引言
近期有多篇文獻(xiàn)報道了微塑料不僅被發(fā)現(xiàn)在肺,、脾,、腎等重要組織內(nèi)，而且其蹤跡已深入至如胎盤,、骨髓等更為敏感和關(guān)鍵的人體部位,。微米級別的微塑料顆粒無法穿過生物屏障，但單尺寸低于400納米時,，微塑料微?？赡苓M(jìn)入細(xì)胞，尤其與微塑料顆粒共存的有毒金屬元素在進(jìn)入人體循環(huán)系統(tǒng)后,，可能造成協(xié)同健康風(fēng)險,。
表征微塑料元素組成的必要性
賽默飛與TOFWERK強強聯(lián)合推出電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-TOF-MS）用于微塑料檢測的方案，可同時表征微塑料中所有元素組成,，通過對納米塑料中的金屬進(jìn)行標(biāo)記,，將特定的金屬用作示蹤劑，可顯著提高檢測靈敏度，為解決微塑料污染提供更有效的解決方案,。
納米塑料外表面化學(xué)性質(zhì)和細(xì)胞多樣性所驅(qū)動的不同顆粒攝取機制,，在微塑料顆粒的轉(zhuǎn)運和吸收過程和最終在人體組織內(nèi)的分布都起著至關(guān)重要的作用。與其他金屬基納米材料相比,，評估納米塑料顆粒在單細(xì)胞層次上的相互作用和分布在分析化學(xué)層面更具挑戰(zhàn)性,。微米級的塑料微粒一般需要通過微波消解樣品，并用ICP-MS分析消解液中碳和元素含量,，通常只能記錄一種元素（或使用快速單顆粒ICP記錄兩種元素）,，無法做到單微塑料顆粒分析，也不能得出微塑料顆粒在組織（細(xì)胞）內(nèi)部的分布信息,。
電感耦合等離子體飛行時間質(zhì)譜ICP-TOF-MS
使用ICP飛行時間質(zhì)譜儀（ICP-TOF-MS）,，可同時獲得每個單一實體瞬時事件的全元素質(zhì)譜信號，從而確定單個顆粒,、細(xì)胞的廣譜指紋,。通過這種方式獲得納米塑料顆粒信息以及內(nèi)摻金屬組分信息。另外,，還可以采用高速激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)搭配ICP-TOF-MS,，通過某些微塑料顆粒的獨特金屬組分信息，來獲取微塑料顆粒在組織切片上的分布和濃度信息,。
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實現(xiàn)對海洋微塑料元素的全面表征
有文獻(xiàn)研究表明,，ICP-TOF-MS已成功地用于微塑料替代物的市售聚苯乙烯珠的定量檢測[1-3]，美國南卡大學(xué)Baalousha課題組開展了單顆粒-電感耦合等離子體飛行時間質(zhì)譜（sp-ICP-TOF-MS）分析來自真實塑料垃圾的模型微塑料[4]的應(yīng)用,。
塑料樣本采集自北太平洋,，自然環(huán)境下風(fēng)化的大型塑料制品首先被破碎成1-2厘米的碎片，然后我們用市售的攪拌器進(jìn)一步碾磨成微米大小的塑料顆粒,。微塑料過濾并超純水稀釋后,，得到的懸浮液使用TOFWERK ICP-TOF-MS S2進(jìn)行廣譜元素分析。這些微塑料單顆粒的多元素瞬態(tài)信號被記錄下來,，提供了高于基線的清晰可辨的瞬時金屬信號峰，也就意味著這些信號峰可以表征單顆粒微塑料（圖1）,。高于基線的清晰可辨的信號峰,，代表了與微塑料相關(guān)的各種金屬，除了碳之外,，檢測到的元素還包括鋁,、鈦、鐵,、鋅,、銅和鉛。
圖1 使用sp-ICP-TOF-MS記錄的來自環(huán)境風(fēng)化塑料廢物的模型微塑料的瞬態(tài)信號
我們使用帶有專用單顆粒工作流程的ICP-TOF-MS集成軟件（TOFpilot）提取和評估顆粒信號。該工作流程包括分析物選擇,、粒子設(shè)閾值,、單獨事件校正和背景扣除。通過這些數(shù)據(jù),，可以根據(jù)不同信號識別與微塑料相關(guān)的不同元素,。鋁、鈦,、鐵,、鋅、銅和鉛等常用于塑料制造中的著色劑,、穩(wěn)定劑和阻燃劑的元素被單獨或與碳結(jié)合識別出來,。分析結(jié)果顯示，每個顆粒的元素指紋和濃度都有所不同,，這反映了塑料中金屬分布的異質(zhì)性,，以及作為微塑料顆粒溯源分析的可行性。值得注意的是,，同時檢測所有元素不僅需要總材料（即顆粒質(zhì)量）達(dá)到臨界質(zhì)量,，還需要每個微塑料中都有足夠的金屬含量。
在此確定的與每種粒子及其各自種群相關(guān)的元素指紋在很大程度上取決于每種分析物的靈敏度和檢測限 (LOD),。例如,，之前數(shù)據(jù)表明，當(dāng)粒子僅由單一元素組成時ICP-TOF-MS對各種元素的粒度檢測限為幾十納米[3],。然而,，由于碳的高電離電位和顯著的背景干擾，檢測碳更具挑戰(zhàn)性,，碳的粒度檢測限約為1.5微米[2,3],。這意味著只有微米大小的塑料才會顯示碳特征，而納米大小的塑料則主要顯示金屬基添加劑的特征,。因此,，優(yōu)化本底水平和靈敏度對于提高檢測能力至關(guān)重要，這樣才能識別更小的顆粒,，更準(zhǔn)確地描述微塑料的特征,，包括其金屬含量。雖然ICP-TOF-MS能夠確定多元素指紋,，但檢測到的類別取決于每種分析物的靈敏度和檢測限 (LOD),，以及所研究塑料的異質(zhì)性（圖2）。
圖2 a) 利用sp-ICP-TOF-MS按分析物記錄的事件計數(shù),；b) 利用UMAP對數(shù)據(jù)集進(jìn)行可視化,，確定了5個群集,，它們對應(yīng)于不同的元素指紋（即與微塑料相關(guān)的元素組合）；c) 在后處理數(shù)據(jù)分析中,，在篩選出至少含碳的事件后,，餅圖顯示了各種元素及其組合的分布情況：只有碳元素，碳元素與鋁,、鉛,、鈦、鋅,、銅元素,，以及多元素組合，如碳元素與鋁和鉛,，碳元素與鋁和銅,，以及碳元素與鋁、鉛和銅,。（點擊查看大圖）
微塑料檢測技術(shù)展望
先進(jìn)的分析工具對于檢測和表征微塑料以更好地了解其對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的影響至關(guān)重要,，通過探索和擴展sp-ICP-TOF-MS的功能可以釋放納米塑料檢測的新潛力，利用微塑料的固有碳含量實現(xiàn)對12C的檢測,，以及多元素指紋識別,，從而提供對微塑料組成的全面分析，以及對納米塑料的金屬標(biāo)記,，即使在復(fù)雜的環(huán)境樣品中也能進(jìn)行精確的檢測和定量[5,6],，也能更好厘清塑料顆粒的環(huán)境影響和潛在生理毒性。
除了上述提到的ICP-TOF-MS飛行時間質(zhì)譜外,，賽默飛還可提供氣質(zhì)聯(lián)用儀結(jié)合熱脫附法(TD)對微塑料進(jìn)行定量分析,，其VOC圖譜可檢出用于微塑料定性和定量的特征標(biāo)記物，可用于微塑料的溯源,，毒性評估和分析其他化學(xué)特征,。這些創(chuàng)新方法‘組團(tuán)’有望能為微塑料的檢測及治理提供關(guān)鍵參考依據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
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