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Artikelserie Mikroplastik

Mikroplastikanalytik: Was bin ich, und wenn ja wie viele

| Autor/ Redakteur: M.Sc. Michael Sturm, Dr. Katrin Schuhen* / Dr. Ilka Ottleben

Ein Problem zu mindern, im Optimalfall zu lösen, erfordert es so genau als möglich zu durchschauen. So ist es auch beim Thema Mikroplastik. Doch Detektion, Quantifizierung, Probenvorbereitung und die Wahl der richtigen Analysemethode ist hier alles andere als einfach. Wie steht es also um eine kontinuierliche Mikroplastikanalytik?

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Abb. 1: Ein Problem der Mikroplastik-Analytik liegt in der ernomen Diversität und Komplexität der Mikroplastikmatrix – es gibt schätzungsweise allein rund 2000 verschiedene Polyethylene (PE).
Abb. 1: Ein Problem der Mikroplastik-Analytik liegt in der ernomen Diversität und Komplexität der Mikroplastikmatrix – es gibt schätzungsweise allein rund 2000 verschiedene Polyethylene (PE).
(Bild: ©szrmaks; ©Eno1 - stock.adobe.com_[M]-Kübert)

Mikroplastik: Jeder kann es sehen, wenn es da ist. Doch eine Norm oder Handlungsvorschrift für die Mikroplas­tikanalytik, die eine Methode beschreiben würde, die nachweislich in allen Umweltkompartimenten die Detektion von Mikroplastik ermöglicht, gibt es bislang nicht. Doch auch hier gilt, wie in den beiden vorangegangenen Teilen dieser Artikelserie bereits dargelegt: Wenn viele Menschen über ein Thema sprechen, die Gesellschaft sich für ein Thema interessiert und die Forschung hinterherhinkt, dann werden Forschungsgelder bereitgestellt, um das Problem zu lösen oder die Wissenslücke zu schließen.

Dass Analytiker immer noch nicht die richtige Methodik zur Detektion von Mikroplastik zur Hand haben, liegt daran, dass Mikroplastik ein Vielkunststoffgemisch ist. Es liegt eben nicht nur als ein Polyethylen, Polyamid oder Polyester vor, sondern es sind viele Polyethylene, viele Polyamide und viele Polyester, aus denen sich Mikroplastik zusammensetzt. Schätzungsweise gibt es rund 2000 verschiedene Polyethylene von LDPE, MDPE, HDPE, UHMWPE bis LLDPE und unfassbar viele Verarbeitungsarten und somit unterschiedliche Zusammensetzungen.

Wir reden also von einer komplexen Mikroplastikmatrix, die sich nicht so einfach mit einer Einzel-Polymer­analytik detektieren lässt, die man bereits kennt. Hinzu kommen übliche Probleme, die auftreten, wenn in Umweltsystemen gearbeitet wird und nicht in abgeschlossenen Produktionsanlagen, als da wären: Reproduzierbarkeit bei der Probenentnahme, Aufbereitung und Messung der Proben.

Dem Mikroplastik-Problem auf den Grund gehen: Probennahme

Die Hauptschwierigkeiten bei der Probenahme sind Repräsentativität und Integrität. Erstens sind die Mikroplastikpartikel nicht homogen in der Wassersäule verteilt, sondern hängen von den Mikroplastik-Eigenschaften (Dichte, Form, Größe) und Umgebungsvariablen (Art des Wassers, Ströme, Wellen) ab. Weiterhin kann davon ausgegangen werden, dass die Ergebnisse sehr stark von der Stichprobenmethode abhängig sind und genau darüber besteht kein verfahrenstechnischer Konsens.

Drei Ansätze – Netze, Siebe oder Pumpen – werden häufig verwendet. Die Stichprobenmethoden zur Bestimmung von Mikroplastik in Meeren und Oberflächengewässern sind nahezu identisch. Am gebräuchlichsten ist die Oberflächenprobenahme mit Neuston-Netzen, da große Wasservolumina schnell entnommen werden können [1]. Eine Studie zum Vergleich verschiedener netzbasierter Probenahmegeräte mit unterschiedlichen Maschengrößen, einschließlich Bongo-Netzen (> 500 μm), Manta-Netzen (> 300 μm) und Plankton-Netzen (> 200 und > 400 μm), mit der Filtration von Stichproben (0,45 μm) stellte fest, dass die Mikroplastik-Konzentrationen unter Verwendung von netzbasierten Methoden etwa drei Größenordnungen unter denen lagen, die durch Fil­tration von 1-Liter-Stichproben erhalten wurden [2].

Die Maschengröße stellt somit einen kritischen Punkt dar, der die Mindestgröße und die Anzahl der nachgewiesenen Mikroplastik-Partikel bestimmt. Darüber hinaus umgehen synthetische Fasern und Partikel (wie Nanokunststoffe) mit Abmessungen < 25 μm diese Vorrichtungen leicht [3].

Hier finden Sie den ersten Teil unserer Artikelserie zum Thema Mikroplastik, der sich mit der Frage befasst, wie Citizen Science Einfluss auf die Forschung nehmen kann:

Eine allgemeine Studie unter Verwendung von Netzen unterschiedlicher Größe zeigt, dass die Verwendung von Netzen geringerer Maschengröße die Mikroplastikkonzentrationen im Gewässer/Wasser verringern, gleichzeitig wurde jedoch eine steigende Verstopfungsgefahr durch organische und mineralische Schwebstoffe beobachtet. Es ist von daher notwendig, dass das durch die Netze fließende Wasservolumen reproduzierbar reduziert wird [4] [5]. Die Multiplikation der Anzahl der Proben könnte in diesem Fall eine Lösung zur Erhöhung der Repräsentativität der Proben sein.

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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