最新综述：大气中微塑料的来源、特性和检测方法

微塑料在大气中无处不在，平均寿命从一周到几周不等。它们可能来自工业活动的直接排放、较大塑料垃圾的破碎以及从陆地和水生环境的传输。大气中的微塑料（Atmospheric MPs，AMPs）对人类健康、气候强迫和空气质量有着重要影响。

微塑料可能会吸收和释放有害化学物质，通过摄入或吸入可能影响人类健康。此外，它们还可能影响太阳辐射的吸收和散射，从而改变地球的辐射平衡。然而，由于微塑料在大气中经历复杂的物理、化学或生物老化过程，导致它们的化学组成和形态发生显著变化，因此关于AMPs的转化机制目前了解甚少，这限制了我们对AMPs变化响应的模拟能力。

本文总结了当前关于AMPs的知识，重点介绍了它们的来源、特性和检测方法，并强调了评估AMPs分布、丰度和组成的挑战，并讨论了标准化采样和分析协议的需求。

本文综述了 2016 年至今关于 大气中的微塑料(AMP) 的现状，重点介绍了来源、特性和检测方法，强调了更好地了解这一新出现的环境威胁的迫切需要。通过在 Web of Science 核心合集和 Elsevier ScienceDirect 数据库中进行全面搜索，确定了过去十年中发表的 MP 研究。利用 “atmosphere microplastics”、“atmospheric microplastics” 等关键词和相关变体，我们检索了可能相关的研究。经过细致的标题和摘要筛选，然后进行参考文献列表分析，我们缩小了 230 项专注于 AMP 的相关研究的选择范围（图1）.

大气中 MP 的来源

据统计，2015 年产生了约 6.3 亿公吨塑料垃圾。它们的目的地分为回收 （9%）、焚烧 （12%）、填埋或直接排放到自然环境中 （79%）。2020 年全球塑料产量达到 3.67 亿吨 。这些塑料废弃物有可能进入土壤和大气，或通过地表径流输送到淡水体和海洋。

微塑料的污染正在成为最紧迫的全球环境问题之一。大气中的所有 MP 都来自人类活动，可分为工业、农业或家用合成塑料来源。工业排放主要是指塑料垃圾焚烧活动。许多农业活动需要使用塑料产品，例如广泛用于提高土壤温度和减少土壤水分蒸发的塑料覆盖物（聚合物薄膜/片材）。AMPs浓度的其他重要贡献是家庭排放物，例如由合成聚合物材料制成的服装材料，或产生塑料碎片的机械磨损和风干衣服。其他来源包括轮胎和交通排放物、美甲沙龙、中胚层塑料的风磨损以及合成材料的通风机械干燥。 此外，许多研究报告称，MPS 可能通过气泡破裂、气溶胶化和强风或湍流海况下的波浪作用等过程从海洋中提升到大气中;因此，海洋被认为是 AMP 的重要来源（图 2）.

大气中的塑料微粒收集和预处理

AMP 集合包括被动和主动采样方法。大气中的灰尘、沉降物和沉积颗粒通过被动采样用装有玻璃瓶的不锈钢漏斗连续收集。SAMP通常采用主动采样方法，通常使用真空过滤采样器或中等流量总悬浮颗粒采样器进行AMPs采集。

制备大气样品以去除可能干扰测量的外部和生物材料，并提高分析的准确性，包括几个阶段，例如筛分、有机物消化、密度分离、过滤和空气干燥。当样品中的有机物含量较高并干扰检测时，通常采用湿式过氧化 （WPO）、酸处理  和碱处理将其去除。由于在碱和酸处理过程中可能会损害塑料的物理性能，这可能会导致最终分析结果出现偏差。已经证明，湿式过氧化 （WPO） 方法可以分解生物材料并消解有机物，这在大气样品中是有效的和常用的。例如，大气中的微塑料颗粒已经用过氧化氢 （H2O2） 溶液或次氯酸钠 （NaClO） 进行有机去除 。由于H2O2方法所需的消解时间较长，Fenton 试剂（H2O2和亚铁离子Fe²⁺）已被推荐为在较短时间内分解有机物的有效方法，并可能成为未来MPS研究中溶解有机物的流行方法。

随后，利用密度分离方法从筛分样品中提取 MP。这个过程利用了饱和溶液中的密度差异，使较轻的材料漂浮并被提取为上清液。用于 AMP 密度分离的常见无机盐溶液应具有比目标提取物更高的密度，包括碘化钠 、氯化锌 、氯化钠和碘化钾 。氯化锌因其成本低而成为最常用的。碘化钠溶液对各种环境基质中的高密度MPs具有良好的回收效率，但由于成本较高，因此不经常使用。一些初步测试证明，可以使用更透明的过滤器来观察向样品中添加生物酶。酶的选择基于它们对环境样品中典型有机物的选择性，例如藻类、浮游生物、花粉、植物和昆虫残留物。根据目标生物底物选择酶添加的顺序——首先是蛋白质（应用蛋白酶消化），然后是纤维素（应用纤维素酶消化），然后是几丁质（应用几丁质酶消化）。使用玻璃纤维滤膜或聚四氟乙烯 （PTFE） 滤膜过滤密度分离的溶液。过滤器孔径可根据研究要求进行调整。随后，将滤纸在 50 °C 下干燥 48 h，然后对沉积在滤纸上的 MPS 进行物理和化学分析（图 3）.

微塑料（MPs）的检测方法：

1. 光学显微镜技术：使用光学显微镜，包括荧光显微镜、双目显微镜和偏振光显微镜（PLM），基于微塑料的物理特性进行分析，如颜色、光泽、截面特性、表面结构、厚度、硬度以及对热探针的反应。

2. 扫描电子显微镜（SEM）：结合高分辨率成像，用于获取微塑料表面的形态特征，理解从大气中收集的微塑料的降解模式。

3. 傅里叶变换红外光谱（FTIR）：利用不同波长的红外辐射下的塑料粒子的化学组成，与参考光谱库比较，以分类微塑料。

4. 微型傅里叶变换红外光谱（µ‑FTIR）：用于分析特定类型的聚合物，并且如果配备汞镉碲（MCT）探测器，可以检测到10微米大小的粒子。

5. 微型衰减全反射傅里叶变换红外光谱（µATR FTIR）：一种相对成熟的测量微塑料的方法。

6. 热解-气相色谱-质谱联用（Pyr‑GC‑MS）：可以量化环境样本中特定微塑料聚合物的质量浓度。

7. 热解吸气相色谱质谱联用（TD‑GC‑MS）：用于识别环境样本中非常小尺寸和微量微塑料的组成。

8. 热重分析-质谱联用（TGA‑MS）：一种新的方法，用于量化微塑料。

9. 液相色谱-质谱联用（LC‑MS）：用于聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯等微塑料的质量浓度分析。

10. 高效液相色谱-串联质谱联用（HPLC‑MS‑MS）：具有高精度、灵敏度和回收率。

11. 热解吸气相色谱-质谱联用（TD‑PTR‑MS）：可以分析具有良好结果重复性的纳米塑料。

12. 微型拉曼光谱（µ‑Raman）：可以检测到1微米大小的微塑料，但光谱可能受到添加剂、颜色和附着污染物的干扰。

13. 扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱（SEM‑EDS）：用于确定微塑料的形态和元素组成，但无法测量特定类型的微塑料。

这些方法各有优势和局限性，通常结合使用以获得微塑料的全面了解。

挑战与未来工作

尽管近年来在大气微塑料（AMPs）研究方面取得了显著进展，但要全面理解大气中微塑料的分布、丰度和组成，仍存在几个挑战。为解决这些问题，未来的工作应聚焦于以下四个方面：

第一，微塑料的测量单位尚未统一；实际上，文献中使用的单位分为数值浓度和质量浓度。未来研究中需要标准化微塑料测量单位。其中，微塑料的表征方法还无法测量纳米级半径的粒子：微型拉曼光谱可以检测到1微米大小的微塑料，代表了目前可检测微塑料粒径的下限。然而，未来对亚微米级微塑料的研究至关重要。热化学分析方法（如Pyr‑GC‑MS和TD‑GC‑MS）可能为识别和量化小于1微米的微塑料类型和浓度提供了一条途径。

第二，需要扩大地理和时间覆盖范围。例如，进行全球监测项目以评估不同地点和时期的AMPs浓度空间和时间分布将是有益的。这包括研究不同大气环境中AMPs浓度的变化，如城市地区、偏远地区和不同海拔高度。此外，需要进行季节性和长期趋势研究，以了解它们如何受到气候变化或塑料生产和废物管理实践变化的影响。

第三，AMPs的传输和归宿机制仍不甚了解。例如，可以研究AMPs的大气传输机制，包括它们长距离传输的潜力。这可能涉及使用大气模型和示踪剂来追踪微塑料的移动。此外，研究影响AMPs从大气中沉降和移除的因素也很重要，例如降水、风速和地表特性。此外，需要研究AMPs在大气中排放时经历的降解和破碎过程，以及这些过程如何影响它们的属性以及对人类健康、气候和空气质量的潜在影响。

第四，还需要评估AMPs对气候和健康的影响。通过研究AMPs对云层形成、降水和辐射平衡的影响，可以进行气候变化作用的调查。此外，通过体外人类细胞处理、吸入实验和流行病学研究，可以了解AMPs对人体健康的潜在毒理学影响。这可以允许调查AMPs在人体中的摄取、分布和潜在的不利影响。

最后，制定减缓策略将是一个非常重要的课题。为了识别和实施有效的策略，减少来自各种来源的AMPs排放，例如工业活动、废物焚烧和塑料破碎，需要开发从大气中捕获和移除微塑料的技术。此外，我们可以提高公众对微塑料污染环境危害的认识，并鼓励负责任的塑料使用和废物管理实践。

总之，大气微塑料是一个新兴的环境问题，有可能影响人类健康、气候和生态系统。通过解决上述关键研究挑战，我们可以更好地了解大气中微塑料的来源、归宿和影响，并制定有效的策略来减轻它们的负面影响。