EI：塑料制造业中的空气传播微塑料：基于热解 - 气相色谱 / 质谱联用技术与高光谱分析的浓度特征研究

塑料制造业中的空气传播微塑料：基于热解 - 气相色谱 / 质谱联用技术与高光谱分析的浓度特征研究（Airborne microplastics from plastic manufacturing industry: Concentrations and characterisation using Py-GC/MS and hyperspectral analysis）

微塑料（MPs）污染因其生态影响和健康危害已成为关键环境问题。已有研究证实微塑料存在于包括大气在内的多种环境介质中，但关于职业场所（尤其是塑料制造业）空气传播微塑料污染的研究仍较为有限。

本研究旨在通过热解 - 气相色谱 / 质谱联用技术（Py-GC/MS）和高光谱成像（HSI）分析，探究塑料制造业中空气传播微塑料的暴露特征。

分析结果表明，工厂生产所用原料是空气传播微塑料的主要成分，其主要以颗粒物形式存在，且尺寸较小（＜10μm）。浓度方面，粉碎车间的空气传播微塑料浓度最高（43.57±39.85μg/m³），其次是注塑车间（19.37±7.38μg/m³）、车间办公室（9.96±3.69μg/m³）和室外居民区（8.00±0.64μg/m³）。粉碎操作工被确定为传统塑料加工业中的高暴露人群，其微塑料 8 小时时间加权平均浓度（CTWA）为 61.16μg/m³。据估算，18-44 岁的粉碎岗位男性工人通过职业暴露每年可能吸入约 117.03mg 微塑料。综上，职业暴露是人类吸入微塑料的重要来源，且与生产工艺和原料密切相关。本研究结果为制定职业健康标准、防控策略以及进一步开展微塑料职业健康风险评估提供了宝贵数据。

• 背景：塑料广泛应用导致微塑料污染问题凸显，微塑料可通过呼吸、摄入等途径危害人体健康，而塑料制造业作为微塑料产生的重要场所，其职业暴露相关研究较为匮乏。
• 目的：揭示塑料制造业空气传播微塑料的暴露特征（类型、浓度、形态、尺寸等），明确不同岗位工人的暴露风险，为职业健康保护提供科学依据。

1. 采样设计：选取昆山某塑料化妆品包装容器生产厂，在粉碎车间、注塑车间、车间办公室及室外居民区设置采样点，采用聚四氟乙烯（PTFE）滤膜和混合纤维素酯（MCE）滤膜收集空气样本，同时采集生产用原料（PE、PP、PET 等）。

2. 分析技术：

3. 质量控制：实验全程遵循无塑料原则，设置空白样本，对试剂和耗材进行严格处理以避免污染。

4. 数据计算：采用 8 小时时间加权平均浓度（CTWA）评估工人实际暴露水平，结合人体呼吸量估算日均和年均微塑料吸入量。

1. 微塑料成分与分布：

• 车间内微塑料主要成分与生产原料一致，PET 和 PVC 是最主要成分，粉碎车间和注塑车间中 PET 占比均超过 22%。
• 浓度排序为：粉碎车间＞注塑车间＞车间办公室＞室外居民区，其中粉碎车间生产原料相关微塑料（PE、PP、PET）浓度显著高于办公室和室外区域（p＜0.05）。

2. 微塑料形态与尺寸：主要为亚圆形碎片，尺寸普遍＜10μm，部分可能达到纳米级；粉碎车间微塑料分布更集中、尺寸变异更大，注塑车间微塑料形态更规则（接近圆形）。

3. 工人暴露评估：

• 粉碎操作工的 CTWA 最高（61.16μg/m³），注塑操作工为 27.88μg/m³，部门主管为10.68μg/m³。
• 18-44 岁粉碎岗位男性工人年均微塑料吸入量约 117.03mg（无防护情况下），佩戴 N95 口罩后可显著降低至 6.88mg。

1. 来源与生成机制：注塑车间微塑料源于高温熔融过程中释放的聚合物烟雾，粉碎车间则由机械摩擦产生，且因设备密封性较差导致微塑料更易扩散。车间办公室微塑料污染与人员流动、衣物携带及通风不良相关。
2. 健康风险：车间微塑料尺寸符合可吸入粉尘范围（＜7.07μm），长期暴露可能引发氧化应激、炎症及呼吸系统疾病（如肺纤维化），高温环境可能增强微塑料毒性。
3. 防控意义：尽管当前微塑料浓度低于现有塑料粉尘职业接触限值，但粉碎操作工属于高暴露人群，需加强职业健康管理和个人防护（如佩戴 N95 口罩）。
4. 研究局限：样本量较小，未收集工人生物样本，未来需扩大样本规模并开展长期监测，结合生物标志物深入研究健康影响。

本研究填补了塑料制造业职业性微塑料暴露研究的空白，明确了不同生产环节和岗位的暴露差异，为制定针对性的职业健康标准、防控策略提供了关键数据支撑，对保护塑料行业工人健康具有重要现实意义。

检测分析参数

• 仪器配置：热解仪（PY3030D，Frontier）+ 气相色谱仪（GC-2030，岛津）+ 质谱仪（GCMS-QP2020NX，岛津）
• 热解条件：550℃，持续 12 s
• 色谱柱：SH-I-5Sil MS（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm）
• 载气：氦气，流速 1 mL/min
• 升温程序：40℃（保持 2 min）→ 20℃/min 升至 320℃（保持 14 min），总时长 30 min
• 质谱扫描：全扫描模式，质荷比（m/z）范围 29-600
• 检测对象：11 种常见微塑料（PS、PE、PP、PMMA、PVC、PC、PET、PA6、PA66、PLA、PBAT）
• 定量方法：标准曲线法（各聚合物标准品浓度已知）
• 回收率：84.55%-104.25%（不同聚合物）
• 定量限（LOQ）：0.02-0.22 μg

2. 高光谱成像（HSI）分析（形态、尺寸与成分匹配）

• 仪器配置：CytoViva 暗场高光谱成像系统 + 奥林巴斯 BX51 显微镜 + 卤素光源（150 W）+ ImSpector V10E 光谱仪 + CCD 相机
• 放大倍数：60×
• 光谱参数：400-1000 nm 波长范围，光谱分辨率 1.5 nm（VNIR 波段）
• 成分匹配：光谱角匹配（SAM）算法，匹配角 0.1 rad（对比 PET、PP 原料光谱）
• 尺寸判定：基于 20 μm 比例尺，通过图像观察确定颗粒＜10 μm