综述：微塑料及相关污染物检测技术的进步：基于质谱技术的高灵敏度分析综合综述

《TrAC Trends in Analytical Chemistry》：Advancing Microplastic and Associated Pollutants Detection: A Comprehensive Review on High-Sensitivity Analysis Using Mass Spectrometry Techniques

微塑料（MPs）和纳米微塑料（NPTs）的污染与痕量元素、挥发性有机物（VOCs）的吸附及环境风险研究，质谱技术（如SP-ICP-MS、LA-ICP-MS）因其高灵敏度、多元素同步检测和纳米级分辨率成为核心分析手段。研究揭示了MPs作为污染物载体，通过吸附重金属和VOCs，在生物体内富集并引发毒性效应的机制。同时，金纳米粒子标记技术、激光解吸技术及同位素溯源方法在微塑料检测与污染源解析中展现显著优势。

　　塑料污染已经成为全球性的环境问题，其长期存在性和对生态系统的潜在威胁引起了广泛关注。随着塑料废弃物在自然环境中的积累，它们逐渐分解为更小的颗粒，即“微塑料”（Microplastics, MPs）和“纳米塑料”（Nano-Plastics, NPTs），这些微小颗粒不仅对环境造成影响，还可能通过食物链影响生物体和人类健康。本文综述了微塑料和纳米塑料的检测方法，特别是基于质谱（Mass Spectrometry, MS）的技术在微塑料及其携带污染物（如痕量元素和挥发性有机化合物）分析中的应用。此外，还探讨了当前研究中面临的挑战以及未来可能的发展方向。

微塑料和纳米塑料因其微小的尺寸和复杂的化学结构，给其检测和分析带来了诸多挑战。传统的光谱技术如傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和拉曼光谱虽然在识别微塑料方面具有一定的优势，但它们在纳米尺度下的适用性受到限制，且在处理复杂环境样本时效率较低。相比之下，质谱技术，特别是单颗粒电感耦合等离子体质谱（Single Particle ICP-MS, SP-ICP-MS）和激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（Laser Ablation ICP-MS, LA-ICP-MS）等，展现出更高的灵敏度和适用性。这些技术能够同时检测微塑料的尺寸、质量和元素组成，即使在痕量浓度下也能实现高精度分析。同时，纳米塑料的检测还依赖于创新的标记策略，如使用金纳米颗粒（AuNPs）进行表面修饰，从而提高检测的特异性和准确性。

在微塑料携带污染物的研究中，痕量元素（Trace Elements, TEs）和挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）是重点。痕量元素，如镉、铬、铅等，通常通过塑料制造过程中的添加剂或环境中的吸附作用存在于微塑料表面或内部。这些元素一旦被生物体摄入，可能通过食物链实现生物累积和生物放大，从而对生态系统和人类健康造成威胁。因此，对痕量元素在微塑料中的含量进行准确测定对于评估其环境影响和健康风险至关重要。基于ICP-MS的方法已被广泛用于痕量元素的检测，如SP-ICP-MS和LA-ICP-MS，它们能够在不同的环境样本中实现高效的元素分析。

与此同时，挥发性有机化合物的释放也成为了微塑料污染研究的新焦点。VOCs来源于自然和人为过程，包括植物排放、工业活动以及塑料材料本身的降解。这些化合物一旦被微塑料吸附，可能会在环境中扩散并进入生物体，从而对生态系统和人类健康产生影响。例如，研究发现微塑料能够吸附并运输VOCs，这些化合物可能通过呼吸、摄入等途径进入生物体内，导致氧化应激、生殖系统损伤等不良后果。为了更好地分析这些VOCs，研究者采用了一系列先进的方法，如顶空固相微萃取气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME-GC-MS）和热解吸-气相色谱-质谱联用技术（Pyrolysis-GC-MS），这些方法不仅能够有效提取VOCs，还能在复杂环境中实现高灵敏度检测。

然而，现有的检测方法仍然存在一定的局限性。例如，微塑料的尺寸、形状和化学成分的多样性使得单一方法难以全面覆盖所有情况。此外，微塑料在不同环境中的分布和形态变化也增加了检测的难度。为了解决这些问题，研究者们不断探索新的技术手段，如结合SP-ICP-MS和激光烧蚀技术，实现对纳米塑料的实时分析。同时，金纳米颗粒标记策略的引入也显著提高了微塑料检测的精度和可靠性，为微塑料污染的定量研究提供了新的思路。

在实际应用中，微塑料的检测通常需要经过一系列的预处理步骤，包括采样、分离、提取和净化。这些步骤对于保证分析结果的准确性和可重复性至关重要。例如，在检测纳米塑料时，通常需要使用磁性分离、密度分离或电泳分离等方法，以提高样品的浓缩效率和纯度。此外，针对不同类型的微塑料，研究者们开发了多种预处理方法，如酸性消化、超声波处理和云点萃取等，以确保痕量元素和VOCs的有效释放和检测。

研究还指出，微塑料的生物可及性（Bioaccessibility）是评估其环境影响和健康风险的重要指标。这意味着，并非所有微塑料中的污染物都会被生物体吸收，而是只有部分污染物在特定的环境条件下可以被释放。因此，研究者们开发了多种模拟生物体内环境的提取方法，如生理基础提取测试（PBET）和饮食适应型PBET（DA-PBET），以更真实地反映污染物在生物体内的可及性。这些方法通过模拟胃肠道的环境，研究微塑料中污染物的释放情况，从而更准确地评估其潜在毒性。

在分析痕量元素和VOCs时，研究者们还强调了多元素分析和综合方法的重要性。例如，ICP-MS技术可以同时检测多种元素，而GC-MS则能够对VOCs进行高分辨率的定性和定量分析。此外，结合质谱技术的其他方法，如激光烧蚀ICP-MS（LA-ICP-MS）和同位素比值质谱（IRMS）等，也被广泛应用于微塑料的研究中，以提供更全面的数据支持。

尽管质谱技术在微塑料检测和污染物分析中表现出色，但仍面临一些挑战。例如，如何在复杂环境中实现更高的灵敏度和选择性，如何减少样品预处理过程中的干扰，以及如何建立标准化的检测流程，以确保不同研究之间的可比性。此外，微塑料与生物体之间的相互作用机制仍需进一步研究，特别是在长期暴露和不同生态条件下的影响。

综上所述，微塑料及其携带污染物的研究正逐步深入，质谱技术因其高灵敏度和多参数分析能力，成为当前研究的首选方法。然而，为了更全面地理解和应对微塑料污染问题，还需要进一步的技术创新和跨学科合作，特别是在开发更高效的检测方法、优化预处理流程以及研究微塑料与污染物的相互作用机制等方面。这些努力将有助于更好地评估微塑料对环境和人类健康的潜在影响，并为制定有效的污染防治措施提供科学依据。