本研究开发了一种用于测定海洋沉积物中微塑料（MPs）的分析方法，该方法由便携式低成本密度浮选分离装置与溶解后定量核磁共振（qNMR）波谱检测两部分组成。研究人员使用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）和低密度聚乙烯（LDPE）三种微塑料对该方法进行了测试。分离步骤采用新型自制的三段式玻璃装置，以密度为1.6 g/cm3的氯化锌溶液作为分离介质。经芬顿（Fenton）试剂净化后，上清液中的微塑料在适宜氘代溶剂中溶解，并通过qNMR进行定量分析。通过对人工加标沉积物的两级水平分析验证了方法的可靠性，回收率介于71%至105%之间，相对标准偏差（RSD）低于22%。方法定量限（MQLs）范围为15至245 ng/g。作为原理验证应用，研究人员采用所建立的方法分析了西班牙西北部加利西亚海岸三个地点的沉积物样品。结果显示，海洋沉积物中PET浓度为62至186 ng/g，LDPE浓度为192至229 ng/g，RSD ≤26%，而PVC浓度低于方法定量限。该方法能够以快速、准确和低成本的方式估算海洋沉积物中这三种聚合物的分布与丰度。
研究背景与意义
微塑料（Microplastics, MPs）作为一类新兴环境污染物，其全球年产量已达数亿吨，超过3%的塑料制品最终进入淡水、海洋及陆地生态系统，对生物多样性和生态安全构成潜在威胁。当前，针对环境基质中微塑料的标准化分析方法仍较为匮乏，现有分离技术如氯化钠（NaCl）浮选仅适用于低密度塑料，且常用分离器如慕尼黑塑料沉积物分离器（Munich Plastic Sediment Separator, MPSS）体积庞大、成本高昂且便携性差。在检测端，基于颗粒计数的傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR）和拉曼光谱（Raman Spectroscopy, RS）技术存在耗时、难以自动化及粒径限制等问题；而热裂解-气相色谱-质谱（Pyrolysis-Gas Chromatography/Mass Spectrometry, Pyr-GC/MS）等质量分析法虽灵敏度较高，但会破坏样品且难以覆盖微米级颗粒。因此，开发一种兼具成本效益、便携性及高精度定量的微塑料分析方法，对于准确评估海洋环境中微塑料污染现状具有重要意义。本研究发表于《Journal of Hazardous Materials Advances》。
主要关键技术方法
研究人员设计了一种全玻璃材质的三段式密度分离器，有效避免了塑料组件可能带来的污染。样品采集自西班牙加利西亚海岸的三个海滩，经干燥筛分后，采用高密度氯化锌（ZnCl2，1.6 g/cm3）溶液进行浮选分离。分离后的微塑料经芬顿（Fenton）试剂氧化去除有机质，随后分别在氘代三氟乙酸（TFA-d）、氘代四氢呋喃（THF-d8）及氘代甲苯（Tol-d8）中溶解，并利用750 MHz超导核磁共振波谱仪进行定量核磁共振（quantitative Nuclear Magnetic Resonance, qNMR）分析，以内标法实现PET、PVC和LDPE的精准定量。
研究结果
qNMR方法优化
研究人员针对不同聚合物筛选了最佳氘代溶剂：PET选用TFA-d，PVC选用THF-d8，LDPE选用Tol-d8。通过优化脉冲角度和恢复时间，解决了PET芳香质子弛豫不完全导致的积分偏差问题。同时，为避免水分子信号干扰，将PVC的检测温度设定为0 ℃。对于PET，选择二氧六环作为内标以提高定量重复性；对于PVC和LDPE，则直接利用氘代溶剂的残留峰作为内标，简化了前处理流程。
qNMR方法验证
仪器验证结果表明，该方法在较宽的质量浓度范围内线性关系良好，决定系数（R2）均大于0.998。仪器定量限（iLOQ）分别为PET 0.001 mg/mL、PVC 0.008 mg/mL、LDPE 0.003 mg/mL，对应绝对质量为0.63 μg至4.80 μg，与Pyr-GC/MS等传统方法相当。五次重复测定的相对标准偏差（RSD）均低于5%，显示出优异的精密度。
浮选介质选择
对比实验证实，密度为1.6 g/cm3的ZnCl2溶液能够有效分离包括高密度PVC在内的多种微塑料，而传统的NaCl溶液无法浮选高密度聚合物。为减少重金属盐的环境排放，实验中对ZnCl2溶液进行了回收与循环利用。
方法验证
在加标沉积物样品中，该方法对PET、PVC和LDPE的回收率分别达到71%-77%、80%-84%和105%，RSD均低于20%。方法定量限（MQL）分别为PET 15 ng/g、PVC 245 ng/g、LDPE 90 ng/g。相较于MPSS、BMSS等商用设备，该自制玻璃分离器在处理100 g样品时仅需1.5 L分离液，且在较短时间内实现了相当的回收率。
环境样品应用
将该法应用于加利西亚海岸实际沉积物分析，在三个采样点均检出PET和LDPE，浓度范围分别为62-186 ng/g和192-229 ng/g，RSD ≤26%；PVC在所有样品中均未检出（低于MQL）。该结果与挪威及美国东北部沿海沉积物的报道数据处于同一量级，证实了方法的实际应用能力。
讨论与结论
本研究成功构建了一套集低成本玻璃密度分离与高灵敏qNMR检测于一体的微塑料分析平台。该全玻璃分离装置消除了塑料设备降解带来的背景污染风险，且设备成本适中（约500欧元），便于携带与推广。qNMR技术通过直接测定聚合物质量浓度，规避了显微计数法的粒径限制与耗时问题，同时避免了热裂解技术的样品破坏性。尽管高场NMR仪器的购置成本较高，但已有研究表明低场台式NMR亦可适配此方法。总体而言，该方法在71%-105%的回收率范围内表现稳定，定量限低至ng/g级别，能够满足海洋沉积物中痕量微塑料的监测需求。未来研究可进一步拓展至更多聚合物类型及其他环境基质，并结合光谱学技术以实现微塑料形貌与质量的同步表征。
