微塑料光老化与光生物老化过程中溶解有机质的分子差异及其环境意义

本研究针对微塑料(MPs)在海洋环境中协同光化学-生物老化过程释放的溶解有机质(MPs-DOM)分子特性不明这一关键问题，通过模拟紫外辐射与酶促反应耦合条件，结合傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)技术，解析了聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)衍生DOM的分子组成差异及转化路径，发现芳香族MPs-DOM具有更高氧化活性，为评估MPs-DOM的生态风险及碳循环影响提供了理论依据。

　　

微塑料污染已成为全球性环境问题，这些直径小于5毫米的合成颗粒在海洋表面经历着复杂的光化学和生物协同老化过程。最新估算显示，海洋塑料每年释放约23,600吨溶解有机质(MPs-DOM)，占表层微层总DOM的10%，可能显著影响碳循环和微生物代谢。然而，现有研究多聚焦单一光老化过程产生的MPs-DOM特性，对更接近真实环境的耦合老化机制知之甚少，这严重制约了对MPs-DOM环境行为的准确评估。

为填补这一空白，华南理工大学等机构的研究团队在《Environmental Pollution》发表论文，系统研究了脂肪族聚丙烯(PP)和芳香族聚苯乙烯(PS)在紫外辐射与过氧化物酶协同作用下的DOM分子特征。研究采用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)技术，结合质量差异网络分析，揭示了不同老化路径对MPs-DOM分子转化规律的影响。

主要技术方法
研究选用市售PP和PS微塑料颗粒(110 μm)，经甲醇-超纯水纯化后，分别进行黑暗对照、紫外辐射(模拟光老化)和过氧化物酶处理(模拟生物老化)。通过高分辨率FT-ICR MS解析分子组成，利用van Krevelen图、氧化度指标(OS_C)和双键当量(DBE)等参数定量表征化学差异，构建质量差网络追踪转化路径。

研究结果

Leaching experiments of MPs-DOM during aging
纯化后的PP和PS颗粒在三种处理条件下均释放出特征性DOM。质谱检测范围显示PP-DOM主要分布在m/z 200-800，而PS-DOM延伸至m/z 1000，低分子量区(m/z <600)信号增强可能与塑料添加剂有关。

General mass spectral characteristics of MPs-DOM
FT-ICR MS分析表明，MPs-DOM保留母体塑料结构特征但高度氧化：PP-DOM以含氧脂肪族不饱和化合物为主(占76.3%)，PS-DOM则以多环多酚类为主(61.8%)。紫外辐射引发氧加成反应，使OS_C升高0.12-0.15；而过氧化物酶通过脱羧/脱烷基作用使OS_C降低0.08-0.10，驱动分子简化。

分子转化路径差异
质量差网络分析揭示：PP-DOM主要经历-CH₂、-CO₂等脂肪链修饰，最终积累低氧化态烃类；PS-DOM则通过-OH/-O加成及芳环裂解，生成高活性多酚氧化物。芳香族DOM的OS_C波动幅度(Δ0.27)显著大于脂肪族(Δ0.18)。

结论与意义
该研究首次阐明耦合老化过程对MPs-DOM分子特性的调控机制：紫外辐射主导氧化，而生物酶促反向调节氧化态。PS-DOM的高反应活性可能加速表层水体氧化还原过程，PP-DOM的持久性烃类则可能长期存留。成果为建立MPs-DOM环境归趋模型提供了关键分子参数，对评估微塑料的碳循环影响和生态风险具有重要价值。未来需重点研究MPs-DOM的界面光反应活性与生物降解动力学，以更准确预测其长期环境效应。