《Environmental Research》：Magnetic association of microplastics in urban road dust: Size distribution and ecological risk
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微塑料污染在维也纳七个城市道路灰尘中的分布、磁分离特性及污染负荷研究显示，细颗粒（<0.05mm）磁分离占比达100%，且磁分离组分中MPs浓度是非磁组分的7倍峰值达3500粒/g。粒径与磁性质共同影响MPs污染分布，环境因素与交通量对污染格局具有协同调控作用。
西尔维娅·迪特洛夫（Sylwia Dyt?ow）|玛格戈扎塔·基达（Ma?gorzata Kida）|萨宾娜·齐姆博维奇（Sabina Ziembowicz）
波兰科学院地球物理研究所，Ksi?cia Janusza 64号，01-452华沙，波兰
摘要
城市道路灰尘是微塑料（MPs）和人为产生的磁性颗粒的复杂储存库，反映了多种排放源和环境过程。本研究调查了从维也纳七个城市地点收集的道路灰尘中微塑料的分布、磁性质和聚合物组成，重点关注了不同粒径范围（0.2–0.1毫米、0.1–0.05毫米和<0.05毫米）以及磁分离方法。通过测量磁化率（χ）、频率依赖性磁化率（χfd%）、非饱和剩磁（χARM）和磁滞参数来表征磁性矿物，同时根据聚合物类型对微塑料进行定量和鉴定。最细的颗粒部分具有强磁性，富含超顺磁性和铁磁性颗粒，而中等和粗颗粒部分则同时含有磁性和非磁性成分。磁性颗粒部分的微塑料含量是非磁性颗粒部分的七倍，其中最高浓度达到3500个颗粒/克。主要的微塑料类型是聚氨酯、聚氯乙烯和聚乙烯；在0.05毫米粒径范围内，所有颗粒均为磁性颗粒，没有非磁性物质。桑基图（Sankey diagrams）显示了不同粒径和磁性亚组分之间聚合物的清晰流动模式。微塑料污染负荷指数表明，磁性颗粒在整体污染中占主导地位，尤其是在较粗的颗粒中，而非磁性颗粒主要影响中等粒径的颗粒。层次聚类分析揭示了微塑料、磁参数和交通强度之间的共变关系，表明局部环境因素对微塑料的分布有影响，超出了单纯交通负荷的作用。这些发现强调了结合粒度和磁分离方法追踪城市灰尘中微塑料的实用性，为了解微塑料的来源、分布及其对城市生态系统的潜在风险提供了见解。
引言
全球许多地区的塑料废物管理仍然不足，导致废弃塑料持续泄漏到环境中（Blettler等人，2026年）。尽管存在潜在影响，但针对每年释放的2200万至3900万吨中微塑料、大微塑料和微塑料的措施仍然很少（《全球塑料展望》，2022年）。预测显示，到2030年，全球塑料排放量可能达到约5300万吨/年（Borrelle等人，2020年）。
最近，雨水中的微塑料问题成为了一个重要的环境问题。城市道路灰尘被认为是雨水径流中微塑料污染的主要来源。Cho等人（2023年）报告称，在韩国汉川河的雨水径流中，99%的微塑料来自道路灰尘，且大部分微塑料在径流的早期阶段（前40%）就被携带。类似地，包括污水溢流在内的雨水径流每年估计向波罗的海排放了62%的微塑料（Schernewski等人，2021年）。这些研究表明，道路灰尘是微塑料进入水生生态系统的重要途径。
尽管微塑料已被认为是新兴的环境污染物，但其在城市道路灰尘中的存在和行为仍研究不足，特别是在其环境归趋、相互作用及其对人类健康的影响方面（Li等人，2023年）。由于微塑料体积小、密度低且表面积与体积比大，它们容易进入空气中，附着在皮肤上或被摄入和吸入，从而增加了人类暴露的风险（Abbasi等人，2019年；Dehghani等人，2017年）。此外，微塑料并非化学惰性物质；它们通常含有各种化学添加剂，如增塑剂（例如邻苯二甲酸酯）、稳定剂、阻燃剂和着色剂。此外，微塑料还可以吸附环境中的有毒物质，如重金属和持久性有机污染物，从而增加毒理学风险。因此，由于微塑料及其相关化学负担的存在，道路灰尘成为了一个复杂且尚未充分了解的暴露途径，需要进一步研究。
道路灰尘主要由土壤来源的矿物组成，约占其含量的60%。石英约占40%–50%，其余部分包括长石、微斜长石、绿泥石和白云母等粘土形成矿物，反映了当地土壤的影响。有机物质（主要来自植物）约占2%。剩余的30%由潜在有害污染物组成，包括刹车和轮胎磨损产生的颗粒、燃烧副产物以及与沥青表面相关的飞灰（Gunawardana等人，2012年）。
限制微塑料进入环境需要识别和调控其来源。城市道路灰尘是微塑料及其相关化学添加剂的主要储存库和传播媒介（Monira等人，2022年；Morioka等人，2023年；Pramanik等人，2020年；Vogelsang等人，2019年）。这种复杂的混合物由有机和无机物质组成（Abbasi等人，2018年，2019年）。道路灰尘中的微塑料主要有四个来源：路边塑料碎片的降解产物、轮胎磨损颗粒（TWPs）、掺入沥青中的聚合物以及道路标线中的弹性体成分（Myszka等人，2023年）。道路灰尘中的微塑料污染水平存在显著的空间差异。例如，Dyt?ow等人（2025年）在波兰华沙观察到最高的微塑料浓度，达到68,524个颗粒/克，其中大部分（51,660个颗粒）位于最细的颗粒部分（小于0.2毫米）。O’Brien等人（2021年）报告称，澳大利亚布里斯班等城市中心的微塑料浓度高达6毫克/克，远高于农村地区。在日本，Kitahara和Nakata（2020年）报告称熊本、冲绳和东京的微塑料含量分别为96 ± 85个颗粒/千克（干重）、68 ± 77个颗粒/千克和230 ± 50个颗粒/千克。轮胎磨损被认为是主要的次要来源，丹麦研究人员估计这一过程每年释放4200–6600吨微塑料（Lassen等人，2015年）。
可以根据微塑料的磁性质对其进行分类，从而利用磁分离技术进行分选和分析。使用手持式磁分离器，可以从大量灰尘样本中有效提取具有强磁性的颗粒（通常是铁磁性的或强顺磁性的颗粒）。这些颗粒会被吸引到磁场强度较高的区域，并物理地保留在磁体表面。在此过程中，较小的非磁性或弱磁性颗粒通常会附着在较大的磁性颗粒表面。这种附着可能是由于物理捕获、表面粗糙度或静电作用，导致复杂的颗粒聚集体共同被提取。这些磁性富集的组分不仅可以携带金属颗粒，还可以携带附着在磁性基底上的细颗粒污染物（Grbic等人，2019年；Ren等人，2022年）。磁分离技术也应用于工业颗粒物；例如，从煤灰中分离出的磁性组分含有特定的矿物相，并表现出不同程度的重金属可溶性（Lu等人，2009年）。
尽管关于城市环境中微塑料的研究越来越多，磁分离方法在矿物和工业颗粒分析中的应用也越来越广泛，但微塑料与道路灰尘中的磁性组分之间的关联仍不甚清楚。因此，本研究的目标如下：
研究微塑料在道路灰尘中的“磁隔离”现象，即微塑料在磁性异质聚集体中的物理结合情况，并确定它们在不同粒径类别中主要与磁性组分还是非磁性组分相关。
评估钕磁分离作为城市环境中微塑料污染诊断工具的有效性。
分析粒径分布对微塑料积累和磁性质的影响。
使用微塑料污染因子（MCF）和微塑料污染负荷指数（MPLI）量化环境风险，重点比较磁性样品和整体样品之间的风险水平。
这项研究的意义在于城市道路灰尘的双重威胁：作为可吸入空气颗粒的来源以及进入水生系统地表径流的主要污染物。必须找到在这种复杂混合物中分离微塑料的方法，以保护城市环境和公共健康。本研究的新颖之处在于将道路灰尘分为强磁性和弱磁性亚组分，并评估不同磁性质对微塑料分离效果的影响。这种方法有助于检测微塑料的磁隔离现象，提供了关于污染物分布如何依赖于粒径以及基于磁性的环境修复潜力的新技术视角。
研究区域
研究区域
采样在奥地利维也纳（415平方公里）进行，这里是该国的主要行政和文化中心。截至2024年1月1日，该市人口约为2,005,760人，人口密度为每平方公里4000人（Stadt Wien，2025年）。维也纳具有密集的城市结构，拥有广泛的交通基础设施，包括主要道路和高速公路，以及众多绿地和森林公园。当地气候为温带海洋性气候（K?ppen-Geiger分类）。
样品的粒径分析
如图S3所示，不同采样点（V1–V7）中道路灰尘样本中各粒径范围的相对贡献差异显著，反映了当地条件和潜在排放源的差异。最粗的颗粒部分（0.2–0.1毫米）在大多数地点占总样本质量的最大份额，尤其是在V4地点占比高达71.32%。这一结果表明机械分解有限，或者较大的碎片来源较为普遍。
讨论
在所有采样点，对三种粒径范围内的磁性矿物进行了分析（图S4和表S2）。结果显示，从较粗和中等粒径部分的变量磁性质到最细颗粒部分中强磁性颗粒的均匀主导，存在明显转变。在希腊塞萨洛尼基（Bourliva等人，2016年），强磁性颗粒占道路灰尘的2.2%–14.7%，而非磁性颗粒占...
结论
- 在所有调查地点以及检测到微塑料的每个粒径范围内，磁性亚组分中的微塑料浓度显著高于非磁性残留物。这证实了磁性颗粒是城市环境中微塑料污染的主要传输介质。
- 在最细的粒径范围内（小于0.05毫米），微塑料与磁性组分的关联最为密切，磁性成分占比达到100%。换句话说，在这个范围内...
CRediT作者贡献声明
萨宾娜·齐姆博维奇（Sabina Ziembowicz）： 数据整理。
玛格戈扎塔·基达（Ma?gorzata Kida）： 初稿撰写、方法论设计、研究实施、数据整理。
西尔维娅·迪特洛夫（Sylwia Dyt?ow）： 初稿撰写与编辑、可视化处理、验证、监督、软件使用、资源管理、项目协调、方法论设计、研究实施、资金申请、正式数据分析、数据整理、概念构思。
资助
本研究完全由波兰国家科学中心资助，资助编号为2021/43/D/ST10/00996。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究完全由波兰国家科学中心资助，资助编号为2021/43/D/ST10/00996。为了实现开放获取，作者已将本研究的任何已接受的手稿版本授予CC-BY公共版权许可。本研究得到了波兰教育和科学部对波兰科学院地球物理研究所的支持。我们还感谢EPOS-PL项目（编号POIR.04.02.00-14.A003）的支持。
