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GC/MS Plastik in Flaschen: Mikroplastik effizient in Getränken bestimmen

Autor / Redakteur: Guido Deußing* / Dr. Ilka Ottleben

Manchmal sind es die kleinen Dinge, die Großes bewirken: Ein neuartiger Filtertiegel ermöglicht es, geringste Mengen Mikroplastikpartikel in Getränken und Lebensmitteln sicher, zuverlässig und höchst effizient, ohne großen Aufwand in puncto Probenahme und Probenvorbereitung zu bestimmen. Als analytische Basis dient die TED-GC/MS.

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Abb. 1: In Kunststoffflaschen abgefüllte Getränke können regelrechte Sammelbecken für Mikroplastikpartikel sein.
Abb. 1: In Kunststoffflaschen abgefüllte Getränke können regelrechte Sammelbecken für Mikroplastikpartikel sein.
(Bild: ©Gresei - stock.adobe.com_[M]-Kübert)

Wenn die Rede auf Mikroplastik kommt, wird im Allgemeinen von einer Belastung der Umwelt mit primären und sekundären Kunststoffpartikeln kleiner fünf Millimeter bzw. neuerdings gemäß ISO/TC 21960 in der Dimension 1 bis 1.000 µm gesprochen. Diese Vorstellung hat sich inzwischen im kollektiven Gedächtnis eingenistet. Bei primärem Mikroplastik handelt es sich um partikuläre, absichtlich zugesetzte, funktionale Bestandteile in Produkten wie Kosmetika oder Abrasionsmitteln.

Sekundäres Mikroplastik wiederum entsteht, wenn Kunststofferzeugnisse unter Einwirkung äußerer Kräfte, sprich durch Reibung und Verschleiß, sowie durch Sonnenlicht oder infolge von Oxidationsprozessen degradieren und in mikro- und nanoskalige Fragmente zerfallen. Der Verbleib dieser Partikel in Wasser, Böden und Luft ist bisher ebenso unklar wie die Transportmechanismen zwischen diesen Medien. Die Risiken, die von diesen Partikeln ausgehen, werden kontrovers diskutiert. Fest steht jedoch, dass sie mittlerweile überall in der Umwelt zu finden sind. Allein aus Gründen der Vorsorge erweist sich eine Reduktion des Plastikeintrages in die Umwelt als geboten.

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Plastik in Lebensmitteln

Grundsätzlich sei festzuhalten, sagt Professor Andreas Hensel, dass Mikroplastik in die Nahrung gelangen kann. Allerdings fehle es, wie der Präsident des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) im Jahr 2019 zu Protokoll gab, an wissenschaftlichen Hinweisen darauf, dass Mikroplastik in Lebensmitteln ein gesundheitliches Risiko darstelle. Allerdings, allein die Vorstellung mutet nicht nur wenig appetitlich, sondern auch bedenklich an, dass handelsübliche Speisemuscheln Mikroplastikpartikel aus dem Wasser filtern und im Gewebe anreichern, wie Forschende der Universität Bayreuth 2020 herausgefunden haben [1].

Ein Jahr zuvor hatten Kala Senathirajah und Thava Palanisami von der Universität Newcastle in Australien im Rahmen einer Metastudie dargelegt, dass wir Menschen mit der Nahrung geschätzt fünf Gramm Mikroplastik pro Woche in den Körper aufnehmen [2]; diese Zahl wurde kürzlich präzisiert und mit 0,1 bis 5 Gramm angegeben [3]. Demnach nehme man allein mit dem Verzehr von Schalentieren durchschnittlich 182 Partikel pro Woche auf.

In Kunststoffflaschen abgefüllte Getränke fallen noch stärker ins Gewicht, sie erweisen sich als regelrechte Sammelbecken für Mikroplastikpartikel: Indem wir unseren Durst mit einem Schluck aus der Flasche stillen, nehmen wir laut Senathirajah et al. 1.769 Mikroplastik­partikel pro Woche in unseren Körper auf. Unter ferner liefen rangiert in diesem Kontext Bier mit zehn und Salz mit elf Mikroplastikpartikeln pro Woche [3].

Aufklärung in puncto Kontamination von Lebensmitteln und Getränken mit Mikroplastikpartikeln und deren Folgen tut Not.

Klarheit per Routineanalytik

Genau das scheint aber gar nicht so einfach, nicht zuletzt, weil es keine harmonisierte Vorgehensweise gebe, wie bei der Untersuchung vorzugehen ist, beklagen Braun et al. [4]. Zwar sei man dabei, nationale Forschungsansätze zu harmonisieren [5], auch hat sich die internationale Normung mittlerweile gemeinschaftlich in einer Joint Working Group (ISO/TC 147/SC 2/JWG 1) unter Leitung des Deutschen Instituts für Normung (DIN) aufgestellt, Routinemessungen jedoch seien bislang kaum verfügbar, berichtet Dr. Ulrike Braun. Dieser Sachverhalt mag mit ein Grund sein, bemerken die Erstautorin der Studie [4] und Coautor Dr. Claus G. Bannick, warum es so schwerfällt, relevante Quellen und Eintragungswege von Mikroplastik zu identifizieren. Obendrein mangele es an einer umfassenden Routineanalyse von Mikroplastikpartikeln in Lebensmitteln, betonen Braun et al.

Die Forschenden des Umweltbundesamtes (UBA), der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) sowie der Firma Gebrüder Kufferath (GKD) wollen diesen Sachverhalt ändern: Nachdem sich ein Teil der Wissenschaftler bereits zuvor mit der Analyse unterschiedlicher Arten von Mikroplastikpartikeln wie Reifenabrieb beschäftigt haben [5], berichten sie nun im Fachjournal Food Additives & Contaminants: Part A über die Analyse von Mikroplastikpartikeln in Getränken aus Kunststoffflaschen [4].

Wahl des Analyseverfahrens

Die Forschenden setzen bei der Analyse von Mikroplastikpartikeln nicht auf spektroskopische Verfahren wie Raman- oder Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR), anders als es die eingangs erwähnten Bayreuther Forschenden bei der Untersuchung von Speisemuscheln. Zwar lieferten Raman-Spektroskopie und FTIR laut Dr. Ulrike Braun ein Füllhorn an Informationen über die untersuchte Materialprobe, machen aber keine Angaben zur Masse, womit eine sichere Quantifizierung der Belastung unmöglich ist. Beide Techniken erweisen sich zudem in der Anwendung als technisch aufwendig und anspruchsvoll sowie arbeits- und zeitintensiv, insbesondere in puncto Probenvorbereitung. Ein hinreichend hoher Probendurchsatz sei damit nicht zu machen. Der aber sei wünschenswert, insbesondere, wenn eine große Anzahl von Stichproben zu analysieren sei. Weiterer Kritikpunkt sei das geringe Auflösungsvermögen beider spektroskopischer Techniken.

Fokus auf die TED-GC/MS

Braun et al. setzen bei der Analyse von Mikroplastik auf die Thermogravimetrie (TGA), die in der Materialanalytik weit verbreitet ist, gekoppelt an die Gaschromatographie und Massenspektrometrie (GC/MS). Genauer gesagt, handelt es sich bei dem von den Berliner Forschenden verwenden Instrument um ein eigenentwickeltes, inzwischen kommerziell erhältliches, vollständig automatisiertes, integriertes und für den hohen Probendurchsatz taugliches TED-GC/MS-System; TED steht für thermische Extraktion/Desorption. Dessen Arbeitsweise beschreiben die Entwickler wie folgt:

Im TED-GC/MS-System wird die Probe unter inerten Bedingungen pyrolysiert, und die resultierenden flüchtigen polymeren Zersetzungsprodukte werden auf einem Adsorbens (Gerstel-Twister) gesammelt, der sich während des gesamten Pyrolysevorgangs am Ausgang des Thermogravimetrie-Analysators (TGA2, Mettler Toledo) befindet. Nach Abschluss der Pyrolyse wird der Twister automatisiert mittels eines Autosamplers (Gerstel-Multi-Purpose-Sampler, MPS) entnommen und auf die GC/MS-Einheit (GC 7890/MSD 5077B, beide Agilent Technologies) übertragen.

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