微塑料污染检测技术研究进展

一、引言

微塑料指粒径小于 5 毫米的塑料颗粒，广泛分布于海洋、淡水、土壤及大气中，可通过食物链进入人体，威胁生态系统与人类健康（研究显示，人体血液、胎盘等组织中已检出微塑料）。我国《海洋微塑料监测规范》（HY/T 252-2018）明确了微塑料的监测要求，但环境中微塑料粒径跨度大（从纳米级到毫米级）、形态多样（纤维、碎片、球粒等），且常与有机质、沉积物结合，传统检测需经过复杂分离（耗时超 8 小时），定性准确率不足 70% ，定量误差超 20% 。新型检测技术可将分析时间缩短至 3 小时内，粒径检测下限降至 1 微米，为污染溯源与风险评估提供数据支撑。在 “双碳” 与生态保护战略背景下，研究微塑料检测技术进展，对提升环境监管能力、保障生态安全具有重要意义。

二、微塑料污染检测技术的现状与挑战

2.1 现状特征

技术体系初步形成：实验室检测以傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱为主（占比超 60% ），可识别常见塑料类型（如 PE、PP、PS），定性准确率约80% ；现场快速筛查技术（如便携式拉曼）应用占比提升至 20% ，但仅适用于毫米级颗粒。

前处理逐步优化：密度分离法（如饱和 NaCl 溶液）与消解技术（如 H₂O₂氧化）结合，有机质去除率达 90% ，微塑料回收率提升至 85% 以上。

标准体系建设中：已有 10 余项行业标准发布，覆盖海洋、淡水介质，但土壤、大气微塑料检测标准尚未统一，方法可比性不足。

2.2 主要挑战

复杂基质干扰：土壤中的黏土颗粒、水体中的藻类与微塑料粒径接近，分离纯度不足 60% ，导致后续定性误差超 30% 。

微小颗粒检测难：纳米塑料（ ^<1 微米）因质量轻、易团聚，现有技术回收率不足 50% ，定量限难以突破 10⁴ 个 / 升。

形态与类型识别局限：纤维类微塑料占环境总量的 60% 以上，但其光谱信号易受取向影响，识别准确率仅 65% ；新型复合塑料（如生物基塑料）缺乏标准谱库，定性难度大。

成本与效率瓶颈：高端检测设备（如显微共聚焦拉曼）单台成本超 500 万元，单样品分析成本超 1000 元，难以满足大规模调查需求。

三、微塑料污染检测技术的主要分类

3.1 分离与富集技术

密度分离法：采用不同密度溶液（如 ZnCl₂ 溶液，密度 1.5-1.7g/cm³ ）分离微塑料，适用于沉积物、土壤样品，分离效率 ⩾80% ，操作耗时 2-4 小时。

膜过滤与离心法：结合 0.45 微米滤膜过滤与高速离心（ 8000rpm ），富集水体中的微塑料，回收率 ⩾85% ，适合低浓度样品预处理。

浮选法：通过气泡吸附微塑料颗粒，适用于大面积水体样品，处理量达 100升 / 小时，较传统方法效率提升 5 倍。

3.2 定性与定量技术

光谱法：FTIR 通过特征官能团峰（如 C-H 键伸缩振动）识别塑料类型，分辨率达 4cm^-1 ，可检测 5 微米以上颗粒；拉曼光谱灵敏度更高（检测限 1 微米），但易受荧光干扰（信号抑制率超 40% ）。

色谱 - 质谱法：热解气相色谱 - 质谱联用（ Py -GC-MS）通过热解产物（如苯乙烯对应 PS）定性，结合内标法定量，检测限达 10 微克 / 千克，适用于复杂基质。

显微成像法：扫描电子显微镜（SEM）观察微塑料形貌（分辨率 10 纳米），结合能谱分析（EDS）确定元素组成，辅助鉴别塑料类型，但无法区分化学结构相似的聚合物。

四、微塑料污染检测技术的关键进展

4.1 分离效率提升

新型吸附材料：磁性纳米粒子（如 Fe₃0₄@SiO₂ ）特异性吸附微塑料，分离时间缩短至 30 分钟，回收率提升至 95% ，对纤维类微塑料效果尤为显著。

自动化前处理系统：集成密度分离、消解、过滤功能，实现 “样品进 - 净化出” 全自动化，处理量达 20 个 / 天，较人工操作效率提升 8 倍。

4.2 定性精度突破

高分辨光谱技术：显微共聚焦拉曼光谱空间分辨率达 0.5 微米，可识别单个纳米塑料颗粒，结合化学计量学算法，荧光干扰降低至 10% 以下，定性准确率提升至 90% 。

多维联用技术：Py-GC-MS 与二维气相色谱（ GC×GC ）结合，分离新型复合塑料的热解产物，实现 30 种以上聚合物同步识别，较传统方法覆盖率提升50‰ 。

五、微塑料污染检测技术的应用场景

5.1 水环境监测

海洋与淡水：采用网采（200 微米孔径）与泵吸（1 升 / 分钟）结合，FTIR定性与 Py-GC-MS 定量，可评估表层水微塑料浓度（如近岸海域常达 10⁴ 个 / 立方米），为污染溯源提供依据。

饮用水：结合膜过滤与高分辨拉曼，检测饮用水中微塑料（检出率超80% ），评估处理工艺去除效率（常规工艺去除率约 70% ），指导水厂技术升级。

5.2 土壤与沉积物

农田土壤：采用超声辅助提取与密度分离，拉曼光谱识别微塑料类型（农膜来源的 PE 占比超 60% ），评估耕作方式对污染分布的影响，为农业面源防控提供数据。

沉积物：柱状采样结合分层分析，揭示微塑料垂直分布特征（表层 _0-5cm 浓度常为底层的 3-5 倍），追溯污染历史。

六、结论

微塑料污染检测技术已从传统分离 - 光谱定性向自动化、高分辨、微小颗粒检测升级，通过材料革新与技术联用，实现了回收率 ⩾95% 、定性准确率⩾90% 、纳米级颗粒可检测，有效支撑了多介质污染评估。当前存在的标准不统一、成本高昂等问题，可通过制定行业标准与国产化设备研发解决。未来，随着人工智能（如光谱自动解译）、微流控芯片技术的融合，检测技术将向 “快速、精准、低成本、现场化” 方向发展，为微塑料污染全链条管控提供核心技术支撑，推动从 “被动监测” 向 “主动防控” 转型。

参考文献

[1] 娄婷婷 ， 黄琳， 粟有志， 等. 水产品中微塑料的污染现状及检测方法研究进展 [J]. 色谱 ，2025，43（8）：881-893. DOI：10.3724/SP.J.1123.2025.02013.

[2] 肖铮 ， 贺仪 ， 苑林宏 ， 等 . 水环境中微塑料的来源分布及其分子光谱检测技术的研究进展 [J]. 中国无机分析化学 ，2024，14（8）：1147-1156. DOI：10.3969/j.issn.2095-1035.2024.08.014.

[3] 岳浩伟 ， 王珊， 张克峰， 等. 地表水环境中微塑料检测技术及污染水平研究进展 [J]. 供水技术 ，2021，15（6）：13-20. DOI：10.3969/j.issn.1673-9353.2021.06.003.