超越塑料:连接塑料浸出物的分析创新与环境评估

《Trends in Environmental Analytical Chemistry》:Beyond plastics: bridging analytical innovation and environmental assessment of plastic leachates

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月26日 来源:Trends in Environmental Analytical Chemistry 12.2

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   摘要塑料污染问题已在最偏远的生态系统中显现,引发了人们对其化学化合物渗入环境后如何处置的日益关注。本综述性评价综合了2020—2026年间在检测和量化环境基质中塑料渗出物方面的分析进展,重点关注基于现场的方法和现实环境中的发生数据。现场研究表明,塑料渗出物浓度从水体中的ng/

  

摘要

塑料污染问题已在最偏远的生态系统中显现,引发了人们对其化学化合物渗入环境后如何处置的日益关注。本综述性评价综合了2020—2026年间在检测和量化环境基质中塑料渗出物方面的分析进展,重点关注基于现场的方法和现实环境中的发生数据。
现场研究表明,塑料渗出物浓度从水体中的ng/L到污染土壤中的μg/g不等,最高浓度出现在回收场附近和城市河流中。然而,全面评估仍受分析能力限制,主要约束包括:化学多样性(潜在渗出物超过16,000种,而参考标准仅约100种);高度复杂环境基质中的超低痕量检测要求(ng/L);以及分析选择性与化学化合物覆盖范围之间的根本性权衡。
绿色化学方法(如快速、简便、廉价、有效、耐用、安全——QuEChERS、微型化提取方法)提高了可及性并减少了溶剂使用,但牺牲了灵敏度。高分辨率质谱能够实现未知渗出物的非靶向筛查,但大多数化合物的鉴定仍难以实现。便携式传感器提供了现场适用性,但其选择性和灵敏度低于实验室基准。解决这些局限性需要靶向量化、可疑物筛查和非靶向发现方法的互补部署,并辅以协调一致的采样程序和标准化参考材料。本综述讨论了目前用于评估现场样品中塑料渗出物的多种方法,并概述了分析策略,以建立更加精细和协调一致的方法学途径,兼顾灵敏度、可行性、可比性和环境相关性。

引言

2024年全球塑料产量估计为4.309亿吨,其中4120万吨消费后塑料废物通过机械和化学方法进行回收[1]。尽管环境中从大塑料到微塑料的存在已被充分记录,但塑料衍生物质的化学影响仍未得到充分探索。塑料中含有有意添加物质(增塑剂、稳定剂、着色剂、阻燃剂和制造过程中的加工助剂)和非有意添加物质(NIAS:低聚物、降解产物、反应副产物以及来自原材料和制造过程的杂质)(完整列表见[2])。此外,塑料会吸附环境污染物[3],从而起到载体作用。这些物质随后可能渗入周围环境,由于其潜在的生物可利用性、持久性和生物效应,引发了对环境污染和人类健康的担忧。
环境研究揭示,塑料衍生化学化合物在不同环境基质中广泛存在,浓度从地表水中的ng/L到污染土壤/沉积物和生物体中的μg/g不等(表1)。作为一个具体例子,在中国,邻苯二甲酸二丁酯(DBP)在长江流域(最高达60.7 μg/L)、黄河流域(最高达85.45 μg/L)、淮河流域(最高达133.7 μg/L)、北方地区(最高达93.87 μg/L)和东南地区(最高达118.8 μg/L)被检测到(综述见[4]:表2)——超过了中国《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中该邻苯二甲酸酯3 μg/L的标准值[5]。加纳废物处理场所附近的土壤中,双酚A(BPA)浓度最高达48.7 g/g,邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)浓度最高达184 g/g[6]。因此,在动物和人体样本(包括皮肤、指甲、头发、血清、母乳等)中检测到塑料渗出物并不意外(综述见[7])。
塑料相关化学物质的环境质量标准在多个司法管辖区正在推进。在中国,利用物种敏感性分布(SSDs)和毒理学关注阈值,已为五种优先PAEs制定了淡水质量标准,从而为该类塑料的渗出物提供了相关基准[8]。在欧洲联盟层面,2025年达到的关于修订环境质量标准(EQS)指令(欧盟指令2026/805;[9])的初步政治协议中,双酚A(被指定为优先有害物质)与PFAS并列,两者均从塑料中释放。这些进展凸显了将塑料衍生化学物质的发生数据与可执行的水质标准相联系日益增长的监管动力。然而,目前框架中针对更广泛塑料渗出物的明确标准仍然普遍缺失。
尽管关于塑料渗出物的研究越来越多地涉及环境发生化学筛查、风化效应和(生态)毒性(例如[10]、[11]),但此类化学物质从聚合物基质中释放和迁移的过程和驱动因素,及其归宿和分布,仍然知之甚少,阻碍了生态风险评估和监管框架的制定。这在很大程度上是由于缺乏协调一致的方法学途径以及处理复杂环境基质的困难所导致的分析不一致性和挑战。此外,分析目标通常仅限于一组受监管的化合物,如双酚A和邻苯二甲酸酯,尽管清单表明可能还存在更多物质。
然而,自2020年(—2026年)以来的分析进展使环境塑料渗出物的检测方法日益多样化。高分辨率质谱(HRMS),包括液相色谱-四极杆飞行时间质谱(LC-QTOF-MS)、高效液相色谱-高分辨率质谱(HPLC-HRMS)及其他方法,以及与非靶向分析结合的智能可疑物筛查,已能够检测出数千种已知和未知化合物,包括持久性、移动性和有毒添加剂、增塑剂、抗氧化剂和降解产物[12]、[13]、[14]。
塑料渗出物研究的核心挑战在于,目前的分析工具在检测和环境样品中众多分析物的能力方面仍然有限,从而损害了进一步的监管工作。本综述批判性地探讨了自2020年(—2026年)以来在环境基质中提取、检测和量化塑料渗出物方面的分析进展,并刻意侧重于适用于现场的方法和现实环境发生数据。分析涵盖靶向量化、可疑物筛查和非靶向策略,以增强环境决策能力。特别关注提取效率与化学覆盖范围之间的相互作用,以及目前缺乏协调一致的程序——这是研究间可比性和监管采纳的主要障碍。

章节摘要

塑料相关化学物质的多样性

超过10,000种物质与塑料和塑料产品有关,无论是有意添加还是无意添加[15]。有意添加物质(IAS)是有意掺入聚合物配方中以增强特定性能并满足塑料应用和性能要求的化学品([16])。这些包括增塑剂(如邻苯二甲酸酯、己二酸酯、柠檬酸酯)、稳定剂(紫外线稳定剂、抗氧化剂)、着色剂、填料和加工助剂[17]。

影响环境相关条件下浸出速率和模式的环境非生物和生物因素

塑料相关化学物质的浸出受塑料的物理化学性质(如粒径、分子量、水溶性、化学成分和结构)、环境条件(如温度、pH值、盐度)以及风化/降解过程的控制。在海水环境相关老化条件下,聚酯微塑料(生物可降解——PLA、Mater-Bi?或传统PET)主要通过水解降解,释放出一系列单体混合物,

塑料渗出物的来源及其在环境中的发生情况

塑料渗出物在水体、土壤和生物区室中普遍存在(如表1所示),反映了塑料全生命周期中化学成分的持续释放——从合成和消费者使用到最终处置和回收。
垃圾填埋渗滤液代表高度浓缩的化学"鸡尾酒",其中添加剂通过微塑料降解和复杂的化学浸出被动员。例如,BPA在渗滤液样本中被检测到,

推动分析创新的基本挑战

塑料渗出物分析面临巨大挑战,原因在于其化学多样性高、超低痕量检测要求以及环境基质效应。与其他环境污染物类别不同,塑料渗出物涵盖数千种有意和无意添加的物质,涵盖广泛的极性和挥发性范围,需要不同的提取、色谱和检测方法。这种多样性无法通过单一方法途径解决;它

结论

自2020年以来至本文撰写时,塑料渗出物分析和表征已取得实质性进展,绿色提取策略、高分辨率非靶向筛查和现场可部署传感器扩展了监测的化学覆盖范围和环境相关性。尽管如此,分析能力与实践监管级应用之间仍然存在持续差距。综述证据表明,进展不仅受仪器限制,

CRediT作者贡献声明

Oliveira Ana Margarida:撰写——初稿,调查。Ana L. Patrício Silva:撰写——审阅与编辑,监督,资金获取,概念化。Teresa Rocha-Santos:撰写——审阅与编辑,监督,资金获取,概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系,这些可能会影响本文报告的工作。

致谢

本工作由国家资金通过FCT – Funda??o para a Ciência e a Tecnologia I.P.资助,项目为CESAM-Centro de Estudos do Ambiente e do Mar,参考文献为UID/50017/2025(doi.org/10.54499/UID/50017/2025)和LA/P/0094/2020(doi.org/10.54499/LA/P/0094/2020)。以及研究项目E-wastExplor(COMPETE2030-FEDER-00786400,由FEDER通过COMPETE2030 - 创新和数字化转型主题计划资助,由国家资金(OE)通过FCT/MCTES资助)。AMO和
Ana M Oliveira|Teresa Rocha-Santos|Ana L. Patrício Silva
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