基于钆-海藻酸盐水凝胶修饰电极的水环境中聚苯乙烯微塑料快速电化学检测新方法

针对水环境中痕量微塑料(MPs)检测难题，韩国研究团队开发了钆-海藻酸盐(Gd-alg5)水凝胶修饰玻碳电极(GCE)传感器，实现了100 nm聚苯乙烯(PS) MPs的高灵敏度(~8.22 mA/μM·cm2 )、低检测限(15.56 nM)检测，为环境污染物监测提供了便携高效的解决方案。

　　

塑料制品的广泛使用与不当处置导致微塑料(MPs)在环境中持续累积，其中粒径<5 mm的颗粒可通过食物链进入人体，威胁生态与健康。现有检测技术如傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱等存在设备笨重、样品前处理复杂等局限。韩国原子能研究院等机构的研究人员创新性地利用钆(Gd³⁺
)交联海藻酸钠(Na-alg)形成三维网络水凝胶，构建了可快速检测100 nm聚苯乙烯(PS) MPs的电化学传感器。

研究采用简易的离子交联法，在室温下5分钟内合成Gd-alg5水凝胶珠，通过场发射扫描电镜(FESEM)确认其"圆盘状"形貌，结合X射线光电子能谱(XPS)验证Gd³⁺
与羧基(-COO^-
)的配位作用。电化学测试显示，该传感器电流响应提升3.8倍，归因于Gd³⁺
的催化作用及羟基/羧基与PS的相互作用。

【材料表征】FESEM与透射电镜(TEM)显示水凝胶具有多孔结构，XPS证实Gd 4d轨道结合能位移，表明Gd³⁺
成功整合至海藻酸网络。
【电化学性能】差分脉冲伏安法(DPV)测得灵敏度达8.22 mA/μM·cm²
，检测限15.56 nM，优于同类研究。
【实际应用】在湖水样本中回收率98.5%-102.3%，抗干扰实验显示对聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等常见塑料的选择性识别。

该研究通过钆离子增强的电荷传输机制，突破了纳米级MPs检测的技术瓶颈。相较于需高温处理的金属有机框架(MOF)传感器或具有毒性的β-巯基乙胺材料，Gd-alg5水凝胶传感器兼具制备简便、环境友好等优势，为发展现场快速检测设备奠定基础。论文发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，为环境污染防控提供了新思路。