空气中微塑料的流动被动采样器

进入21世纪以来，微塑料因其对生态和人类健康的潜在危害而引起人们的极大关注。河流、洋流、浮冰和大气的运输都导致了MP的普遍存在。在这些途径中，大气环流最有可能导致MP的长距离、跨大陆输送。传统的采样方法已被用于捕获空气中的MP。例如，大气沉降采样器经常用于收集干湿中密度尘埃沉降物。

主动采样器使用电动泵来输送大量空气（HiVol）的空气通过过滤膜已经被用于产生以items/m³为单位的大气MP浓度。这种采样器已经被广泛地用于室内和室外环境,提供的数据可用于评估气载MP的吸入以及MP在空气中的迁移距离。在没有电源或电源有限（即间歇性或不可靠）的位置，可能很难或根本不可能部署泵送HiVol采样器，例如发展中地区和偏远地区（例如，极地和山区）。HiVol取样的费用和复杂性也会妨碍建立广泛的空中汞监测网络，限制了可以生成的大气汞扩散和远距离迁移信息。  

被动式空气取样装置可能适合解决这一问题，这种装置类似于在无动力和成本较低的情况下从大气中采集颗粒和气态半挥发性有机化合物的装置。然而，大多数这样的采样器的采样率太小，并且对于颗粒来说，也太不确定，以致于不能实际用于MP的采样。Xiao等人的流通取样器，设计成转向迎面而来的风以使通过采样介质的气流最大化，即使没有泵也可以在多风的位置实现高采样率。它还能够捕获空气中的颗粒，因此为MP的被动采样提供了一种更有前途的途径。流通取样器中使用的吸收介质为聚氨酯泡沫。MP取样将需要不同的收集介质，因为泡沫可能经常不是完全不含这种材料。

在此，该文章作者修改了Xiao等人的取样器，用适合MP收集的过滤器代替泡沫。我们进一步探索了这种改进的MP流通式采样器（FTS-MP）的尺寸，特别是采样管的直径对其采样率和性能的影响。通过与传统泵送HiVol取样器并排的同步场展开以及通过比较由不同装置取样的MP的浓度和形态来评价该性能。这是第一次应用被动式FTS从大气中收集MP。

 采样器构造：

图1  显示MP流通取样器尺寸和组件的技术图纸（a）和示意图（b）

结果讨论：（1）

图2（10个采样周期内的MP浓度由大(蓝色)和小(红色)FTS-MP (a)得到。采样体积与泵送HiVol采样器的MP浓度的关系(b)。拟合曲线表明当采样体积超过200 m3时，浓度稳定。深绿色的线表示当采样量较大时，FTS-MP和泵送的HiVol采样器获得的典型浓度水平。

泵送HiVol采样器已被广泛选为大气颗粒物采样和各种被动式空气采样器校准的标准方法，因为它们可以提供准确的采样空气体积。在此，使用HiVol采样器的结果来检查FTS-MP（图2a）获得的MP浓度是否合理，并进一步确定哪种尺寸的FTS-MP（大或小）更适合采样。未校正样品的田间空白水平。图2b显示了大气MP浓度和V之间的对数关系。V小于20m³时，MP浓度会波动，这可能是由于小样本体积导致的测量不确定性。随着V的增加，这种不确定性变小，MP浓度逐渐达到稳态。如图3a所示，使用大型FTS-MP获得的MP浓度非常接近于使用泵式HiVol采样器获得的0.19 ± 0.010个/m³（V>200 m3的平均值）（图2b)

（2）

图3（根据（a）形态、（b）颜色、（c）聚合物类型和（d）大小，在拉萨大气中检测到的气载和大气沉积MP的组成。从内到外的环分别表示用泵送HiVol进样器、大FTS-MP和小FTS-MP获得的结果。饼图代表大气沉降的结果。所显示的数字是总共8个FTS样品、3个HiVol样品（取样体积>200 m3）和5个沉积样品的平均百分比值）

比较了FTS-MP、泵送HiVol取样器和大量沉积取样器获得的详细MP特征，包括形态、颜色、聚合物类型和尺寸，如图3所示。图3左侧的圆环（从内到外）分别代表使用泵送HiVol取样器、大型FTS-MP和小型FTS-MP获得的结果，而右侧的饼图显示了沉积取样器的结果。显著差异用星号表示。拉萨市的MP以纤维、玻璃纸和透明MP为主（图3）此外，更小的MP，例如10 - 100 μm（40%）、100 - 300 μm（23%）和300 - 1000 μm（28%），占MP总粒子的90%左右。三个采样器采集的MP特征（即形态、颜色、聚合物类型和大小）无明显差异（图3）。这表明FTS-MP能够无偏地从空气中捕获各种MP。图3a显示了分散在空气中的MP中纤维的普遍性。关于颜色，FTS-MP和泵送HiVol样品中透明MP占50%以上（图3b），图3c显示FTS-MP和泵送HiVol样品的聚合物组成，玻璃纸占MP的大部分。它在大气环境中非常常见。其他聚合物如聚酯（PES）和聚酰胺（PA）在大多数情况下以纤维形式存在，这与主要的形态模式相对应，10?1000 μm范围内的粒子构成了大气MP的主要成分（图4d），这表明空气中普遍存在小尺寸的MP。空气和沉积物中采样的MP的粒度分布存在显著差异（图3d）。HiVol和FTS-MP采样器捕获的微小颗粒物较多，而沉降物中>1000 μm的大颗粒物比例显著高于大气（p<0.05;图3d)关于文章更多细节讨论可以阅读原文深入了解。
结果：为了测试新采样器在野外条件下的性能，在青藏高原研究所拉萨校区共同部署了两种尺寸的流通采样器（直径为20和10厘米）和一个常规泵送的大容量空气采样器。准确的采样体积可以根据流通式采样器外部和内部记录的风速之间的关系来估计。大气中MP的浓度和成分与主动采样获得的结果相比具有优势，这表明较大型号的流通式被动采样器可以在电源有限或不可靠的地点提供大气MP的可重复和定量信息。具有与泵式HiVol空气采样器相匹配的性能特征，具有较大直径的FTS-MP设备已被证明是采样空气中MP的稳健方法。即使在相对较低的风力条件下，FTS-MP仍可以采样133立方米/天，这足以在2天内获得稳定的大气MP浓度，即使在偏远地区。此外，FTS-MP能够捕获空气中的小悬浮MP颗粒，因此可能比沉积样品更好地反映大气MP状态，沉积样品可能无法收集非常小的MP。FTS-MP的采样效率和准确性也需要在未来多风和污染严重的地区应用。然而，在大气监测网络中使用这种采样方法可以提供一种简单和廉价的方法来获得局部、区域和全球尺度上室外空气中MP的时间趋势、空间格局和传输特征。这将有助于更好地理解MP的健康影响和全球循环