Mikroplastik im Indischen Ozean
Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Hereon wenden erfolgreich eine neu entwickelte Analyse-Methode an
Sie sind zwar winzig, stellen aber ein globales Problem für Mensch und Umwelt dar: Mikroplastikpartikel. Das sind Kunststoffpartikel mit einem Durchmesser zwischen einem Mikrometer und fünf Millimetern. Sie korrekt zu bestimmen, ist wegen der hohen Fehleranfälligkeit und des Zeitaufwands bisheriger Verfahren eine enorme Herausforderung. Die nun stark verbesserte Analyse dieser Partikel erfolgte mit einem neuartigen Verfahren, dem Laser Direct Infrared (LDIR) Chemical Imaging. Es wurde mit einem neuen Probenvorbereitungsprotokoll kombiniert, das mit weniger Arbeitsschritten durch chemische und enzymatische Reaktionen störende Bestandteile der Probe auflöst und in der Abteilung Anorganische Umweltchemie für die Mikroplastikuntersuchung weiter optimiert wurde. Die chemische Charakterisierung der Mikroplastikpartikel geschieht hierbei anhand ihrer Absorption von infrarotem Licht.
Dr. Lars Hildebrandt, einer der beiden Erstautoren, erklärt: „Das Gerät, das einen sogenannten Quantenkaskadenlaser nutzt, stellte im Rahmen dieser Studie seine Vorzüge bei der Analyse von Mikroplastikpartikeln in Umweltproben unter Beweis. Es ist schnell und automatisierbar, was für ein zukünftiges Standardverfahren wichtig ist.“ (Quelle: Hereon Pressemitteilung)
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Hildebrandt, L., El Gareb, F., Zimmermann, T., Klein, O., Kerstan, A., Emeis, K.-C., & Pröfrock, D. (2022): Spatial distribution of microplastics in the tropical Indian Ocean based on laser direct infrared imaging and microwave-assisted matrix digestion. Environmental Pollution, Volume 307, 119547, doi:10.1016/j.envpol.2022.119547
Abstract:
Suspended particulate matter was collected from subsurface (6 m) water along an E-W transect through the tropical Indian Ocean using a specialized inert (plastic free) fractionated filtration system. The samples were subjected to a new microwave-assisted “one-pot” matrix removal (efficiency: 94.3% ± 0.3% (1 SD, n = 3)) and microplastic extraction protocol (recovery: 95% ± 4%). The protocol enables a contamination-minimized digestion and requires only four filtration steps. In comparison, classical sample processing approaches involve up to eight filtration steps until the final analysis. Microplastics were identified and physically characterized by means of a novel quantum cascade laser-based imaging routine.
LDIR imaging facilitates the analysis of up to 1000 particles/fibers (<300 μm) within approximately 1–2 h. In comparison to FTIR and Raman imaging, it can help to circumvent uncertainties, e. g. from subsampling strategies due to long analysis and post-processing times of large datasets. Over 97% of all particles were correctly identified by the automated routine – without spectral reassignments. Moreover, 100% agreement was obtained between ATR-FTIR and LDIR-based analysis regarding particles and fibers >300 μm.
The mean microplastic concentration of the analyzed samples was 50 ± 30 particles/fibers m−3 (1 SD, n = 21). Number concentrations ranged from 8 to 132 particles/fibers m−3 (20–300 μm). The most abundant polymer clusters were acrylates/polyurethane/varnish (49%), polyethylene terephthalate (26%), polypropylene (8%), polyethylene (4%) and ethylene-vinyl acetate (4%). 96% of the microplastic particles had a diameter <100 μm. Though inter-study comparison is difficult, the investigated area exhibits a high contamination with particulate plastics compared to other open ocean regions. A distinct spatial trend was observed with an increasing share of the size class 20–50 μm from east to west.
