《Journal of Aerosol Science》：Insights into the simultaneous analysis of airborne microplastic and microrubber particles by off-line pyrolysis GC/MS
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微塑料污染已成为全球性环境问题，本研究采用离线热解-气相色谱-质谱联用技术，系统分析大气颗粒物和室内灰尘中聚乙烯、聚丙烯等6类聚合物，重点突破轮胎相关聚合物检测瓶颈。方法显示检测灵敏度达91%-136%，相对标准偏差低于16%，成功实现微塑料定量分析，并揭示轮胎磨损颗粒在大气中占比最高（63.2%），室内灰尘则以聚酯纤维为主（78.4%）。
作者列表：Shahriyar Bazzazpour、Mohammad Yousefi、Anoushiravan Mohseni-Bandpei、Philip K. Hopke、Marzieh Torabbeigi、Majid Kermani、Abbas Shahsavani
所属机构：伊朗德黑兰沙希德·贝赫什提医科大学公共卫生与安全学院环境健康工程系
摘要
在过去的十年中，全球社会对环境中的微塑料问题日益关注，认为它们是可能对人类健康和生态系统构成威胁的新污染物。为应对这一挑战，开发用于量化空气中微塑料颗粒的分析方法成为重要的研究重点。尽管热解-气相色谱-质谱（Py-GC/MS）技术在识别微塑料方面表现出色，但在确定与轮胎相关的聚合物方面仍存在显著差距。同时，关于大气条件的数据也较为匮乏。本研究采用离线热解GC/MS技术，直接分析了大气颗粒物和室内灰尘中的6种聚合物：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯乙烯-丁二烯橡胶和丁二烯橡胶。对每种聚合物的热解产物进行了全面研究。所提出的方法显示出优异的灵敏度和重复性（除PET外，所有聚合物的相对标准偏差均低于16%），回收率介于91%至136%之间。该方法成功识别并量化了大气颗粒物和灰尘样本中的目标聚合物。研究发现，与轮胎相关的聚合物和聚苯乙烯在颗粒物样本中占主导地位，而聚对苯二甲酸乙二醇酯在室内灰尘中占比更高。与以往研究中记录的在线方法相比，这种离线方法在热解产物的一致性方面表现出色，能够可靠准确地量化微塑料。
引言
在过去五十年中，塑料生产行业建立了价值6000亿美元的全球市场。然而，Geyer等人估计仅有9%的塑料得到了回收利用。由于全球范围内对塑料废物的管理不善以及其向环境的释放，这些材料通过物理、化学和生物过程分解成更小的碎片，最终形成了微塑料[2]。目前，微塑料已在多种环境介质中被检测到，包括饮用水[3]、淡水[4]、河流沉积物[4]、大气[5]、土壤[6]、污水污泥[7]以及北冰洋[8]。微塑料在环境中的广泛分布使其成为新兴污染物，并对人类健康构成了严重威胁。
目前，研究空气中微塑料的主要挑战在于缺乏标准化和综合的分析框架[9, 10]。这一问题成为准确评估微塑料暴露风险的最大障碍[2]。为应对这一挑战，人们采用了多种方法，包括振动光谱分析（如拉曼微光谱和傅里叶变换红外光谱[11]）以及热分析技术（如热解-气相色谱/质谱（Py-GC-MS）和热提取脱附-气相色谱/质谱（TED-GC-MS）[12]。
振动光谱技术可以提供关于颗粒形状、大小和聚合物结构的宝贵信息。然而，包括有机材料消化以消除基质干扰在内的样品制备过程是这些方法的关键步骤[13]。此外，振动光谱分析受到颗粒大小、时间和成本的限制[13]。在分析轮胎磨损颗粒（TRWP）时，由于复杂的化学成分和颗粒-基质干扰（例如填料碳）的存在，振动光谱方法面临显著挑战[14, 15]。相比之下，热分析技术（尤其是Py-GC/MS和TED-GC/MS）被广泛用于环境样本中的微塑料鉴定[16, 17, 18, 19]。在这些技术中，大分子的热分解产物形成了用于定量和鉴定的特定特征。
热分析的一个显著局限性是需要少量样品（<100毫克），这要求进行适当的样品制备以获得具有代表性的子样本。这一问题会导致重复性误差，尤其是在异质样本中[16, 20]。此外，小样本质量的分析会降低分析灵敏度，并影响低浓度基质（如大气）中微塑料的定量。为有效解决这一限制，离线热解仪器非常有用。这种设备可以利用较大的样本量进行热解分解，从而提高异质基质中的分析检测能力和重复性。
目前，关于通过热分析测定空气中微塑料质量浓度的研究较为有限[17, 21, 22, 23, 24, 25]。尽管道路交通和轮胎磨损对城市空气污染有重要影响，但在开发分析方法时，涉及轮胎相关聚合物的研究仍然较少[17, 23, 24, 26]。本研究探讨了离线热解-气相色谱-质谱技术在异质和低浓度基质（如大气颗粒物和室内灰尘）中同时定量微塑料和微橡胶的有效性。
化学品和参考材料
聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）和丁二烯橡胶（BR）由Sigma-Aldrich公司提供，并得到了伊朗聚合物与石化研究所（IPPI）的合作支持。分析过程中使用了高纯度溶剂（二氯甲烷、二甲苯、二甲基亚砜，来自Supelco公司）。超纯水由Milli-Q过滤装置（Merck Millipore，美国）提供。所有溶剂和超纯水均经过严格处理。
通过离线热解进行聚合物鉴定
热解产物的选择基于其相对信号强度及其与文献中目标聚合物的关联性（表1）。表1中的化合物编号对应于图2中的峰值。
结论
总之，本研究证明了离线热解GC/MS技术在识别和量化大气微塑料方面的可靠性。所提出的分析方法不仅允许分析更大的样本量，从而提高了检测能力，还解决了重复性问题，尤其是在异质基质中。与以往研究中记录的在线方法相比，这种离线方法在热解产物的一致性方面表现出色。
作者贡献声明
Philip Hopke：撰写、审稿与编辑、验证。
Anoushiravan Mohseni-Bandpei：撰写、审稿与编辑、验证、项目管理、方法学研究、资金申请、数据分析、概念构思。
Marzieh Torabbeigi：撰写、审稿与编辑、验证、方法学研究、数据分析、数据管理。
Mohammad Yousefi：撰写、审稿与编辑、验证、资源协调、项目管理、方法学研究、数据分析。
关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本研究时，作者使用了ChatGPT 3.5 / OpenAI来提高文章的可读性和语言表达。使用该工具后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对出版物的内容负全责。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究由沙希德·贝赫什提医科大学资助（资助编号：43002932）。
