模拟太阳辐射下聚合物风化动力学及其与雨水和河口微塑料的比较研究

为解决微塑料(MPs)环境降解机制和识别准确性不足的问题，研究人员通过模拟太阳辐射实验，对比分析了聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的风化动力学及其与环境中MPs的光谱特征差异。研究发现PP的羰基指数(CI)随暴露时间线性增加，而PE呈现非线性趋势；通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和主成分分析(PCA)揭示了环境MPs的氧化特征差异，并评估了OpenSpecy和siMPle数据库对风化聚合物的识别准确性（OpenSpecy正确率88% vs. siMPle 57%）。该研究为MPs源解析和环境行为评估提供了关键方法学支持。

　　

微塑料（MPs）作为新兴环境污染物，其长期环境行为和生态风险备受关注。其中，聚合物在自然环境中的风化过程会显著改变其物理化学性质，但现有研究对实验室模拟风化与实际环境MPs的关联性认识不足，且缺乏标准化的光谱识别方法。针对这一科学瓶颈，来自美国研究团队在《Chemosphere》发表了创新性成果，通过模拟太阳辐射实验结合环境样本分析，系统揭示了聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）的风化规律及其环境指示意义。

研究采用三大关键技术：1）使用氙灯老化箱模拟太阳辐射（340 nm，0.35 W/m²）进行90天加速风化实验；2）通过ATR-FTIR（衰减全反射傅里叶变换红外光谱）和透射FTIR监测羰基（C=O，1850-1650 cm^-1）和羟基（O-H，3800-3300 cm^-1）指数变化；3）利用OpenSpecy和siMPle数据库评估风化聚合物的识别准确性，样本包括城市雨水和特拉华湾河口的MPs。

4.1 光谱变化特征
实验室风化90天的PP和HDPE显示显著氧化特征：PP的CI呈线性增长（R²=0.946），符合零级动力学模型，而HDPE呈现非线性趋势，可能与表面氧化层剥落有关。PCA分析成功区分实验室风化阶段与环境MPs，其中河口PP的CI（0.62±0.20）显著高于雨水样本（0.40±0.32），反映不同环境暴露历史。

4.2 环境相关性
河口MPs的CI差异与采样点盐度（26.5-31.7）和FTIR检测模式显著相关（p<0.05），ATR-FTIR因仅检测表面氧化层而高于透射模式结果。雨水MPs因停留时间短未显示空间差异，印证了水力运输对风化程度的调控作用。

4.3 数据库性能比较
OpenSpecy对风化聚合物的识别准确率（88%）显著优于siMPle（57%），尤其在聚酯混纺材料中表现突出。但两类数据库对90天风化样本的识别率均下降（p<0.001），凸显现有光谱库对深度风化材料覆盖不足的局限。

该研究首次建立了实验室风化PP的CI时间标尺，为MPs环境年龄估算提供新工具。发现河口PP的CI空间分异可作为水团运动的潜在示踪剂，而PE的风化指标适用性有限。研究强调将FTIR检测模式纳入MPs比较研究的标准流程，并证明开源数据库OpenSpecy在复杂环境样本分析中的优势。这些发现对完善MPs风险评估模型和溯源技术具有重要实践价值，为全球微塑料治理提供了方法论基础。