作為日益引起關注的新興污染物，微塑料不僅因其自身性質而帶來環境風險，還因其作為其他污染物吸附和傳輸的載體而加劇風險（Kinigopoulou等人，2022；Rafa等人，2024；Wei等人，2023）。微塑料可以吸附多種污染物，如多環芳烴（PAHs）、抗生素、農藥和重金屬。因此，闡明微塑料與共存污染物之間的相互作用機制對于評估其環境歸趨和毒性至關重要。先前的研究初步揭示了物理因素（如顆粒大小（Zhan等人，2016）和比表面積（Hüffer和Hofmann，2016）以及化學性質（如疏水性（Costigan等人，2022；Guo等人，2019）和官能團（Mei等人，2020）對吸附行為的影響，為在分子層面研究微塑料的環境行為奠定了基礎。對于重金屬而言，它們在微塑料表面的吸附主要受微塑料表面性質的控制（Fu等人，2021；Lin等人，2021；Torres等人，2021）。老化的微塑料可以引入官能團（如C=O、OH），通過靜電或配位作用吸附金屬離子（Kim等人，2017；Wang等人，2020）。對于聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）等聚合物，極性和結晶度等內在性質成為主導因素（Liu等人，2021）。例如，由于其極性氯原子，PVC對Cd²⁺的吸附能力高于PE、PP或PS（Guo等人，2020）。此外，PS和PET中的芳香環可以通過陽離子-π相互作用增強金屬吸附（Llorca等人，2020）。與常見的重金屬陽離子（如Cd²⁺和Pb²⁺不同，砷在水環境中通常以氧陰離子（如砷酸鹽）或有機物種（如對苯砷酸）的形式存在，導致不同的相互作用機制。靜電作用在此過程中起著關鍵作用。例如，PE微塑料在海水中會帶正電荷，有利于砷陰離子的吸附（Atugoda等人，2020）。氫鍵（H-bonding）也被發現有助于將As(III)固定在微塑料表面（Dong等人，2019）。然而，盡管對砷和傳統微塑料進行了大量研究，但對不同氟化程度的微塑料與有機砷物種之間相互作用的系統理論理解仍然不足。

全氟化聚合物（如聚四氟乙烯（PTFE）由于其卓越的化學穩定性和環境持久性而被視為高風險微塑料（Alaraby等人，2025；González-Pleiter等人，2020）。然而，僅憑持久性不足以評估其形成復合污染物的潛力。復合污染的環境風險涵蓋多個方面，包括復合體的形成、遷移、轉化和最終生物效應。其中，穩定的相互作用是復合體形成、穩定性和遠距離遷移的基礎（Mo等人，2021；Wu等人，2019）。雖然更強的吸附并不一定意味著更高的最終毒性，但它顯著增加了污染物被帶到原本無法到達區域的可能性，從而擴大了源頭處的暴露風險。因此，理解微塑料與共污染物之間的相互作用至關重要，因為它們是控制復合污染風險鏈的關鍵機制。

微塑料的相互作用性質從根本上取決于其電子結構。材料科學研究證實，完全氟化和部分氟化的聚合物表現出不同的表面性質（Lee等人，2008；Tressaud等人，2007）。例如，由于氫的電負性低于氟，部分氟化的聚合物（如聚偏二氟乙烯（PVDF）比全氟化聚合物具有更高的極性，這顯著影響了它們的潤濕性和吸附特性。此外，沿聚合物鏈的電負性和電正性中心的交替排列產生了局部電荷分離，促進了與其他污染物的靜電相互作用。這在環境科學中提出了一個重要但尚未充分探討的問題：氟化程度如何影響微塑料/污染物之間的相互作用？

雖然傳統的吸附實驗往往無法揭示分子層面的潛在機制，但量子化學計算為闡明這些過程提供了強大的方法（Cortés-Arriagada等人，2023；Liu等人，2022；Tang等人，2023b）。例如，Ortega和Cortés-Arriagada（2024）通過計算表明，As(V)在微塑料表面的吸附穩定性高于As(III)，這是由于靜電作用和分散作用之間的平衡。他們的研究進一步發現，As(III)的吸附對微塑料表面的極性影響較小，從而允許后續吸附持續進行。相反，As(V)的吸附顯著增加了微塑料的負電荷，產生靜電排斥，抑制了后續As(V)的吸附。這些發現突顯了微塑料/吸附劑相互作用的復雜性，并強調了理論計算在闡明機制方面的價值。

本研究使用對苯砷酸（p-ASA）作為模型污染物，這是一種具有內在毒性的有機砷添加劑，能夠降解為高毒性的無機砷和苯胺（Zhu等人，2014）。p-ASA的分子結構包含兩個關鍵官能團：一個芳香環提供范德華（vdW）相互作用，另一個砷酸基團允許靜電和氫鍵相互作用。這些特性使p-ASA成為研究微塑料與芳香族有機砷物種之間相互作用的理想模型化合物。先前的研究表明，微塑料與砷的共存可以改變土壤原生生物群落的組成和結構（Zhu等人，2021），增加植物中的砷積累（Dong等人，2022），破壞植物的抗氧化防御系統（Sun等人，2023），并在動物體內引起肝臟損傷（Zhong等人，2022）。這些發現強調了理解微塑料與p-ASA之間相互作用機制的重要性。為了探討氟化程度對微塑料吸附有機砷的影響，本研究采用量子化學計算方法比較了p-ASA在非氟化（聚乙烯（PE）、部分氟化（PVDF）和全氟化（PTFE）微塑料表面的吸附情況。這些聚合物常用于薄膜、過濾膜和管道涂層，并可能通過環境降解進入環境。它們在農業中的廣泛應用（如PE地膜、PVDF涂層結構）使得與p-ASA共存的可能性很高，后者通過畜牧業和肥料施用進入環境。通過使用短鏈寡聚物來模擬相互作用機制，研究發現了一個值得注意且違反直覺的現象：盡管PTFE的環境持久性更強，但其對p-ASA的吸附能力卻低于部分氟化的PVDF。這一發現表明，在評估復合污染風險時，部分氟化的微塑料可能是一種被低估的高風險材料。