Beitrag von Lars Hildebrandt, Abteilung Marine Bioanalytische Chemie
Wenngleich es sich bei Mikroplastik (1 µm bis 5 mm große Kunststoffteilchen) um einen überall in der Umwelt und auch in Lebensmitteln nachweisbaren Kontaminanten handelt, ist die Datenlage bislang qualitativ und quantitativ unzureichend.
Es mangelt an standardisierten, zuverlässigen und schnellen Nachweisverfahren. Dies schränkt die Vergleichbarkeit der verschiedenen Studien massiv ein. In den USA und in Europa kommen Bestrebungen von gesetzgebender Seite auf, die Mikroplastikkonzentrationen im Trinkwasser und auch anderen Produkten zu überwachen. Gerade hierzu bedarf es geeigneter Nachweisverfahren.
In der Abteilung „Marine Bioanalytische Chemie“ arbeiten wir gemeinsam mit Agilent Technologies an der Testung, Anwendung und Weiterentwicklung eines hoch innovativen Verfahrens zum schnellen und automatisierbaren Nachweis von Mikroplastik. Der neue Ansatz beruht auf einem besonderen Laser, einem sogenannten „Quantenkaskadenlaser“, sowie einer speziellen Software-Lösung. Das Verfahren wurde schon auf Wasserproben aus der Elbe-Mündung und dem Indischen Ozean angewandt. Bislang fanden wir im Indischen Ozean bis zu 230 Mikroplastik-Partikel pro Kubikmeter und in der Mündung der Elbe sogar bis zu 16.000 Partikel pro Kubikmeter. Erste Ergebnisse zum Probensatz aus dem Indischen Ozean wurden in einer „Application Note“ zusammen mit Agilent Technologies veröffentlicht.
Hildebrandt, L., El Gareb, F., Zimmermann, T., Klein, O., Emeis, K.-C., Proefrock, D., & Kerstan, A. (2020): Fast, Automated Microplastics Analysis Using Laser Direct Chemical Imaging. Application Note, Agilent Technologies, https://www.agilent.com/cs/library/applications/application-marine-microplastics-8700-ldir-5994-2421en-agilent.pdf
Introduction:
It is estimated that more than 75% of the 8.3 billion metric tons of plastic produced over the last 65 years have turned into waste (1). Up to 13 million metric tons of this waste ends up in the ocean every year (2) and recent calculations estimate that more than 5.25 trillion plastic particles float in the world’s oceans (3). Scientists have demonstrated the alarming environmental ubiquity and persistence of particulate plastic in aquatic ecosystems (4). Models predict that approximately 14% of the plastic debris in the ocean surface layer can be classified as so-called microplastics (often referred to as particles between 1 µm and 5 mm in size) (5). These ingestible and potentially harmful particles have been formed by UV-induced, mechanical, or biological degradation of larger debris items (6). To verify the estimates and to meet upcoming regulatory measures (e.g., California Senate Bill 1422) and directives (MSFD, 2008/56/EC), accurate, time-efficient, and robust analytical workflows and techniques are required.
Suitable techniques should determine the size, shape and polymer type of microplastic particles and provide fast quantification of each type. At the time of writing, a lack of harmonization and standard operation procedures (SOPs) has led many studies to rely on either visual identification, or manual Fourier Transform Infrared (FTIR) or Raman-based analysis of suspected particles. These techniques are very time-consuming and may be prone to operator bias. In this work, we present an innovative microplastics analysis workflow using laser direct infrared imaging.
(Photo: HZG)