欧洲环境科学：捷克饮用水中的塑料微粒污染：综合监测的见解

文摘 2024-12-29 10:08 浙江

“Microplastic contamination in Czech drinking water: insights from comprehensive monitoring”这篇论文主要研究了捷克饮用水中微塑料的污染情况，包括微塑料的检测、分析、浓度、形态、颜色、材料组成、每日摄入量以及与其他研究的比较等内容，还探讨了相关的统计分析结果、欧洲立法对微塑料检测的影响等。

亮点

·开展了两次饮用水采样活动。

·在分析的 58 个饮用水样本中，有 57 个发现了塑料微粒。

·两次活动的平均 MP 浓度分别为 68.3 和 65 MP/L。

·鉴定了所有检测到的微塑料的材料、形状和颜色。

·通过饮用水的平均每日 MP 摄入量计算为 2 和 2.1 MP/kg/天。

1. 研究背景

- 塑料生产的增长导致微塑料污染问题受到关注，其在环境中的广泛存在引发了对人类健康和生态系统的担忧。

- 目前微塑料检测缺乏标准化方法，欧洲联盟正在推进相关标准化工作。

- 饮用水作为人类生活的重要资源，其微塑料污染情况亟待研究。

2. 材料与方法

- 样本采集：在2021年和2023年进行了两次采样活动，第一次采集了46个样本，第二次采集了12个样本，采集地点包括捷克共和国的多个地区，样本来自家庭和办公室的供水网络端点，采集后进行冷藏和运输。

第一个和第二个采样位置。

- 颗粒分离与仪器分析：

在对样品中所含颗粒进行分析之前，有必要将这些颗粒从水环境中分离出来。这是通过使用孔径为1微米的玻璃纤维过滤器（A/C玻璃纤维，1微米，47毫米，颇尔，墨西哥）进行真空过滤来实现的。过滤操作在专门准备的实验室中进行，以降低在处理样品前受到污染的风险。过滤完成后，所有样品被放置在玻璃培养皿中，并在干燥器中干燥。

为了确定过滤器上捕获颗粒的材料，必须进行分析。在本研究中，采用了μ-FTIR（傅里叶变换红外光谱）分析方法。该方法使用配备显微镜的红外光谱仪，能够测量最小尺寸为10微米的颗粒。可测量颗粒的尺寸限制也取决于其形态。用于这些测量的仪器是赛默飞世尔科技公司（美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）的Nicolet iN10。由于颗粒的大小和所使用过滤器的类型，选择了反射和ATR模式进行测量。此外，测量还使用了液氮冷却的MCT（碲镉汞）探测器。所有样品的设置保持一致，在波数范围为650 - 4000 cm^{-1}内测量光谱，并以高分辨率进行64次扫描。

在测量之前，使用光学立体显微镜手动随机选择10个颗粒，同时目视确定其形状和颜色，然后用镊子将其转移到金片上。使用金片是进行反射测量的最合适选择，因为它能提供更准确和更高质量的光谱。随后，在金片上对颗粒逐个进行分析，拍摄其照片，并从光谱中确定材料。通过使用Omnic Picta软件处理测量光谱来实现对单个颗粒的材料识别。在光谱中，调整大气CO_2的含量，因为在较长时间的测量过程中，它会干扰光谱基线。随后，将光谱与可用的光谱库进行比较。如果测量光谱与库光谱的相似度大于60%，则记录颗粒材料、匹配百分比和光谱库。如果相似度在50 - 60%之间，则对光谱进行手动识别，观察特征峰。然后通过与库光谱比较来确定匹配是否足够以及材料是否被正确识别。

- 统计分析：采用双变量分析（卡方检验）和多变量分析（多重对应分析MCA）评估数据，计算微塑料摄入量时考虑了成人和儿童的不同情况。

- 质量控制与污染预防：采取多种措施减少样本污染风险，如在特定房间处理样本、使用特定服装和手套、清洁工作表面和仪器、过滤液体、进行空白实验等。

3. 研究结果

- 采样活动1

- 分析了46个饮用水样本中的460个颗粒，确定157个为微塑料，微塑料在45个样本中被检测到，浓度范围为20 - 180 MP/L，平均浓度68.3 MP/L。

第一次采样活动中微塑料的形状和颜色分布

- 纤维是最常见形状（54%），其次是碎片和颗粒，颜色种类多样，最常见为透明、白色和蓝色。

- 主要材料为纸涂层（PE涂层纸）、PET和PES，通过污染控制措施确保结果可信度。

- 统计分析表明采样位置与颗粒颜色、水源相关，不同形状颗粒在材料类别和颜色上存在差异，基于MCA结果进行了聚类分析。

选定的塑料微粒及其光谱（a， - 聚四氟乙烯;b， - 尼龙;c， - 聚对苯二甲酸乙二醇酯）

- 采样活动2

- 对两个选定地点进行了六个月监测，分析了12个样本中的120个颗粒，确认39个为微塑料，平均浓度65 MP/L，Hlučín浓度（73.3 MP/L）高于Ostrava（56.7 MP/L）。

第二次采样活动中微塑料的形状和颜色分布

- 碎片是最常见形状（51%），其次是纤维和颗粒，颜色范围较第一次活动小，主要为蓝色、黑色、红色和透明等。

- 材料组成多样，纸涂层、聚酯等较常见，通过污染控制发现少量塑料颗粒，计算了微塑料的平均每日和年度摄入量，统计分析未发现显著关系。

4. 讨论

- 与其他研究相比，本研究测量的微塑料浓度处于中等范围，不同地区和研究中的浓度差异较大，可能受多种因素影响。

- 微塑料形状在不同研究中分布不同，本研究中第一次采样纤维占主导，第二次采样碎片为主，碎片常见可能与机械磨损等有关，纤维可能与空气污染有关。

- 微塑料颜色分析揭示其性质和来源，不同颜色降解速度不同，本研究中两次采样颜色种类有差异，透明和蓝色较常见，颜色信息有助于确定微塑料来源。

- 本研究确定了多种微塑料材料，与其他研究一致，常见材料如PET、PES和PE在日常生活中广泛使用，可能通过多种途径进入水源，但难以确定其精确来源。

- 欧洲联盟立法推进了微塑料检测标准化，但目前方法存在一些挑战，如粒子分离过程、样本体积、分析方法和现场分析等方面，不过该方法仍有积极意义，有望在未来调整完善。

5. 研究结论

- 确认了捷克公共供水系统饮用水中存在微塑料，分析了其材料、形状和颜色等特征，浓度处于中等范围，不同采样点存在差异。

- 研究结果与其他研究有一致性，也为欧洲微塑料研究提供了数据，同时强调了欧洲标准化方法对未来研究的重要性。

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