摘要：微塑料是一種廣泛存在的新型環境污染物，它幾乎存在于任何環境介質中，在海洋、河流、陸地、大氣、土壤中均有發現微塑料污染。為更好地了解微塑料在淡水方面的研究情況，本文詳細介紹了淡水系統的微塑料采樣和預處理方法，并探討了其發展方向。其中，采樣方法涉及水體、沉積物及水生生物方面;在微塑料的提取方面比較了不同提取溶液和提取方法的優缺點;在樣品消解方面分析了不同消解液和消解方法的優缺點。最后針對現階段微塑料分析方法存在的不足，提出了今后的發展趨勢及工作展望，以期為淡水環境中微塑料的采樣及預處理技術發展提供參考。

　　關鍵詞：新型污染物;淡水水體;微塑料;采樣;預處理

　　1.研究背景

　　微塑料是一種全球新興的污染物，目前對于微塑料(Microplastics)的廣泛定義是：小于5mm的塑料微粒[1,2]。淡水微塑料來源分為初生微塑料及次生微塑料。初生微塑料指生產的微小顆粒、微珠等以小顆粒的形式直接排放到環境中的塑料(如洗化用品中具有磨砂功能的洗面奶、沐浴露及具有摩擦作用的牙膏等)。次生微塑料指由大型塑料垃圾經過物理、化學和生物過程造成分裂和體積減小而成的塑料顆粒。

　　水域環境論文范例：怎樣有效解決淡水漁業養殖生產帶來的污染

　　微塑料的危害主要有以下三點：①微塑料可釋放出有毒有害物質。在塑料制品的制作過程中往往會添加許多添加劑，以提高其物理性能。如著色劑和阻燃劑，其中一些是眾所周知的內分泌干擾化合物，它們可以從塑料碎片中釋放到水系統，并進一步進入食物鏈，導致生物體內毒素的積累[3]。②微塑料比一般塑料更容易吸附有毒有害物質。由于其表面積大及固有的疏水性[4]，可作為重金屬和持久性有機污染物等化學污染物的重要載體，對環境造成嚴重污染[4-7]，甚至可能會給人類帶來嚴重的健康問題。③對水生生物有毒害作用從而影響生態環境及人類健康。

　　對魚類的一些研究表明，微塑料和相關毒素在生物體是有累積效應的，會引起腸道損傷和代謝改變等問題[3]。2004年Tompson[2]第一次提出“微塑料”(Microplastics)這一術語，開始引起了科學界的重視，起初研究主要集中在海洋領域，2012年后淡水中微塑料的研究得到了越來越多的關注，最近幾年有關淡水微塑料來源和豐度的研究更是以指數形勢大幅增加，但淡水微塑料研究技術還不夠成熟。

　　用于淡水微塑料研究的相關技術和理論大多是基于海洋微塑料研究的技術及理論，研究時需注意這兩種環境的差異性：淡水與海水的密度不同，海水密度值為1.02～1.07g/cm3，淡水含鹽量低，密度在1.0g/cm3左右，相較于海洋，淡水中微塑料垂直分布位置可能會更偏低一些;微塑料在淡水與海水中受到的物理力程度不同：如海洋系統中經常出現大的波浪與風速，淡水系統中的塑料也會經歷物理作用，但相較于海洋，淡水環境的風浪會弱很多，所受物理力較小;其次環境條件也有巨大差異：如太陽輻射、降雨、酸堿度和溫度，這些外部條件對微塑料有較大影響[8]。如Freeetal.[9]表明，在極度缺乏營養的湖泊中，由于缺少生物浮體導致高紫外線滲透，塑料碎片容易經歷相對強烈的風化。

　　目前微塑料研究的最大問題是需要協調方法建立標準。有關淡水微塑料的研究文章雖已有一定基數，但不同研究之間從采樣到樣品預處理，至最后的儀器檢測，所采取的方式都不一致，未形成一套統一標準，不僅影響了研究結果的可靠性，也給不同文章之間結果的分析比較帶來很大困難。如采樣方面，部分研究對于采樣技術的介紹較為簡單，未對外部條件(如天氣、水流、時間等)進行描述或控制，選取的采樣工具不同，使得采樣結果缺乏代表性與重現性，方法學的缺陷被進一步放大。樣品分離方面，需不斷開發新技術來提高分離效率，確定微塑料的最低粒徑以統一濾膜孔徑。

　　樣品的提純方面，需找尋高效的消解技術，確定消解液類型與最佳反應條件。本文基于國內外淡水水體微塑料的相關研究，選取34篇典型文章(參考文獻[10-43])，對淡水水體微塑料的采樣及預處理方法進行分析和比較，討論了不同方法的優缺點，針對目前存在的問題提出了未來研究展望。以期使讀者對目前淡水環境中微塑料的采樣和預處理方法研究有較為系統的了解，并推動淡水水體微塑料采樣和預處理技術邁向標準化。

　　2.淡水水體微塑料的賦存狀況

　　研究者在歐洲、澳洲、北美、亞洲的淡水中都檢測到了微塑料。從國外淡水環境的數據來看，微塑料已經遍布各國的江河湖泊等淡水水域。無論是人口密集還是位置偏遠地區的淡水水域都有大量的微塑料被檢測出。在我國，淡水微塑料的豐度在不同地區差異較大。

　　污染水平最高的地方是城市河段以及大城市附近的湖泊或水庫。從地理位置看，位于人口密集、城市化程度高的內陸水域微塑料污染更嚴重，如長江流域、珠江三角洲和三峽水庫的上游等[44]。然而，微塑料污染也發生在偏遠、人口稀少地區的地表水，如青藏高原的河流和湖泊[45]。這表明缺乏有效的防控措施時，在徑流、季風等因素的影響下，微塑料可能會遷移并擴散到各種類型的水域，最終對淡水環境和人類健康造成風險。淡水水體分為河流、湖泊、水庫等形式。

　　(1)河流：河流是微塑料最終歸趨的重要接納體，同時也是海洋微塑料的一個重要陸源輸入，其微塑料污染情況直接影響了近海海岸的微塑料污染程度。因此，近年來河流中微塑料的污染逐漸成為研究熱點[46]。河流也是微塑料研究最多的淡水水體，在國外，英國的泰晤士河，巴黎大城市中的地表水，西班牙的埃布羅河，加拿大的圣勞倫斯河，澳大利亞布里斯班河及維多利亞州的地表水，韓國的漢江及那東河等河流中都有大量微塑料被檢測出。在中國，珠江、渭河、海河、黃河下游地表水、長沙和武漢的城市地表水也有著不同程度的微塑料污染。

　　(2)湖泊：湖泊是一個具有不同水文條件的半封閉系統，由于水動力學相對穩定，可能作為大量微塑料的匯集地。例如在加拿大的溫伯尼湖中檢測出了較高的微塑料，最低值為入流處的53,000n/km2，最高值為出水口附近的748,000n/km2[29];中國洞庭湖中微塑料的濃度范圍為900～2,800n/m3，洪湖為1,250～4,650n/m3[36]。

　　(3)水庫：水庫是一種介于河流和湖泊間的半人工半自然水體，又被稱為“人工湖泊”，這反應了水庫與自然湖泊具有一定相似性，但在某些方面仍有較明顯差異。如湖泊水力滯留時間長，幾何形態為U形，水動力學比較規律;而水庫水力滯留時間短，幾何形態為V形，水動力學變化大[47]。目前對于水庫的研究不多，國內最大的水庫三峽水庫和丹江口水庫均有微塑料方面的研究報道。從現有研究數據來看，水庫中也含有大量微塑料，污染水平較高。三峽水庫中水體微塑料范圍為1,597～12,611n/m3，沉積物每千克濕重中微塑料含量在25～300個[35]。丹江口水庫中水體微塑料豐度為467～15,017n/m3，沉積物每千克濕重中微塑料含量在15～40個[17]。

　　3.微塑料樣品采集

　　微塑料在淡水環境中的遷移、溯源、歸宿、分布和生態毒理效應等方面的研究都涉及到多種介質，主要介質有水體、沉積物及生物體。樣品的采集方法很大程度上取決于取樣環境和微塑料的最小尺寸。

　　3.1水樣采集

　　微塑料在水體中的分布取決于其性質，如密度、形狀、大小、化學物質的吸附和生物絮凝，以及水的密度、風、水流和波浪等環境條件[7]，因此采集的微塑料數量和質量很大程度上取決于取樣的位置和深度。由于微塑料在水體中豐度低、尺寸小等原因，通常采用濃縮樣本和大體積采樣兩種方法。濃縮樣本法指采樣過程中樣品體積會減小的方法，主要通過拖網采集。海洋微塑料采樣網可以應用于淡水水體微塑料的采樣中。從現有報道來看，目前淡水環境使用的拖網類型主要有蝠鲼網(Mantanet)、漂浮生物網(Neustonnet)和浮游生物網(Planktonnet)。

　　不同類型的采樣網特征不同，采樣位置也不同。蝠鲼網前端有一對像翅膀的金屬箱，這使其能夠漂浮在水面上，漂浮生物網連接在一個大的矩形框上，這兩種采樣網可用于表層水樣的采集。浮游生物網的頭部是圓柱形的，身體呈圓錐形，常用于中層水取樣。采用拖網采樣的優點主要有：易于使用;可以對大量的水取樣;可以覆蓋較大的采樣區域，提取大量微塑料樣品，且減少了采樣體積[48]。缺點主要有：設備昂貴;需要船;樣品可能受船只及拖纜污染;網孔孔徑大，較小的微塑料會通過網格被漏掉[49]。已有文獻報道中拖網孔徑在112～333μm不等。

　　4.微塑料樣品分離

　　在微塑料個體的分離過程中，部分研究采用直接挑選法，但由于肉眼識別率低、類型難以分辨等原因，此方法得到的結果往往受到質疑。因此，如何從樣品中將微塑料分離出來并進行定量分析和表征是樣品處理非常重要的一個環節[51]。目前較為常見的微塑料分離方法主要有過濾、篩分及密度分離法。

　　5.微塑料樣品消解

　　環境樣品中含有生物物質常與塑料混淆(如顏色較深的藻類碎片)，導致對微塑料濃度的過高估計，并增加了需要進一步分析的顆粒數量。因此，有必要創造一種簡單的消解方法，能夠在不影響聚合物結構或化學完整性的情況下減少有機物含量。目前，國內外常用的消解方法主要分為4種：酸消解(HCl、HNO3)、堿消解(NaOH、KOH)、氧化劑消解(H2O2、芬頓試劑)和酶消解。選定消解方式后還需選擇合適的消解時間與溫度才能達到較好的消解效果。

　　如Joanaetal.[7]比較了H2O2(30%)、HNO3(35%)、KOH(10%)、十二烷基磺酸鈉(SDS，10%)、芬頓試劑(Fe(II)+30%H2O2)等五種消解液的消解效果，證明芬頓試劑與KOH最適合用于有機物的消解，在50℃下消解1h的條件下消解效率最高，不會導致合成聚合物的失重和視覺變化(硝酸纖維素除外)，不會影響對聚合物類型的紅外識別。

　　6.質量保證和控制措施

　　在對微塑料進行監測時，在整個簡單的過程中采取嚴格的質量保證和質量控制措施(QA/QC)，以提高數據質量至關重要[66]。在現場采樣中，獲得具有代表性的樣品對于準確評估研究區域的微塑料豐度顯得尤為關鍵。這需要合適的采樣工具，設計和實施精準的采樣策略[67]，還可通過重復采樣來提高監測數據的可靠性。為避免樣品在環境中交叉污染，采樣工具在使用前或使用后都應用采樣點處的水潤洗三遍，在每個樣品采集完后都應立即裝入容器密封保存，并在采樣結束后立即運回實驗室進行后續處理。

　　在實驗室工作期間，背景污染(如空氣中的纖維)會對環境樣本的定量結果造成偏差[68]，應采取措施檢查和減少背景污染，例如，在真空條件下，通過濾紙對工作場所的空氣進行一定時間的過濾，以檢測潛在的空氣污染;保持一個干凈的實驗環境避免外界污染，最好能在通風柜中進行實驗;實驗人員使用乳膠手套和棉質實驗服[11-13]，實驗設備使用鋼或玻璃設備，塑料設備更換為非塑料材料或盡量避免接觸塑料設備;減少通風和樣品暴露時間，樣品未使用時用鋁箔覆蓋表面防止與空氣接觸[18];用去離子水仔細清洗設備和容器。

　　7.結論與展望

　　目前微塑料研究的主要問題之一是使用的采樣和預處理方法不一致，研究缺乏一致性，阻礙了對現有及今后數據進行大規模的比較。

　　(1)采樣方面，拖網法因其涵蓋區域廣，采樣體積大，節省人力等諸多優點而被廣泛使用在水體采樣，但現有研究采取的網孔大小、拖網速度和拖網時間不同，降低了數據的可比性。此外，有研究比較了不同采樣方式采集的微塑料平均豐度值，結果顯示拖網所采集樣品的豐度明顯低于泵式和取水器，但泵式和取水器取樣也有其難以避免的固有缺點。未來研究人員需思考如何開發出一種標準化的取樣方法，既簡單又能有較高的代表性和重現性，以調查更大范圍內微塑料的賦存狀況。沉積物采樣沒有因為采樣工具的不同而造成豐度值上的明顯差異，但在描述微塑料豐度時應標注好干重或濕重以免描述不清造成歧義。

　　(2)分離方面，不同提取方式的提取效率不同，如何優化提取方式，提高微塑料提取效率值得研究者思考。NaCl因為其廉價無污染等優勢成為了目前使用最多的分離溶液，但其密度較低，對高密度聚合物的提取效果較差。其他密度大的鹽溶液又因為價格昂貴或者易造成污染而無法大量使用，因此建議使用雙密度分離法，先用NaCl將輕質塑料提取出，再用密度大的鹽溶液(如ZnCl2，NaI)提取剩余的重質塑料，使用后的鹽溶液應重復利用以節約成本和減少污染。除現有分離技術外，未來研究人員還應著力于開發出其他高效而簡單的提取方式。

　　(3)消解方面，目前已使用的消解劑對聚合物都有著不同程度的影響，消解過程中所采用的反應溫度與時間也都不一致。酶的影響程度最低但因其消解速率慢、成本高的缺點而無法大規模運用，未來應創新高效的消解方案，既可以大規模使用又不對有機物造成損害。

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　　作者：李丹文1,2，林莉1,，潘雄1，吳曉暉2