Kunststoffe identifizieren 28.07.2023, 07:00 Uhr

Mit automatisiertem Verfahren Mikroplastik aufspüren

Wie hoch ist die Konzentration von Mikroplastik im Trinkwasser, in Nahrungsmitteln oder Kosmetikartikeln und wie setzen sich die winzigen Teilchen zusammen? Um Mikroplastik zuverlässiger und schneller nachweisen zu können, haben Forschende eine automatisierte Analysemethode entwickelt. Ab sofort steht sie weltweit zur Verfügung.

Mikroplastik auf Fingerspitze

Wie setzen sich die Mikroplastik-Teilchen zusammen? Eine neue Analysemethode liefert nun schnell und zuverlässig Ergebnisse.

Foto: © PantherMedia / plp609

Bei Mikroplastik handelt es sich um winzige Kunststoffpartikel, die laut allgemeiner Definition kleiner als fünf Millimeter sind. Die für das Auge kaum sichtbaren Teilchen werden entweder direkt für industrielle Zwecke hergestellt (primäres Mikroplastik) oder entstehen durch Abrieb, Verwitterung oder Zersetzung von Kunststoffen (sekundäres Mikroplastik).

Die mikroskopisch winzigen Partikel gefährden heute Mensch und Ökosysteme und stellen ein erstzunehmendes Umweltproblem dar. Denn gelangt Mikroplastik erst einmal in die Natur, verbreitet es sich schnell über verschiedene Stoffkreisläufe und ist kaum wieder zu entfernen. Laut Berechnungen des Fraunhofer-Instituts werden in Deutschland jährlich pro Kopf vier Kilogramm Mikroplastik in die Umwelt freigesetzt. Über die Nahrungsaufnahme von Meerestieren oder pflanzlichen Produkten gelangt Mikroplastik schließlich auch in den menschlichen Organismus.

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Inzwischen ist davon auszugehen, dass sich die winzigen Kunststoffteilchen in allen Bereichen der Umwelt befinden: In Nahrungsmitteln, in der Luft und im Trinkwasser. Doch bisher ließ sich die genaue Konzentration von Mikroplastik in verschiedenen Proben nur schwer nachweisen. Das ändert nun ein neues Messverfahren. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben eine automatisierte Analysemethode entwickelt, mit der sich die kleinen Teilchen identifizieren und quantifizieren lassen.

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Lichtstreuung ermöglicht Identifizierung von Mikroplastik

Die Untersuchung von Mikroplastik war bisher mit gewissen Hürden verbunden. Oft sind die winzigen Kunststoffteilchen nur in geringer Konzentration vorhanden und noch dazu mit anderen Stoffen vermischt. Um herauszufinden, ob eine Probe Mikroplastik enthält, wurden diese bislang immer erhitzt und die Zersetzungsprodukte untersucht. Das Problem bei dieser Methode: Die Größe, Anzahl und Form der Plastikpartikel können auf diese Weise nicht festgestellt werden.

„Unser Ansatz ist grundlegend anders“, erklärt Dr. Natalia Ivleva vom Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie der TUM. „Wir arbeiten partikelbasiert, das heißt, wir zerstören die Teilchen nicht, sondern untersuchen sie direkt.“ Die Forschenden setzen hierfür die sogenannte Raman-Mikrospektroskopie ein. Das Verfahren nutzt die Wechselwirkung von Licht mit Materie und erlaubt damit Einblicke in den molekularen Aufbau und die Eigenschaften eines Materials. Anhand der Lichtstreuung lassen sich somit Rückschlüsse auf die Substanz ziehen.

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Automatisiertes Verfahren spart Zeit

Ein großer Vorteil des neuen Analyseverfahrens ist, dass die Untersuchung der Proben nur noch wenige Stunden in Anspruch nimmt und keine Wochen mehr dauert. Denn mittlerweile ist das Verfahren automatisiert und erfolgt mithilfe einer eigens entwickelten Software. Das spart wiederum wertvolle Zeit.

Für das Nachweisverfahren müssen die winzigen Partikel zunächst aus einer wässrigen Probe herausgefiltert und unter das Raman-Mikrospektroskop gelegt werden. Ab hier übernimmt die Software. Im ersten Schritt werden dabei die Kunststoffteilchen lichtmikroskopisch lokalisiert, fotografiert und vermessen. Im zweiten Schritt kommt das Laserlicht zum Einsatz und ermöglicht so die schnelle und zuverlässige Auswertung der Größe, Anzahl und Form sowie Zusammensetzung der Plastikpartikel.

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Methode liefert neue Informationen zu Mikroplastik

Noch kleiner und damit noch schwieriger zu identifizieren als Mikroplastik ist Nanoplastik. Die winzigen Kunststoffteilchen, die, je nach verwendeter Definition, kleiner als ein Mikrometer beziehungsweise kleiner als 100 Nanometer sind, verlangen ein besonderes Nachweisverfahren.
„Solche Nanoteilchen sind unter einem Lichtmikroskop nur schwer oder gar nicht zu detektieren. Um die Partikel nachweisen zu können, müssen wir sie zuerst nach Größe fraktionieren und dann identifizieren“, sagt Ivleva. Dafür arbeitet das Team der Technischen Universität München bereits an einem modifizierten Verfahren. Um die winzigen Teilchen auch hier trennen zu können, verwenden die Forschenden die sogenannte Feldflussfraktionierung. Der anschließende Einsatz der Raman-Mikrospektroskopie erlaubt schließlich die genauere Bestimmung der Nanopartikel.

„Die neuen Analyseverfahren ermöglichen eine schnelle und genaue Untersuchung der Konzentration, Größe und Zusammensetzung von Mikro- und Nanoplastik“, resümiert Ivleva. „Damit wird es künftig möglich sein, auch den Einfluss dieser Partikel auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu erforschen.“ Die Software „TUM-Particle Typer2“ ist Open Source basiert und kann ab sofort von Forschenden auf der ganzen Welt genutzt werden.

 

Weitere Informationen zu Mikro- und Nanoplastik:

Ein Beitrag von:

  • Ines Klawonn

    Ines Klawonn

    Ines Klawonn hat als Redakteurin bei einem auf Energiekommunikation spezialisierten Medienunternehmen gearbeitet. Mittlerweile ist sie selbstständige Journalistin und gehört zum Team von Content Qualitäten. Ihre Themenschwerpunkte sind Gesundheit, Energie und Technik.

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