综述:轮胎和道路磨损颗粒的采样、提取及分析方法的批判性综述

【字体: 时间:2025年05月14日 来源:Environmental Pollution 7.6

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  这篇综述聚焦轮胎和道路磨损颗粒(TRWPs)。文章评估了其在水、空气等样本中的采样、处理和分析方法,指出目前缺乏标准方法。还推荐了适用的研究方法,为研究 TRWPs 在环境中的情况提供参考,助力相关研究的开展。

  

引言


水、土壤和空气是维持生态系统完整性和保障地球上人类生命的重要组成部分。然而,有害和不良物质正越来越多地影响这些资源。轮胎和道路磨损颗粒(TRWPs)由轮胎胎面与路面之间的滚动 / 剪切应力产生,是一个重大的环境问题。

有研究表明,平均而言,轮胎在其使用寿命中会向环境中释放 11.5% 的重量。环境中约 53.9% 的微塑料源自 TRWPs,其排放量超过了其他环境污染物,如 pharmaceuticals 。

TRWPs 进入环境主要有两种途径:大气沉降或道路径流进入水道。理论估计显示,66 - 76% 的 TRWPs 最终留在路边土壤中,12 - 20% 进入地表水,5% 进入空气。进入空气的颗粒被归类为空气传播颗粒物(PM)。流行病学研究发现,PM 与短期健康影响(如过早死亡)以及长期健康影响(包括肺癌、发病率、心血管和心肺疾病)存在很强的相关性。这是因为细颗粒和超细颗粒能够穿透呼吸道并到达肺泡,约 50% 会留在肺组织中。暴露于 PM 后,肺泡巨噬细胞会摄取半溶性颗粒,引发肺组织的氧化应激和炎症。

在降雨或降雪时,TRWPs 会进入附近的排水系统。排水系统将雨水径流未经处理通过雨水管道排入附近水体,TRWPs 成为淡水污染的重要来源,并产生有害影响。研究发现,TRWPs 的浸出液会导致银大麻哈鱼(Onchorychus kisutch)胚胎死亡率增加(>80%) ,还会使摇蚊(Chironomus riparius)的生育力显著下降 。由于 TRWPs 具有负的 ζ 电位,可能会吸附周围环境中的阳离子,如镉(Cd)和铅(Pb),从而增加其对生物体的潜在危害。

没有排水系统的道路径流会流入沟渠。沟渠旨在减缓径流速度并截留颗粒物,可去除 60 - 90% 的 TRWPs。但由于路边沟渠与污水系统无关,截留的 TRWPs 可能会迁移到土壤或渗入地下水。

TRWPs 在沉积物 / 土壤中的积累可能会导致环境质量恶化,对土壤 / 沉积物动植物产生潜在有害影响。TRWPs(m)可能会堵塞土壤孔隙,影响土壤的持水性能,进而影响蒸散作用。TRWPs 的光老化可能会诱导自由基形成,增加土壤 pH 值。自由基在光照下会促进电子转移,由于 TRWPs 包含过渡金属和有机化合物,电子转移可能会刺激持久性自由基的形成。这些添加剂的浸出会导致土壤 pH 值升高(pH>5.7) ,自由基和升高的 pH 值可能会对土壤生物群产生有害影响,例如使蚯蚓(Eisenia fetida)死亡率增加 50%。土壤微生物种群的下降会影响氮循环,进而影响植物生长,降低植物产量。

由于 TRWPs 的广泛存在和潜在危害,确定其环境浓度以充分评估环境风险十分必要。然而,目前研究在样品采集和后续分析方法上差异很大,导致结果缺乏可比性。因此,本文旨在批判性地审视环境样品中 TRWPs 的采样、提取和分析方法,为研究人员选择合适方法提供参考。

方法


本研究在 PRISMA 指南的指导下,对不同环境基质中 TRWPs 的采样、处理和分析方法进行了综述。选择 Web of Science 作为主要搜索引擎,因为它具有全面性并能提供详细的书目信息。选取 2000 年 1 月至 2024 年 10 月发表的文章,因为 TRWPs 在 21 世纪初首次被确认为微塑料。

采样、提取及分析方法的综合文献回顾


目前,对于 TRWPs 的采样没有标准协议,虽然使用了金属勺、玻璃瓶、活塞取芯器等采样设备,但不同环境隔室具有独特的物理和化学特性,适用于道路灰尘的采样器可能不适用于空气样本。在分析方法方面,显微镜和热分析技术,如扫描电子显微镜(带能量色散 X 射线分析)、环境扫描电子显微镜、二维气相色谱 - 质谱联用技术以及在复杂样品中使用的液相色谱 - 串联质谱联用技术,是测定 TRWPs 数量和质量的最佳方法。

结论和建议


TRWPs 由于其广泛存在和潜在危害,是一个全球性挑战。鉴于 TRWPs 在不同环境隔室中的物理化学行为,迫切需要评估其实际环境浓度。缺乏标准化的方法限制了研究的质量和可靠性。本研究对从采样到分析的方法进行了回顾,对潜在的研究方向进行了全面评估,为后续研究提供了参考。

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