Verfahren zur Messung von Metall in Mikroplastik entwickelt

280720_titel (Foto: Steffen Niemann / Hereon)

Ein Team aus Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG), der Bundesanstalt für Gewässerkunde und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat ein Verfahren entwickelt, mit dem Metalle in Mikroplastik zuverlässig nachgewiesen werden können.

Über Daten zur Anreicherung von giftigen Metallen in Mikroplastik ist bisher nicht viel veröffentlicht worden, weil es u.a. keine zuverlässigen Verfahren zur Erhebung gab. Denn es ist nicht so einfach, dem so genannten “Trojanischen Pferd”-Effekt auf die Spur zu kommen. Mikroplastik-Partikel bergen nicht nur selbst Schadstoffe, sondern können weitere Schadstoffe aus der Umgebung anreichern und somit als Vehikel fungieren.

„Die Basis für eine zuverlässige wissenschaftliche Beurteilung des Transports von Metallschadstoffen durch Mikroplastik sind validierte Laborverfahren“, erläutert Lars Hildebrandt, Doktorand in der Abteilung Marine Bioanalytische Chemie. „Mit dem neuen Verfahren können nun über 50 verschiedene Metalle in Mikroplastikpartikeln quantifiziert werden.“

Die verschiedenen Materialien sind zwischen mehreren Millimetern (größere Partikel) bis hin zu unter 100 Mikrometer klein. Die Form der Partikel selbst spielt für das neue Verfahren keine Rolle.

Einen ausführlichen Bericht über das Messverfahren und weitere geplante Schritte lesen Sie in der HZG Pressemitteilung:

==> Mikroplastik transportiert metallische Schadstoffe: dem Trojanischen Pferd auf der Spur

Hildebrandt, L., von der Au, M., Zimmermann, T., Reese, A., Ludwig, J., & Pröfrock, D. (2020): A metrologically traceable protocol for the quantification of trace metals in different types of microplastic. PLoS ONE 15(7): e0236120, doi:10.1371/journal.pone.0236120

Abstract:

The presence of microplastic (MP) particles in aquatic environments raised concern about possible enrichment of organic and inorganic pollutants due to their specific surface and chemical properties. In particular the role of metals within this context is still poorly understood. Therefore, the aim of this work was to develop a fully validated acid digestion protocol for metal analysis in different polymers, which is a prerequisite to study such interactions. The proposed digestion protocol was validated using six different certified reference materials in the microplastic size range consisting of polyethylene, polypropylene, acrylonitrile butadiene styrene and polyvinyl chloride. As ICP-MS/MS enabled time-efficient, sensitive and robust analysis of 56 metals in one measurement, the method was suitable to provide mass fractions for a multitude of other elements beside the certified ones (As, Cd, Cr, Hg, Pb, Sb, Sn and Zn). Three different microwaves, different acid mixtures as well as different temperatures in combination with different hold times were tested for optimization purposes. With the exception of Cr in acrylonitrile butadiene styrene, recovery rates obtained using the optimized protocol for all six certified reference materials fell within a range from 95.9% ± 2.7% to 112% ± 7%. Subsequent optimization further enhanced both precision and recoveries ranging from 103% ± 5% to 107 ± 4% (U; k = 2 (n = 3)) for all certified metals (incl. Cr) in acrylonitrile butadiene styrene. The results clearly show the analytical challenges that come along with metal analysis in chemically resistant plastics. Addressing specific analysis tools for different sorption scenarios and processes as well as the underlying kinetics was beyond this study’s scope. However, the future application of the two recommended thoroughly validated total acid digestion protocols as a first step in the direction of harmonization of metal analysis in/on MP will enhance the significance and comparability of the generated data. It will contribute to a better understanding of the role of MP as vector for trace metals in the environment.