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

2026-01-12 09:36:07 岛津(上海)实验器材有限公司


标题

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)

摘要

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。

研究背景与目的

  • 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。

研究方法

  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:

  • 热解 - 气相色谱 / 质谱联用技术(Py-GC/MS):检测 11 种常见微塑料(PS、PE、PP 等)的类型和浓度,通过标准曲线定量分析。
  • 高光谱成像(HSI):观察微塑料的形态、尺寸,结合光谱角匹配(SAM)算法识别微塑料成分。
  1. 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。

  2. 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。

核心研究结果

  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)。
  1. 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)。

  2. 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。

讨论与结论

  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。

研究价值

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。

图5。HSI成像及PP和PET原料的光谱鉴定。

附:微塑料检测分析参数

检测分析参数

1. Py-GC/MS 分析(聚合物类型与浓度定量)

  • 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

*本文转载于微信公众号“新污染物监测与分析”

可点击文章末尾处“阅读原文”查看



  • 客服电话: 400-6699-117 转 1000
  • 京ICP备07018254号
  • 电信与信息服务业务经营许可证:京ICP证110310号
  • 京公网安备1101085018
  • 客服电话: 400-6699-117 转 1000
  • 京ICP备07018254号
  • 电信与信息服务业务经营许可证:京ICP证110310号
  • 京公网安备1101085018

Copyright ©2007-2026 ANTPEDIA, All Rights Reserved