土壤样品中微塑料的分析方法研究进展

微塑料作为一种新型污染物,因其粒径小、难以降解、本身含有多种污染物、且易吸附疏水性有机污染物和重金属等产生复合污染,已成为国内外学者研究的热点问题。微塑料广泛存在于土壤环境中,进入土壤中的微塑料会影响土壤理化性质,同时影响土壤动物生长、植物生长和微生物活动等,并且,微塑料会在土壤中发生迁移或沿食物链传递从而对人类健康构成潜在风险。高效、统一、准确的微塑料分析方法是研究微塑料在土壤中分布、迁移、归趋和生态风险的基础。本文对近年来土壤中微塑料的采集、分离提取、鉴定量化和分析方法的质量保证等方面的研究进展进行了评述,比较了各个方法的优缺点及应用范围。最后,结合国内外微塑料污染最新研究进展,针对目前土壤微塑料分析方法存在的问题,对今后土壤微塑料分析技术的发展趋势进行了展望。     

微塑料介导重金属在陆生植物中迁移及生物效应的影响

随着地膜在现代化农业中的广泛应用,微塑料在土壤中的残留问题日益严重。环境中释放的微塑料可能会与先前存在的重金属相互作用,导致生物效应(生物积累/毒性),并对人类健康和农产品安全构成威胁。目前,大多数研究集中于单一影响因素在土壤系统中的暴露和转化分析,有关微塑料和共存金属对环境联合影响的相当有限。本文综述了微塑料与重金属来源、相互作用机理与影响因素的研究现状,阐述了陆生植物对二者联合污染的生理响应。此外,未来的研究还应重点探讨微塑料与重金属共同在植物上暴露的具体分子机制、通过食物链对人类健康的影响、与其他混合污染物联合作用及微塑料老化过程对重金属迁移动态变化过程的影响。     

土壤中微塑料检测技术及生态效应研究进展

微塑料(MPs)指长度或宽度小于5 mm的塑料颗粒.作为一种新兴污染物,其因粒径小、性质稳定、难降解,已成为地球系统功能的重大威胁之一.目前,水体环境中微塑料污染已得到广泛研究,而土壤中微塑料污染研究刚刚起步.本文对国内外土壤中微塑料污染现状、分离检测方法及生态风险进行综述,对未来土壤中微塑料研究提出展望.土壤中微塑料分离方法主要包括筛分法、密度分离法、泡沫浮选法等.微塑料的鉴别及表征方法包括显微镜观察法、傅里叶红外光谱法、拉曼光谱法等.这些方法存在耗时长、破坏微塑料结构等问题,将各方法适当结合或改进有望弥补不足.土壤微塑料的生态影响主要体现在动物的生长、发育、繁殖,植物的光合作用、氧化应激、生长存活以及微生物多样性等方面.今后研究重点为:(1)规范微塑料分离鉴别方法;(2)明确微塑料污染的剂量-效应关系;(3)土壤微塑料降解及其与其他污染物协同作用造成的土壤生态影响.     

环境样品中微塑料分析技术研究进展

微塑料一般是指直径小于5 mm的塑料纤维、碎片或颗粒。环境中的微塑料来源广泛,性质稳定,是疏水性有机污染物和重金属的理想载体。微塑料易被浮游生物、鱼类及低等生物误食,并在食物网各营养级之间发生转移和富集,对食品安全存在潜在风险。开展微塑料分析技术研究是研究微塑料在环境中的分布、迁移、转化、归趋和生态毒理效应的基础。该文综述了国内外环境样品中微塑料的采集、分离提取、定性鉴别技术的研究进展,并探讨了各方法的优缺点。最后针对现阶段微塑料分析方法存在的问题和不足,展望了环境中微塑料分析技术的发展趋势。     

吉林某弹药销毁场土壤炸药污染调查及其赋存状态研究

研究吉林某军事弹药销毁场土壤炸药污染程度以及炸药在土壤中的赋存状态,为炸药和重金属污染土壤修复提供针对性策略。采集了某弹药销毁厂焚烧销毁区表层土壤样品,分析了其理化性质和常见重金属元素含量,测试了土壤全样和不同颗粒度土壤样品中炸药污染物的含量,并结合热重-傅里叶变换红外光谱(TGA-FTIR) 对炸药污染土壤样品热力学行为的表征,探讨了炸药污染物的赋存状态,炸药和重金属组合污染特征等。土壤中含有高浓度的TNT、DNT、ADNT、RDX等炸药污染物及其降解产物,并表现出土壤细颗粒富集趋势,其中土壤全样中TNT总浓度达到了1.66×104 mg·kg-1,远远高于EPA推荐的土壤TNT指导限值,RDX超过了以土壤环境为目标的指导限值;销毁活动还造成了土壤中Pb、Cu、Zn重金属浓度的升高,分别为400 mg·kg-1,318 mg·kg-1,1030 mg·kg-1。土壤中受到重金属和有机质等因素的影响,土壤中经过长期老化的炸药污染物的热解行为明显不同于自由态的炸药分子,热解温度升高、过程延长。在销毁区炸药污染土壤的修复中,应加强炸药污染物与重金属相互作用的研究,并在修复治理实践中采取协同修复的策略。     

聚氯乙烯微塑料对典型单羟基菲的吸附机制

为丰富微塑料与有机污染物间的相互作用机制相关数据,以3-羟基菲(3-OHP, C₁₄H₁₀O)为菲单羟基衍生物代表污染物,聚氯乙烯(PVC)微塑料为研究对象,研究了PVC微塑料在水环境中对3-OHP的吸附行为,并就相关吸附机制进行了深入探讨。该研究借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等仪器对PVC微塑料进行表征,利用紫外分光光度计得出目标污染物的紫外吸收光谱标准曲线,标准曲线拟合相关系数(R²)>0.99。为保证紫外吸收光谱的准确性,污染物浓度梯度设置为吸光度(Abs)大于0.438,之后根据标准曲线方程计算其浓度,结合相关吸附模型(吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学)并配合密度泛函理论(density functional theory, DFT)探讨了在水环境中PVC微塑料对3-OHP的吸附机制。结果如下:(1)吸附动力学实验结果显示伪二级动力学模型拟合程度最好,吸附动力学拟合系数R²=0.998。因此,PVC吸附3-OHP可能是以表面吸附和外液膜扩散的吸附方式,吸附发生24 h后的平衡吸附量为36.866 μg/g; (2)吸附等温线实验表明Langmuir和Freundlich等温线模型拟合度较高,吸附等温线拟合系数R ²分别为0.956和0.907,更加适合描述PVC对3-OHP的吸附过程,吸附模式主要为单层吸附,也存在小部分多层吸附,PVC对3-OHP的最大吸附量为408 μg/g; (3)吸附热力学结果显示PVC微塑料对3-OHP的吸附效率随着温度升高而降低,这表明PVC对3-OHP的吸附为自发、放热的吸附反应;(4)盐度实验结果表明,盐度对3-OHP在PVC上的吸附效率影响不大;(5)DFT理论计算结果表明PVC对3-OHP结合能相对较低,因此推测PVC对3-OHP的主要吸附机制可能是疏水作用,还可能存在弱氢键作用、卤素键作用以及π-π共轭作用。研究揭示了PVC微塑料与有机物相互作用方式,明确了PVC微塑料对3-OHP的吸附模式,探讨了PVC微塑料对3-OHP的相互作用机制,有助于更好地了解PVC微塑料在水溶液中的环境行为。该研究为科学评价微塑料的环境影响提供数据参考,并进一步补充了微塑料的毒理学机制数据。     

基于显微光谱法的双壳类海洋生物中微塑料的检测方法研究

建立准确、高效的微塑料分析方法是研究微塑料在环境中的迁移、转化、归趋和生态毒理效应的前提。该研究系统优化了4种消解条件和滤膜种类,建立了用显微红外和拉曼光谱检测海产品中微塑料的方法,确定使用氢氧化钾在40 ℃下消解36 h,并用混合纤维素滤膜过滤的前处理方法。结果显示,大颗粒微塑料可使用显微红外全反射（ATR）、成像模式和显微拉曼单点检测模式进行检测,小颗粒微塑料可使用显微拉曼单点检测模式或显微拉曼和显微红外的成像模式进行检测。该文通过分析典型双壳类海洋生物中的微塑料,系统研究了检测微塑料的光谱方法。     

纳米材料电化学与生物传感器——有机微污染物检测新途径

本文介绍了近年来纳米材料电化学与生物传感器在有机微污染物检测中的研究现状,分析了这些传感器中纳米材料修饰电极的特点,重点阐述了纳米材料在有机微污染物检测中的重要作用,列举了一些纳米材料电化学与生物传感器在有机微污染物检测中的应用。最后对纳米材料电化学与生物传感器用于有机微污染物的检测研究进行了简要评述和展望。     

微塑料在食品中的来源及其检测技术研究进展

为促进食品中微塑料的治理,该文从食品中微塑料的来源、提取和分析方法等方面展开了系统综述,并针对食品中微塑料的规范分析提出了相关建议。研究表明从食品原料到生产加工过程及食品包装材料,都可能成为食品中微塑料污染的潜在来源。消解法是食品中微塑料提取的主要方法。目前,对食品中微塑料进行鉴别以及定量的主流方法有目检法、傅里叶变换－红外光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜、热裂解/气相色谱－质谱联用法等。今后,建议开展食品中微塑料检测的标准方法研究,开发纳米级微塑料的光谱鉴别和定量技术。同时,面对食品中越来越严重的微塑料污染情况,应加强微塑料在食品生产过程中的溯源分析和控制技术研究,加快新型材料的开发速度。     

土壤有机氯脱氯转化的界面交互反应*

有机氯杀虫剂、除草剂等难降解有机物是重要的土壤污染物。近年来,有机氯脱氯转化的界面过程已成为土壤环境科学的研究热点。本文综述了土壤有机氯脱氯转化的界面非生物过程、界面生物过程以及界面生物－非生物交互反应过程。界面脱氯转化过程与主要土壤化学过程、土壤根际过程相互关联,该过程中,铁物种循环与铁氧化物的异化还原溶解扮演了重要角色。     

水环境中微塑料的样品采集与分析进展

微塑料在环境中难以降解,可在水体、沉积物等环境介质中长期存在,并在水生生物体内积累,成为人们高度关注的环境问题之一。有关水环境中微塑料的污染研究尚处于起步阶段,快速、高效、准确的检测技术是水环境中微塑料研究的重要环节,对于优化研究路线、分析研究结果、总结微塑料污染规律至关重要。本文结合国内外微塑料污染研究进展,介绍了微塑料污染现状,并通过对环境样品中微塑料的采样、预处理以及定性定量分析方法的系统比较,总结了现行各种检测方法的优缺点及各自应用范围,最后指出了进一步研究的方向。     

微塑料富集金属铅元素的能力与特征分析

以微塑料为载体,考察了其对溶液中铅离子的富集能力。首先利用2%HNO_3为解吸溶液,并用超声波仪进行辅助解吸,然后用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定其吸附的铅含量,从而研究微塑料吸附铅离子的能力。对微塑料的材质、吸附时间、粒径、离子浓度、选择性以及共存离子等进行了考察,分析了微塑料吸附铅离子的特征。实验结果表明:不同材质的微塑料对铅离子的吸附能力不同,其中聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)吸附量最高,分别达到1.32μg/g和0.63μg/g。微塑料粒径越大,其对铅离子的吸附量越低。随着吸附时间和铅离子浓度的增加,微塑料对铅离子的吸附效率出现先升后降的趋势。共存离子实验表明,当溶液中存在其他离子时,不同材质的微塑料对铅离子的吸附能力受到不同程度的影响,当铅离子和铜离子共存时,2种离子存在竞争性吸附现象。该文探索了微塑料对铅离子的吸附特性,可为深入研究海洋中微塑料富集重金属及其环境行为提供理论基础。     

ToF-SIMS characterization of microplastics in soils

Microplastics pollution is becoming one of the most serious threats to the surface ecosystem of the earth; it is widespread in oceans, rivers, sediments, soils, and organisms. It is a growing concern as an environmental pollutant, which currently has no clear detection standard. Detection methods still need to be constantly supplemented and improved. This study explored a novel method called time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) in this field. Four types of microplastics in farmland soils, namely, polypropylene, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, and polyamide 6, were successfully identified in terms of particle size and abundance by combining the high molecular specificity with ion imaging capability of ToF-SIMS. The procedure based on ToF-SIMS analysis also provides a methodological reference and basic data for the investigation and research of microplastics in soil, coastal beaches, and sediment.     

Quality assessment for methodological aspects of microplastics analysis in soil

Over the last several years, a number of studies have concentrated on the occurrence, potential sources, and ecological implications of soil systems. However, the studies’ methodological aspects have received little attention. Thus, this study performed a quality assessment for the methodological aspects of soil microplastics studies by adopting the Criteria for Reporting and Evaluating Ecotoxicity Data (CRED) evaluation method. A total of 35 soil microplastic studies have been evaluated in terms of methodological aspects using 13 criteria, namely, sampling methods and strategy, sample processing and storage, sample size, laboratory preparation, clean air conditions, chemical purity, negative control, positive control, sample pre-treatment, microplastics particle data, particle size, particle shape and polymer type identification. The quality assessment findings indicated that no study scored a maximum of two in all criteria, reiterating the urgent need for enhanced quality assurance for future soil microplastics studies. The average quality assessment scores in soil microplastics studies also indicated that the conditions requiring the most improvement involve both the criteria of positive controls and the criteria of clean air conditions. With a value of zero in 13 assessed criterion, the relevance of the study’s findings in environmental risk assessment was restricted, suggesting that future studies should consider strengthening the implementation and reporting of QA/QC protocol. Adoption of proper quality assurance and contamination control measures will guarantee high data quality and establish confidence in the study’s findings, which allow for reproducibility and comparability as well as acceptability to be utilized in risk assessments.     

How well-protected are protected areas from anthropogenic microplastic contamination? Review of analytical methods,current trends,and prospects

Microplastics have sparked global concern due to their negative effects on organisms' health and the environment. Microplastics research in protected areas (marine and freshwater) has recently gained prominence and is expected to grow in the coming years. This review of 36 published studies examines current progress and identifies future research challenges. It begins with an overview of microplastic evaluation methodologies, followed by a discussion of recent advances in the abundance of microplastics in water, sediment, biota, wet and dry deposition, and particulate matter. Current quality assurance and control measures are also summarized. The majority of studies (44 %) examined sediment samples. In biota, the gastrointestinal system was the most evaluated for microplastics. Digestion (using H₂O₂ and KOH) and density separation (using NaCl) are the most common microplastic extraction methods. We found that microplastic contamination is pervasive in all the surveyed protected areas, with varying levels of abundance geographically, and over 50 % of the biota ingest microplastics. The methodological discrepancies amongst the investigations, from sampling to microplastics characterization, make it difficult to compare the results and generate baseline data on microplastic contamination levels. Close monitoring and a standardized approach are thus required to determine the extent to which microplastics might enter and persist in protected area environments, as well as to devise effective mitigating strategies.     

Metal-Organic Framework-based Wood Aerogel for Effective Removal of Micro/Nano Plastics

The large amount of microplastic pollution in the aquatic environment has been regarded as a major challenge facing the world. Although some traditional water treatment processes can effectively remove microplastics in the millimeter range, research is still needed to solve the problem of removing smaller microplastics. Here, we made a durable zinc metal-organic framework-based composite material ZIF-8@Aerogel by in situ growing ZIF-8 on wood aerogel fibers, which can successfully remove microplastics in simulated water and seawater. The removal efficiencies on micro/nano plastics including poly(1,1-difluoroethylene)(60-110 nm) and polystyrene(90-140 nm) reached 91.4% and 85.8%, respectively. This work is expected to provide a new and efficient way to remove small-sized microplastic particles in the environment.