Китайские экологи выяснили, что частицы микропластика в сочетании с УФ-фильтрами солнцезащитных средств способны усилить токсическое действие хрома. Микрочастицы полистирола не только сорбируют на себя свободные ионы хрома и его комплексы с компонентами УФ-фильтров, но и выступают источниками синглетного кислорода. Из-за этого хром переходит в степень окисления +6 и становится более токсичным.

Результаты исследования опубликованы в журнале Environmental Science & Technology Letters.

Микропластиком называют частицы пластика размером менее пяти миллиметров. Такие частицы уже обнаруживали в воде, воздухе, почве, а также в человеческой крови и плаценте. Ученые пока плохо понимают, насколько опасен для человека микропластик. Но уже точно известно, что микрочастицы пластика хорошо адсорбируют не только органические вещества, но и различные тяжелые металлы — например, медь и серебро. Сорбция металлов обычно ускоряется под действием солнечного света — частицы микропластика становится более гидрофильными, а на их поверхности появляется больше кислородных и гидроксильных групп, способных связываться с ионами металла.

Кельвин Се-Инь Люн (Kelvin Sze-Yin Leung) из Политехнического Университета Гонконга и его коллеги решили выяснить, как ведут себя частицы микропластика при контакте с солями хрома и производными бензофенона. Бензофенон (дифенилкетон) и его производные — популярные компоненты органических солнцезащитных фильтров, они попадают в морскую воду, когда люди на пляже используют солнцезащитную косметику.

Сначала ученые приготовили взвесь микрочастиц полистирола в воде. Они сравнивали два вида частиц — свежие и те, которые были предварительно обработаны ультрафиолетовым излучением. Затем к взвеси добавили раствор нитрата хрома Cr(NO₃)₃ и препараты солнцезащитных фильтров. В этом случае Люн и его коллеги тоже решили сравнить между собой четыре коммерчески доступных солнцезащитных фильтра на основе бензофенона — BP-1, BP-2, BP-3 и BP-8.

Эксперимент проводили в темноте при постоянном перемешивании, в кислой среде (pH 4,5), чтобы предотвратить осаждение хрома. Через десять суток частицы микропластика отделили на стеклянном фильтре и исследовали методами масс-спектрометрии и ренгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

Оказалось, что бензофенон и его производные облегчают сорбцию хрома на микрочастицы. Масса адсорбированного металла увеличивалась в 1,4 — 5,8 раз. Сорбция бензофенона на микрочастицы увеличивает их поверхностный отрицательный заряд, что тоже облегчает взаимодействие с положительно заряженными ионами хрома. Бензофенон, и орто-гидроксибензофенон могут также образовывать с хромом комплексы, которые сорбируются на микропластик лучше, чем свободные ионы хрома.

Как и ожидалось, микрочастицы полистирола, обработанные УФ-излучением, сорбировали больше хрома, чем необработанные. Но интересно, что добавки бензофенона сделали этот эффект слабее, а с одним из препаратов даже наблюдался небольшой обратный эффект. Авторы объяснили это тем, что сорбция комплексов хрома происходит не так, как сорбция свободных ионов, и гидрофильность поверхности перестает иметь решающее значение.

Подробнее изучив результаты рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, авторы заметили еще один интересный результат: до 60 процентов хрома на поверхности микрочастиц переходило из степени окисления +3 в степень окисления +6. В контрольных экспериментах с УФ-фильтрами, но без микрочастиц такого не происходило. Люн и его коллеги предположили, что частицы полистирола выступают источниками частиц синглетного кислорода и гидроксил-радикалов, которые инициируют окисление хрома. Впрочем, полный механизм всего процесса и роль в нем УФ-фильтров пока не до конца ясны. Авторы лишь отметили, что присутствие в фильтрах гидроксибензофенона ускоряет окисление хрома.

Чтобы оценить, как меняется токсичность, ученые провели эксперименты с водорослями Chlorella vulgaris. Микрочастицы с сорбированным хромом и УФ-фильтрами влияли на жизнедеятельность водорослей негативно — авторы фиксировали потерю до двадцати процентов биомассы. При этом добавление такого же количества солей хрома, солей хрома с УФ-фильтрами, или микрочастиц без хрома было менее вредно (потеря биомассы менее пяти процентов). Авторы объяснили это более высокой токсичностью Cr⁶⁺, для образования которого нужны все три компонента.

Токсикологический эффект образцов на водоросли Chlorella vulgaris. Белым цветом показаны растворы солей хрома и УФ-фильтров, синим цветом – композиты со свежими микрочастицами. красным – композиты с микрочастицами, обработанными УФ-излучением. / Ho et al./ Environmental Science & Technology Letters, 2022

Авторы предполагают, что схожие процессы могут происходить и с другими органическими загрязнениями (например, антибиотиками) и другими тяжелыми металлами.