錢佳麗，方 瑾，鄭巨浩

（浙江瑞啟檢測(cè)技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310000）

引言

水體微塑料污染已經(jīng)成為全球環(huán)境問(wèn)題的重要組成部分。微塑料顆粒不僅對(duì)水生生物造成潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，還可能通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，從而對(duì)人類健康產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，開發(fā)高效的水體微塑料污染檢測(cè)與監(jiān)控方法對(duì)于環(huán)境保護(hù)和公眾健康至關(guān)重要。

目前已經(jīng)有一些檢測(cè)方法可以用于尋找和計(jì)量微塑料顆粒，但這些方法存在繁瑣、耗時(shí)、低靈敏度等問(wèn)題。因此，我們需要在檢測(cè)方法上開展更深入的研究，以提高水體微塑料污染的檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。

1 檢測(cè)方法綜述

1.1 傳統(tǒng)檢測(cè)方法

1.1.1 光學(xué)顯微鏡法

光學(xué)顯微鏡法是一種常用的微塑料檢測(cè)方法，該方法通過(guò)提取水樣中的微塑料顆粒，借助顯微鏡進(jìn)行觀察和計(jì)數(shù)，可以直接確定樣品中微塑料是否存在。這種方法適用于較大顆粒的檢測(cè)，能夠提供微塑料形態(tài)和大小等信息。然而，由于微塑料顆粒在水體中分散性較強(qiáng)，很容易與其他顆?；祀s在一起，使其檢測(cè)和鑒定變得更加困難。

1.1.2 傅里葉變換紅外光譜法

傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）是一種基于光譜技術(shù)的微塑料檢測(cè)方法，該方法通過(guò)對(duì)微塑料樣品進(jìn)行紅外光譜分析，可以確定其化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征。這種方法具有非破壞性、快速和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)微塑料進(jìn)行定性鑒定。然而，由于微塑料在水體中的濃度較低，傳統(tǒng)FTIR技術(shù)通常無(wú)法直接應(yīng)用于水樣中微塑料的檢測(cè)。因此，需要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理和富集以提高檢測(cè)靈敏度。

1.1.3 水中顆粒采樣與計(jì)數(shù)法

水中顆粒采樣與計(jì)數(shù)法是一種常用的微塑料檢測(cè)方法，通過(guò)使用過(guò)濾器或超聲波處理等技術(shù)，將水樣中的固體顆粒聚集并捕獲，然后使用顯微鏡或計(jì)數(shù)器進(jìn)行顆粒計(jì)數(shù)，從而間接確定微塑料的存在及濃度。這種方法適用于不同類型和尺寸范圍的微塑料檢測(cè)，具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確性。但該方法的操作過(guò)程較為繁瑣，需要綜合考慮顆粒捕集效率、樣品處理過(guò)程中的污染問(wèn)題等因素[1]。

1.2 新興檢測(cè)方法

1.2.1 基于表面增強(qiáng)拉曼光譜的檢測(cè)法

基于表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）的檢測(cè)法是一種新興的微塑料檢測(cè)方法。該方法利用納米材料表面的局部電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，通過(guò)將微塑料樣品與具有特定表面增強(qiáng)效應(yīng)的納米顆粒結(jié)合，在激光照射下對(duì)微塑料進(jìn)行拉曼光譜分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)微塑料高靈敏度、非破壞性和快速的檢測(cè)。然而，目前該方法仍面臨著樣品預(yù)處理和納米材料制備等技術(shù)難題，所以需要技術(shù)人員開展進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。

1.2.2 基于熒光標(biāo)記的檢測(cè)法

基于熒光標(biāo)記的檢測(cè)法是一種利用熒光染料與微塑料相互作用的檢測(cè)方法，通過(guò)將熒光染料標(biāo)記在微塑料表面或與微塑料結(jié)合，使其發(fā)出特定波長(zhǎng)的熒光信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)和分析熒光信號(hào)的強(qiáng)度和光譜特征，可以確定樣品中微塑料的存在與濃度。這種方法具有高靈敏度、快速和可視化等優(yōu)點(diǎn)，適用于不同類型微塑料的檢測(cè)。然而，熒光標(biāo)記的選擇和合適的染料設(shè)計(jì)仍需要進(jìn)一步研究和優(yōu)化。

1.2.3 基于質(zhì)譜的檢測(cè)法

基于質(zhì)譜的檢測(cè)法是一種利用質(zhì)譜儀對(duì)微塑料進(jìn)行鑒定和定量分析的方法，通過(guò)將微塑料樣品進(jìn)行溶解、轉(zhuǎn)化為氣態(tài)或離子化，再使用質(zhì)譜儀對(duì)其進(jìn)行分析，可以確定微塑料的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征。這種方法具有高精度和高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)ξ⑺芰线M(jìn)行準(zhǔn)確的定性和定量分析。然而，該方法在樣品前處理和質(zhì)譜分析過(guò)程中仍面臨一些挑戰(zhàn)，例如微塑料的富集和純化、碎片的復(fù)雜組成等問(wèn)題。

2 高效檢測(cè)與監(jiān)控方法的研究與開發(fā)

2.1 新型檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用

新型檢測(cè)技術(shù)在水體微塑料檢測(cè)中具有顯著的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景，可以高效、快速地識(shí)別和計(jì)數(shù)微塑料顆粒，無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行處理或損壞，從而為大規(guī)模監(jiān)測(cè)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。這些技術(shù)還具備高靈敏度，能夠高分辨率成像和計(jì)數(shù)微塑料顆粒，并獲取關(guān)鍵信息，深入了解其來(lái)源、遷移和生物效應(yīng)等問(wèn)題，可以為制定有效的防治措施提供科學(xué)依據(jù)。此外，這些技術(shù)不僅適用于水體微塑料的監(jiān)測(cè)，還可以應(yīng)用于其他環(huán)境介質(zhì)中，并能夠研究微塑料的分布、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。這些應(yīng)用前景的拓展將為微塑料污染的治理提供更多思路和方法。

2.2 檢測(cè)方法的改進(jìn)與優(yōu)化

2.2.1 檢測(cè)靈敏度的提高

為了提高水體微塑料檢測(cè)的靈敏度，研究人員改進(jìn)了樣品前處理方法，如酶解和超聲處理，以提高微塑料的提取效率；利用離子交換樹脂、吸附劑等材料富集微塑料顆粒，提高了檢測(cè)靈敏度。先進(jìn)的儀器設(shè)備如電子顯微鏡（SEM和TEM）可以直接對(duì)微塑料進(jìn)行觀察和計(jì)數(shù)，從而提高了檢測(cè)的精確性。拉曼光譜、質(zhì)譜等技術(shù)用于微塑料的定性和定量分析，提高了檢測(cè)的靈敏度。結(jié)合數(shù)學(xué)模型和統(tǒng)計(jì)方法，如線性回歸、主成分分析、支持向量機(jī)，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，減少了誤差，提高了檢測(cè)的靈敏度[2]。

2.2.2 檢測(cè)速度的增加

為了提高水體微塑料污染檢測(cè)的速度，研究人員采取了以下方法：簡(jiǎn)化樣品前的處理流程，如快速離心和液液相分離；使用自動(dòng)化儀器設(shè)備，如高通量自動(dòng)化篩網(wǎng)系統(tǒng)和先進(jìn)的顯微鏡設(shè)備；應(yīng)用數(shù)據(jù)處理和人工智能技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和基于深度學(xué)習(xí)的模型，以快速分析大量樣品的圖像和光譜數(shù)據(jù)。這些方法可以有效縮短檢測(cè)時(shí)間、實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的微塑料顆粒篩查和定量分析。

2.2.3 檢測(cè)成本的降低

為了降低水體微塑料污染檢測(cè)的成本，研究人員采取了以下方法：尋找廉價(jià)且易獲得的材料和試劑，如自制的離子交換樹脂或吸附劑；選擇性地使用只對(duì)微塑料顆粒具有高親和力的試劑；優(yōu)化實(shí)驗(yàn)流程和儀器設(shè)備的使用，減少反應(yīng)步驟和材料使用量；合理利用儀器設(shè)備，避免不必要的能源和耗材消耗；建立數(shù)據(jù)庫(kù)并利用云計(jì)算平臺(tái)存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)，降低實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和維護(hù)的成本；利用大數(shù)據(jù)分析方法提取關(guān)鍵指標(biāo)和變量，并優(yōu)化檢測(cè)流程，進(jìn)一步降低檢測(cè)成本。通過(guò)采取這些措施，可以有效地降低水體微塑料污染檢測(cè)的成本，使其更廣泛地應(yīng)用于監(jiān)測(cè)和評(píng)估中。

2.3 方法驗(yàn)證與可行性研究

2.3.1 樣品收集和前處理技術(shù)的優(yōu)化

在水體微塑料污染檢測(cè)過(guò)程中，樣品的收集和前處理是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。為了保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，研究人員應(yīng)著重優(yōu)化樣品的收集和前處理技術(shù)。首先，對(duì)于樣品收集，研究者們應(yīng)選擇合適的采樣點(diǎn)和采樣策略，以獲取有代表性的水體樣品。例如，根據(jù)水體流動(dòng)特性和微塑料的分布規(guī)律，選擇合適的采樣時(shí)間和采樣地點(diǎn)，確保能夠采集到具有較高微塑料含量的樣品。此外，還要注意避免外部污染和樣品的交叉污染，應(yīng)采用嚴(yán)格的樣品處理和保存方法。其次，在樣品前處理過(guò)程中，研究者們致力于提高提取效率和減少誤差。例如，通過(guò)優(yōu)化酶解法、超聲處理或離子交換樹脂等方法，可以有效地提取水樣中的微塑料顆粒。同時(shí)，還要注意消除干擾物質(zhì)的影響，如有機(jī)物質(zhì)、顆粒物等。為了確保前處理步驟的可重復(fù)性，研究者們進(jìn)行了反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化，并對(duì)比了不同方法的效果。

2.3.2 方法準(zhǔn)確性和重復(fù)性的評(píng)估

在水體微塑料污染檢測(cè)方法的研究中，準(zhǔn)確性和重復(fù)性是評(píng)估方法可行性的重要指標(biāo)。為了評(píng)估方法的準(zhǔn)確性，研究者們進(jìn)行了多次對(duì)比實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，并與已建立的參考方法進(jìn)行比較，其中準(zhǔn)確性主要是通過(guò)與已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行對(duì)比來(lái)評(píng)估。研究者們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液中已知濃度的微塑料顆粒進(jìn)行提取和檢測(cè)，然后與標(biāo)準(zhǔn)溶液的真實(shí)濃度進(jìn)行比較，計(jì)算出準(zhǔn)確率和誤差。通過(guò)這樣的驗(yàn)證，可以評(píng)估所研究方法的準(zhǔn)確性。重復(fù)性則是通過(guò)進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。研究者們選擇了同一樣品，采用同一檢測(cè)方法，并進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算結(jié)果的方差和相關(guān)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，可以評(píng)估方法的重復(fù)性和穩(wěn)定性。此外，還可以進(jìn)行回收實(shí)驗(yàn)，即在同一樣品中添加不同濃度的微塑料顆粒，以驗(yàn)證方法在不同濃度下的表現(xiàn)。

2.3.3 基準(zhǔn)方法的建立和比對(duì)

為了評(píng)估所研究的檢測(cè)方法的可行性和可靠性，研究者們通常還會(huì)與已經(jīng)建立的基準(zhǔn)方法進(jìn)行比對(duì)。基準(zhǔn)方法是經(jīng)過(guò)了廣泛應(yīng)用和驗(yàn)證的方法，因而具有較高的可信度和穩(wěn)定性。在與基準(zhǔn)方法的比對(duì)中，研究者們會(huì)選擇一批真實(shí)水樣進(jìn)行檢測(cè)，并使用所研究的方法和基準(zhǔn)方法分別進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)對(duì)比兩種方法得到的結(jié)果，可以評(píng)估所研究方法的準(zhǔn)確性、靈敏度和特異性。同時(shí)，也可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，如方差分析和線性回歸分析等，對(duì)比兩種方法在不同水體樣品中的表現(xiàn)。此外，研究者們還會(huì)考慮基準(zhǔn)方法的適用性和局限性，并嘗試改進(jìn)和優(yōu)化所研究的方法。通過(guò)與基準(zhǔn)方法的比對(duì)，可以更好地了解所研究方法的優(yōu)勢(shì)和不足之處，并為進(jìn)一步改進(jìn)檢測(cè)方法提供指導(dǎo)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 不同水體樣品中微塑料污染的檢測(cè)結(jié)果

在本研究中，我們采用了一種基于納米顆粒表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）技術(shù)的高靈敏度微塑料檢測(cè)方法。經(jīng)過(guò)對(duì)不同水體樣品的測(cè)試，我們得到了如下的檢測(cè)結(jié)果。首先，我們選取了來(lái)自不同源頭的水體樣品進(jìn)行分析，包括自然水源、市區(qū)河流以及工業(yè)廢水排放口附近的水體。通過(guò)利用SERS技術(shù)，檢測(cè)人員成功地檢測(cè)到了所有樣品中微塑料的存在。具體來(lái)說(shuō)，在自然水源中，平均每升水體中含有約0.2個(gè)微塑料顆粒。而在市區(qū)河流和工業(yè)廢水附近的水體中，這一數(shù)值分別增加到約0.5個(gè)和1.2個(gè)。這一結(jié)果表明，在受人類活動(dòng)影響較大的區(qū)域，微塑料污染的程度更為嚴(yán)重。另外，工作人員還對(duì)不同大小范圍的微塑料顆粒進(jìn)行了檢測(cè)。通過(guò)顯微鏡觀察和計(jì)數(shù)，在自然水源中，直徑在10～100 μm之間的微塑料顆粒占總量的70%，而直徑小于10 μm的微塑料顆粒占30%，這可能與微塑料的來(lái)源以及水體的流動(dòng)性有關(guān)。

3.2 不同方法之間的比較和評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證我們所提出的SERS方法的優(yōu)勢(shì)，可以將其與傳統(tǒng)的濾膜過(guò)濾法進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，使用SERS技術(shù)檢測(cè)得到的微塑料數(shù)量明顯高于濾膜過(guò)濾法。具體來(lái)說(shuō)，在水樣處理量相同的情況下，SERS技術(shù)能夠檢測(cè)到的微塑料顆粒數(shù)量是濾膜過(guò)濾法的3倍以上，這可以歸因于SERS技術(shù)的高靈敏度和選擇性，使其能夠有效地區(qū)分微塑料和背景噪聲。此外，我們還對(duì)兩種方法的檢測(cè)誤差進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，SERS技術(shù)的檢測(cè)誤差較低，穩(wěn)定性較好，具有較高的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，而濾膜過(guò)濾法由于受到顆粒聚集、損失以及儀器設(shè)備的限制，存在較大的誤差。因此，基于SERS技術(shù)的微塑料檢測(cè)方法具有更高的可靠性和準(zhǔn)確性。

3.3 微塑料污染的時(shí)空分布特征分析

通過(guò)對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)和地點(diǎn)的水體樣品進(jìn)行測(cè)試，工作人員進(jìn)一步分析了微塑料污染的時(shí)空分布特征。結(jié)果顯示，在不同季節(jié)和時(shí)間段，微塑料的污染程度存在差異。例如，在夏季和雨季，由于人們更頻繁的戶外活動(dòng)和洗刷行為，污染水體中的微塑料含量較高。而在冬季，由于雨水較少，污染水體中微塑料的含量相對(duì)較低。此外，微塑料污染的空間分布也受到人類活動(dòng)和水體流動(dòng)性的影響。在市區(qū)河流和工業(yè)廢水排放口附近的水體中，微塑料的污染程度明顯高于自然水源，這可能是因?yàn)楣I(yè)廢水中含有大量相同的微塑料顆粒，而市區(qū)河流受到人類活動(dòng)的直接影響，如垃圾傾倒、塑料制品使用等。值得注意的是，微塑料污染不僅存在于水體表層，還可能存在于水體底層的沉積物中。檢測(cè)人員對(duì)水體底層的沉積物樣品進(jìn)行了測(cè)試，并發(fā)現(xiàn)其中也存在著大量的微塑料顆粒，這說(shuō)明微塑料污染已經(jīng)嚴(yán)重地影響了水體生態(tài)系統(tǒng)的底層環(huán)境[3]。

4 監(jiān)控方法的建立與應(yīng)用

4.1 水體微塑料污染的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

為了有效地監(jiān)測(cè)和評(píng)估水體微塑料污染的程度，我們建立了一個(gè)完整的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。首先，檢測(cè)人員選擇了有代表性的水體樣點(diǎn)，并在不同的地理位置和水域類型進(jìn)行了取樣。這些樣點(diǎn)包括自然水源、河流、湖泊以及近海海域等。通過(guò)在這些取樣點(diǎn)定期進(jìn)行采樣，檢測(cè)人員全面了解到微塑料污染的時(shí)空分布特征，并在監(jiān)測(cè)過(guò)程中采用了已經(jīng)驗(yàn)證有效的基于SERS技術(shù)的微塑料檢測(cè)方法。通過(guò)該方法，檢測(cè)人員可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)到水體樣品中的微塑料顆粒，并記錄其含量和大小分布情況。同時(shí)，還要測(cè)定所采集水體樣品的物理化學(xué)參數(shù)，如pH值、溶解氧含量、水溫等，以便能夠更好地理解微塑料污染與水質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系。除了定期采樣外，還建立了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，利用自動(dòng)采樣器對(duì)水體樣品進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。這種長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)能夠提供更加全面和連續(xù)的數(shù)據(jù)，因而有助于檢測(cè)人員更加深入地了解微塑料污染的季節(jié)性變化以及受人類活動(dòng)影響的時(shí)空分布規(guī)律。

4.2 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的解讀與分析

通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的解讀和分析，檢測(cè)人員能夠獲得關(guān)于水體微塑料污染的豐富信息，并且可以計(jì)算出不同采樣點(diǎn)和不同時(shí)期的平均微塑料含量，以評(píng)估微塑料污染的程度。具體來(lái)說(shuō)，可以使用以下公式計(jì)算平均每升水體中微塑料顆粒的數(shù)量：

其中，A表示平均每升水體中微塑料顆粒的數(shù)量，N表示檢測(cè)到的微塑料顆粒數(shù)目，V表示采樣的水體體積。此外，檢測(cè)人員還可以根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析微塑料在不同水域類型和地理位置上的分布特征，并通過(guò)計(jì)算微塑料顆粒的大小分布百分比，可以了解到不同大小范圍的微塑料顆粒在水體中的相對(duì)比例，從而推測(cè)出其來(lái)源和潛在影響。除了單一樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析外，還可以將不同樣點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和比較。通過(guò)比較不同采樣點(diǎn)之間的微塑料含量和大小分布情況，揭示出水體微塑料污染的空間異質(zhì)性，從而進(jìn)一步推斷其與環(huán)境因素、人類活動(dòng)等的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

5 結(jié)論

綜上所述，水體微塑料污染的高效檢測(cè)與監(jiān)控方法的研究具有非常重要的意義。通過(guò)建立監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用SERS技術(shù)等先進(jìn)方法，檢測(cè)人員能夠準(zhǔn)確評(píng)估微塑料污染的程度，并揭示其時(shí)空分布特征。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的解讀與分析不僅可以提供關(guān)于微塑料含量和大小分布的信息，還能夠探索微塑料污染與環(huán)境因素、人類活動(dòng)的關(guān)聯(lián)性。這些研究成果為相關(guān)人員更好地了解微塑料污染的來(lái)源、影響以及治理情況提供了科學(xué)依據(jù)。未來(lái)的研究應(yīng)進(jìn)一步完善監(jiān)測(cè)方法和技術(shù)，并加強(qiáng)微塑料的來(lái)源調(diào)查，探索更有效的治理措施，從而進(jìn)一步保護(hù)水體環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。