。
甲醇被用作从过滤器中提取颗粒的溶剂，为避免实验过程中塑料引起的微塑料污染，尽量减少使用塑料制品的实验器皿。
研究人员使用棉制实验外套、玻璃管和汉密尔顿注射器，在样品制备过程中使用层流罩，对适当的程序性空白样品进行分析，以确认在环境样品中检测到的微塑料，不是在样品收集或分析过程中引入的。
将过滤器的1/8切下，并浸入10毫升锥形底硼硅玻璃管中的1毫升甲醇中，在室温下以40千赫的频率，在Bransonic数字超声水浴中超声5、8或10分钟。
由于在环境样品中，微塑料可能受到生物和有机物质的污染，去除这种污染至关重要，因为这些微粒可以阻碍微塑料的鉴定。
在超声处理后，将过滤器从玻璃管中取出，并用氮气气流轻轻吹在溶剂表面上，将提取样品中的甲醇在室温下蒸发掉，使用PVC管和气流调节器，从N2气瓶中吹入氮气。
在分析之前，样品在40千赫的频率下放入水浴超声仪中，在室温下再超声处理2分钟，然后沉积在CaF2玻片上进行分析。
将提取材料沉积在CaF2玻片上，使用532 nm的激光进行激发，采集拉曼光谱，激光的功率为1或10 mW，提取的样品被悬浮在40 µl的水中，以确保有足够的体积来有效分散提取物，其中5 µl被用于在玻片上进行分析。
研究结果
苏打石灰硅玻璃幻灯片，通常用于显微成像，并且与EDF-HSI兼容，然而，它们不被推荐用于拉曼分析。
因此，作为首要任务，研究人员评估了常规的苏打石灰硅玻璃幻灯片和CaF2幻灯片，以确定它们在拉曼分析中是否会产生潜在的光谱干扰，特别是在微塑料光谱区域。
苏打石灰硅玻璃幻灯片和CaF2幻灯片的亮场图像显示，它们都有平滑的平坦表面，空白的苏打石灰硅玻璃幻灯片在579 cm^-1和1100-1350 cm^-1处产生强烈的拉曼峰，CaF2幻灯片在319 cm^-1处显示了一个尖锐的峰。
在一般情况下，400至2000 cm^-1的光谱区域通常用于表征水体中的微塑料，然而，研究人员发现C-H伸缩区域对于微塑料分类最为相关，因为收集到的拉曼光谱的指纹区域，受到空气颗粒中的炭黑的影响。
研究人员还对直接沉积在CaF2幻灯片上的不同尺寸的聚苯乙烯颗粒进行了分析，使用600和1200线/mm的光栅，以10毫瓦的激光强度对单个沉积在CaF2幻灯片上的1微米，和300纳米的PS颗粒进行了类似的光谱分析。
对于100纳米的PS颗粒，无法使用1200线/mm的光栅进行拉曼特征分析，尽管使用更大的光栅可实现更高的光谱分辨率，但对于拉曼特征较弱的颗粒来说，颗粒的拉曼特征无法与背景的伪影区分开来。
可以通过直接分析银膜或聚四氟乙烯过滤器，来鉴定所有尺寸的聚苯乙烯颗粒，但很难区分单个PS颗粒，这是由于仪器的灵敏度限制所致。
高倍放大下过滤器的斑点状外观，其阻碍了有效的可视化，此外，聚四氟乙烯过滤器的白色使得难以观察到已沉积的同样是白色的微塑料。
相比之下，银膜过滤器，更适合直接固定和分析直径为5微米或更大的单个或聚合微塑料，而聚四氟乙烯过滤器则存在一些问题。
由于提取的空气样本中微塑料的数量过低，且与其他污染物复合，因此无法建立各个微塑料类型的光谱库。
在接触空气样本的细胞中，4个光谱库中的两个成功地与一些颗粒的光谱匹配，这些结果表明，毒理学研究中常用的参考微塑料类型，并不代表空气中存在的微塑料。
因此，需要建立一份包含空气样本中的微塑料类型的光谱库清单，并进一步优化提取程序，以获取高质量和大量的微塑料用于毒理学测试。
结语
室内和室外空气中存在各种类型的可呼吸微小颗粒，进一步证实了人类接触可呼吸微塑料的担忧，需要进一步的研究来量化和表征可呼吸微塑料的暴露情况，并通过毒理实验证明人类健康风险。
EDF-HSI可以用于检测接触后细胞内的参考微塑料和从空气样本中提取的微塑料，通过确定空气样本中的具体微塑料类型，该研究为未来的微塑料毒理学研究奠定了基础。
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