《Microchemical Journal》：Variation in micro- and nanoplastic release from PS and PLA food containers during aging by a mini-pyrolyzer coupled with TOFMS
编辑推荐：
•开发了一种基于Py-TOFMS的方法，用于快速识别和定量微塑料（MNPs）。•将微热解仪直接与TOFMS耦合，提高了检测效率。•该方法证明了对聚苯乙烯（PS）的检测限（LOD）为26纳克。•EDI研究表明，塑料食品容器是人类直接接触微塑料的主要途径。引言塑料被广泛应用于各个领域
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开发了一种基于Py-TOFMS的方法，用于快速识别和定量微塑料（MNPs）。
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将微热解仪直接与TOFMS耦合，提高了检测效率。
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该方法证明了对聚苯乙烯（PS）的检测限（LOD）为26纳克。
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EDI研究表明，塑料食品容器是人类直接接触微塑料的主要途径。
引言
塑料被广泛应用于各个领域，尤其是在包装行业，因此已成为新兴环境污染物的主要来源[1]。在紫外线（UV）辐射、机械磨损和生物降解的共同作用下，塑料废物逐渐分解为微塑料（MPs，粒径在1微米到5毫米之间）和纳米塑料（NPs，粒径小于1微米）[2]、[3]、[4]。2020年，包装应用占欧洲塑料需求的40%以上，这引发了人们对无意中摄入来自食品包装材料的微塑料的担忧[5]、[6]。研究人员报告称，用塑料茶包泡茶会释放大量塑料颗粒，其尺寸从纳米级到微米级不等[8]。每4-5天使用一个塑料杯的人每年可能无意中摄入大约37,613-89,294个微塑料颗粒[9]。即使符合安全标准的婴儿奶瓶在配制配方奶粉时也可能释放100万到1600万个微塑料颗粒[10]。此外，微塑料已在人体胃肠道、血液甚至胎盘中被检测到[11]。因此，来自塑料食品容器和包装材料的微塑料可能会被人类直接摄入，对人类健康构成潜在风险[12]。微塑料的不同尺寸与其毒理学行为密切相关。纳米塑料较小的尺寸使其能够穿过生物屏障进入人体组织或细胞，而微塑料则更倾向于在消化系统中积聚，可能导致不良健康影响[13]、[14]，包括神经毒性、细胞毒性、肠道功能障碍和肝脏脂质代谢紊乱[15]、[16]。因此，开发用于检测来自塑料食品容器的微塑料和纳米塑料的快速检测方法具有重要意义。
人们投入了大量努力来开发准确和标准化的分析方法，以便在真实环境样本中检测微塑料[17]。与光学和光谱技术相比，质谱技术在微塑料检测方面具有更高的灵敏度和特异性，能够实现准确的识别和定量[18]、[19]。目前，热解-气相色谱-质谱（Py-GC-MS）是最广泛使用的微塑料分析联用技术[20]。Py-GC-MS能够分离复杂的熱解产物，从而识别和定量各种类型的聚合物，具有低检测限和高灵敏度[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。然而，它也存在一些局限性，如仪器体积较大、成本较高、能耗较高以及需要实验室环境[26]。开发低成本、操作简便且结构紧凑的便携式质谱设备已成为微塑料和纳米塑料分析的重要趋势。针对这一需求，姜等人开发了热解-质谱（Pyr-MS）和电磁加热热解-质谱（Eh-Py-MS）方法，用于微塑料的快速定性和定量分析[18]、[27]。同样，冯等人开发了一种熔融和溶剂蒸发电离质谱（FSEI-MS）设备，该设备包含加热板和雾化器，可以直接检测和识别六种代表性的微塑料类型[28]。尽管这些质谱仪在某种程度上得到了简化，但仍存在分析过程中传输路径复杂和样品损失等问题。
Py-TOFMS允许将热解仪与飞行时间质谱仪直接耦合，从而最小化样品损失并实现全谱质量谱采集。然后可以根据质谱中的离子信号强度和特征离子来识别和定量微塑料。先前的研究已经证明了Py-TOFMS在塑料热解中的应用效果，揭示了化学键断裂途径和协同作用机制[29]。在传统设计中，微型热解仪通常直接放置在TOFMS离子源内部，需要反复排空真空系统以更换样品[30]。这一过程操作繁琐且耗时，难以满足环境微塑料分析的高通量和快速样品引入要求[31]。
在这项工作中，我们开发了一种Py-TOFMS系统，其微型热解仪直接放置在离子源外部。该微型热解仪由不锈钢样品加热元件、镍铬加热丝和刚玉管组成，这种设计大大简化了微塑料分析的仪器配置和操作。在优化条件下，Py-TOFMS表现出良好的线性和灵敏度，对聚苯乙烯（PS）和聚乳酸（PLA）塑料食品容器样品的回收率令人满意。在塑料食品容器中成功检测到微塑料证明了Py-TOFMS的实际应用潜力。
章节片段
材料与试剂
玻璃纤维过滤器（直径47毫米，孔径1微米）购自兴雅净化材料厂（中国上海）。无机氧化铝膜（直径47毫米，孔径20纳米）购自Whatman。聚苯乙烯（PS）微球溶液（粒径300-700纳米，固体含量2.5%）购自Michael Xin科技有限公司。聚乳酸（PLA）微球（粒径400-800纳米，浓度10毫克/毫升）购自江苏志川科技有限公司。
微型热解仪的性能
微型热解仪是自行设计、制造和组装的。其主要参数包括最高加热温度、加热速率和温度控制精度。常见塑料一般在300-600摄氏度范围内热解。所设计的微型热解仪最高可达700摄氏度。在本研究中，选择650摄氏度作为最终热解温度，并在620秒内实现了650±1摄氏度的目标温度。
结论
通过使用自主研发的Py-TOFMS系统，本研究建立了一种快速且低成本的微塑料检测方法。微型热解仪与TOFMS紧凑耦合，无需气体输送系统和昂贵的载气。此外，无需色谱分离既降低了成本也缩短了分析时间。Py-TOFMS方法具有高灵敏度、精确度和准确性，以及快速分析和良好的重复性，非常适合用于微塑料的快速检测。
CRediT作者贡献声明
高浩东：撰写初稿、进行正式分析、数据管理。王佳慧：数据可视化、验证。刘宇：方法学研究、进行正式分析。宣汉丽：验证、数据管理。王宏尧：方法学研究。张建军：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（资助编号42403027）和四川省自然科学基金（资助编号23NSFSC4744）的支持。
高浩东|王佳慧|刘宇|宣汉丽|王宏尧|张建军
