SPOS技术在微塑料中的检测方案

一、样品前处理：去除干扰与富集微塑料

SPOS技术通过光学信号检测单个颗粒，需确保样品中微塑料颗粒纯净、分散且浓度适配仪器检测范围。前处理流程需结合微塑料的物理化学特性（密度<1.6 g/cm³、耐氧化等）设计，核心步骤如下：

1. 采样与初步过滤

水样：

• 使用不锈钢采样器采集地表水、海水或工业废水（避免塑料容器污染），记录采样点经纬度、深度及环境参数（温度、pH等）。

• 采用0.45 μm孔径玻璃纤维滤膜初步过滤，去除大颗粒杂质（如泥沙、浮游生物），保留<5 mm的微塑料及悬浮颗粒。

土壤/沉积物：

• 用不锈钢铲采集表层样品（0-5 cm），经冷冻干燥后研磨过筛（2 mm筛网），称取10-50g样品进行后续处理。

2. 有机质消解

目的：去除样品中动植物残体、藻类等有机质，避免其干扰光信号检测。

方法：

• 水样/土壤提取液中加入30% H₂O₂（体积比10:1），60℃恒温振荡12-24 h（或80℃水浴加热），直至溶液澄清（有机质氧化为CO₂和H₂O）。

• 若样品含大量生物组织（如生物体内微塑料），可先用蛋白酶K（1 mg/mL）37℃酶解2 h，再进行H₂O₂氧化，避免塑料颗粒被强酸破坏。

3. 密度分离：富集微塑料

原理：利用微塑料（密度通常<1.6 g/cm³）与杂质（如土壤矿物、金属氧化物）的密度差异，通过高密度盐溶液浮选分离。

步骤：

• 向消解后样品中加入饱和NaCl溶液（密度1.2 g/cm³）或ZnCl₂溶液（密度1.6 g/cm³），搅拌后静置24-48 h，微塑料上浮至上层。

• 收集上层悬浮液，用0.45 μm滤膜真空过滤，截留微塑料颗粒，滤膜置于真空干燥箱（30℃，24 h）干燥备用。

4. 样品重悬与浓度调整

将干燥滤膜上的微塑料用超纯水或乙醇超声洗脱（功率300 W，时间5 min），转移至离心管中，通过梯度稀释（如10倍系列稀释）控制颗粒浓度在10³-10⁵个/mL，避免检测时颗粒重叠干扰信号（SPOS检测上限约10⁴个/秒）。

微塑料在海洋

二、SPOS检测步骤：单颗粒光学信号采集

基于SPOS技术“光消减（LE）+光散射（LS）”双信号检测原理，对预处理后的微塑料悬浮液进行逐个颗粒分析，具体流程如下：

1. 仪器校准与参数设置

校准：使用标准聚苯乙烯微球（粒径0.5 μm、10 μm、100 μm）校准仪器，确保粒径测量误差<5%；通过空白对照（超纯水）消除背景噪音。

参数优化：

• 激光光源：波长658 nm（红光），功率5-10 mW，聚焦光斑直径50 μm；

• 流动池流速：0.5-2 mL/min（根据颗粒浓度调整，确保颗粒单通道通过）；

• 信号阈值：光消减信号阈值设为0.1 mV（避免小气泡干扰），光散射信号触发时间>1 μs。

2. 样品进样与信号检测

将重悬后的微塑料悬浮液注入SPOS仪器进样口，样品通过鞘流技术（鞘液为超纯水）聚焦成单颗粒流，流经激光检测区。

双信号采集：

• 光消减（LE）：颗粒阻挡激光导致光强衰减，记录衰减幅度（与粒径正相关），覆盖1.3-400 μm粒径范围；

• 光散射（LS）：颗粒散射激光产生侧向散射光（90°角检测），信号强度与粒径⁶成正比，提升0.5-10 μm小颗粒的检测灵敏度。

  每个颗粒的信号以脉冲波形输出，包含粒径、光强、通过时间等信息，实时存储于仪器数据库。

3. 数据采集与质量控制

采集时长：根据样品浓度调整，通常采集10-30分钟，确保累计检测颗粒数>10⁴个，提高统计代表性。

质量控制：

• 每批样品插入空白样（超纯水）和阳性对照（已知浓度的PE微塑料标准品），空白样颗粒数需<10个/ mL，阳性对照回收率控制在80%-120%；

• 若出现信号重叠（两个颗粒同时通过检测区），仪器自动标记并剔除异常数据。

三、数据分析：粒径分布与微塑料定量

SPOS技术输出原始数据为“颗粒粒径-数量”矩阵，需通过专用软件（如SPOS Analysis 3.0）进行后处理，核心步骤如下：

1. 粒径分布统计

数据筛选：根据微塑料定义（<5 mm），截取0.5-5000 μm粒径范围数据，排除>5 mm的大塑料碎片。

分级统计：按国际标准（ISO 24187）将微塑料分为：大微塑料（1-5 mm）、中微塑料（0.1-1 mm）、小微塑料（0.02-0.1 mm），输出各级别颗粒数量占比。

形态初步分类：通过信号脉冲形状差异，区分纤维状（长径比>3）、碎片状（不规则）、微珠（球形）等形态（需结合显微镜观察验证）。

2. 浓度计算与结果标准化

计算公式：

[C = frac{N times V_{text{稀释}}}{V_{text{检测}} times V_{text{原始}}}]

其中：

( C ) 为微塑料浓度（颗粒数/L或颗粒数/kg）；

( N ) 为仪器检测到的颗粒总数；

( V_{text{稀释}} ) 为样品稀释倍数；

( V_{text{检测}} ) 为仪器进样体积；

( V_{text{原始}} ) 为原始样品体积（水样，L）或质量（土壤/生物样品，kg）。

单位统一：水样以“颗粒数/L”表示，土壤/沉积物以“颗粒数/kg干重”表示，生物样品以“颗粒数/g组织”表示。

3. 干扰排除与聚合物类型辅助验证

干扰排除：通过密度-粒径联合筛选剔除无机颗粒（如黏土矿物，密度>2.0 g/cm³），保留密度<1.6 g/cm³的疑似微塑料颗粒。

聚合物类型验证：SPOS仅提供物理参数（粒径、数量），需结合显微红外光谱（μ-FTIR）或拉曼光谱对代表性颗粒进行化学鉴定（匹配PE、PP、PS等聚合物标准谱库），最终输出“粒径分布+聚合物类型+浓度”的综合结果。

四、流程优势与注意事项

优势：前处理无需复杂化学试剂，保留微塑料原始形态；检测速度快（10⁴个颗粒/秒），适合大批量样品筛查；可同时分析0.5-5000 μm宽范围粒径，覆盖微塑料全尺寸区间。

注意事项：

• 全程使用玻璃/不锈钢器具，避免塑料污染（如离心管、滤膜采用无塑料材质）；

• 高盐溶液需用超纯水彻底冲洗滤膜，避免盐结晶干扰光信号；

• 对<0.5 μm的纳米塑料，需结合SPOS与纳米颗粒跟踪分析技术（NTA）联用检测。

总结

SPOS技术通过“前处理富集-双光学信号检测-粒径定量分析”流程，实现对微塑料的高效筛查，尤其适用于环境水样、土壤中微塑料的快速定量与粒径分布研究。其核心价值在于结合高分辨率单颗粒检测与宽动态粒径范围，为微塑料污染溯源（如工业排放、污水厂尾水）和生态风险评估提供关键数据支撑。