《Atmospheric Environment》:Long-term assessment of indoor and outdoor airborne microplastics deposition: size distribution and polymer characteristics
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作者:Bogyeong Kang、Junha Jang、Daekeun Kim韩国首尔国立科学技术大学环境工程系,地址:Gongneung-ro 232,Nowon-gu,首尔摘要本研究通过长期被动沉积采样方法,调查了室内外环境中的空气微塑料(AMPs)。沉积的颗粒通过荧光显微镜
作者:Bogyeong Kang、Junha Jang、Daekeun Kim
韩国首尔国立科学技术大学环境工程系,地址:Gongneung-ro 232,Nowon-gu,首尔
摘要
本研究通过长期被动沉积采样方法,调查了室内外环境中的空气微塑料(AMPs)。沉积的颗粒通过荧光显微镜结合自动化图像分析进行分离和定量,并通过双次热解气相色谱-质谱(Py-GC/MS)技术鉴定聚合物类型。室内AMP的沉积速率几乎比室外高一个数量级,尤其是走廊等室内环境,其时间变化性更大,这可能反映了行人活动和颗粒的再悬浮现象。在所有采样环境中,颗粒大小分布以50微米以下的颗粒为主。室内样本中10-20微米范围内的颗粒较多,而室外样本中30-50微米范围内的颗粒占比相对较高。所有地点都检测到了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),但聚合物组成因地点而异,室内聚维吡咯烷酮(PVP)和聚丙烯酸(PAA)的含量较高,室外则聚合物种类更为多样。这些结果表明,室内环境可能是AMP积累的重要区域,基于沉积的测量方法有助于解释空气微塑料行为的微环境差异。
引言
关于自然环境中微小塑料颗粒的科学记录可以追溯到20世纪70年代初(Carpenter和Smith,1972年)。然而,“微塑料(MPs)”这一术语是由Thompson等人(2004年)首次提出的,他们报告了沿海沉积物中的微塑料碎片,从而引发了科学界对这一新兴环境问题的广泛关注。早期研究主要集中在水生环境中,但随后在包括南极洲在内的偏远地区观察到的MPs表明,它们可以通过大气长距离传输(Bergami等人,2020年;González-Pleiter等人,2020年;Nafea等人,2024年)。这些发现增加了人们对空气微塑料(AMPs)作为大气污染新成分的兴趣。
在环境中的MPs中检测到的聚合物类型通常反映了日常生活中和建筑环境中使用的材料。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)广泛用于包装、纺织品和消费品(2008年;Mohan等人,2024年;Patel等人,2022年;Weber,2008年)。另一方面,聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)和聚氯乙烯(PVC)通常与建筑和工业应用相关(Diekmann和Horl?nder,2004年;Liu等人,2023年)。这些材料的风化、破碎和不当处理不断产生MPs,使它们能够在多种环境介质中扩散(Deng等人,2025年;Przekop等人,2023年)。
MPs的环境和健康相关性不仅取决于其数量,还取决于颗粒大小、聚合物类型和暴露途径。MPs可以通过摄入或吸入进入人体,已报道的影响包括氧化应激、代谢紊乱和内分泌相关反应(Nafea等人,2024年;Nagel等人,1997年;Xu等人,2025年;Zhao等人,2021年)。由于表面可以吸附和运输共污染物,MPs还可能成为持久性有机污染物、重金属和微生物的载体(Kinigopoulou等人,2022年;Thornton Hampton等人,2022年)。随着MPs在空气和水中的迁移,这些附着的污染物可能会脱落并重新分布,从而增加暴露途径(Zhou等人,2022年)。颗粒大小是微塑料毒性的另一个重要决定因素,较小的颗粒通常具有更高的生物利用度和更强的生物效应(Zhou等人,2023年)。毒性也可能因聚合物类型而异;例如,据报道PVC对Daphnia magna具有更强的化学毒性,而PUR和PLA则更多地与物理效应相关(Zimmermann等人,2020年)。
尽管有越来越多的证据表明这些风险的存在,但AMPs的表征仍不如水生MPs充分(Pham等人,2024年;Singh,2024年)。它们的低密度和空气动力学特性使其能够在大气中长时间悬浮并区域传输,表明AMPs可能导致吸入暴露(Ezhava等人,2025年;Kyriakoudes和Turner,2023年;Rednikin等人,2024年)。此外,多项研究显示室内外空气中的MPs水平存在明显差异。由于纺织纤维脱落、通风不良和表面再悬浮等因素,室内浓度通常高于室外浓度。这些差异在拥挤或通风不良的空间(如住宅和教室)或靠近排放源的地方尤为明显(Luo等人,2025年;Nafea等人,2024年)。
世界卫生组织(World Health,2022年)指出,目前的毒理学和暴露数据受到实验室条件的限制,无法充分反映现实世界的情况。因此,有必要在环境条件下量化AMPs,确定其大小分布和聚合物组成,并识别影响室内外差异的环境和建筑因素。最近的研究在这些方面取得了一些进展。Sharaf Din等人(2024年)报告室外浓度为0.93 ± 0.32个/立方米,室内浓度为4.34 ± 1.93个/立方米,室内颗粒大小主要为50-100微米,室外为50微米或更小。Choi等人(2022年)报告空气中的MP浓度范围为0.45至6.64个/立方米(平均2.51 ± 1.77个),其中PET和PP是主要聚合物。Cui等人(2022年)在一项家庭调查中观察到每天每平方米93,772至311,040个颗粒的沉降率,并发现聚酰胺(PA)、PU和PE的含量较高与特定细菌群落相关。在杭州这样的大城市环境中,Xu等人(2025年)报告了大气中MPs的沉积通量和聚合物组成,进一步说明了不同环境条件下AMP沉积的变异性。尽管这些研究提高了我们对AMPs的理解,但现有的数据集仍不足以全面描述其环境行为。
本研究对室内外环境中的AMPs进行了全面评估。具体而言,我们量化了沉积速率,表征了颗粒大小分布,并确定了聚合物组成。通过系统地比较室内外环境中的AMP特征与现有文献,本研究旨在更清晰地解释影响室内外差异的因素,并支持暴露和健康风险评估。
章节摘录
站点配置和采样
采样在韩国首尔Nowon-gu的一所大学校园内进行。选择了两个室外屋顶站点(北纬37.635°,东经127.080°和北纬37.625°,东经127.070°;屋顶高度分别为19米和18米)来代表不同的室外环境:一个限制进入的校园屋顶(O1),距离主要道路超过200米;另一个位于地铁站和主干道附近的社区中心屋顶(O2)。同时还调查了两个室内环境,包括
空气微塑料沉积的空间变化
在监测期间,室内外环境中的AMP沉积速率存在明显且一致的差异(图1)。在所有采样地点,室内沉积速率始终高于室外,这种差异具有统计学意义(Welch's t检验,p = 4.07 × 10^-18)。
在室内教室(I1)中,AMP沉积速率范围为1.6 × 10^3至2.4 × 10^5个/m^2·天,中值为6.1 × 10^4个/m^2·天。
结论
本研究通过长期沉积采样方法,研究了室内外环境中的空气微塑料(AMP)沉积情况。通过整合沉积速率、颗粒大小分布和聚合物组成数据,研究明确了不同微环境中的AMP行为差异。室内环境的AMP沉积速率显著高于室外屋顶站点,中值相差近一个数量级。室内位置还显示
作者贡献声明
Daekeun Kim:撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念构思。Junha Jang:方法学设计、调查、数据分析。Bogyeong Kang:初稿撰写、方法学设计、调查、数据分析、概念构思
未引用参考文献
2008. Plastic rules,。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的会影响到本文研究的财务利益或个人关系。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的会影响到本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了首尔国立科学技术大学、韩国国家研究基金会(NRF,由教育部资助(NRF-2020R1A6A1A03042742),以及由韩国气候、能源和环境部资助并由韩国环境产业技术研究院(KEITI)管理的“无塑料(创新)专项研究生项目”的支持。