刘锦松

导读 微塑料是一种新兴的污染物，具有与其它污染物相似的普遍性和生态毒性，微塑料的尺寸范围大、分布广、环境干扰影响大，所以快速采集、处理、分析微塑料组分，对于环境污染治理有很重要的意义。微塑料的危害 《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》对“重视新污染物治理”提出了有关要求。新污染物虽然在环境中浓度较低，但具有器官毒性、神经毒性、生殖和发育毒性、免疫毒性、内分泌干扰效应、致癌性、致畸性等多种生物毒性，同时具有较强的生物持久性、明显的生物富集性、难以监测等特性，对人体健康和生态环境构成危害。 现阶段国际上主要关注的新污染物包括：微塑料、环境内分泌干扰物（EDCs）、全氟化合物等持久性有机污染物、抗生素等四大类。作为四大类新型污染物之一的微塑料等细颗粒物，可以吸附重金属和有机污染物的载体，其危害性更为复杂。 下面小编为您介绍河流中微塑料从采集到样品前处理方法以及使用岛津傅立叶变换红外光谱仪（IRSpirit）快速进行分析的过程。 微塑料的采集 目前海水和淡水中微塑料采集一般采用具有不同孔径网目的拖网，使用拖网需要船只，对流域面积也有一定要求。采用一种新型微塑料采集装置Albatross（株式会社Pirika），解决了昂贵的租船费用以及狭窄地点和流速慢的河流难以取样的限制问题，可以在任何地点轻松使用的采集装置，仅需3分钟即可完成收集微塑料样品，成本低、使用方便。 图1 微塑料采集装置Albatross图2(a) 河流A中的采集过程图图2(b) 河流B中的采集过程图3 采集的微塑料样品 微塑料的前处理 首先将采集到的样品过2mm和0.1mm目筛，在通过0.1mm目筛捕集的样品中加入30%的双氧水（H2O2），溶解杂质，然后用纯水清洗样品，去除H2O2，加入5.3mol/L的碘化钠水溶液（NaI），进行比重分离。 图4 前处理流程 微塑料的分析 在收集的微塑料中，随机选了一颗微塑料使用岛津小巧型IRSpirit进行红外分析，光学显微镜观察图像和红外测定结果如下： 图5 收集的部分微塑料图6 光学显微镜下微塑料图像图7 FTIR的测定结果 岛津塑料分析系统包括了多种类型塑料的红外谱图，这些塑料经过了0小时（未照射）到使用Iwasaki Electric Co., Ltd.生产的超加速老化仪最长550小时（相当于紫外线照射约10年）照射。以上测定结果和紫外线照射550小时老化的PE匹配。检测到图中⻩框所示的3400cm-1附近的O-H伸缩振动、1750 cm-1附近的C=O伸缩振动引起的吸收，因此，可以推测出该微塑料暴露在环境中由于紫外线照射引起的氧化老化。另外，根据图中蓝框所示的1050cm-1附近的吸收峰，判断可能存在硅酸盐等。 结语 采用新型微塑料采集装置Albatross（株式会社Pirika），仅需3分钟即可完成收集微塑料样品，成本低、使用方便。针对采集的微塑料样品进行前处理，使用岛津傅立叶变换红外光谱仪（IRSpirit）可实现快速分析。 本文来源于：藤里砂（岛津制作所全球应用技术开发中心），河流中采集的微塑料的前处理方法和FTIR的分析方法。本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

刘劲松，男，1970年出生，博士，教授级高工，浙江省九三学社环保支社委员，省&ldquo 151&rdquo 人才库成员，被环保部授予环境监测&ldquo 一流专家&rdquo 。1998年进入浙江省环境监测中心工作，任中心副总工、分析测试(应急)研究所副所长等职。兼任中国分析化学会质谱委员会委员，浙江省色谱/质谱学会副主任、青年委员会主任，浙江工业大学硕士生导师。先后获得环保部&ldquo 青年科技奖&rdquo 、&ldquo 先进科技工作者&rdquo 、&ldquo 十一五环保科研先进个人&rdquo 等荣誉。主要承担环境污染物的监测和分析、监测标准体系建立、科研等方面工作，为环保监测、环境科学研究、以及国家能力建设等做出了较大贡献。 　　一、开拓创新 勤于探索 为提升有机监测能力做出了突出贡献 　　该同志1998年刚入单位时，省中心在有机污染监测能力上一直较弱，还处在起步阶段。尽管专业不对口，中心为提升有机监测能力，要求他尽快熟悉有机污染监测，开展全省饮用水有机毒物安全调查研究。由于经验缺乏，而单位在这一领域上的人才力量较弱，开始时确实困难丛丛。为尽快开展研究，他先后多次去浙大、商检、疾控中心等单位求师问计，远赴北京、上海、广东和国家化工部、国家环境监测总站等地学习取经，每次回到单位后，不仅能及时与中心领导、同事们进行认真探讨和交流，还利用晚上自己的业余时间潜心在实验室独立探究。困了就地打个盹，累了就在实验室打地铺。经过一年多的艰苦求学、摸索，中心有机污染物监测能力取得重大突破，把原有十几项有机污染物监测能力范围扩充到一百多项，大大提升了我省在全国的领先地位，同时，这项研究成果为全省各设区市加快调整饮用水源提供理论依据。 　　1999年，为固废管理需要，根据省厅党组工作要求，中心着手让他负责被当时称作为&ldquo 分析难度的巅峰&rdquo &mdash 世纪之毒二噁英的监测研究工作(当时国内仅有几名科研人员开展类似工作)。在研究中，该同志不仅仅对209种二噁英单体混合物的分离与净化研究有了重大的突破，而且对其产生机理及处理处置产生了浓厚的兴趣，深入到他极为陌生的工程热物理领域，尤其对垃圾焚烧处置工程及二噁英削减技术进行了大量的探索与研究。经过多年的辛勤而努力，功夫不负有心人，他成为国内开展该方面监测工作的环保第一人，也成为环保领域研究权威，为环保部建设国家环境二噁英监测中心华东分中心落户我中心奠定了坚实基础。由于他长期从事于垃圾焚烧研究，加上外出采样将大堆大量的&ldquo 废弃物&rdquo 拉回实验室进行分析，被他的儿子及同事们笑称为&ldquo 垃圾博士&rdquo 。研究监测成果对环保部开展国际履约、各行业二噁英排放因子确定、建设项目竣工验收等提供了大量科学数据。目前全国环保系统在有机分析能力上对浙江省站都竖起大拇指，而提起二噁英监测更是名声在外，都知道浙江有个刘劲松，所以中国环境监测总站一直特聘他为有机分析及二噁英监测授课教师。 　　二、勤勤恳恳 任劳任怨 全力以赴完成上级所交办的工作任务 　　一直以来，该同志为完成环保部及省环保厅下达的各项任务，无论是七月流火，还是天寒地冻，在面临各种意想不到的危险，他都能冲在前、想在先，兢业勤恳做好每一件事。在调查国内二噁英排放源中，他经常率队外出采样，有时半个多月都不能回家就在一个又一个焚烧源之间奔波。夏天在温度高达六七十度以上的烟道上，每次工作时汗水顺着下巴与地面都能连成一线，将10多米下的地面灰尘和成了&ldquo 稀泥&rdquo ，八九个小时连续工作让人头晕目眩，但为了自己热爱的事业，为了清山绿水，克服种种困难圆满完成各级交办的工作任务。有一年冬天在江苏昆山大金公司取样，本来气温就在零度以下，可工作取样点又在四五十米高烟囱上，江风凛冽，穿上两件大棉袄也无法抗拒刺入骨髓的寒冷，但他依然在那恶列的气候下连续取样达八九个小时，等他与同事一起下来时已经冻的连话也说不清，人也站不稳，在场的企业工作人员深受感动。在日常监测工作中，他带领的同事们经常会遇到这样那样的危险，这些危险也是不为人知的。比如有一次到湖州世纪清采样，身后的风机叶片突然爆碎，尖锐的金属碎片扎入了十几米高的房梁中，而他就在风机1米左右的地方，所幸逃过一劫。在宁波中华纸业取样监测中，当时他在30米高的烟囱上采样，天气突变，雷电交加，为保护设备不被淋雨，一道闪电却击中了正待抓起的采样框，从高空摔落地面，所幸人无大碍。在实验室分析中，因为经常接触强酸强碱，而且还要接触大量不明物质，危险也处处相伴，该同志也总是勇于担当，冲在一线。特别在处理湖州一企业应急未知剧毒样品鉴定中，因企业职工对化学品处理工科不当造成其他人员莫名受伤和死亡，为尽快调查事故原因，在五一放假期间，当地政府急求省中心专家帮助调查分析，该同志二话没说就主动担当，穿上厚厚的防护服在通风柜中操作，却让同事在实验室门口随时监护以防不测，表现出一名专业人员和干部身先士卒、临危不俱的优秀品德。 　　应急监测是刘劲松的一项非常重要的工作。自进入单位起，就和无数的环保应急事故处置牵上了线，甚至连新婚之夜也被单位召回加班应急。历时将近一年的&ldquo 1998中国环保第一案&rdquo 磐安饮用水源地危废倾倒调查中，他不仅承担了全部调查样品实验室分析，还要随着公安厅办案人员翻山越岭，搜集证据。&ldquo 5.12&rdquo 四川汶川抗震救灾，为查清青川县饮用水源地大肠杆菌超标原因，冒着余震风险，和同事一起沿着破坏严重的公路调查上游大山深处的水源地，一干就是大半个月。近几年来，钱塘江流域多次出现水污染事故应急，24小时连续多日的样品分析成为常态，对他而言，这些工作的完成已习以为常。除此外，还作为省环保厅调查专家对省内主要河流上游企业进行污染排查和大量的现场调查取证等工作任务。多年的应急工作经验及丰富的理论知识为国家环保部和省内相关部门有效解决应急事故起到了非常重要的作用，因此被环保部、省环保厅及一些地方政府特聘为应急专家成员。 　　三、勤于思考 勇于探索 努力把环境监测与环境科学研究有机结合 　　在完成大量的日常工作同时，该同志积极组织和参与国家及省内多项环保科研工作。先后承担或参与科技部863项目、环保部公益性项目、浙江省科技厅、浙江省环保厅等资助的二十多项科研工作，在J. Hazardous Materials、Chemosphere、环境科学等国内外核心期刊上发表学术论文30余篇，参与两部专著编写，建立&ldquo 二噁英监测技术规范&rdquo 等多项国标。他主持和参与的科技部863项目&ldquo 焚烧烟气二恶英类监测及风险评估技术&rdquo 、浙江省自然科学基金重大项目&ldquo 大气气溶胶来源解析和预警系统&rdquo 等十多项课题研究 探讨了焚烧源二噁英污染控制措施及其环境影响，杭州市大气PM2.5中二噁英污染水平及健康风险等，是国内较早开展大气PM2.5研究人员之一 省科技厅重大项目&ldquo 钱塘江饮用水源敏感物质甄别、毒性安全及防控措施研究&rdquo 等七项课题的研究，系统调查评估了钱塘江流域地表水中有机毒物污染水平、生物毒性、及其环境风险，追溯污染原因 省科技厅重大项目&ldquo 拆解行业土壤污染评估及治理技术研究&rdquo 等四个专项课题，系统评估了全省土壤污染状况，特别是电子垃圾拆解场地农业土壤的二恶英类POPs环境风险。另外为建立我国环境应急监测体系，他先后参与或主持了科技部863项目&ldquo 重大环境污染事件特征污染物实验室检测技术系统&rdquo 等三项课题的研究工作，为这些领域的加快发展作出了具大贡献。 　　四、心态平和 不计得失 为环境监测事业建设和发展贡献青春 　　作为一名博士，中层干部，曾按照环保部的统一部署和安排，上挂环保部和下派支援边疆担任副区长，在不同工作岗位上锻炼自己，角色的转变能及时摆正位子，始终低调做人，扎实做事，与干部职工打成一片同甘共苦。 　　长期以来，中心二噁英实验室一直是最为忙碌的一个部门，加班最为频繁。由于人员少，工作任务繁重，加上部门与二噁英试验室分离独立运作，该同志每天工作需要两头跑，两头肩顾 在样品的前处理、玻璃器皿的清洗、设备的维护等细节工作上，和普通职工一样，处处干在前。遇到棘手的问题或者工作任务较重，他总是带头留下，把方便留给同事，困难留给自己。由于经常加班，家属经常埋怨他：&ldquo 好像儿子不是你的，什么事都是我一人管&rdquo 。他总是笑着说&ldquo 事情多、任务重、时间紧、没办法，你多担待吧&rdquo 。在他的带领下，华东分中心成为环保部和国内几大中心运转最好的二噁英实验室之一。 　　他在被中组部&ldquo 博士服务团&rdquo 派遣担任内蒙古赤峰市松山区副区长期间，经常利用空余时间参与到单位重点项目的处置。比如在苕溪重大污染事故调查中，每年难得一次回杭探亲假，本想好好陪陪家人或能为爱人做点家务事，但在新闻和媒体中了解到这次苕溪污染事故影响了杭州市上百万人饮用水安全后，他毫不犹豫参与到样品分析中，由于污染物浓度极低且很杂，很难找出特征污染物，直至第二天凌晨才从一堆检出物中搜寻到相关线索，经验证后确认该类物质是水污染事故的元凶(事后现场调查人员根据研究结果很快就找到了肇事企业)。而连续作战一夜未眠的他也到了返程的假期，当天就匆匆赶回了赤峰，类似这样的情况很多，也举不胜举。下派回中心后，经常有熟人打趣他说：那边配备了专职秘书，有单独办公室保障，还有专车接送，回来后是否感到不适应和失落感，是否觉得委屈。他总是笑着说&ldquo 尽本分做事，无愧于心，如此足矣&rdquo 。2014年11月19日浙江工人日报网以&ldquo 最美劳动者&rdquo 采访了他。该报用了一句结束语：&ldquo 刘劲松对自己充满危险及在他人眼中艰苦异常的工作有着自己的执着与热爱&rdquo 。 　　现在的刘劲松同志更加努力，在环境监测事业转型发展中将起到重要作用。用他自己的话说：愿为环境监测事业建设和发展贡献青春。

大自然为人类社会的进步和发展提供了源源不断的灵感和动力。向自然学习，有所发现，有所发明，有所创造，有所进步，是科学发展的一条行之有效的途径。松塔的吸湿运动为人工驱动器的设计和制造提供了许多灵感。目前认为，松塔的开合是由鳞片外层的“肉”（石细胞，sclerids）比内层的“筋”（维管束，vascular bundle）的收缩膨胀更大引起的。但以往的研究只专注于研究松塔的弯曲机制，而忽略了弯曲过程和原本的功能特点。松塔为了让风和动物把种子传播到远离母树的地方繁衍，只有在长期干燥的环境下才会打开。对于松塔的超慢运动，目前的机理还无法给出相应的解释，并且这一机制也很难解释单独的维管束也具有湿度响应特征。因此，松塔的超慢湿度响应机制目前仍然是不清楚的。最近，中国科学院理化技术研究所王树涛研究员团队和北京航空航天大学刘欢教授团队合作，重新审视松塔的吸湿运动，揭示了松塔湿度响应的超慢运动的奥秘，并受此启发研发了具有类松塔湿度响应的超慢运动的人工驱动装置，其运动速度比现有的湿度响应驱动器低两个数量级，其整个运动过程难以察觉。相关工作以“Unperceivable motion mimicking hygroscopic geometric reshaping of pine cones”为题发表在Nature Materials杂志上。该工作得到了国家自然科学基金项目的大力支持。文章第一作者是张飞龙博士和杨曼博士，通讯作者为王树涛研究员和刘欢教授，徐雪涛和刘熹博士共同参与本研究，江雷院士为本研究提供了专业的指导。现象与发现1.松塔的吸湿变形是一个超慢的过程松塔完全打开需要相当长的时间，约24小时(图1a)。在具有吸湿变形能力的植物组织中，松塔鳞片的厚度归一化的形变速度是最小的（图1b），这与其长距离种子传播的功能是一致的。2.维管束本身也能够吸湿变形研究发现，维管束（VB）本身就可以吸湿变形，且具有比外层的“肉”（skin）更大的变形能力和运动速度(图1c, d)，表明VB在鳞片的湿度响应运动中起关键作用。而“肉”和整个鳞片的运动速度都远低于骨架（skeletons）和VBs。同样，与骨架和VBs相比，浸水的鳞片和“肉”的含水量更高，脱水速度更慢。因此，可以得出结论，VBs驱动鳞片的吸湿变形，而保水性好的“肉”减缓形变速度。图1. 松塔、鳞片及其各组成部分的吸湿运动。维管束（VB）的变形机制1.弹簧状微管和方形微管的异质结构为了探究VBs的弯曲机理，作者对VB的微观结构及各组成的吸湿膨胀行为进行了研究。从横断面扫描电镜图可以看出，VB具有典型的异质结构，包含两种管状的细胞壁，且两者边界清晰(图2a-d)。重构的微管三维结构图和纵向截面图进一步证实了，维管束是由平行排列的弹簧状微管和方形微管组成的典型的异质结构 (图2 e-g)。2.弹簧状微管和方形微管的吸湿膨胀行为不同通过机械剥离的方法，作者得到了弹簧状微管/方形微管对，并利用环境扫描电镜(ESEM)对其吸湿运动进行了原位观察(图2h)。随着相对湿度的增加，弹簧状微管伸长，微管对向方形微管侧弯曲(图3c)。相反，随着湿度的降低，微管对向弹簧状微管侧弯曲。根据上述结果，作者提出了一维弹簧状微管/方形微管异质结构的简化模型以解释VB的吸湿形变(图2i)。图2. 维管束的异质结构和弯曲机制仿松塔的超慢运动驱动器受此启发，研究人员利用双组份3D打印技术制备了由弹簧状管和方形管构成的异质结构的基本单元，在管中填充吸湿聚合物，以模拟鳞片中的“肉”增加吸湿路径，降低膨胀速度 (图3a, b)。打印出的弹簧状管/方形管展现出类似于松塔的吸湿变形性能(图3c)。利用简化模型与3d打印技术的可编辑性和兼容性，仅通过调节结构就可以实现各种精细的形状转变调控(图3d)。利用打印出的弹簧状管/方形管对，作者制作了一个可移动工作台，实现对上面的物体的超慢运输，不会周围的环境水造成干扰 (图3e-g)。利用打印出的弹簧状管/方形管对作为支架，探测器也可以在超慢运动的情况下增大监测范围(图3h)。图3. 仿松塔结构的超慢驱动装置该工作为理解松塔和其他植物组织的湿度响应形变提供了新的思路和结构基础，也为开发刺激响应驱动器提供了新的物理模型。该工作被新加坡国立大学（NUS）的Cecilia Laschi教授和意大利理工学院（IIT）的Barbara Mazzolai教授在《Nature Materials》杂志同期的News & Views专栏以“Move imperceptibly”为题，进行了专题报道。摩方精密简介摩方精密作为微纳3D打印的先行者和领导者，拥有全球领先的超高精度打印系统，其面投影微立体光刻（PμSL）技术可应用于精密电子器件、医疗器械、微流控、微机械等众多科研领域。在三维复杂结构微加工领域，摩方团队拥有超过二十年的科研及工程实践经验。针对客户在新产品开发中可能出现的工艺和材料难题，摩方将持续提供简易高效的技术支持方案。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41563-022-01391-2来源：材料科学前沿官网：https://www.bmftec.cn/links/7