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Mikroplastik-Extraktion aus Umweltproben Wie kommt man Mikroplastik am besten auf die Spur?

| Autor / Redakteur: Dr. Kristin Beck / Christian Lüttmann

Sie sind überall: Winzige Plastikpartikel finden sich selbst im Sediment der Tiefsee. Zwar gelingt ihr Nachweis bereits sehr zuverlässig, doch durch die Vielzahl verschiedener Plastiksorten und zugehöriger Analysemethoden ist dies noch immer eine Herausforderung. Ein Wissenschaftlerteam hat deshalb eine Übersicht zu „Best-Practice“-Methoden der Mikroplastik-Analytik erstellt.

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Mikroplastik ist mit dem bloßen Auge nicht immer zu erkennen, mit der richtigen Analytik aber nahezu überall zu finden – vom Sandstrand bis hin zum Tiefsee-Sediment (Sybmolbild).
Mikroplastik ist mit dem bloßen Auge nicht immer zu erkennen, mit der richtigen Analytik aber nahezu überall zu finden – vom Sandstrand bis hin zum Tiefsee-Sediment (Sybmolbild).
(Bild: gemeinfrei, Clay Banks / Unsplash)

Rostock – Ob am Ostseestrand, im Schlamm heimischer Klärwerke oder auf Äckern, im arktischen Eis, in Sahara-Staub oder in Tiefsee-Sedimenten – überall haben Forscher bereits Mikroplastik nachgewiesen. Die Partikel werden nicht in natürlichen Kreisläufen zersetzt, sondern verbleiben permanent in der Umwelt.

Seit das Phänomen vor rund 20 Jahren in den Fokus der Wissenschaft geriet, haben Forscher zahlreiche Methoden zur Probennahme, Extraktion- und Analyse entwickelt und kontinuierlich verbessert. Mikroplastik lässt sich so Jahr für Jahr genauer analysieren, trotz der großen Bandbreite verschiedener Plastikarten.

Das LABORPRAXIS-Dossier Mikroplastik In unserem Dossier „Mikroplastik“ haben wir für Sie weitere Forschungsvorhaben und -erkenntnisse zum Thema Mikroplastik zusammengefasst.

Doch um Auswirkung von Mikroplastik auf verschiedene Ökosysteme vollends zu verstehen, reicht es nicht aus, die einzelnen Teilchen zuverlässig zu erfassen und den verschiedenen Plastikarten zuzuordnen, wie Prof. Matthias Labrenz von der Arbeitsgruppe „Umweltmikrobiologie“ des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) betont: „Die Ergebnisse verschiedener Studien müssen auch vergleichbar sein.“

Ordnung ins Methodenchaos bringen

Verschiedene Mikroplastik-Studien miteinander zu vergleichen, sei bei der Vielfalt der Verfahren aber oft nicht möglich, wie Kristina Enders aus Labrenz‘ Arbeitsgruppe sagt. Dazu komme, dass viele Nachweismethoden so aufwändig sind, dass ein großer, aussagekräftiger Probendurchsatz oft nicht realisierbar ist. „Schließlich suchen wir die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen, wenn wir winzigste Partikel – häufig weit kleiner als ein Millimeter und mitunter durch Biofilme maskiert – unter massenhaft anderen natürlichen Partikeln aufspüren wollen, die sehr unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften haben können“, führt die IOW-Forscherin aus.

Enders setzte sich daher mit einem Team des IOW zum Ziel, für vier gängige Typen von Umweltproben – Wasser, Gewässersedimente, Klärschlamm und Ackerboden – eine umfassende Methodenübersicht und Verfahrensleitlinie in Form eines „Entscheidungsbaumes“ zu entwickeln, die je nach Beschaffenheit der jeweiligen Probe modulare Verfahrensschritte zu einem passenden Workflow verbindet. Das Ergebnis ist in der frei verfügbaren Publikation zu finden (s. Originalpublikation am Ende des Textes).

Best-Practice-Verfahren in der Methodenübersicht

Um diese Übersicht zu erstellen, sichtete das Team eine Vielzahl bereits existierender Methoden zur Mikroplastik-Extraktion, identifizierte „Best Practice“-Verfahren, optimierte einzelne Verfahrensschritte oder ergänzte neue, die zuvor gründlich validiert wurden. „Um in Standardlabors routinemäßig eine Auftrennung von Plastikpartikeln und natürlichen Probenanteilen durchführen zu können, muss die jeweilige Methode schnell, einfach, kostengünstig, effektiv, robust und sicher sein – ein so genanntes Quechers-Verfahren (kurz für Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged, Safe)“, erklärt Enders.

Zudem habe man bei der Erarbeitung der einzelnen Module darauf geachtet, dass sie an unterschiedliche Probengrößen optimal angepasst werden können und sich für Mikroplastikpartikel von 0,01 bis 5 Millimeter Größe eignen.

Der Weg zur standardisierten Mikroplastik-Analytik

„Mit jedem Fortschritt in der Mikroplastik-Forschung hat sich gezeigt, wie komplex und oft unübersichtlich allein schon das Feld der Nachweis-Methodik ist“, sind sich Enders und Labrenz einig. „Mit unserer Übersicht über besonders gute Methoden und dem Entscheidungsbaum wollen wir Mikroplastik-Forschenden weltweit eine Orientierungshilfe geben und die dringend nötige Methoden-Standardisierung vorantreiben. Denn nur, wenn wir die Effizienz unserer Studien deutlich erhöhen und dafür sorgen, dass sie auch wirklich vergleichbar sind, werden wir zu belastbaren Aussagen über die Umweltbelastung durch Mikroplastik und mögliche Lösungsansätze kommen“, fassen die Forscher zusammen.

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Schonendes Trennverfahren für den Mikroplastik-Nachweis aus Sedimenten

Für die Extraktion von Mikroplastik-Partikeln kleiner als 0,5 Millimeter wählten die IOW-Wissenschaftler besonders schonende Verfahren aus.

Neu am IOW entwickelt: Per Dichteseparation kann Mikroplastik (grün leuchtende Punkte) von mineralischem Sediment (blau-violette Schicht) getrennt werden.
Neu am IOW entwickelt: Per Dichteseparation kann Mikroplastik (grün leuchtende Punkte) von mineralischem Sediment (blau-violette Schicht) getrennt werden.
( Bild: IOW / K. Enders )

Manche Methoden wurden auch neu entwickelt, um natürliche organische oder mineralische Probenbestandteile so zu entfernen, dass die synthetischen Plastikteilchen trotz chemischer oder physikalischer Behandlung erhalten und damit nachweisbar bleiben. Ein solch schonendes Auftrennungsverfahren ist die Dichteseparation mittels „Förderschnecke“ in einem mit Schwerelösung gefüllten Scheidetrichter. Es wurde am IOW eigens für Proben mit vielen mineralischen Sedimentpartikeln entwickelt.

Originalpublikation: K. Enders, R. Lenz, J. Ivar do Sul, A. Tagg, M. Labrenz: When every particle matters: A QuEChERS approach to extract microplastics from environmental samples, MethodsX, Volume 7, 2020, 100784; DOI: 10.1016/j.mex.2020.100784

* Dr. K. Beck, Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), 18119 Rostock

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