那些“逃脱”监管的物质：研究新型塑料制品及环境采样中塑料添加剂（具有持久性、迁移性且具有毒性）的渗出现象

《Environmental Science & Technology》：Ones That Get Away: Investigating the Leaching of Persistent, Mobile, and Toxic Plastic Additives from New and Environmentally Sampled Plastic Items

塑料添加剂泄漏行为与环境暴露及天气老化影响研究。通过HPLC-QToF-MS分析68种塑料样本，发现环境样本中持久、可移动、有毒（PMT）添加剂数量（中位数10 vs 3）和泄漏水平（中位数166 vs 23.5）显著高于商店样本（p<0.05）。玩具、硬件用品等类别及橡胶、纤维形态塑料泄漏更严重，可能与表面裂纹增加和添加剂富集有关。食品接触类塑料因严格监管泄漏最少。研究证实天气老化通过加剧聚合物降解和表面氧化显著提升PMT泄漏风险，为环境监测和法规制定提供依据。

　　塑料添加剂是用于塑料制造过程中或赋予塑料特殊性能的物质，例如着色剂、增塑剂等。然而，一些塑料添加剂具有持久性、迁移性和毒性（PMT）的特性，这使得它们在水体中难以降解并可能通过水处理过程，长期滞留在环境中，对水质造成潜在威胁。此外，许多塑料添加剂在环境风化过程中会从塑料中渗出，从而进一步增加其对生态系统的风险。尽管已有大量研究关注塑料添加剂的泄漏行为，但关于PMT塑料添加剂在不同塑料制品中的释放情况以及风化对这些添加剂泄漏的影响，仍存在研究空白。因此，本研究旨在探讨从市场上购买的塑料制品和环境中采集的塑料制品中PMT塑料添加剂的泄漏情况，并分析风化对PMT物质释放的影响，以期为未来的监测和管理提供依据。

### 塑料污染与化学风险

塑料污染已经成为全球范围内的重大环境问题，尤其是在水生生态系统中。尽管近年来对塑料污染的关注不断上升，但其化学危害的研究仍相对不足。塑料制品中通常包含多种化学物质，其中塑料添加剂因其在生产过程中的重要作用而备受关注。这些添加剂可以改善塑料的物理性能或加工特性，包括增塑剂、阻燃剂、抗氧化剂等。由于大多数塑料添加剂是通过物理混合而非化学键合的方式加入塑料材料中的，因此它们更容易在环境作用下从塑料中渗出。这种特性使得PMT塑料添加剂成为水体中潜在的化学污染物，其长期存在和高迁移性可能对水质和生态系统造成严重影响。

### PMT塑料添加剂的特性与环境风险

PMT塑料添加剂因其持久性、迁移性和毒性而被特别关注。持久性意味着这些物质在水体和其他环境介质中难以降解，迁移性则表明它们容易从塑料中释放到水体中，而毒性则说明它们对生物体和生态系统具有潜在的危害。这些特性共同作用，使得PMT塑料添加剂能够通过长距离迁移进入不同的水体，并且可能在常规的水处理过程中未被有效去除。这种行为使得PMT物质成为水体污染的重要来源之一，尤其是在塑料垃圾进入水体后，其污染风险将随着塑料废弃物的累积而进一步增加。

### 研究方法与数据处理

本研究采用了高分辨率的分析技术，对68种塑料制品的渗出物进行了检测。这些塑料制品包括从环境中采集的21种样品和从市场上购买的47种样品。所有样品均经过预处理，包括切割、称重和存储在清洁的玻璃容器中。随后，样品在模拟环境条件的摇床和紫外光照射下进行渗出实验。渗出液被收集并在4°C的黑暗环境中保存，以防止光解或氧化反应。最终，所有渗出液均使用高分辨率液相色谱与定量飞行时间质谱（HPLC-QToF-MS）进行分析，通过“嫌疑筛查”算法对可能的PMT物质进行初步识别。

在数据处理阶段，首先对原始数据进行了过滤，以排除可能的背景干扰。然后，通过相对峰面积（RPA）计算，将渗出液中的化学物质与基准化合物进行比较。同时，对数据进行了标准化处理，以确保不同样品之间的可比性。研究还采用了非度量多维标度（NMDS）和置换多元方差分析（PERMANOVA）等统计方法，以分析不同来源和类型的塑料样品在PMT物质泄漏方面的差异。此外，研究团队还采取了一系列质量控制措施，包括使用空白样品、仪器空白以及标准品进行校准，以确保实验的准确性和可靠性。

### 研究结果与讨论

研究结果显示，从环境中采集的塑料样品在PMT物质泄漏数量和浓度方面显著高于市场购买的塑料制品。例如，在61个样品中，共检测到913种嫌疑化合物，其中61种被确认为独特的PMT物质。环境样品中平均每个样品含有10种PMT物质，而市场购买的样品平均仅含有3种。这一结果表明，环境风化可能显著增加了PMT物质的释放量，因为风化过程会导致塑料表面开裂和聚合物降解，从而增加了泄漏的可能性。例如，Luo等人（2020）的研究发现，经过风化的聚乙烯微塑料比未风化的塑料释放了50倍以上的着色剂。类似的现象也被观察到其他塑料添加剂的释放中，如阻燃剂和热稳定剂。

研究还发现，某些特定的塑料制品类别，如玩具、五金用品和包装材料，具有较高的PMT物质泄漏水平。玩具类别中的塑料制品，如气球和玩具球，含有多种PMT物质，其中一些含有硝基基团的化合物，如4-硝基甲苯、2-丙酮和硝基苯。这些物质在塑料中通常以增塑剂或硫化剂的形式存在，并可能对人体健康和生态系统造成威胁。此外，纤维形态的塑料制品，如塑料绳、香烟过滤嘴和口罩，也表现出较高的PMT物质泄漏水平，这可能与它们较大的表面积有关。相比之下，食品和饮料相关塑料制品（如瓶子、杯子和吸管）则显示出较低的PMT物质泄漏水平，这可能是由于严格的监管措施限制了这些材料中PMT物质的使用。

### 风化对PMT物质泄漏的影响

风化过程在PMT物质泄漏中扮演了重要角色。风化不仅增加了塑料的表面积，还可能导致聚合物结构的破坏，从而释放更多的添加剂。例如，研究中发现，一些环境样品的PMT物质泄漏水平显著高于市场购买的样品，这可能与风化过程中塑料的物理和化学变化有关。然而，也有例外情况，如市场购买的香烟过滤嘴和电缆夹在某些情况下表现出比环境样品更高的泄漏水平。这可能与这些物品的添加剂负载量较高或其结构更容易释放添加剂有关。

此外，研究还发现，某些PMT物质的泄漏水平可能受到塑料配方的影响。例如，一些环境样品中检测到的PMT物质可能并未在市场购买的样品中出现，这可能是由于这些物质在制造过程中被使用，但后来逐渐被淘汰或替代。因此，塑料配方的差异可能是导致不同来源样品中PMT物质泄漏水平不同的原因之一。为了减少这种影响，研究团队在采样过程中尽量选择与环境样品相似的市场购买塑料制品，以确保实验的可比性。

### 研究意义与局限性

本研究的发现对环境管理和政策制定具有重要意义。首先，它揭示了PMT塑料添加剂在不同塑料制品中的分布情况，表明某些类别和形态的塑料制品（如玩具、纤维和包装材料）可能成为PMT物质的主要来源。其次，研究强调了风化在PMT物质泄漏中的作用，提示我们需要在塑料的生命周期管理中考虑这一因素。此外，研究还指出，尽管食品和饮料相关塑料制品的PMT物质泄漏水平较低，但这并不意味着它们对环境或人体健康没有潜在风险，特别是当这些制品中存在其他未被充分研究的PMT物质时。

然而，本研究也存在一定的局限性。首先，由于使用的是实际环境中的塑料样品，因此无法与市场购买的样品进行严格的配对比较，这可能导致部分差异归因于塑料配方而非风化过程。其次，分析方法的局限性也可能影响结果的准确性。例如，全扫描质谱（Full-Scan MS）和嫌疑筛查算法可能无法完全识别所有PMT物质，尤其是那些极性较强或未在数据库中收录的化合物。此外，研究中未对湖水中的主要离子、溶解有机碳等环境参数进行详细分析，这可能会影响PMT物质的泄漏行为，尤其是在不同季节和地点的环境中。

### 结论与未来研究方向

综上所述，本研究揭示了PMT塑料添加剂在不同塑料制品中的泄漏情况及其与风化过程的关系。环境风化显著增加了这些物质的释放量，表明我们需要在塑料的生命周期管理中考虑这一因素。此外，研究还指出，某些塑料制品类别（如玩具、纤维和包装材料）可能成为PMT物质的主要来源，因此应优先关注这些物品的环境风险。然而，由于研究方法的限制和样品的多样性，未来的研究仍需进一步优化分析技术，并加强对不同环境条件和塑料类型下PMT物质泄漏行为的评估。同时，加强对PMT物质在不同水体中的监测，有助于我们更好地理解这些物质对环境和人体健康的潜在影响，并为制定更有效的环境管理政策提供科学依据。