وبلاگ
نانوپلاستیک ها
نانوپلاستیک ها (NPs)، به عنوان ذرات پلاستیکی جامد با اندازه کمتر از 1 میکرومتر تعریف میشوند. نانوپلاستیک های اولیه عمداً برای کاربردهای مختلفی از جمله نانو/میکروبیدها، گلولهها، پاککنندههای صنعتی و محصولات مراقبت شخصی تولید میشوند. در مقابل نانوپلاستیک های ثانویه با قطعه قطعه شدن اقلام پلاستیکی در طول استفاده و به ویژه پس از دفع آنها به دلیل تابش اشعه ماوراء بنفش، تخریب مکانیکی و تجزیه زیستی تشکیل میشوند. در حالی که همه پلاستیکها بر پایه پلیمر هستند، نانوپلاستیک ها با نانوپلیمرها متفاوت هستند. پلاستیکها معمولاً شامل موادی هستند که از پلیمر و همچنین مواد افزودنی تشکیل شدهاند. اصطلاح نانوپلاستیک معمولاً فقط با اشاره به اندازه استفاده می شود به طوری که 100 نانومتر تا 1000 نانومتر رایجترین حد نهایی اندازه می باشد.
به طور کلی یک نانوماده را به عنوان مادهای تعریف میکند که حداقل یک بعد آن بین 1 تا 100 نانومتر باشد و خواصی را نشان دهد که در اندازههای بزرگتر همان ماده یافت نمیشود. این ویژگیها «نانو» را از «میکرو» صرف نظر از محدوده اندازه خاص جدا میکنند. علاوه بر این، میتوان بین نانوذرات مهندسی شده، تصادفی و طبیعی تمایز قائل شد.
میکروپلاستیک ها
میکروپلاستیکها (MPها) ذرات پلاستیکی با اندازه کمتر از 5 میلیمتر هستند. در حالی که به ذرات کمتر از 100 نانومتر نانوپلاستیک گفته میشود. میکروپلاستیکها از تجزیه مواد پلاستیکی بزرگتر که وارد محیط زیست میشوند یا از کاربرد مستقیم آنها در محصولات ناشی میشوند. میکروپلاستیکها آلایندههای نوظهور آب هستند. استنشاق میکروپلاستیکها میتواند چالشهای متعددی برای سلامت انسان ایجاد کند، مانند التهاب ناشی از ژنوتوکسیسیته، استرس اکسیداتیو، آپوپتوز، نکروز، آسیب بافتی، فیبروز و موارد دیگر.
میکروپلاستیکها سطوح آبگریز دارند و میتوانند بسیاری از آلایندهها را جذب و متمرکز کنند. از این رو مانع از راندمان حذف آلایندهها در طول تصفیه آب میشوند. آبگریزی، وجود بارهای سطحی و ویژگیهای سطحی میکروپلاستیک ها میتواند باعث شود که آنها به راحتی توسط GAC میکرو/مزومتخلخل جذب شوند. MPها میتوانند در ساختار متخلخل AC به دام بیفتند، از این رو امکان حذف آنها از محلول آبی فراهم میشود.
تفاوت نانوپلاستیک ها و میکروپلاستیک ها
نانوپلاستیکها احتمالاً خواص وابسته به اندازه را نشان میدهند که هم به منشأ ماده و هم به مسیر ایجاد آن بستگی دارد. ویژگیهایی که نانوپلاستیکها را از میکروپلاستیکها متمایز میکند عبارتند از:
غلبه حرکت براونی بر رسوبگذاری و شناوری که با حرکات تصادفی ذرات در یک محیط سوسپانسیون مشخص میشود.
برای میکروپلاستیکها، برهمکنش نور و میکروپلاستیک را میتوان با مدلسازی نور به عنوان یک پرتو مستقیم به طور کافی تقریب زد. در مقابل، در نانوپلاستیکها، ماهیت موجی نور و پدیدههای مرتبط با آن که در برخی از روشهای تحلیلی، از جمله پراش، مهم هستند، قابل توجه هستند.
نسبت بالای مولکولها روی سطح که منجر به اهمیت نسبی بالاتر برهمکنشهای سطحی در مقایسه با برهمکنشهای فیزیکی میشود.
ضخامت لایه پخش ذرات ممکن است با اندازه ماکرومولکولهای محیطی (منجر به جذب/تجمع ناهمگن میشود) قابل مقایسه باشد. در حالی که در مقایسه با اندازه میکروارگانیسمهای مرتبط (که از تشکیل بیوفیلم جلوگیری میکند) کوچک است.
خصوصیات نانوپلاستیک ها
نانوپلاستیکهای زیستمحیطی، که عمدتاً منشأ تصادفی دارند، در مقایسه با نانوپلاستیک های مهندسی شده، پتانسیل مواجهه بسیار بالاتری را نشان میدهند. علاوه بر این، نانوپلاستیکهای محیطی به عنوان دستهای از آلایندهها در مقایسه با نانومواد مهندسیشده به طور قابل توجهی ناهمگنتر هستند. نانومواد مهندسیشده عمداً با مشخصات مورد نظر، معمولاً با ترکیب یکنواخت برای یک ماده معین، تولید میشوند. جداسازی و توصیف نانومواد مهندسیشده در محیطهای پیچیده با دانستن این مشخصات و خواص حاصل از آنها (یعنی خواص نوری، مغناطیسی، رسانایی) تسهیل میشود.
نانومواد مهندسیشدهای وجود دارند که از انواع پلیمری تشکیل شدهاند و میتوانند پلاستیک در نظر گرفته شوند. به عنوان مثال، نانوذرات پلیاستایرن کروی و تکپراکنده، نانومواد مهندسیشده هستند و به عنوان ماده مرجع یا مدل برای کالیبراسیون ابزارهای تحلیلی مانند تقسیمبندی جریان میدانی، کروماتوگرافی حذف اندازه، پراکندگی نور استاتیک و سایر تکنیکها استفاده میشوند. به دلیل یکنواختی بالای آنها، ردیابی این کرههای پلاستیکی در طول تجزیه و تحلیلها آسان است.
نانوپلاستیکهای محیطی عمداً طراحی نشدهاند و در شکل، اندازه، پراکندگی، افزودنیها، آلایندههای جذب شده، خواص سطحی و ترکیب به دلیل مواد اولیه مختلف، مسیرهای قطعه قطعه شدن و قرار گرفتن در معرض محیط بسیار متفاوت هستند. ناهمگونی فیزیکی و شیمیایی حاصل از نانوپلاستیک ها ممکن است بر واکنشپذیری آنها تأثیر بگذارد و مطمئناً بر تعامل با کلوئیدهای طبیعی و موجودات زنده تأثیر خواهد گذاشت. به عنوان مثال، هوازدگی ناشی از تابش اشعه ماوراء بنفش، قطعه قطعه شدن پلاستیک را به میکرو و نانوپلاستیک افزایش میدهد.
نانوپلاستیک های ثانویه
نانوپلاستیک های تصادفی ممکن است شامل محصولات تکهتکه شدن نانوپلاستیکهای مهندسیشده (اولیه) با پتانسیل تکهتکه شدن بیشتر در محیط در مقیاسهای زمانی کوتاهتر باشند. ویژگیهای متمایز نانوپلاستیکها بر سرنوشت و رفتار زیستمحیطی آنها، تعامل با سیستمهای بیولوژیکی، استراتژیهای نمونهبرداری، روشهای تحلیلی، رویکردهای مدلسازی تجربی و محاسباتی که نمیتوان از میکروپلاستیکها یا نانومواد مهندسیشده استنباط کرد، تأثیر میگذارد.
با توجه به ماهیت کلوئیدی و غلبه حرکت براونی بر رسوبگذاری و شناوری، انتقال عمودی ذرات نانوپلاستیک منفرد در مقایسه با میکروپلاستیکهای تشکیلشده از همان ماده کوچک خواهد بود. به عنوان مثال، پلیپروپیلن و پلیاتیلن چگالی کمتری نسبت به آب دارند و بنابراین انتظار میرود که در آب شناور شوند. در حالی که انتظار می رود پلیوینیل کلراید به دلیل چگالی بالاتر آن (حدود 1.4 گرم بر سانتیمتر مکعب) تهنشین شود.
طبق قانون استوک، یک میکروپلاستیک پلیوینیل کلراید 1 میلیمتری با سرعت تقریبی 22 سانتیمتر بر ثانیه در آب تهنشین میشود، در حالی که یک نانوپلاستیک 100 نانومتری با سرعت حدود 7 سانتیمتر در سال تهنشین میشود. بنابراین، نانوپلاستیکها، مانند سایر گونههای کلوئیدی، بیشتر احتمال دارد که در سیستمهای آبی به صورت همگن پراکنده باقی بمانند. و ممکن است بیشتر احتمال داشته باشد که در جو معلق بمانند و بخشی از ذرات (زیر 100 نانومتر) را تشکیل دهند. با این حال، تجمع با سایر ذرات ممکن است سرعت تهنشینی مؤثر نانوپلاستیکها را افزایش دهد. میتوان انتظار داشت که نانوپلاستیکها با کلوئیدهای طبیعی مانند مواد آلی طبیعی (پلیساکاریدها، اسیدهای هیومیک، لئوناردیت و غیره)، اکسیدهای آهن و رسها و یا مواد انسانی یا با آئروسلهای موجود در جو تجمع ناهمگن داشته باشند.
پیامدهای بیولوژیکی نانوپلاستیک ها
اندازه به عنوان یک عامل کلیدی در توانایی ذرات نانو برای جابجایی در موجودات زنده شناخته میشود. جذب زیستی، بزرگنمایی زیستی و انتقال همگی برای ENMها اتفاق می افتد. با نزدیک شدن به اندازه پروتئینهای طبیعی، نانوپلاستیکها ممکن است به اندازهای کوچک باشند که از طریق انتشار غیرفعال از غشاهای بیولوژیکی عبور کرده و به مسیرهای اندوسیتوز خاصی دسترسی پیدا کنند. علاوه بر این، نانومواد میتوانند با اجزای زیرسلولی تعامل داشته باشند و پاسخهایی از جمله تولید گونههای فعال اکسیژن را تحریک کنند. بخش قابل توجهی از مولکولهای موجود در نانوپلاستیکها در معرض سطح قرار میگیرند و منجر به افزایش واکنشپذیری سطحی در مقایسه با همتایان میکرو و ماکرومقیاس آنها میشود. و منجر به افزایش اهمیت شیمی سطح در تعامل با سیستمهای بیولوژیکی میشود.
روش های نمونهبرداری و تجزیه و تحلیل نانوپلاستیک ها
اولترافیلتراسیون جریان متقاطع، تقسیمبندی جریان میدان جریان نامتقارن، آنالیز ردیابی نانوذرات و پراکندگی نور پویا از جمله روش های شناسایی می باشند. اندازه نانومقیاس نانوپلاستیکها، تکنیکهای تصویربرداری مبتنی بر اپتیک هندسی میدان دور و آنالیز شیمیایی را محدود میکند. از آنجایی که اندازههای نانومقیاس کوچکتر از طول موج نور مرئی یا مادون قرمز هستند، پراش نوری قابل توجه میشود و در نتیجه، حد تفکیک پراش Abbe برای تکنیکهای آنالیزی که به اندازههای نقطه لیزر (میکرو رامان) یا نور عبوری/بازتابی (میکرو (FTIR)، میکروسکوپ میدان روشن) متکی هستند، حدود 200 نانومتر است. این تکنیکها در آنالیز میکروپلاستیکها محبوب هستند زیرا اطلاعات فیزیکی و شیمیایی را میتوان با یک دستگاه واحد به دست آورد.
میکروسکوپ الکترونی یا میکروسکوپ نوری نامحدود پراش (به عنوان مثال، میکروسکوپ تخلیه انتشار تحریک شده، میکروسکوپ محلیسازی فعال شده با نور) برای تصویربرداری از نانوپلاستیکها مورد نیاز است. تکنیکهای نوری میدان دور معمولاً با توصیف شیمیایی کامل نانوپلاستیکها سازگار نیستند. تکنیکهای میدان نزدیک با محدود کردن نور به یک میدان ناپایدار، از محدودیتهای پراش در وضوح جلوگیری میکنند.
می توان از تکنیکهایی از جمله پراکندگی نور (اطلاعاتی در مورد اندازه و شکل ارائه میدهد) و طیفسنجی جرمی (اطلاعاتی در مورد ترکیب و کمیت ارائه میدهد) نیز استفاده کرد. بسته به آشکارسازهای مورد استفاده (آنلاین یا آفلاین)، میتوان خواص مختلف ذرات مانند: غلظت عناصر معدنی با ICP-MS، شناسایی پلیمر با پیرولیز-GC-MS و اطلاعات شکل با استفاده ترکیبی از DLS و MALS را شناسایی کرد. همچنین به طور مشابه، کروماتوگرافی گازی-طیفسنجی جرمی پیرولیز، یک روش توصیف ثابت برای مواد آلی، همراه با تجزیه میدان جریان، برای مطالعه نانوپلاستیکها مورد استفاده قرار میگیرد.