《地下水中微塑料的测定 傅里叶变换显微红外光谱法》

ICS13.060.99

Z16

团体标准

T/CSTM00XXX-202X

地下水中微塑料的测定傅里叶

变换显微红外光谱法

Measurementanddeterminationofmicroplasticsingroundwater—Fourier

transforminfraredmicrospectroscopy

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

T/CSTMXXXXX—202X

地下水中微塑料的测定傅里叶变换显微红外光谱法

1范围

本文件规定了傅里叶变换显微红外光谱法测定地下水中微塑料的术语和定义、样品采集与保存、方

法原理、仪器设备与试剂、测试样品制备、测定步骤、结果分析与计算等。

本文件适用于地下水中尺寸范围在50µm-5mm之间的微塑料的形状、颜色、尺寸、数量和聚合物

种类的测定。

2规范性引用文件

本文件引用了下列标准或其中的条款。凡是不注日期的引用标准，其有效版本适用于本文件。

GB/T8322分子吸收光谱法术语

GB/T32198红外光谱定量分析技术通则

HJ164地下水环境监测技术规范

HJ493水质样品的保存和管理技术规定

HJ494水质采样技术指导

HJ495水质采样方案设计技术指导

DZ/T0308区域地下水质监测网设计规范

DB21/T2751海水中微塑料的测定傅立叶变换显微红外光谱法

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1地下水groundwater

地表以下饱和含水层的重力水。地下水可分为上层滞水、潜水和承压水。

3.2微塑料microplastics

一维尺寸小于5毫米的化工合成高分子材料（化学纤维、塑料、橡胶和涂料等）纤维、碎片和颗粒。

3.3微塑料丰度abundanceofmicroplastics

单位水体积中含有微塑料的数量，个/升。

4方法原理

本文件使用傅里叶变换显微红外光谱仪对地下水中的微塑料进行测定。样品经分离、净化后，水中

的颗粒物被抽滤至滤膜上。首先使用显微镜观察滤膜上颗粒物，观察颗粒物的颜色、大小及形状并进行

记录。然后采用傅里叶变换显微红外光谱仪对滤膜上的颗粒物进行测试分析。根据不同分子结构的聚合

物吸收不同的能量而产生相应的红外吸收光谱的原理，将颗粒物的红外光谱图与标准谱图对比，结合颗

粒物特征谱带的特征吸收峰位置、数目、相对强度和形状（峰宽）等参数，推断颗粒物中存在的基团和

官能团，确定其分子结构，从而确定颗粒物聚合物种类。最后统计微塑料的数量，计算丰度。

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5仪器设备与试剂

5.1傅里叶变换显微红外光谱仪

波数范围4000cm-1~400cm-1，光谱分辨率不低于1cm-1，配有MCT（碲镉汞）检测器以及聚合物

的标准谱图库。

5.2显微镜

光学放大倍数：10-200

5.3样品制备设备

不锈钢滤膜，孔径：5μm和10μm；玻璃纤维滤膜，孔径：0.45μm；玻璃瓶：1000mL；容量瓶：

1000mL；量筒：500mL、1000mL；烧杯：500mL、1000mL；玻璃培养皿；无齿不锈钢镊子；铝箔纸；

采水器：气囊泵、小流量潜水泵、蠕动泵；抽滤装置：包括滤器、支架、抽滤瓶和真空泵；电炉；

加热磁力搅拌器；电热鼓风干燥箱，温度：≤250℃。

5.4试剂及配制方法

超纯水：电阻率应达到18.2MΩ·cm；

七水硫酸亚铁：分析纯AR，FeSO4·7H2O；

双氧水：优级纯GR，30%H2O2；

氯化锌：优级纯GR，ZnCl2；

浓硫酸：优级纯GR，H2SO4；

3

氯化锌（ZnCl2）溶液（ρ=1.50g/cm）：称取1500gZnCl2固体加入1.0L容量瓶中，加超纯水溶解

后定容，充分搅拌溶解，经玻璃纤维滤膜（0.45μm）过滤，收集过滤后的溶液，保存待用；

二价铁溶液（Fe2+溶液）：将3mL浓硫酸沿搅拌棒缓慢的加入到500mL超纯水中，将7.5g

-1

FeSO4·7H2O（278.02g·mol）加入硫酸溶液中，搅匀，经玻璃纤维滤膜（0.45μm）过滤，收集过滤后

的溶液，保存在棕色试剂瓶中，需现用现配。

6样品制备

6.1样品采集

6.1.1基本流程

地下水样品采集的基本流程见图1

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图1地下水采样基本流程图

6.1.2采样器具选择

常用地下水采样器具有气囊泵、小流量潜水泵、蠕动泵等，依据不同的监测目的、实际井深和采样

深度选取合适的采样器具，保证能取到有代表性地下水样品。

6.1.3地下水水位、井水深度测量

6.1.3.1井水深度测量

井水深度可按公式（1）计算：

井水深度（m）＝井底至井口深度–水位面至井口深度（1）

6.1.3.2地下水水位测量

地下水水位测量主要测量静水位埋藏深度和高程；手工法测水位时，用布卷尺、钢卷尺、测绳等测

具测量井口固定点至地下水水面垂直距离，当连续两次静水位测量数值之差在±1cm/10m以内时，测

量合格，否则需要重新测量；有条件的地区，可采用自记水位仪、电测水位仪或地下水多参数自动监测

仪进行水位测量；水位测量结果以m为单位，记至小数点后两位；每次测量水位时，应记录监测井是

否曾抽过水，以及是否受到附近井的抽水影响。

6.1.4洗井

采样前需先洗井，洗井应满足HJ25.2、HJ1019的相关要求。洗井抽出水量在井内水体积的3～5

倍时，可结束洗井。

6.1.5采样方法

6.1.5.1已有管路监测井采样方法

（1）采样器管材及采样井的确认

套管和提水泵材料：碳钢、低碳钢、镀锌钢材和不锈钢。

提水泵类型：采用正压泵（例如潜水泵）。

出水口条件：不能在沉淀罐、水塔等设施之后采样；提水泵排水管上需带有阀门，且距离井位不能

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超过30m。

（2）井孔排水清洗

采样前必须排出井孔中的积水（清洗），所排出的水不少于三倍井孔积水体积。

（3）采样

调整采样阀门使采样管出水流量为0.2L/min～0.5L/min，排水达到水质稳定条件后采样。

6.1.5.2普通监测井采样方法

采样应在洗井后2h内进行，若监测井位于低渗透性地层，洗井后，待新鲜水回补，应尽快于井

底采样。如以原来洗井抽水泵采样，则待洗井完成或水质参数稳定后，在不对井内作任何扰动或改变位

置的情形下，维持原来洗井低流速，直接以样品瓶接取水样。

6.1.5.3深层/大口径监测井采样方法

洗井完成后应尽快进行采样工作，并记录洗井结束时间及开始采样时间。采样时以原洗井的抽水泵

进行采样并维持（或稍微降低）抽水率，直接由采样管以样品瓶接取水样。

样品采集注意事项：

（1）地下水样品一般要采集清澈的水样，如水样浑浊应进一步洗井，保证监测井出水水清砂净；（2）

采样时，要先用采集的水样荡洗采样器与水样容器2、3次；（3）采集水样后，立即将水样容器瓶盖紧、

密封，贴好标签，标签一般包括采样日期和时间、样品编号、监测项目等；每个采样人员应认真填写地

下水采样记录，字迹应端正、清晰；（4）同一监测点（井）应有两人以上进行采样，注意采样安全，采

样过程要相互监护，防止意外事故的发生；（5）对封闭的生产井可在抽水时从泵房出水管放水阀处采样，

采样前应将抽水管中存水放净；（6）对于自喷的泉水，可在涌口处出水水流的中心采样；采集不自喷泉

水时，将停滞在抽水管的水汲出，新水更替之后，再进行采样。

6.2空白样品

6.2.1全程序空白

采样前在实验室将超纯水放入玻璃瓶中密封，将其带到采样现场，与采样的玻璃瓶同时开盖和密封，

之后随样品运回实验室，按与样品相同的操作步骤进行试验，用于检查样品从采集到分析全过程是否受

到污染。每批次至少测定一个全过程空白。

6.2.2实验室空白

将超纯水代替实际样品，按与样品相同的操作步骤进行试验，用于确认前处理和分析过程中是否存

在污染和干扰。每批次至少测定一个实验室空白。

6.3样品保存与运输

水样充满棕色采样瓶，每个水样采集2L-10L，如果水样pH值不在5-7之间，需用氢氧化钠溶液

或盐酸溶液将水样pH值调节至5-7，采样瓶用铝箔纸封口，4℃以下冷藏、避光保存，7天内完成分析。

每20个样品或每批次（≤20个样品/批）至少采集1份平行样品和全程序空白样品。

6.4微塑料的分离和净化

6.4.1初次过滤

将待测水样摇匀，量取适量水样，准确记录样品体积。用不锈钢滤膜（10µm）过滤，抽滤负压不

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得超过40kPa。用超纯水反复冲洗量筒及淋洗滤器内壁6次，冲洗液一并过滤。

6.4.2消解处理

用无齿不锈钢镊子将滤膜转移至500mL烧杯中，加入20mL30%H2O2溶液和10mLFeSO4溶液，

室温条件下反应12h。如有必要，可增加双氧水的用量，并将烧杯置于电炉上加热至50℃，约30min，

加快有机杂质的分解去除。

6.4.3浮选

3

将滤膜及消解后的液体全部转移到浮选装置中，用ZnCl2溶液（ρ=1.50g/cm）反复冲洗烧杯内壁，

3

将冲洗液转移到浮选装置中，超声处理10min。然后加入ZnCl2溶液（ρ=1.50g/cm）到指定液面高度，

静置12h，密度较小的微塑料颗粒就会漂浮于溶液表面。收集上层澄清溶液，进行下一步处理。

6.4.4二次过滤

6.4.3中收集的流出液用不锈钢滤膜（孔径5µm）进行第二次过滤，在过滤过程中，需用超纯水反

复冲洗，尽可能的去除微塑料颗粒表面的ZnCl2盐分。

用无齿不锈钢镊子将滤膜取下放入培养皿中，盖上玻盖，自然风干备用。

注：6.4实验中应特别注意实验室环境污染对实验结果的影响，实验过程中应确保：（1）实验过程

最好在洁净实验室中进行，并要严格按照操作规范开展实验，若中途停止实验，需将容器用铝箔封口；

（2）操作实验过程中应全程穿棉质实验服，避免穿聚酯类实验服；（3）实验中所使用的设备、耗材尽

量不是塑料制品，并且确保烧杯、量筒及浮选装置等在使用前的清洁；（4）由于微塑料样品质轻，操作

实验过程中应全程关闭空调等送风设备，避免人员随意走动，佩戴口罩，样品要轻拿轻放。

7样品测定

7.1微塑料的识别

显微镜下观察滤膜上各类微塑料外观及形态等特征，确保颗粒单分散，并对颗粒的的尺寸、颜色和

形状进行记录，以每个颗粒最长边的长度确定粒径尺寸。

7.2傅里叶变换显微红外光谱测试

7.2.1反射模式显微红外测试

将滤膜上的颗粒转移到金镜上或适合反射的窗片上。将滤膜或窗片移至样品台上，滤膜上的颗粒聚

焦至可以观察到清晰的颗粒，捕获图像；在反射模式下扫描滤膜上的颗粒，得该颗粒的红外光谱图。

7.2.2透射模式显微红外测试

将滤膜上的颗粒转移到溴化钾窗片或其它适合透射的窗片上。移动样品台将窗片移至透镜下，使得

透射光束通过透孔透过滤膜上的颗粒；对聚光器进行对焦至可以观察到清晰的颗粒时，捕获图像。在透

射模式下扫描该颗粒，得该颗粒的红外光谱图。

7.2.3ATR模式显微红外测试

将滤膜放到样品台上，定义测量点。降低晶体进入测量位置，测量背景光谱；然后从控制板选择红

外测量钮。使用遥控杆把样品移至光路中对焦至可以在目镜和显示器上清晰地看到滤膜上的颗粒，在可

见光图像上选取检测点，附件晶体与该颗粒接触，进行红外光谱采集，得该颗粒的红外光谱图。

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8结果分析与计算

8.1聚合物种类的判定

将滤膜上颗粒的红外光谱图与标准谱图联机检索对照，根据匹配度和红外光谱解析结果进行判定分

析。若匹配度≥80%，则认为颗粒物与匹配结果一致。若匹配度＜80%且＞50%，则需进一步分析红外

谱图中特征峰的位置、数量、形状及其相对强度，与不同种类聚合物的红外光谱特征谱带（见附录B）

进行比对，对聚合物进行鉴定，若鉴定结果与匹配结果一致，则匹配结果可信；若不一致，匹配结果无

效，以鉴定结果为准。若匹配度≤50%，对滤膜上的颗粒红外谱图进行解析，以鉴定结果为准。

8.2微塑料数量分析

统计经聚合物种类判定后确认为塑料成分的颗粒数量，将微塑料颜色、大小、形状、聚合物种类和

数量结果记录于附表C.1中表格内。

8.3微塑料丰度计算

按公式（1）计算采水样品微塑料丰度：

(1)

式中：

A——地下水体中微塑料的丰度，单位为个每升（个·L-1）；

N——微塑料的个数，单位为个；

V——过滤地下水的总体积，单位为毫升（L）。

9质量控制

9.1采样质量控制

每批次水样，应至少加采1次全程序空白样，与样品一起送实验室分析。

当全程序空白样中有检出时，应仔细检查原因，以消除现场平行样差异较大、检出空白值偏高的

因素，必要时重新采样。

9.2实验室分析质量控制

9.2.1实验室空白样品

每批水样分析时，应同时测定实验室空白样品，当空白值明显偏高时，应仔细检查原因，以消除空

白值偏高的因素，并重新分析。

9.2.2回收率

根据GB17378.2实验室加标空白法进行测定。加标空白样品的制备方法是将已知聚合物种类和数

量的微塑料颗粒（粒径范围50µm-5mm）加至与测试样品相同体积的超纯水中，按与测试样品相同的

操作步骤进行实验。计算回收率，应在60%~120%之间。

10报告

报告包含但不限于以下内容：

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a)实验环境条件；

b)测定试样：样品名称、来源；

c)仪器设备：

1)设备型号；

2)图像处理软件及处理方法。

d)检测结果：大小、形状、颜色、成分、丰度；

e)其他信息：

1）使用方法标准；

2）检测日期；

3）检测单位及检测人等。

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附录A

（资料性）

地下水中微塑料测定实例

A.1实验内容

地下水中微塑料的测定。

A.2实验分析方法

傅里叶变换显微红外光谱法。

A.3实验步骤

A.3.1仪器设备

傅里叶变换显微红外光谱仪，波数范围：4000cm-1~600cm-1，光谱分辨率：4cm-1，配有MCT（碲

镉汞）检测器以及聚合物的标准谱图库。

A.3.2样品制备

A.3.2.1采样

某监测井采样，样品采集时应控制出水口流速低于1L/min，采集水样50L。采样的同时由专人填

写样品标签、采样记录。

A.3.2.2空白样品

本次实验设置一个空白样品。采样前在实验室将50L超纯水放入玻璃瓶中密封，将其带到采样现

场，与采样的玻璃瓶同时开盖和密封，之后随待测水样运回实验室，按与待测水样相同的操作步骤进行

实验，用于检查样品从采集到分析全部过程是否受到污染。

A.3.2.3样品保存

样品密封送至实验室，室温保存。

A.3.2.4微塑料的分离和净化

A.3.2.4.1初次过滤

取10L待测水样，摇匀，准确记录样品体积。用不锈钢滤膜（10µm）过滤，过滤负压不得超过

40kPa。用超纯水反复冲洗量筒及淋洗滤器内壁6次，冲洗液一并过滤。

将空白样品按照A.3.5，进行与样品相同的分离和净化操作步骤。

A.3.2.4.2消解处理

用无齿不锈钢镊子将滤膜转移至500mL烧杯中，加入20mL30%H2O2溶液和10mLFeSO4溶液，

用铝箔遮盖，观察反应状态5min，以防剧烈反应溢出，然后置于室温条件下反应12h。

A.3.2.4.3浮选

3

将滤膜及消解后的液体全部转移到如图1所示的浮选装置中，用ZnCl2溶液（ρ=1.50g/cm）反复

3

冲洗烧杯内壁，将冲洗液转移到浮选装置中，超声处理10min。然后加入ZnCl2溶液（ρ=1.50g/cm）

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到指定液面高度，静置12h，使微塑料颗粒漂浮于溶液表面。在上部圆筒状过滤器中加入ZnCl2溶液，

并通过导气管往里通气，在压力作用下液体通过导流管从液面以下涌出，把漂浮在溶液表面的微塑料顶

出，收集流出液，进行下一步处理。

A.3.2.4.4二次过滤

A.3.5.3中收集的流出液用不锈钢滤膜（孔径5µm）进行第二次过滤分离，在过滤过程中，需用超

纯水反复冲洗10次。

用无齿不锈钢镊子将滤膜取下放入培养皿中，盖上玻盖，自然风干备用。

A.3.3样品的测定

将不锈钢滤膜置于傅里叶变换显微红外光谱仪样品台上，首先使用低倍显微镜，观察各类微塑料外

观及形态等特征，确保颗粒单分散，并对颗粒的的尺寸、颜色和形状进行记录，以每个颗粒最长边的长

度确定粒径尺寸。

然后，使用傅里叶变换显微红外光谱仪的ATR模式进行测试。将滤膜放到样品台上，定义测量点。

降低晶体进入测量位置，测量背景光谱；然后从控制板选择红外测量钮。使用遥控杆把样品移至光路中

对焦至可以在目镜和显示器上清晰地看到目标样品，在可见光图像上选取检测点，附件晶体与样品接触，

进行红外光谱采集。

A.4结果分析与计算

A.4.1聚合物种类的判定

将滤膜上颗粒的红外光谱图与标准谱图联机检索对照，根据匹配度和红外光谱解析结果进行颗粒聚

合物种类的判定。

图A.1聚丙烯微塑料显微镜照片（a）和红外谱图（b）

图A.1所示的为测试颗粒的显微镜照片（a）和红外谱图（b），将颗粒物的红外光谱图在OMINIC

数据库中进行检索，匹配结果为聚丙烯，匹配度为96.53%，匹配度＞80%，判定此颗粒物为聚丙烯微

塑料。

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图A.2聚乙烯微塑料显微镜照片（a）和红外谱图（b）

图A.2所示的为测试颗粒的显微镜照片（a）和红外谱图（b），将颗粒物的红外光谱图在OMINIC

数据库中进行检索，匹配为低密度聚乙烯，匹配度为66.1%。匹配度＜80%且＞50%，进一步分析红外

谱图中特征峰的位置、数量、形状及其相对强度，与不同种类聚合物的红外光谱特征谱带（见附录B）

进行比对，在1467、725cm-1处具有聚乙烯的特征峰，说明此颗粒为低密度聚乙烯微塑料。

A.4.2微塑料数量分析

在空白样品中未检测到微塑料。

统计水样中确认为塑料成分的颗粒的数量，将微塑料颜色、大小、形状、聚合物种类和数量结果记

录于中表A.1中（参见附表C.1）。

A.4.3微塑料丰度计算

按公式（1）计算采水样品微塑料丰度，将结果记录于表A.1中：

(1)

=2÷10

=0.2个·L-1

式中：

A——地下水体中微塑料的丰度，单位为个每升（个·L-1）；

N——微塑料的个数，单位为个；

V——过滤地下水的总体积，单位为毫升（L）。

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表A.1测试记录表

采样日期：202×年×月×日；分析日期：202×年×月×日；

采样位置：×××监测井；测试环境（温/湿度）：20℃；

仪器型号：BrukerVERTEX70v；测试模式：ATR模式；

测试标准号：T/CSTM00XXX-202X；样品体积V1：10L；

分析者：×××；审核者：×××。

滤膜上的颗粒

样品编号序号

颜色大小形状聚合物种类

11绿色100μm片状PP

12透明80μm颗粒PE

微塑料数量合计N（个）2

微塑料丰度A（个·L-1）0.2

备注空白样品中未检出微塑料

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附录B

（资料性）

常见聚合物的红外谱带位置

不同种类聚合物最强谱带分区见表B.1。

表B.1不同种类聚合物最强谱带分区[1-5]

最强谱带区域/cm-1

序号分类

Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区Ⅳ区Ⅴ区Ⅵ区

聚酯类、聚羧酸类、

11800-1700—————

聚酰亚胺

2聚酰胺类、聚脲—1700-1500————

饱和聚烃类、有极性

3——1500-1300———

基团取代的聚烃类

芳香族聚醚类、聚砜

4类和一些含氯的聚合———1300-1200——

物

脂肪族聚醚类、醇类

5和含硅、含氟的聚合————1200-1000—

物

含有取代苯、不饱和

6双键和一些含氯的聚—————1000-600

合物

常见聚合物红外谱带位置见表B.2。未列入的聚合物红外谱图分析参考附录E中所列参考文献。

表B.2常见聚合物红外谱带位置[1]

谱带位置/cm-1

序号聚合物名称

最强谱带特征谱带

1聚乙烯1470731720

2聚丙烯137613041166998841

3聚苯乙烯76070031003080306030223000

4聚对-甲基苯乙烯815720

5聚甲基丙烯酸甲（乙）酯1730（1725）126812401180（1190）1150

6聚氯乙烯125014201330600-700

7氯化聚乙烯6701266790760

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8聚四氟乙烯1250～1100770638554

9聚三氟氯乙烯119811301285970657

10聚乙烯醇3500～30003000～280014401100

11聚乙酸乙烯酯1740137512401020

12聚1,2-丁二烯9091650993700

13天然橡胶1450835

14氯丁橡胶144016701100820

15聚酰胺1640330030901550

16聚甲醛93590012401100

17聚酯型聚氨酯17351540

18酚醛树脂12403300161015901510815

19双酚-A型环氧树脂125029801604151013001188830

20脲醛树脂1640153012701040655

21聚酰亚胺17251780

22聚对苯二甲酸乙二醇酯1730126511001020730

23聚碳酸酯1240178011901165830

24硝化纤维素128516601075845

25聚醚型聚氨酯1100173016901540

表B.3定性判别方法表

匹配度/%红外光谱解析定性结果

≥80—匹配结果可信

与匹配结果一致匹配结果可信

出现匹配结果中聚合物部分特征谱带，对红外

匹配结果无效，

>50，<80谱图进行解析，对聚合物进行鉴定后确认的聚

与匹配结果不一致以滤膜上的颗粒谱图特征

合物种类

峰鉴定结果为准

以滤膜上的颗粒谱图特征

＜50对红外谱图进行解析，对聚合物进行鉴定后确认聚合物种类

峰鉴定结果为准

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附录C

（资料性）

地下水采样记录表C.1

表C.1地下水采样记录表

采样深

气温现场记录

采样采样度样品

井号经纬度

时间方法水位水温肉眼可性状

（m）（℃）pH

（m）（℃）见物

采样人员：记录人员：

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测试记录表见表C.2

表C.2测试记录表

采样日期：年月日；分析日期：年月日；

采样位置：；测试环境（温/湿度）：；

仪器型号：；测试模式：；

样品编号：；样品体积V1：L；

分析者：；审核者：。

滤膜上的颗粒

样品编号序号

颜色大小形状聚合物种类