【Chem. Rev】微塑料和纳米塑料的化学分析：挑战、先进方法和前景

微塑料和纳米塑料是合成聚合物（塑料）的微小碎片，存在于环境（包括淡水和海水、沉积物、生物群、土壤和环境空气）以及饮用水和食物中，因此被认为是新兴的人为颗粒物污染物。微塑料一词是由Thompson等人提出的。2004年报告了海洋环境中的小塑料碎片。Arthur等人提出了5毫米的微塑料尺寸上限。在2009年。目前，塑料颗粒和纤维分别小于1 μm和尺寸范围在1 μm到1 mm之间，分别被定义为纳米塑料和微塑料。 尺寸范围为 1-5 毫米的碎片可称为大型微塑料。

在下文中，将使用缩写MPs 表微塑料，NPLs 表纳米塑料（而不是NPs，以避免与纳米粒子混淆），以及纳米塑料和微塑料的NMPs，在微小塑料颗粒和纤维的情况下，一般性地讨论。

一方面，塑料材料具有重量轻、用途广泛、耐用、可成型、耐腐蚀和阻燃等特点，通过使其更容易、更安全和更愉快，改善了全球数百万人的生活质量。

另一方面，当塑料最终进入环境或食物时，我们现在正面临全球挑战。虽然欧洲的塑料产量略有下降（2018年和2019年分别为61.8公吨和59.7公吨），但在全球范围内却逐年增长，2019 年达到 368 公吨。

高密度（HDPE）和低密度（LDPE）的聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等热塑性塑料的生产水平体现在MP污染的程度，例如，在淡水和饮用水中全球检测到的 MP 的数量级：PE ≈ PP > PS > PVC > PET。

除了常规聚合物，包括上述聚合物以及聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚酰胺 (PA) 和聚氨酯 (PUR)，还生产生物塑料（可生物降解和/或具有生物基成分的塑料）。后者越来越频繁地用于食品包装（例如，聚丙交酯，PLA）和农业（例如，聚己二酸丁二酯-共对苯二甲酸酯，PBAT）。

根据最近的定义，MP还指定了轮胎磨损颗粒 (TWP)，其中包含40-60%的合成聚合物（例如，丁苯橡胶、SBR）和油漆颗粒/表面涂层。后者是由粘合剂、颜料、填料和添加剂组成的多组分系统，其中合成聚合物用作成膜剂，如固化涂料系统（例如聚酯 (PES)、醇酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂）和物理干燥系统（例如，丙烯酸和乙烯基（共）聚合物）。

通常，NMP可分为“主要”或“次要”来源。“初级”NMP的尺寸和形状是有意制造的，适用于各种应用（例如，用于工业生产的颗粒、用于个人护理产品的纳米和微珠以及工业清洁剂）。“二次”NMP 颗粒和纤维（例如，尼龙或 PA 和 PES）是通过环境中塑料碎片的碎裂和降解（由于机械磨损、紫外线辐射和（微）生物降解）或通过磨损形成的含塑料物品。

从全球来看，MPs从赤道分布广泛到两极和来自深海沉积物登上珠穆朗玛峰（在海拔 8440 米处发现了 PES 纤维）。全球范围内关于 MP 发生的众多报告对 MP 对生物群的影响提出了许多问题。潜在的负面影响可能与单体和添加剂的浸出有关，其中一些已被证明具有毒性、致癌性或内分泌干扰性。

此外，由于塑料碎片的氧化光降解，会形成和释放有害的挥发性有机化合物（VOC，例如丙烯醛和苯）。 此外，MPs可以吸附持久性有机污染物和/或有毒金属来自环境并作为病原体和/或抗生素抗性微生物的载体。 

然而，迄今为止报道的MP对生物群的影响是高度矛盾的，从负面（包括致命）到无影响，再到解毒（当生物体中污染物的初始浓度高于摄入的 MP 时）。

此外，许多此类研究是在MP粒子浓度超过测量值的情况下进行的，或者（对于粒子 <10 μm）外推到环境中的因子为 10 2 –10 7。这一事实强调了环境现实浓度下 MP 暴露研究的重要性。不良物质对生物群的负面影响正在讨论中并且已经证明了NPL可以穿透鱼的血脑屏障， 由于缺少关于这些粒子在环境中出现的定量信息，现实实验受到阻碍。

目前正在深入调查人类通过空气、水和食物接触 MPs 的程度以及相关影响。虽然在人类饮食的几种产品中发现了MPs， 假设通过吸入空气接触到最高。一般来说，较小的MP预计会产生更大的危险影响。关于不良物质对人类影响的信息还很有限，但已经表明，不良物质可以跨越肠道屏障。

为了评估与NMP相关的实际风险，需要关于这些颗粒在环境和食品样品中出现的可靠数据。尽管MP的视觉识别代表了最简单和最便宜的分析方法，但假阳性和假阴性结果的比例随着粒径的减小而增加（例如，只有 1.4% 的视觉上类似于 MP 的粒子被发现具有合成聚合物来源)，这强调了对 NMP 进行适当化学分析的重要性。

塑料来源、使用模式、排放途径和材料特性的多样性和复杂性反映在NMP 颗粒的多样性中，表现出多种多样的物理、化学和生物特性（例如，尺寸、形状、密度、聚合物类型、表面特性等）。 因此，这种分析物可能是环境和食品中最具挑战性的分析物之一，需要先进的方法来可靠地鉴定、定量和表征。

在过去的十年中，有几篇评论部分或完全关注MP的检测、识别和量化方法。早在2012年，Hidalgo-Ruz等人。强调了化学分析对于可靠的MP识别的重要性，但当时只应用了 FTIR 光谱。光谱和热分析方法的开发和应用的进展随后反映在后来的评论中。

特别是 Primpke 等人，最近提出了对分析方法的批判性评估，重点是对 MP进行协调和具有成本效益的分析。在过去的三年中，越来越多的关注对微小的微塑料和纳米塑料颗粒的化学分析。

然而，迄今为止，NMP的可靠和具有代表性的化学分析的分析挑战和可能的解决方案仅得到部分解决。此外，不同基于质量和基于粒子的方法的适用性和互补性以及它们的自动化、验证和协调也没有得到充分讨论。

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