农田土壤中微塑料测试方法——显微红外光谱法

微塑料是指环境中粒径小于5mm的塑料类污染物，包括碎片、纤维、颗粒、发泡等不同形貌类型。作为一种新型环境污染物，微塑料可在土壤中存在数年到数百年，并在物理、化学与生物等多因素的相互作用下，发生不同尺度的迁移、转化，对土壤理化性质、微生物群落、土壤动植物生长等产生不利影响，损害土壤健康，影响农业生产和农产品质量，对食品安全和人体健康构成潜在威胁。

农田土壤中的微塑料来源复杂，形貌多样，且大多发生了老化降解或吸附了其他杂质，给微塑料的鉴别分析带来困难。目前文献中有关微塑料的分析鉴别方法包括：目检法、扫描电镜-能量色散X射线联用、傅里叶变换-红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）、热裂解气质联用仪（Pyr-GCMS）、热重分析气质联用仪（TGA-GCMS）、热脱附气质联用仪（TDS-GCMS）等方法。

红外光谱法：是目前常用的微塑料检测手段之一。红外光谱法提供了粒子的特定化学键信息,很容易识别出碳基聚合物,不同的化学键组合产生特别的光谱，将塑料与其他有机和无机粒子区分开来。

显微-傅里叶红外光谱法有反射、透射和衰减全反射(ATR)3种操作模式，利用检测中，三模式可自由切换，操作简单。

通过对比40µm、80µm、100µm、350µm粒径PE微塑料在不同测量模式下所得红外谱图，从图中可以看出所有的红外谱图在2920cm^–1、2850cm^–1、1467cm^–1、720cm^–1处均出现了PE的特征吸收峰，结果表明显微-傅里叶红外光谱在反射、透射和ATR三种测量模式下，均可对40~350µm粒径PE微塑料进行鉴别。另外，同粒径在不同测量模式下，所得红外光谱谱图在谱图信号强度、谱图质量等方面存在差异。不同粒径PE微塑料在透射模式下所得光谱信号相对较强，反射模式次之，ATR模式相对最弱；但ATR模式下红外谱图基线平滑，而反射模式下所得谱图毛刺较多，表明红外谱图的质量与检测模式、样品性质有关。透射模式下红外光线需要穿过样品，且塑料样品对红外辐射的吸收强烈，因此该模式下的光谱信号强；反射模式对待测样品表面的洁净度和光滑度要求较高，但实际实验中的样品形状不规则且表面粗糙，该模式下易出现折射误差，造成红外信号不稳定，因此谱图毛刺较多；而ATR模式是一种通过表面接触进行分析的方式，通过附件晶体与样品接触来获得样品表层有机成分的结构信息，该模式不受样品厚度、表面形态和基底噪音的干扰，因此ATR模式下的谱图质量均较好。

采用红外光谱代替肉眼识别塑料颗粒，利用聚合物基团在红外谱区的特征吸收峰，微塑料分析鉴别的准确性大大提高，而且FTIR法仅需通过过滤等简单的预处理即可直接对每一个疑似塑料的颗粒进行图谱分析，不仅可以鉴别微塑料的聚合物成分，避免非塑料颗粒的假阳性结果，而且还能获取到微塑料的数量信息。Micro-FTIR法充分结合了显微镜与FTIR的优点，在采集视场内颗粒图像的同时，可获得视场内每一个像元对应的红外谱图，能满足小粒径微塑料检测及区域范围检测的要求。

Micro-FTIR（ATR）分析农田土壤微塑料

新疆农田土壤样品经分离、净化后，目标物被抽滤至滤膜上，借助景深显微镜对滤膜上的颗粒进行初步的观测和拍照，统计微塑料数量、记录大小及形状；然后利用显微红外光谱ATR模式对目标物进行鉴别分析。

目检统计0~30cm土层微塑料丰度，新疆农田土壤中样品中存在大量微塑料，均值（4.2±1.2）×103个/kg，不同地块间微塑料丰度差异较大。所测地块中微塑料主要形状为薄膜状（35.2%），颗粒状（27.8%）和纤维状（22.5%）。将所测微塑料按粒径大小分成＜200µm，200~500µm，500~1000µm，1000~5000µm4类，其占比分别为44.2%，32.5%，12.8%，10.5%，可见新疆农田土壤中尺寸越小的微塑料数量越大。

经统计，所测农田土壤中共鉴别出8种材质的微塑料，分别是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯；其中聚乙烯(60.2%)、聚丙烯(18.3%)占比较大。在分析新疆农田土壤中微塑料的应用中，证明显微-傅里叶变换红外光谱法是土壤微塑料分析鉴别的简便、可行方法。