国内塑料检测

微塑料指的是直径小于5毫米的塑料微粒，常见化学成分有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等。相关研究表明，微塑料在鱼类、贝类等水生生物体内普遍存在，可通过食物链不断向上一级传递，位于食物链顶端的人类将不可避免成为微塑料的摄入和蓄积体。随着各方对微塑料的关注日益增多，微塑料的相关科学研究正如火如荼地开展着，如何精准快速的识别微塑料，对微塑料领域的研究至关重要。多年来，研究人员通过对水陆空环境与生物体等各类样品中的塑料微粒含量、大小、成分等进行科学分析，开展各类型的科研课题研究、环境本底调查，为我国环境微塑料污染防控与监控和常规产品检测等提供技术依据。为了了解当前微塑料检测分析技术和应用进展，加强沟通交流，7月27日-28日，仪器信息网将举办第四届环境新污染物检测网络会议，在28日的下午，以“微塑料的检验检测”为主题的会议专场，将邀请相关领域专家与大家分享当前针对该领域的技术研究与应用进展等。“微塑料的检验检测”专场日程如下：07月28日微塑料的检验检测14:00--14:30“流域-近海-大洋”微塑料观测研究进展与趋势分析蔡明刚厦门大学 教授14:30--15:00岛津GCMS在环境新型污染物检测中的应用王子君岛津企业管理（中国）有限公司 产品专员15:00--15:30污水处理厂微塑料的去除行为解析与探讨安立会中国环境科学研究院 研究员15:30--16:00传感器在渔业环境中新污染物检测应用吴立冬中国水产科学研究院 研究员嘉宾介绍：蔡明刚 教授厦门大学蔡明刚，教授，博士生导师。现任厦门大学海洋与地球学院教授，海洋与海岸带发展研究院兼职教授，福建省高校重点实验室副主任。主要研究方向：基于海洋学视角的开阔海域污染物传输动力学过程研究，及其作为新型示踪剂在海洋科学上的应用。研究海域涉及我国南海等边缘海、全球大洋及两极海区，课题组近10次参加中国南、北极科学考察。个人系中国第3、5次北极科学考察队队员，先后入选福建闽江科学传播学者、福建省杰出青年基金计划、新世纪优秀人才计划、CSC中德合作团队项目等人才计划。主持国家及省部级项目10余项，在Environmental Science & Technology、Environmental Pollution、Deep Sea ResearchⅠ、Marine Chemistry等环境、海洋期刊发表论文70余篇，获得专利授权12项，获得多项省部级奖项。 主要科研与应用成果如下：1）开展我国主要边缘海和极区持久性有机污染物的时间序列变化和储量估算，提出全球变化背景下边缘海POPs海/气交换与垂直传输的海洋生物泵调控机制。2）较早开展大洋海水中细颗粒微塑料研究，发现南海存在数量可观的微塑料。3）利用氟利昂等污染物开展海洋学过程的示踪与人为碳估算，取得创新性成果，组装了国内第1套海水超痕量氟利昂/六氟化硫的吹扫捕集-气相色谱分析系统，获批多项发明专利，分析精度达到国际同类水平。4）构建和应用海湾陆源污染物排海总量估算技术及其系统，提出基于长时间序列观测的沿海社会、经济和环境生态协调发展的计量统计学方法。5）建立基于工业化生产的雨生红球藻培养技术和配方，搭建了微藻多级培养系统并研发新型LED藻类培养设备，拥有多项专利，服务于企业生产并产生实际效益。王子君 产品专员岛津企业管理（中国）有限公司毕业于天津大学应用化学专业，具有丰富的分析仪器产品经验，擅长环境应用解决方案。安立会 研究员中国环境科学研究院安立会（1975 -），博士，中国环境科学研究院研究员，博士生导师。主要从事天然与合成环境污染物的水生态毒理效应、环境质量基准与标准及生态风险评价研究，近年重点关注环境塑料垃圾与微塑料对生态系统安全和人体健康的影响，并致力于塑料污染来源及其控制对策，为开展我国环境微塑料的管控措施和治理提供科学依据。吴立冬 研究员中国水产科学研究院吴立冬，博士、研究员、博士生导师，入选中国水产科学研究院“百人计划”，国家市场监督管理总局食品补充检验方法和快检方法等国标方法审评专家。受邀成为“Biosensor and Bioelectronics”杂志编委（IF 12.545），Agriculture Communications 和Journal of Analysis and Testing杂志青年编委，Micromachines杂志（IF 3.523）专题主编。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家标准等国家级及省部级项目10余项。2022年获得了中国农学会青年科技奖、中国仪器仪表学会青年创新奖（朱良漪青年创新奖）和中国分析测试协会一等奖（排名第一）。主要从事水产品危害物快速检测方法及渔业环境智能化监测器件研发。迄今，吴立冬博士在Informat（IF 24.7）、Chemical Engineering Journal（16.7）、ACS nano、Food Chemistry、Biosensor and Bioelectronics、Anal. Chem等杂志发表80多篇论文，申请专利22项（其中美国专利1项，国际专利2项），授权7项（已转让2项）。免费报名点击：第四届环境新污染物检测网络会议：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/newpollutant2023/诚邀您的参与！

目前国内塑料凹版油墨以溶剂型油墨为主，超标的苯对人体危害极大，而凹印速度高，必须使用挥发性强的油墨才能满足印刷要求，这使得环保问题在凹印工艺中尤为突出。水性油墨由于不含挥发性有机溶剂，完全消除了溶剂型油墨中的有毒有害物质，避免对包装商品产生污染，是目前各种油墨中唯一经过美国FDA认可的无毒油墨。目前国内仅有极少数厂家生产该品种水墨，但由于水性油墨在凹版印刷中其附着力、印刷速度、光泽等方面还不能完全达到溶剂型油墨性能水平，一时无法满足塑料薄膜彩色包装印刷厂商的要求。 　　在国家和用户要求包装制品严格按标准生产的呼声越来越高的情况下，用于包装原辅材料和制品的检测仪器市场开始渐热，各种国产和进口的包装专用检测仪器纷纷出现在市场上。 　　据统计，我国年销售收入5，00万元以上的包装企业有1万余家，其中近三分之一为塑料包装制品企业。这些企业中过去只有少数企业拥有自己的检测试验室，而现在小企业也开始重视建立自己的检测室。专家指出，由于塑料包装制品大多具有阻隔水蒸气、氧气、二氧化碳功能，所以有关这方面检测仪器的需求将越来越大。

近年来，塑料污染在水环境(海洋和淡水)中的问题日益严重，得到广泛报道和关注。据《Science》杂志研究报告，2010 年全球192 个沿海和地区共制造2.75 亿吨塑料垃圾，其中约有800 万吨排入海洋，并且塑料垃圾数量不断增多，到2015 年已有超过900 万吨塑料垃圾排入海洋。如果不加以控制，科学家预计到2050年海洋中的塑料垃圾排放量将会是2010年的两倍。这些污染物正在持续威胁海洋生物和人类自身的安全与健康。近期，科学家再次发现塑料会在机械作用、生物降解、光降解、光氧化降解等过程的共同作用下逐渐被分解成碎片，形成微塑料，被海洋生物吞食，在生物体内不断积累，随着生物链，造成更广泛的危害。这一发现引起科学家的广泛关注，同时，也引起了各国政府的高度重视。近期，生态环境部发布的《生态环境监测规划纲要（2020-2035年）》也着重强调应加强海洋微塑料监测，加快形成相关领域监测支撑能力，为国际履约谈判和全球新兴环境问题治理提供支撑。在微塑料监测中，由于微塑料的物理特性（大小、形状、密度、颜色）以及化学组分等差异，不同类型微塑料在不同环境中流动过程（输入、输出和存留）的时间均不相同，使微塑料监测变成一大难题。目前，对微塑料的分析方法主要有目视分析法、光谱法 （如傅立叶变换红外光谱法和拉曼光谱法）、热分析法以及其他分析方法等 （如质谱法以及扫描电子显微镜-能谱仪联用法）。其中，红外光谱及Raman光谱分析，由于具有无破坏性、低样品量测试、高通量筛选以及所获取的结构信息互补等特点，成为检测和鉴别微塑料的主要分析技术；而在实际操作中上述技术仅可对几微米颗粒物进行检测（FT-IR为10～20μm、Raman 低仅为1 μm），使微塑料的研究仍处于起步阶段。作为先进仪器平台，Quantum Design中国时刻关注重大科研发展方向，并致力于引进先进表征技术及设备，为我国科研搭建先进科技平台。聚焦于微塑料监测难题，Quantum Design中国表面光谱部门认为需要考虑三个关键因素：尺寸、微观形貌以及聚合物类型。理论上可用于测量两者的方法均适用于微塑料分析，但是由于疑似微塑料样品的干扰，使得仅用一种分析方法难以准确的识别微塑料，为了提高准确度以及检测效率，需要采用多组合分析测试方法对其进行监测。目前，我司主要有Neaspec纳米傅里叶红外光谱仪（nano-FTIR）、IRsweep微秒时间分辨超灵敏红外光谱仪和PSC非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统mIRage三款先进光谱表征设备。其中，非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统mIRage采用的光学光热红外技术(O-PTIR)，将光学显微与微区红外结合，一举突破了传统傅里叶红外光谱(FT-IR)及衰减全反射红外光谱(ATR-IR)的分辨局限，实现了500 nm的空间分辨率。不仅如此，该设备将显微成像、红外及Raman测试集成于一体，多测试方法同步测量有效提高检测效率及准确度。同时，它具有更简单，更快速的测量模式，无需复杂的样品制备过程等优势，让更快、更准确地进行微塑料追踪、监测和研究成为可能，正成为下一代标准的方法。为更好的服务国内科研用户，Quantum Design中国北京样机实验室引进了非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统mIRage，为国内科研用户开放，以期为微塑料监测技术的发展做出一定的贡献。 Quantum Design中国非接触亚微米红外光谱系统mIRage样机操作过程示意 精选案例：目前，mIRage在塑料领域的研究中大放异彩，助力美国特拉华大学Isao Noda教授课题组对PLA和PHA的复合薄片塑料结合方式及内在机理的研究，向我们展示了mIRage在微塑料领域研究中的潜力。该工作中，作者先对PHA和PLA的结合面进行了固定波数下的红外成像（图1）。通过对比发现，在约330 nm的范围内（空气/PHA界面）1725 cm-1处的红外信号出现了急剧的下降，而在PHA/PLA界面处几微米范围内1760 cm-1处的变化较为平缓，且无清晰的边界，表明PHA和PLA可能有某种程度的分子混合。由于使用光学光热红外技术，不存在困扰传统红外成像设备的米氏散射效应，因此能够确定这一模糊的边界是来自于两种材料间的相互渗透而非光学伪影。图1. PLA和PHA在固定波数下的红外成像。（A）红外成像图（红色1725 cm-1为PHA；绿色1760 cm-1 为PLA）；（B）A图中黑色线性区域PHA/PLA红外吸收强度分布对比 为了进一步研究PHA/PLA界面处的化学成分变化，作者对这大概2 μm左右交界面的红外图谱进行了间隔200 nm的线性红外扫描分析（图2）。从羰基（C=O）伸缩振动区和指纹区（图2 A和B）的线性扫描红外谱图可以清晰的区分PHA（1720和1740 cm-1）和PLA分子（1750-1760 cm-1）。区别于理想的简单二元系统（不互溶或无分子相互作用），PHA/PLA薄片羰基伸缩振动红外叠加图谱（图2C）并不存在一个明显的等吸收点，反映了在界面区域存在着复杂的组分变化及两种以上不同物种的分布。图2. PHA/PLA界面区域每200 nm间隔的羰基伸缩振动区域（A）和指纹图谱区域 (B) 以及羰基区域伸缩振动的叠合图谱(C) 为获取更详细的界面处PHA/PLA组分的空间分布规律，采用同步和异步二维相关光谱(2D-COS，two-dimensional correlation spectroscopy)来分析羰基拉伸区域采集到的红外谱图（图3A和3B），并以等高线的图形式展现，详细的分析方法可以参考相关信息（Combined Use of KnowItAll and 2D-COS, https://www.youtube.com/watch?v=0UCcD3irVtE）。结果显示，在主要为PHA的混合界面区域同时观测到来源于PLA的1760 cm-1红峰外，表明部分PLA渗透到PHA层，且与PHA层的其余部分相比，界面附近的PHA结晶度明显降低。在对指纹图谱区域进行2D PHA/PLA相关光谱同步和异步对比时，也得到了同样的结果（可参照发表文章，在此不再显示）, 即PLA向PHA渗透，且PHA的晶型有所改变。另外，作者还通过非接触式亚微米分辨触红外拉曼同步测量系统对该区域进行了同步红外和拉曼分析（图3C），两者选择性和灵敏度不同却可以很好的互补，进一步验证了这一发现的可靠性。结果证实，即使是表面上不混相的PHA和PLA聚合物对，也存在一定程度的分子混合，这种混合可能发生在界面只有几百纳米的空间水平上，很好的解释了这两种生物塑料之间的高度相容性。 图3. PHA/PLA羰基伸缩振动区域二维同步(A)和异步(B)相关光谱（2D-COS）分析以及交界区域红外和拉曼光谱分析（左为红外，右为拉曼）。 参考文献：[1] Two-dimensional correlation analysis of highly spatially resolved simultaneous IR and Raman spectral imaging of bioplastics composite using optical photothermal Infrared and Raman spectroscopy，Journal of Molecular Structure，DOI: 10.1016/j.molstruc.2020.128045.