用于检测婴儿配方奶粉中微小微塑料颗粒的微拉曼光谱方法的准确性评估

《Talanta Open》：Accuracy assessment of a micro-Raman spectroscopy method for small microplastic particles in infant milk formula

婴儿奶粉中微塑料的μ-Raman光谱检测方法及实验室间比较研究。采用PET参考材料通过酶解-化学消化联合μ-Raman光谱技术，在两个独立实验室完成婴儿奶粉中5-100μm微塑料的定量分析，验证了方法的准确性和可比性，回收率82%-88%，支持食品链中微塑料监测标准化。

　　近年来，微塑料（Microplastics, MPs）在食品链中的存在引起了越来越多的关注。这些微小的塑料颗粒因其可能对人类健康带来的潜在风险而成为研究的热点。尽管各界对MPs的检测和评估已投入大量努力，但在食品基质中标准化的检测方法仍然有限。因此，研究者们致力于开发更精确、可重复且适用于复杂食品基质的分析技术。本研究旨在评估一种基于微拉曼（μ-Raman）光谱学的方法，用于婴儿奶粉中微塑料的识别和量化，使用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）参考材料（RM）作为标准。这项工作不仅为微塑料污染的监测提供了新的技术路径，还为未来建立统一的检测方法奠定了基础。

### 微塑料污染的背景

微塑料是指尺寸在1微米到1000微米之间的固态塑料颗粒，不溶于水。它们广泛存在于自然环境中，通过各种途径进入食物链，包括通过水源、空气、土壤以及食品加工、储存、运输和包装过程。微塑料因其体积小、难以被肉眼察觉，成为环境和食品安全领域的一个重要挑战。由于其可以被生物体摄入并沿着食物链传递，微塑料可能对生态系统和人类健康造成潜在威胁。

全球范围内，微塑料的污染已从海洋、湖泊等水体蔓延至陆地生态系统，并逐渐进入食物链。在食品中，微塑料的存在已被发现于多种产品中，包括鱼类、水果和蔬菜、肉类、饮用水、饮料以及乳制品等。然而，尽管已有研究关注微塑料污染问题，对婴儿奶粉中的微塑料检测仍处于初步阶段。现有研究多采用光学显微镜下的目视识别和计数，结合傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）进行化学表征，而对微米级微塑料的检测方法仍较为有限。

### 微塑料检测的挑战

由于微塑料颗粒体积极小，传统光学显微镜的分辨率不足以捕捉到小于100微米的微塑料。因此，为了实现对更小尺寸微塑料的检测，需要采用高分辨率的光谱分析技术，如拉曼光谱学。拉曼光谱学以其非破坏性、高空间分辨率和良好的化学信息获取能力，成为研究微塑料的理想工具。然而，当前针对微塑料的检测方法在标准化和可比性方面仍存在不足，特别是在食品基质中的应用。

### 本研究的目的与方法

本研究通过开展一项跨实验室比较（Interlaboratory Comparison, ILC）实验，评估基于微拉曼光谱学的分析方法在婴儿奶粉中微塑料检测的准确性和可比性。实验中使用了PET参考材料，这些材料以水溶性片剂形式存在，其设计旨在模拟真实环境中微塑料的形态、尺寸分布和聚合物组成。此外，参考材料已经过均质性和稳定性评估，确保其在质量分数和颗粒数量上的代表性。

在实验过程中，PET参考材料被分为两个批次：高负载批次（HLB）和低负载批次（LLB）。高负载批次的PET颗粒数量为1759 ± 141个，低负载批次为160 ± 22个。这两个批次均经过酶化学消化处理，随后由两个独立实验室分别进行微拉曼分析。实验室分别使用不同的仪器和操作人员，以确保实验的可重复性和可比性。

### 样本处理与分析流程

样本处理过程中，婴儿奶粉被重新配制，加入超纯水后在40°C下摇动15分钟。随后，将PET参考材料片剂溶解在超纯水中，并将消化后的奶粉样品加入其中。整个消化过程包括多酶清洗、钙螯合剂（EDTA-Na）的加入、强碱性溶液（TMAH）的使用以及高温处理。这一系列步骤旨在去除有机物质，同时保持PET颗粒的完整性。

消化后的样品通过真空过滤装置进行过滤，使用硅滤膜（5微米孔径）收集微塑料颗粒。在过滤过程中，为了减少背景干扰，实验室严格遵循无菌操作规程，所有操作均在层流罩中进行，以避免污染。滤膜在过滤后被清洗，以确保所有可能附着在表面的微塑料颗粒都被回收。

微拉曼分析在两个实验室中分别进行。实验室1使用LabRAM Odyssey Raman光谱仪，实验室2使用LabRAM HR Evolution μ-Raman光谱仪。两台仪器均采用不同的激光波长（633 nm和532 nm），以评估其在不同条件下对微塑料检测的影响。在分析过程中，采用了基于已知标准的子采样策略，即在滤膜上选取两个或三个代表性区域进行分析，并将结果外推至整个滤膜表面。这种策略不仅提高了分析效率，还确保了不同实验室之间的结果一致性。

### 实验结果与讨论

通过微拉曼光谱学分析，两个实验室对高负载和低负载PET参考材料的检测结果均表现出较高的回收率。对于高负载批次，实验室1和实验室2的回收率分别为82%和85%；对于低负载批次，分别为82%和88%。这些结果与参考材料的标准值非常接近，表明该方法在检测微塑料方面具有良好的准确性和可比性。

此外，研究还评估了未添加PET参考材料的牛奶基质中是否存在背景污染。结果显示，未添加PET的牛奶样本中PET颗粒的数量非常低，远低于两个实验室各自的报告限（Reporting Limit, RL）。这表明，实验中检测到的PET颗粒主要来源于参考材料，而非环境或样品本身带来的污染。同时，通过比较不同实验室之间的检测结果，研究者发现，尽管两台仪器的激光波长不同，但它们在检测微塑料时仍表现出良好的一致性。

### 微塑料检测的标准化与方法验证

由于目前缺乏标准的微塑料参考材料，微塑料检测方法的标准化仍面临诸多挑战。本研究中使用的PET参考材料符合ISO 17034和ISO 33405的标准，其均质性和稳定性已得到验证。这些参考材料不仅用于方法开发，还用于评估不同实验室之间的检测结果是否一致。研究结果显示，两个实验室在相同实验条件下获得了相似的检测结果，表明该方法在跨实验室应用中具有良好的可比性和再现性。

此外，研究还探讨了背景污染对微塑料检测的影响。通过使用子采样策略和设置报告限，实验室能够有效区分真实的微塑料颗粒和可能的背景干扰。这一策略不仅提高了检测的准确性，还增强了实验的可靠性。

### 方法的适用性与未来展望

本研究验证了基于微拉曼光谱学的分析方法在婴儿奶粉中检测微塑料的适用性。该方法不仅能够有效检测微塑料颗粒，还能够在复杂食品基质中实现准确的量化。此外，该方法对PET参考材料的高回收率表明，其在检测其他类型的微塑料时也具有潜力。研究者指出，随着对微塑料污染的关注不断增加，开发标准化的检测方法对于确保食品供应链的安全至关重要。

本研究的结果表明，使用PET参考材料和微拉曼光谱学技术可以为微塑料检测提供一种可靠的工具。通过跨实验室比较，研究者能够验证不同实验室之间的检测结果是否一致，从而推动微塑料检测方法的标准化。未来，研究者计划进一步优化方法，以提高其在不同食品基质中的适用性，并探索其他类型的微塑料检测方法。此外，他们还希望将该方法应用于更广泛的食品产品，以全面评估微塑料污染的范围和程度。

### 结论

本研究展示了基于微拉曼光谱学的分析方法在婴儿奶粉中检测微塑料的可靠性与可比性。通过使用PET参考材料，研究者能够有效评估不同实验室之间的检测结果，并确保方法的准确性。这一研究不仅为微塑料污染的监测提供了新的技术路径，还为未来建立统一的检测标准奠定了基础。随着对微塑料污染的关注不断增加，研究者希望进一步推广该方法，以支持食品供应链的可持续发展和消费者健康保护。