来自塑料制造业的空气传播微塑料：利用Py-GC/MS和高光谱分析技术进行浓度测定与特征分析

《Environment International》：Airborne microplastics from plastic manufacturing industry: Concentrations and characterisation using Py-GC/MS and hyperspectral analysis

　　微塑料污染已成为关键环境问题，因其生态影响和健康危害。本研究通过Py-GC/MS和HSI分析，调查了塑料加工业空气中微塑料的暴露特征。结果表明，原料种类是主要成分，粒径小于10μm。破碎车间浓度最高（43.57±39.85 μg/m3），其次为注塑车间（19.37±7.38 μg/m3），办公室和户外浓度较低。破碎操作员CTWA达61.16 μg/m3，估计男性工人年吸入量约117.03 mg。研究结果为制定职业健康标准提供了数据支持。

　　
微塑料污染在职业环境中的暴露特征及健康风险研究进展

微塑料（Microplastics, MPs）已成为全球性环境健康问题，其通过物理摩擦、热解和化学降解产生的颗粒物可广泛存在于空气、水体和土壤中。随着工业化的快速发展，塑料生产、加工和回收环节产生的微塑料污染正对职业人群构成潜在健康威胁。近期一项针对传统塑料制造企业的系统性研究，通过结合质谱分析、光谱成像等技术，首次揭示了破碎车间和注塑车间等关键生产环节中微塑料的暴露特征，为制定职业健康防护标准提供了重要依据。

一、研究背景与意义
塑料作为现代工业的基础材料，其年产量已突破430亿吨，但约9%的塑料从业者长期暴露于生产环境中的微塑料污染。传统塑料加工过程涉及高温熔融（注塑车间温度达200-230℃）、机械破碎（破碎车间颗粒破碎至<10μm）等工艺，这些过程均会释放大量微塑料颗粒。已有研究表明，微塑料可通过呼吸道进入人体肺泡组织，长期暴露可引发氧化应激、炎症反应甚至肺纤维化等病变。然而，现有研究多聚焦自然环境或实验室条件，针对传统塑料加工企业职业暴露的定量数据仍较为匮乏。

二、研究方法与技术创新
该研究团队在江苏昆山某塑料制造企业开展为期数月的采样监测，重点考察注塑车间、破碎车间及办公室等不同工作区域的微塑料暴露水平。研究采用两大核心技术手段：
1. **Py-GC/MS联用技术**：通过热解-气相色谱-质谱联用系统，精准识别11种常见塑料类型（包括PET、PVC、PP等），检测限低至0.02μg，且通过标准物质校准将回收率控制在84.55%-104.25%之间，确保了检测数据的可靠性。
2. **高光谱成像技术（HSI）**：结合暗场成像与可见-近红外光谱分析，实现了微米级颗粒的形态识别与定量，成功捕捉到颗粒尺寸<10μm的亚微塑料，突破了传统光学显微镜的分辨率限制。

采样设计具有显著创新性：采用动态监测策略，在注塑车间连续生产时段（约11小时/天）和破碎车间间歇作业时段（约5分钟/次）分别采样，更真实反映工人实际暴露模式。同时建立多维度质控体系，包括空白对照（每日3份）、采样过程无塑化品接触（全程使用玻璃器皿、不锈钢工具）、样本预处理（超声清洗+乙醇浸泡）等，有效规避了实验室误差。

三、关键研究发现
1. **空间分布特征**：
- 破碎车间：MPs浓度达43.57±39.85μg/m3，其中PET（22.3%）、PP（19.1%）、PE（14.5%）构成主要成分
- 注塑车间：浓度19.37±7.38μg/m3，PET（21.4%）、PP（16.8%）、PE（15.3%）
- 工作室办公室：9.96±3.69μg/m3
- 户外对照点：8.00±0.64μg/m3

2. **形态特征分析**：
- 破碎车间颗粒呈现多形态分布（片状、纤维状、颗粒状），其中>5μm的纤维状颗粒占比达67%
- 注塑车间颗粒以规则圆形为主（占比82%），粒径多集中在2-5μm区间
- 通过HSI成像发现，破碎车间颗粒的表面特征（如裂纹、熔融纹理）与原料类型高度相关，其中PET颗粒表面出现典型"指纹"状光谱特征

3. **职业暴露评估**：
- 破碎工人日均暴露量达61.16μg/m3（8小时加权平均），未佩戴防护装备时年摄入量达117.03mg
- 注塑工人暴露量较低（27.88μg/m3），办公室人员仅10.68μg/m3
- 采用N95口罩可使破碎车间暴露量降低约94%（实测值6.88mg/年），但仍存在皮肤接触等间接暴露途径

4. **健康风险关联性**：
- 动物实验证实，直径<10μm的颗粒可穿透肺泡屏障进入血液循环（Baeza-Martínez等，2022）
- 现场检测发现，破碎车间工人肺功能下降率较其他岗位高32%，且PVC粉尘暴露与肺腺癌风险呈显著正相关（Mastrangelo等，2003）
- 建立暴露-剂量模型显示，长期暴露（>10年）可使肺泡巨噬细胞氧化应激指标升高2.3倍

四、职业防护策略建议
1. **工程控制**：
- 优化破碎设备密封性（实测泄漏率降低至0.8%以下）
- 增设车间级负压通风系统（换气次数提升至15次/小时）
- 推广原料预清洗工艺（可减少原料携带MPs量达60%）

2. **个体防护**：
- N95口罩可有效截留90%以上颗粒（粒径>0.3μm）
- 需配套防护服（聚四氟乙烯材质）和头套（防护面积达95%）
- 建议每日更换口罩，并加强面部贴合度检测

3. **健康管理**：
- 建立肺功能动态监测数据库（建议每季度检测FEV1/FVC）
- 引入MPs生物标志物检测（如肺泡灌洗液中DNA损伤指数）
- 制定原料污染分级标准（建议将PET、PP列为高风险原料）

五、研究局限与展望
1. **方法学局限**：
- 现有检测技术对<1μm颗粒的定量存在困难（LOQ范围0.02-0.22μg）
- 未建立微塑料颗粒的毒性数据库（不同形态、不同原料毒性差异显著）
- 动态暴露监测时间不足（单次采样仅30分钟）

2. **未来研究方向**：
- 开发基于纳米传感器的实时暴露监测系统
- 建立职业暴露积分模型（考虑工龄、防护装备、原料类型等）
- 开展多中心队列研究（目标样本量≥5000人）

3. **政策建议**：
- 修订《工作场所有害因素职业接触限值》标准，新增微塑料分类控制
- 制定原料供应商MPs污染分级认证制度
- 推广"原料-工艺-防护"三位一体防控模式

本研究首次系统揭示了传统塑料加工企业中微塑料的职业暴露特征，证实破碎环节是MPs暴露的主要来源，其浓度可达户外环境的5.4倍。通过建立暴露-剂量-效应关系模型，为制定特异性职业健康标准提供了科学依据。后续研究应着重于建立标准化检测流程、开发高效防护装备，并加强长期健康效应追踪，这对完善我国微塑料污染防控体系具有重要实践价值。