泰山大气降水中微塑料的特征与来源解析_徐鑫淼.pdf
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1、山东大学学报(理学版)年 月 第 卷 第 期:(),:山东大学科技期刊社版权所有:收稿日期:;网络出版时间:网络出版地址:基金项目:国家自然科学基金资助项目();山东省自然科学基金资助项目()第一作者简介:徐鑫淼(),男,硕士研究生,研究方向为高山湿沉降的组分特征及来源:通信作者简介:王艳(),女,教授,博士生导师,研究方向为大气环境化学和环境影响健康评估:文章编号:():泰山大气降水中微塑料的特征与来源解析徐鑫淼,甄洁博,姜雨倩,杜萍,袁宪正,吴迪,尹祥坤,王艳(山东大学环境科学与工程学院,山东 青岛;山东省泰山气象站,山东 泰安)摘要:为了探究高山湿沉降中微塑料颗粒的分布特征,于 年夏季在
2、泰山采集降水样品,通过体视显微镜,结合傅立叶红外光谱和拉曼光谱,观察微塑料颗粒的形貌和组分特征,并运用后向气流轨迹分析和浓度权重轨迹模型分析传输和来源。结果表明,泰山采集降水样品中微塑料颗粒的丰度范围为 ,其中碎片、纤维和薄膜的数量分别占、和,大多数粒径小于 ,聚合物成分主要为聚乙烯()、聚苯乙烯()、聚丙烯()、聚对苯二甲酸乙二醇酯()、聚酰胺()。泰山降水样品中微塑料颗粒主要受山东境内和西南方向的气流影响,潜在源区主要在山东、江苏、河南省境内。关键词:微塑料;湿沉降;潜在源;泰山中图分类号:文献标志码:引用格式:徐鑫淼,甄洁博,姜雨倩,等泰山大气降水中微塑料的特征与来源解析 山东大学学报(
3、理学版),():,(,;,):,(),(),(),()(),:;引言塑料是广泛使用的有机合成高分子材料,其中直径小于 的塑料被定义为微塑料,由于其质量轻,可以通过气流、洋流、降雨和降雪等进行长距离传输,目前在青藏高原和极地地区也检 山 东 大 学 学 报(理 学 版)第 卷测到了微塑料,微塑料的污染已成为全球性问题。此外,微塑料颗粒可能在大气中成为冰凝结核,进而影响大气。为了尽可能全面量化大气中的微塑料通量,需要考虑完整的大气输运过程。高山对流层可展示垂直高度上的微塑料分布差异,反映高海拔大气中微塑料的情况。等研究发现在海拔 的地区也有微塑料的存在,同时粒子模型显示了微塑料颗粒洲际和跨海洋的传
4、输潜力。近年国内对大气微塑料颗粒的研究集中在近地面的城市大气沉降方面,但在高山地区的研究还不多见。泰山作为华北地区最高山,受人为活动影响较小,可作为大气污染研究的背景站点,反映高海拔大气沉降中微塑料颗粒的特征。本研究于 年夏季在泰山采集降水样品,通过显微傅立叶红外光谱、拉曼光谱,检测了降水中的微塑料颗粒,分析了微塑料的丰度、微观形态和化学性质,并与其他介质中的微塑料进行对比;其次,解析了微塑料的传输过程和潜在来源。材料与方法 样品采集及空白对照采样地点设置在海拔 的泰山气象站(,),站内除固定工作人员外无人到访,受人为活动影响较小。使用直径 、距地面高 的大气被动采样器收集降水,从降水开始直至
5、结束,保留整场降水样品并称重,充分混匀后取一定量样品进行真空过滤,将滤膜冷冻保存直至实验室分析。采样时间为 年 月 日至 年 月 日,期间记录降水的起始时间、气温、气压、风速和风向等信息。微塑料提取步骤将载有样品的滤膜置于 ()中,密封容器以防止污染。在 下消解 后,将消解液过滤,用 水分 次洗涤滤膜;再用 的乙醇()洗涤滤膜,干燥后进行标记并放置于干燥器中。实验使用的器皿均为玻璃或不锈钢,并在使用前用 水冲洗。所有实验操作均在通风橱中进行,穿棉质实验服并佩戴丁腈手套以减少污染。微塑料检测分析使用体视显微镜(,日本)对消解后膜上样品进行大致检查,对塑料颗粒的形态、形状、颜色进行记录并标记。因为
6、傅里叶变换红外光谱的检测极限仅能确定粒径大于 的微塑料样品,所以粒径小于 的样品由拉曼光谱进行检测。使用微傅里叶变换红外系统(,美国)鉴定微塑料的成分,扫描波数范围设置为 ,分辨率为 。对每个点位进行 次扫描,期间用液氮保持冷却。使用 软件(,美国)对光谱进行匹配,以上的匹配度被认为是微塑料。在 倍物镜下使用 激光,在 波数范围内通过拉曼光谱仪(,美国)测试更小粒径的微塑料。采集时间 ,激光能量光谱下进行 次累积,并对每个样品进行 次精度测试。使用 软件和开放光谱源数据库对特征吸收峰进行比较。沉降通量计算采用每日每平方米微塑料的个数表示沉降通量,每升降水中微塑料的个数表示丰度。计算公式如下:微
7、塑料的沉降通量,微塑料在降水中的丰度,式中:为样品中微塑料的数量;为收集口面积();为采样时间();为实验中使用的水量()。后向气流轨迹分析使用混合单粒子拉格朗日积分轨迹()模型,研究不同方向输送的气团对微塑料分布的影响。第 期徐鑫淼,等:泰山大气降水中微塑料的特征与来源解析 气流后推时间为,每 模拟一次反向轨迹。基于大气传输方向和传输高度,将其聚类为 簇进行分析,以探讨不同气流来源的微塑料成分。浓度加权轨迹()模型基于 的 轨迹,使用浓度加权轨迹()模型确定微塑料物种的潜在源区。可以计算轨迹的加权丰度并反映其污染程度,然后识别潜在的源区。计算方法如下:式中:表示第 单元中的平均加权浓度;为轨
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