Kunststoffproben aufbereiten und untersuchen

Metalle in Mikroplastik ­nachweisen und quantifizieren

Ein Forschungsteam hat ein mikrowellen-gestütztes Verfahren für die Untersuchung von Partikeln einiger Kunststofftypen validiert, um mit Hilfe von ICP-MS/MS darin enthaltene Metalle zu bestimmen und zu quantifizieren.

Chemiker Lars Hildebrandt beschäftigt sich im Institut für Küstenforschung mit Mikro- und Nanoplastikpartikeln in der aquatischen und marinen ­Umwelt. © HZG/Steffen Niemann

Über die Anreicherung und den Transport persistenter organischer Schadstoffe durch Mikroplastik gibt es vergleichsweise viele Studien. Doch Daten über die Anreicherung von für die Umwelt giftigen Metallen sind rar. Ein Team aus Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums Geesthacht – Zentrum für Material- und Küstenforschung (HZG), der Bundesanstalt für Gewässerkunde und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat ein mikrowellen-gestütztes validiertes Verfahren vorgestellt, mit dem kleinste Partikel wichtiger Kunststofftypen in Hinblick auf die in ihnen enthaltenen Metalle untersucht werden und so Metalle in Mikroplastik zuverlässig nachgewiesen werden können. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin Plos One veröffentlicht.

Mikroplastik in der Umwelt ist gleich aus zwei Perspektiven betrachtet ein globales Problem: zum einen, weil die Kunststoffpartikel, wie in Laborversuchen gezeigt werden konnte, toxisch sein können, und zum anderen, weil die Partikel als Vehikel für den Schadstofftransport in der Umwelt fungieren können. Letzteres liegt an den chemischen und physikalischen Eigenschaften der kleinen Kunststoffpartikel: Einige Schadstoffe, die man zum Beispiel im Fluss oder im Meerwasser findet, können sich im Kunststoff selbst anreichern; andere sind bereits bei der Herstellung des Kunststoffs in den Partikeln enthalten, so dass diese einen ganzen Cocktail an unterschiedlichsten Stoffen mit sich führen können. Hier sprechen Wissenschaftler vom „Trojanischen-Pferd-Effekt“. Darüber, welche und wie viele umwelttoxikologisch relevante Metalle sich im Kunststoff anreichern, gibt es bislang kaum verlässliche wissenschaftliche Untersuchungen. „Die Basis für eine zuverlässige wissenschaftliche Beurteilung des Transports von Metallschadstoffen durch Mikroplastik sind validierte Laborverfahren“, erläutert Lars Hildebrandt, Erst-Autor der Studie und Doktorand in der HZG-Abteilung Marine Bioanalytische Chemie. „Mit dem neuen Verfahren können nun über 50 verschiedene Metalle in Mikroplastikpartikeln quantifiziert werden.“

Anzeige

Das Forschungsteam hat für die Untersuchungen zertifizierte Kunststoff-Referenzmaterialien im Mikroplastik-Partikelgrößenbereich von bis zu fünf Millimetern verwendet. Die Wissenschaftler haben die Materialien mit verschiedenen Kombinationen starker Säuren behandelt und mithilfe von Mikrowellen erhitzt, bis sich das jeweilige Material vollständig aufgelöst hat. So konnten sie eine geeignete Säuremischung ermitteln, mit der alle untersuchten Materialien zuverlässig aufgelöst werden. Zur Methodenoptimierung der Probenvorbereitung wurden in der Studie drei verschiedene Mikrowellensysteme und verschiedene Säuremischungen unter unterschiedlichen Bedingungen getestet. Die Proben wurden anschließend massenspektrometrisch mit einem ICP-MS/MS-Gerät untersucht.

Zahlreiche Metalle in Mikroplastik bestimmbar
Mit dem beschriebenen Verfahren können in den Mikroplastikpartikeln sowohl die Metalle nachgewiesen werden, die in der Kunststoffproduktion eingesetzt werden, als auch jene, die aus der Umwelt, beispielsweise aus Meerwasser, an die Partikel gebunden werden können. Zum Beispiel wird das Halbmetall Antimon oft als Katalysator für die Produktion von PET eingesetzt und ist dementsprechend im Kunststoff selbst zu finden. Schwermetalle wie Cadmium und Blei, die für viele Organismen giftig sind, können ebenfalls aus der Herstellung enthalten sein, jedoch auch aus der Umwelt an die Oberfläche der Kunststoffpartikel gebunden werden. Der in der Studie vorgestellte Ansatz wurde bereits genutzt, um Metall-markierte Nanoplastikpartikel in einem Testsystem zu verfolgen.

Ausblick
In einem nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler nun gezielt Mikroplastikproben im Elbe-Ästuar und an bestimmten Stellen des Flusses ausbringen. An einem Gestell sollen Behälter ausgebracht werden, die man sich vereinfacht wie spezielle Tee-Eier vorstellen kann. In diesen befindet sich dann das Probe-Material. Zu diesem Forschungsvorhaben erläutert Chemiker Hildebrandt: „Uns interessiert, welche Metalle sich aus dem Wasser an die Oberfläche des Plastiks binden, Wissenschaftler sprechen in diesem Zusammenhang von ‚Sorption‘. Dann werden wir in regelmäßigen Zeitintervallen Proben entnehmen, um mit unserer neuen Methode die Konzentrationen im Plastik zu messen und somit die Anreicherung im Zeitverlauf zu untersuchen“.

Originalpublikation:
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. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236120

Quelle: Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG)

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Umwelt

Flusssedimente wirken als Senke für Mikroplastik

Forscher der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) und der Goethe-Universität Frankfurt haben gemeinsam das Vorkommen von Mikroplastik in der Elbe untersucht. Dazu haben sie das Flusswasser und die Flusssedimente von der mittleren über die untere...

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem LABO Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite