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Tierwelt leidet an Plastikabfällen

Im Rahmen des Workshops lernen die Teilnehmer unter der Anleitung von Dr. Jan. A. van Franeker (Bild 1), die Vögel von außen und innen zu begutachten, um zur Kategorisierung der Tiere deren Alter, Geschlecht und andere wichtige Hinweise aufzunehmen. Nach der Außenbesichtigung wird der Vogel innen untersucht. Für die hier gezeigte Applikation ist der Mageninhalt des Vogels von Interesse. Der Magen eines Eissturmvogels erstreckt sich nahezu über den ganzen Körper, da er ganze Fische zu verdauen hat.

Bild 2: Mageninhalt eines Eissturmvogels: viele Polymerpartikel in unterschiedlichsten Größen und Erscheinungsformen. Diese Untersuchung wird von Dr. van Franeker seit Jahren durchgeführt und statistisch erfasst.

Dieser Magen ist in zwei Mägen unterteilt: Proventriculus und Gizzard. Es findet im großen Proventriculus die Vorverdauung statt und harte Teile werden im Gizzard gemahlen und zur Nahrung gewandelt (Bild 2).

Unter der Verwendung einer ATR-Einheit versteht man eine Oberflächenmessung, die in diesem Fall mit ca. 2 µm in die Oberfläche hinein durchgeführt wird. Die Probe wird hierzu auf ein Messfenster aus Diamant gelegt und mit einem Stempel an dieses Fenster angedrückt. Die gemessenen Infrarotspektren helfen bei der Identifizierung der Polymere – und dies innerhalb von Sekunden! Die Messdauer und Analyse beträgt eine Minute. FTIR-ATR ist deshalb eine geeignete Methode, um größere Probenmengen (zum Beispiel auch für Monitoring-Zwecke) zu messen.

Bild 1: Dr. J. A. van Franeker im Workshop (2014) beim Sezieren eines Jungvogels, dessen Mageninhalt Bild 2 zeigt.

Messergebnisse
Ein großes Problem bei der Analyse von natürlichen Feldproben ist die falsche Analyse. Das ist an einem dünnen Stück Folie erklärt: Das erhaltene Spektrum des Folienstücks wird mit Hilfe einer reinen Polymerbibliothek weiter analysiert. Das Ergebnis der Suche ordnet das Material dem Polyamid (Nylon) zu. Der rein optische Vergleich der Spektrenstruktur wie auch das Suchergebnis in der Bibliothek mit einem Treffer bei 700 (gute Übereinstimmung über 900) zeigen deutlich, dass keine gute Übereinstimmung erzielt wurde.

Erweitert man eine Bibliothek um das Know-how um diese Fremdprobe herum, so wird die Trefferquote besser und verlässlicher. Für eine bessere Analytik werden hier viele zusätzliche Fakten benötigt, zum Beispiel: was frisst der Vogel, welche Konsistenz hat die Magenflüssigkeit, und so weiter.

Bild 7: Analyse einer dünnen Folie mit Infrarotspektroskopie und die Identifizierung mit einer Bibliothek (Fehlergebnis). Nylon ist nicht das Material.

Um das Spektrum, welches Bild 7 zeigt, besser einsortieren zu können, werden noch zwei andere Referenzspektren (Bild 8) benötigt:

1. Fischhaut und 2. Fett des Magens. Kombiniert man hier das Fett des Eissturmvogels mit dem Spektrum von Fischhaut, so erhält man das Spektrum in Bild 7.

Bild 8: Bibliothekssuche eines Infrarotspektrums eines weißen Fragments mit rauer Oberfläche. Hier wird das Polymer Polypropylen korrekt identifiziert. Die zusätzlichen Banden sind Protein und Fett zuzuordnen.

Das zweite Bespiel zeigt ein Fragment mit der Beschreibung „weiß mit rauer Oberfläche.“ Jetzt führt die Bibliothekssuche zu einem korrekten Ergebnis. Polypropylen ist ein Teil des Spektrums. Dazu kommen noch Proteine und kleine Anteile an Fett. Alle drei machen das Spektrum aus. Das Polymer wird mit einer Treffergenauigkeit von 930 von maximal 1000 gefunden.

Diskussion der Messergebnisse
Mit Hilfe der Infrarotspektroskopie lassen sich die Stoffe untersuchen, die sich im Eissturmvogelmagen angereichert haben. Durch die eingesetzte Oberflächenanalyse lassen sich die Materialien in einer Schichtdicke von 2 µm bestimmen. Je nach Werdegang des Partikels weist dieser eine gewisse Rauigkeit auf, in die sich Verdauungsflüssigkeiten festsetzen können.

Bild 6: Dünner Kunststofffilm, der mit der Quest Diamant-Einfach-Reflexionseinheit im FTIR-Spektrometer gemessen wurde.

Aufgrund der fetten Nahrung wird in vielen der Proben Fett gefunden, das sich in den Poren der Oberflächen festsetzt. Würde man diese Proben mit Fettentferner waschen, könnte das Infrarotspektrum der gesäuberten Oberfläche wiederum zu einer höheren Trefferquote führen. Mit diesem Wissen lässt sich ein schnelles Screening der Partikel an ungereinigten Oberflächen durchführen.

Literatur
[1] Fulmar litter EcoQO monitoring in the Netherlands – Update 2012 and 2013, J.A. van Franeker, S. Kühn, E.L. Bravo Rebolledo, A. Meijboom, Report number C122/14, IMARES Wageningen URxc.

Autoren:
Dr. J. A. van Franeker
IMARES Wageningen UR

Albert van Oyen
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