据估计，全世界海洋中存在超过1.5亿吨塑料废物，例如塑料瓶和塑料袋1)。其中，粒径小于5 mm的塑料被定义为微塑料2)。近年来，环境科学家们发现，一些在海洋或陆地上降解和分解的微塑料在风和台风等自然现象的作用下扩散到大气中，并进入地球的大气环流循环中。2018年，一个法国研究小组在巴黎郊区和比利牛斯山脉开展了一项空气中微塑料（AMP）沉降物研究，发现城市和山区都存在高浓度的AMP3)。中国的城市地区也有类似的报告4)。从这些报告来看，AMP的大气环流假说很有说服力。
人们对吸入该直径的微塑料颗粒的健康风险知之甚少，也没有既定的方法来分析小型AMP。傅立叶变换红外（FTIR）光谱、拉曼光谱和光热光谱是检测微塑料的已知方法5,6)。FTIR成像是一种将指定区域划分为许多小像素，并高速获得所有像素的红外吸收光谱的分析方法。
Part.01
FTIR成像测量
使用珀金埃尔默Spectrum3/Spotlight 400红外成像系统分析过滤器上的微塑料。成像测量前，获取过滤器的可见图像。对获得的影像学资料进行主成分分析（PCA），然后分为多个评分图像。根据聚合物数据库中测量光谱和标准光谱之间的波数位置高度匹配情况进行光谱鉴别。
图1.Spectrum3/Spotlight 400成像系统
Part.02
可见图像和评分图像
图2. 750×750 µm（左）可见图像和PCA分析后的主成分得分图像（右）
图2显示了可见图像和主成分评分图像。在可见图像上可观察到许多微粒。主成分得分图像中5（紫色）显示聚氨酯的特征峰。得分1（红色）、得分3（蓝色）、得分4（浅蓝色）和得分6（黄色）显示了纤维素、蛋白质和二氧化硅的特征峰。可以很容易地将可见图像中的大量颗粒归类为其目标AMP。
图3显示了从其中一张红外图像中提取的直径为9µm的小型AMP图像，以及从得分图像中十字标记位置的1.56×1.56μm单像素区域提取的光谱，可以很容易检测到小于10µm的珠状AMP。
图3. 9 µm微塑料的主成分得分图像（左）图像中十字标记位置的光谱（右）。
检测到的光谱的鉴别
所有从红外图像中提取的MP光谱都用红外库进行检索。图4显示了已鉴别光谱的代表性示例：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。
图4. 已鉴别的红外光谱图
许多AMP的直径小于30µm，其中一些小于10µm。在没有ATR成像系统的情况下，很难通过微红外系统检测小于10µm的微塑料，或者需要很长的测量积分时间。
Part.03
Spectrum3/Spotlight400系统可以测量多达750µm平方大区域的ATR锗晶体进行ATR成像测量。该系统还可以获得超过20万个具有高信噪比的光谱数据点，并进行分析操作以便在短时间内实现AMP提取和鉴别。
我们描述了一种利用FTIR ATR成像系统分析空气中微塑料的方法。
通过对从大气中收集的颗粒进行适当的预处理，ATR成像系统能够检测出小于10µm的微塑料。
成功地从城市大气中检测到20多种AMP，包括PET、PP、PE、PS和SI。
根据总抽吸量计算出的空气中微塑料浓度为5.2±1.3/m3。
未来需要更多研究来阐明大气中微塑料的全球污染机制，并帮助我们了解其对人体的健康风险。
参考文献
1) McKinsey & Company and Ocean Conservancy (2015)
2) V. Hidalgo-Ruz, et.al., Environ. Sci. Technol., 46, 6, 3060 – 3075 (2012)
3) S. Allen et.al., Nature GeoScience 12, 339-344 (2019)
4) Y. Tokunaga et. Al., Chemosphere, 321,138032 (2023)
5) A. S. Tagg, et.al., Anal. Chem. 87, 12, 6032-6040 (2015)
6) Loder, M. G. J. et.al., Methodology Used for the Detection and Identification of Microplastics―A Critical Appraisal. Springer International Publishing (2015)
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