《Environmental Technology & Innovation》：Characterising the Ageing Effects of Microwave Exposure on Microplastics Using Multivariate Data Analyses
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本研究针对微波处理对微塑料(MPs)老化机制认识不足的问题，通过系统评估家用微波炉(1000W, 2.45GHz)处理3-15分钟对聚丙烯(PP)、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)四种微塑料的分子和形态学影响。研究人员创新性地结合光学光热红外光谱(O-PTIR)、图像形态分析和平行因子分析(PARAFAC)等先进化学计量技术，首次发现PP和尼龙MPs在微波暴露后出现显著化学降解和形态改变，其中PP降解最为严重，而PMMA和PET则表现出较高的稳定性。该研究为理解食品加工过程中微塑料老化行为提供了重要理论依据，对评估微塑料的生态和健康风险具有重要意义。
随着塑料制品在日常生活中的广泛应用，微塑料污染已成为全球关注的重大环境问题。这些直径小于5毫米的塑料颗粒不仅遍布海洋、土壤和大气环境，更令人担忧的是，它们已经渗透到食品供应链中，在食盐、饮用水、海鲜等多种食品中被频繁检出。特别值得关注的是，日常食品加工处理过程可能加速微塑料的老化，而微波加热作为现代家庭最常用的食品处理方式之一，其对微塑料的影响却鲜为人知。
目前科学研究对微波处理如何影响不同聚合物类型微塑料在分子和形态学水平上的变化认知十分有限。大多数现有研究集中于整体塑料材料或嵌入食品基质中的微塑料，缺乏对裸露微塑料直接微波暴露效应的系统评估。正是为了填补这一知识空白，都柏林大学的研究团队开展了这项创新性研究，相关成果发表在《Environmental Technology》期刊上。
研究人员采用光学光热红外光谱(O-PTIR)、图像形态分析和先进化学计量技术等关键技术方法，对四种常见微塑料（PP、尼龙、PMMA和PET）在1000W家用微波炉中处理3-15分钟后的变化进行了系统评估。研究样本为干燥的原始微塑料，确保了直接微波驱动老化过程的无基质干扰。通过跟踪同一批颗粒在微波处理前后的变化，并结合多元统计分析，揭示了微波暴露诱导的聚合物特异性老化机制。
形态学表征结果显示，微波处理对不同聚合物微塑料产生了显著不同的影响。通过MATLAB图像处理分析发现，尼龙微塑料在微波暴露9分钟后粒径开始增大，15分钟后平均直径增加了约25%，这种膨胀现象可能与其吸湿性导致的内部水分蒸发有关。相反，聚丙烯微塑料表现出完全不同的行为模式，随着微波处理时间延长，PP颗粒出现明显收缩和碎裂，15分钟后平均直径减少了约27%。扫描电子显微镜图像进一步证实，PP颗粒表面出现更多裂纹和粗糙化特征，表明发生了严重的热氧化降解。
在化学特性变化方面，研究结果同样显示出明显的聚合物依赖性。尼龙微塑料的红外光谱显示，随着微波处理时间延长，酰胺II带出现新的肩峰，1136cm-1处无定形区域特征峰强度增加，表明其氢键网络和结晶结构发生了重组。聚丙烯微塑料在1600cm-1附近出现新的吸收峰，对应碳碳双键和羰基的形成，证实发生了链断裂反应。而PMMA和PET微塑料则表现出较高的化学稳定性，主要官能团未发生显著变化。
研究团队创新性地将平行因子分析(PARAFAC)模型首次应用于微塑料红外光谱数据分析，这一方法相比传统的主成分分析(PCA)能够更精确地识别时间依赖的降解模式。PARAFAC分析将三维光谱数据分解为独立组分，清晰揭示了不同聚合物在微波处理过程中的动态变化轨迹。例如，对尼龙微塑料的分析显示，化学降解从6分钟开始，先于9分钟观察到的形态学变化；而对聚丙烯的分析则表明，显著降解始于9分钟微波暴露，并在15分钟时变得尤为明显。
综合研究结果明确显示，微波处理对微塑料的老化效应具有强烈的聚合物特异性。在四种测试聚合物中，聚丙烯表现出最高的敏感性，尽管其被美国FDA列为“微波安全”材料，却在微波暴露下出现了最显著的化学和形态学退化。尼龙微塑料次之，而PMMA和PET则相对稳定。这种差异与各聚合物的热稳定性、分子结构特性以及形态学特征密切相关。
该研究的创新之处在于首次系统评估了微波处理对多种常见微塑料的直接老化效应，并建立了基于PARAFAC模型的微塑料老化分析新方法。研究结果对准确评估微塑料在食品加工过程中的行为变化及其潜在健康风险具有重要意义。特别值得注意的是，微波处理导致的微塑料老化可能改变其环境行为，如增加对污染物的吸附能力或增强生物可利用性，进而影响其生态和健康风险特征。
未来研究需要进一步探索食品基质存在下微塑料的微波老化行为，以及老化微塑料与生物体的相互作用机制。这项研究为理解日常食品加工过程中微塑料的转化命运提供了重要科学依据，对制定相关食品安全标准和风险评估策略具有指导意义。
