农田土壤中常规微塑料的分离与鉴定

本方案描述了土壤中微塑料的常规采样及样品分析方法。该方法包括七个部分：土壤采样与制备、密度浮选、杂质消解、染色、真空过滤、形态学观察以及聚合物鉴定。

本文介绍了最后两个步骤的两种不同分析流程，可根据仪器的可用情况独立进行。在稳定区域采用双环五点取样法采集具有代表性的土壤样品。使用30厘米长的不锈钢土壤钻进行采样。

将样品收集并置于非塑料容器中，例如铝箔纸。在避光的室温条件下干燥土壤，或使用设定为40摄氏度的烘箱干燥土壤，至少24小时，直至完全干燥。如果有土壤干燥仪，可同时处理多个土壤样品，因其各个腔室内的过滤装置可最大限度降低交叉污染的风险。

干燥后，如有必要，研磨土壤。使用洁净的非塑料工具。将干燥的土壤研磨并保存。

使用一个2至5毫米的金属筛。使用精度为±0.05克的小型天平，将土壤样品称量后置于无塑料的称量纸或铝箔上。样品可保存在三个容器中，例如玻璃小瓶。

将研磨细的干燥土壤样品转移至一个洁净的600毫升玻璃烧杯A中。向烧杯A中加入230毫升饱和氯化钠溶液。确保所有储存容器和烧杯均准确标记。将烧杯A置于磁力搅拌器的玻璃磁力搅拌板上。以每分钟260转的速度搅拌溶液30分钟。

完全均质化后，将磁力搅拌器从溶液中取出，并用饱和氯化钠溶液冲洗，以防止塑料颗粒被带出溶液。将烧杯置于无直射阳光的平坦表面上，静置过夜，直至完成充分的密度分离。当A烧杯内的物质完全分层后，小心地将上清液转移至新的玻璃烧杯B中。用饱和氯化钠溶液冲洗A烧杯的内壁。

向 B 烧杯中的样品中加入四摩尔氢氧化钠溶液，定容至 500 毫升。在 260 转/分钟的条件下搅拌溶液 30 分钟。然后取出磁力搅拌子，将烧杯置于平坦表面，避免阳光直射，并静置过夜。

待烧杯B中的内容物完全分层后，将烧杯B中的上清液转移至新的烧杯C中。用蒸馏水冲洗烧杯b的内壁，以确保颗粒物最大程度地转移。向烧杯C中加入先前配制好的新红染料溶液，使其最终浓度达到0.5摩尔。

用玻璃棒搅拌溶液，直至完全混匀。然后用铝箔覆盖烧杯，将溶液在通风橱中静置孵育30分钟。首先，按如下步骤搭建真空过滤系统。

玻璃漏斗、金属夹、真空过滤底座、收集烧杯、连接软管、水分捕集器和真空泵。使用镊子小心地从储存容器中取出新的滤膜。将滤膜居中且平整地放置在真空过滤底座的顶部。

通过将真空过滤底座与玻璃漏斗对齐，并使用金属夹具固定，确保连接牢固。启动真空过滤装置，缓慢将烧杯C中的液体倒入玻璃漏斗中。用蒸馏水多次冲洗烧杯C，以最大程度回收颗粒物。

用铝箔覆盖玻璃漏斗以尽量减少污染。样品过滤后，用蒸馏水冲洗玻璃漏斗内壁，以确保颗粒损失最小。关闭真空泵，用镊子小心地从滤器中取出滤膜。

将每张膜分别放入单独的玻璃培养皿中。在关闭培养皿并用铝箔包裹之前，确保膜完全干燥。将其保存在干燥避光处，直至进一步分析。

如果后续需要确定荧光颗粒在膜上的精确位置以进行聚合物鉴定（例如，通过使用傅里叶变换红外光谱法 FTIR），请参考以下步骤。使用黑色凝胶笔，在滤膜上沿 T 形方向轻轻标记起始位置，共标记 10 个点。按如下顺序启动荧光仪器：主机、荧光光源、显示器和荧光显微镜。

打开仪器，并将光源 LED 调至最大亮度。使用明场、暗场（DF）和荧光（FL）切换按钮，分别采集暗场和荧光图像。使用 DP2-BSW 软件进行样品观察记录，但仅需调整显微镜的分辨率以使屏幕图像更清晰。

在明场（BF）位置下拍摄明场图像，然后切换至荧光（FL）位置并使用荧光滤光片在暗室中拍摄荧光图像。确保视野观察顺序从1到10依次进行。明场与荧光图像必须在同一位置拍摄。

使用LDIR进行聚合物鉴定时，请按以下步骤操作显微镜。按如下方式设置显微镜系统：相机、滤光片、放大倍数和显微镜载物台，以及计算机。

用无尘纸包裹滤膜夹持器，然后将滤膜固定在夹持器中，并滑入显微镜载物台。确保相机已连接，且显微镜放大倍数适合样品类型，并保证同一批次所有样品的放大倍数一致。

为量化记录图像中的颗粒，请遵循文稿中提供的逐步说明。如果使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）来鉴定聚合物颗粒，请参考以下步骤。开启FTIR光谱仪LUMOS及相应的软件模块，例如用于观察和记录。

用液氮填充以启动机器。在对每个样品进行镜检前清洁探针。通过实时屏幕记录识别用于监测的颗粒。

通过调节摇杆来调整位置和清晰度。将操作平台移至中心位置，采集当前的空气背景光谱。在目标片段上测量三到五个固定点，然后根据这些固定点的位置定位探头。

在结果页面上保存原始数据。解析光谱，并将该光谱与标准谱库中的塑料光谱进行比对，以确定样品的耐热质量指数。若使用LDIR进行聚合物颗粒鉴定，请遵循以下步骤。

将滤膜放入一个新的20毫升玻璃小瓶中。加入20毫升纯乙醇。盖紧瓶盖，并用帕拉膜包裹瓶盖以防止泄漏。

将样品置于超声波水浴中处理至少一小时，直至所有颗粒完全重悬。膜可能析出颜色，但这不会干扰聚合物的鉴定。取出膜并弃去。

将装有乙醇溶液的玻璃小瓶置于磁力搅拌器上，并向小瓶中加入一个小型磁力玻璃搅拌子。将温度设置为100摄氏度，并以低速搅拌，使颗粒保持悬浮状态，直至乙醇蒸发至少于5毫升。为准备LDIR分析样品，缓慢振荡样品，直至所有颗粒在溶液中均匀悬浮，然后迅速取10微升样品滴加到载玻片上，让乙醇自然蒸发。

每个样本在每张载玻片上需重复此步骤两次，共分析三个重复样本。将LDIR载玻片插入仪器，并在连接的软件中输入样本名称。随后，仪器将启动自动扫描。

所得分析结果提供了有关单个颗粒化学组成、样品中不同聚合物的分布以及颗粒尺寸的详细数据。后续数据处理详见方案第8节，例如使用ImageJ软件，以及论文结果部分的计算方法。为验证该方法的回收率范围，选取了三种不同的固体基质样品——二氧化硅（SD）、膨润土（BT）和土壤，每种样品均设置三个重复进行分析。

假设所有微塑料颗粒均为均匀的球体。这意味着每五克干燥固体样品中包含超过 48,740 个颗粒。基于 Image J 软件，可查看单个样品中颗粒数量的信息，并利用以下三个公式计算微塑料的最终回收率。

以下是本实验的一些结果。首先是不同固体基质中微塑料的回收率。BT、SD和土壤的平均回收率分别为84%、83%和90%。

空白样品的干扰及化学鉴定因素已被消除。平均而言，86%的PE颗粒成功被回收。下方为这些样品的聚合物类型分析结果。

结果表明，除聚乙烯外，还检测到了酚醛树脂、聚氯乙烯、聚酰胺和聚丙烯。该结果可能源于上清液转移、过滤过程中的微量样品残留或错误鉴定。这些污染可能来自过滤装置、实验室设备、大气沉降或蒸馏水。

使用不同的聚合物鉴定方法拍摄了一些图片。这两张图片均基于傅里叶变换红外光谱（FTIR）方法，拍摄于膜样品的同一区域，分别在日光和荧光灯下进行。在图A中呈透明状而在图B中发出绿色荧光的颗粒，被认为很可能是塑料物质。

这是一个典型示例，展示了待检测颗粒的光谱与标准光谱图之间的比较。该PE颗粒的光谱与谱库中最接近的光谱匹配，匹配质量为98%。此图像采用LDIR方法拍摄。真实图案和分布如图A所示，同时还显示了单个颗粒的化学成分等详细信息。

匹配质量以及颗粒大小如图B所示。陆地环境中的微塑料污染是一个在过去十年中受到越来越多关注的科学课题。然而，仅在最近才开始对土壤系统中的微塑料进行定量分析，且针对土壤中微塑料的检测方法尚未标准化。本方案描述了微塑料颗粒的采样、分离及化学鉴定方法。

为了提高操作便利性和广泛适用性，该方法成本低廉且材料易于获取。本方案具有作为指导框架的潜力，提出了一种适用于多种土壤类型的综合方法，可确保微塑料的准确定量与分析。