我国科学家突破微纳塑料定量分析技术 首次实现200纳米级塑料颗粒精准识别

在塑料制品广泛应用的背景下,微塑料及更小尺度的纳米塑料持续进入水体、土壤与大气等环境介质,逐步成为全球关注的新型污染问题之一。

尤其在空气环境中,颗粒物可随气流远距离输送,近年来在极地、高山等偏远区域不断出现相关观测证据,提示大气通道可能是微纳塑料参与全球循环的重要环节。

然而,长期以来,对大气中微纳塑料“有多少、从哪里来、如何走、到哪里去”的回答受制于定量技术瓶颈,限制了对其环境行为、气候效应与健康风险的科学评估。

问题在于尺度。

传统分析往往依赖光学显微镜下对形状、颜色、透明度等特征进行人工识别,这一方法对微米级颗粒已存在误差与漏判风险,更难以对纳米级颗粒作出可靠定量和成分确认。

随着研究重心由“是否存在”转向“精确定量与机理解释”,方法学短板成为该领域进一步突破的关键制约因素。

针对这一难题,中国科学院地球环境研究所科研团队联合国内外学者,开发半自动显微分析技术,并基于计算机控制的扫描电子显微手段,实现逐颗粒定位与测量,获取粒径、形貌及元素组成等微观理化参数,从而首次将环境样品可有效定量的塑料颗粒尺度推进至200纳米。

这一创新不仅提升了识别精度,也为大样本、可重复的定量分析提供了路径。

相关成果发表于国际学术期刊《科学进展》。

在此基础上,研究对西安、广州两地的大气气溶胶、降水(雨、雪)、降尘与扬尘样品开展系统分析,揭示了城市大气中微塑料与纳米塑料的丰度、通量与组成特征,并进一步指向其跨介质迁移的关键环节。

研究显示,道路扬尘与降雨过程对大气塑料的跨介质传输具有主导作用:一方面,交通活动与地表扰动使路面沉积颗粒更易再悬浮进入空气;另一方面,降雨对空气颗粒具有“清除”效应,促使其由气溶胶向地表、水体等介质沉降,形成从空气到地表的快速转移链条。

值得关注的是,研究还观测到微纳塑料在大气中与矿物尘、黑碳等颗粒物发生异质混合。

这一现象意味着微纳塑料并非以“孤立颗粒”的形式存在,而可能与多种颗粒污染物共同构成复杂混合体,进而改变其在大气中的光学性质、沉降行为与化学活性。

对城市复合污染背景下的颗粒物演化而言,这一发现为理解微纳塑料的“传输—转化—归趋”链条提供了新的解释框架。

从影响看,微纳塑料的环境与健康意义不容忽视。

已有研究表明,微纳塑料可通过物理磨损、光化学老化等过程持续生成并进入环境,其在生态系统中可能引发多层级、长期性的累积效应。

对人体而言,除摄食途径外,吸入暴露正成为重要风险通道:微米及纳米级颗粒可随呼吸进入肺部,甚至可能进一步进入血液循环。

若其与矿物尘、黑碳等混合,潜在的载体效应、协同毒性与沉积特征变化,都可能影响暴露评估与健康风险判断。

与此同时,微纳塑料作为气溶胶颗粒的一部分,可能对辐射收支与云降水过程产生影响,其气候效应评估同样需要建立在可靠的粒径分辨观测数据之上。

面对这一新型污染物的跨介质迁移特征与潜在风险,治理与研究需要同步推进。

一方面,应加强城市源头与过程控制,聚焦道路扬尘、交通磨损、施工扬尘等关键环节,完善精细化清扫、抑尘与颗粒排放管理,减少再悬浮带来的“二次进入大气”。

另一方面,应将微纳塑料纳入更系统的环境监测与科研布局,推动标准化采样、定量与质控体系建设,形成可比、可追踪的长期数据序列,为区域联防联控与政策评估提供依据。

同时,围绕异质混合、迁移转化机理及其对健康与气候的影响,应加强多学科交叉研究,推动从“发现存在”迈向“量化评估与风险管理”。

从前景看,方法学突破往往意味着研究范式的升级。

此次将定量尺度推进至纳米级,为揭示大气微纳塑料的来源解析、远距离输送、沉降通量与混合转化提供了更精细的“测量尺”。

随着该技术在更多城市、更多气候区与不同季节条件下应用,有望进一步厘清微纳塑料的时空分布规律,识别关键排放与再悬浮节点,并为评估其对生态系统与公众健康的长期影响提供更坚实的科学支撑。

从深海沟壑到珠峰积雪,微塑料污染已演变为跨越地理屏障的全球环境问题。

这项突破性研究不仅解开了纳米级塑料的检测死结,更警示人类:当塑料颗粒借助大气环流实现"环球旅行"时,任何国家都难以独善其身。

在生态文明建设纳入"五位一体"总体布局的今天,中国科学家以技术创新的钥匙,正在打开全球环境治理的新格局,这既是科研实力的彰显,更是大国责任的践行。