原位低场核磁共振技术揭示了顺磁性重金属在微塑料上的动态吸附过程

《Environmental Science & Technology Letters》：In Situ Low-Field Nuclear Magnetic Resonance Reveals Dynamic Adsorption of Paramagnetic Heavy Metals on Microplastics

微塑料与重金属共存的污染环境风险显著，传统分析方法存在在位、破坏性及无法实时监测吸附动态的缺陷。本研究提出低场核磁共振（LF-NMR）技术，实现微塑料对Cu(II)和Cr(III)的实时、非破坏性吸附监测，检测限低至0.1 mg/L，线性良好（R2>0.99），回收率100.7%。方法在0-250 mM盐度及3.5-6.5 pH范围表现稳定，揭示吸附分两阶段：初期表面快速结合，后期粒子内扩散。非破坏特性保留复合物结构，为纳米塑料及老化研究提供新工具。

　　

微塑料与重金属的共存对环境构成了重大风险。然而，传统的分析方法属于“离体”分析方法，具有破坏性，并且无法实时监测吸附过程。我们提出了一种低场核磁共振（LF-NMR）技术，该技术能够实现“原位”且无损地、实时定量分析微塑料表面顺磁金属的吸附情况。我们利用这种技术，在不同的水化学条件下监测了铜（Cu(II)）和铬（Cr(III)）在聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）微塑料上的吸附过程。通过电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）的验证，证实了该方法的极高准确性：其线性度（R2 > 0.99）、平均回收率达到了100.7%，检测限约为0.1 mg L?1。该方法在不同盐度（0–250 mM）和pH值（3.5–6.5）范围内表现出良好的灵敏度和稳定性，且干扰极小。LF-NMR分析显示，金属吸附过程分为两个阶段：首先是快速的表面结合，随后是较慢的颗粒内部扩散。尤为重要的是，这种无损分析方法能够保留微塑料-顺磁金属复合物，便于后续的表征工作，从而克服了传统破坏性分析方法的局限性。这种实时分析方法将定量检测与机理研究相结合，为阐明微塑料与金属之间的相互作用提供了有力工具，并在纳米塑料研究和老化过程研究领域展现出巨大潜力。