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Identifizierung, Quantifizierung und Bestätigung von Mikroplastik in Umweltproben

Mikroplastik gesucht

| Autor/ Redakteur: Michael Sturm und Dr. Katrin Schuhen* / Dr. Ilka Ottleben

Mikroplastik in unserer aquatischen Umwelt ist ein wachsendes Problem. Doch der kleinen Partikel habhaft zu werden, ist nicht trivial – jedoch dringend erforderlich will man Strategien dagegen entwickeln. Noch gibt es keine einheitliche Analysemethode zur Detektion von Mikroplastik in Umweltproben – aber viele Ansätze.

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Abb. 1: Nach wie vor existiert keine einheitliche Analysemethode zur Detektion von Mikroplastik in Umweltproben.
Abb. 1: Nach wie vor existiert keine einheitliche Analysemethode zur Detektion von Mikroplastik in Umweltproben.
(Bild: ©dottedyeti; picoStudio - stock.adobe.com; © www.pelzinger.de)

Eine Plastikverpackung im Meer sieht man und nimmt sie als Umweltverschmutzung wahr. Doch wenn sie im Laufe der Zeit zu kleinen Mikroplastikpartikeln „zerfällt“? Da wird es schon schwieriger. Ein Umweltproblem, sind die Partikel trotzdem – oder gerade deshalb. Das weiß man mittlerweile zwar auch, doch noch immer gibt es keine einheitliche Analysemethode zur Detektion von Mikroplastik in Umweltproben.

Um herauszufinden, wie die Identifizierung von Mikroplastik derzeit durchgeführt wird, haben Renner und seine Mitarbeiter mehr als 170 von Experten begutachtete Forschungsarbeiten durchgearbeitet, die zwischen 2015 und 2017 veröffentlicht wurden [1].

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Demnach erfolgt der Nachweis, die Identifizierung, die Größenbestimmung und die Quantifizierung von Mikroplastik in 79% der untersuchten Fälle durch Visualisierung (mit bloßem Auge oder unter Verwendung eines Mikroskops). Mikroplastikpartikel werden dabei durch ihre unnatürliche Färbung (z.B. hellblau und mehrfarbig) und/oder unnatürliche Form (z.B. Fragmente mit scharfen Kanten, perfekt kugelförmig) identifiziert.

Auch wenn eine Reinigung zur Beseitigung organischer Substanzen durchgeführt wurde, können Mikroplastikpartikel leicht mit anderen kugelförmigen anthropogenen Partikeln verwechselt werden (Flugasche, Partikel in Straßenfarbe, Metalldampf, Fischschuppen, Keramikflocken usw.) [2], [3].

Physikalisch-chemische Methoden können bei der visuellen Detektion und Auswertung helfen. Hierzu gehört das Anfärben von synthetischen Mikroplastikpartikeln um diese von den natürlichen Partikeln abzugrenzen [4], [5], [6]. Das visuelle Zählen mit einem Stereomikroskop oder einem optischen Mikroskop ist zeitaufwändig und fehleranfällig, aber die am weitesten verbreitete Methode zur Quantifizierung von Mikroplastik [7].

Mikroplastik aufspüren: Das Auge allein genügt nicht

Eine visuelle Untersuchung reicht nicht aus, um Mikroplastik zu charakterisieren. Eine physikalisch-chemische Analyse ist im Allgemeinen zuverlässiger [8], [9]. Unter den von Renner et al. beschriebenen Verfahren und Methoden, waren Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FT-IR) und Raman-Spektroskopie, ihre Mikroskopieversionen (μFT-IR oder μRaman) und ihre kürzlich entwickelte bildgebende Version, die am häufigsten angewendeten Techniken zur Identifikation und Zuordnung der Polymerarten innerhalb eines Mikroplastik-Konglomerats (28 bzw. 14% der Studien) [1].

Diese Techniken bieten verfügbare Bibliotheken, die bei der Identifizierung helfen. Die Technik der abgeschwächten Totalreflexion (ATR) wird in der FT-IR bevorzugt. Die Methode ist jedoch nicht auf alle Mikroplastikpartikelgrößen anwendbar [10], [11]. Abgesehen von unterschiedlicher IR-Absorption oder Raman-Streuungseigenschaften werden auch Pyrolyse-Gaschromatographie/Massenspektrometrie (Pyr-GC-MS) oder Thermogravimetrie gekoppelt mit Differential-Scanning-Kalorimetrie zunehmend zur Charakterisierung von Mikroplastik verwendet [12], [13]. Beide Techniken basieren auf der vorläufigen thermischen Zersetzung von Mikroplastik in ihren Monomeren und Additiven. Es gibt eine stetige Weiterentwicklung bekannter Methoden und neue Methoden werden entwickelt, um einfachere Probenanalysen zu ermöglichen und die Nachweisgrenzen weiter nach unten, bis in den Nanobereich, zu verschieben. Tabelle 1 fasst vielversprechende neue Ansätze zusammen.

Den dritten Teil dieser Artikelserie finden Sie hier:

Der fünfte und letzte Teil dieser Artikelserie befasst sich mit der Frage, welche Verfahren und Methoden es derzeit gibt, um Mikroplastik wieder aus dem Wasser zu entfernen. Wo stehen wir, was innovative Verfahren für eine vierte Reinigungsstufe anbelangt? Den Link zu allen Artikeln finden Sie in der Übersicht unten.

Artikelserie: Mikroplastik im Wasser In der Artikelserie des Projektes „Wasser 3.0“ stellt die Forscherin Dr. Katrin Schuhen Erkenntnisse über die Folgen von Mikroplastik im Wasser vor. Auch Strategien zum Nachweis und zur Beseitigung von Plastikpartikeln sind Thema der Artikelserie.

Teil 1: Mikroplastik & Citizen Science: Wenn die Öffentlichkeit die Forschung lenkt

Teil 2: Eine Frage, viele Meinungen: Mikroplastik, was ist das?

Teil 3: Mikroplastikanalytik: Was bin ich, und wenn ja wie viele

Teil 4: Mikroplastik gesucht

Teil 5: Problemklärung – Mikroplastik im Abwasser

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