Wenn jedes Teilchen zählt

Mikroplastik-Extraktion: Umfassende Verfahrensleitlinie

Mikroplastik ist ein ernst zu nehmendes und massives Umweltproblem. In nahezu jedem Ökosystem der Welt ist es zu finden. Aber die Identifizierung und Quantifizierung von Partikeln aus verschiedenen Plastiksorten stellt noch immer ein Problem dar. Mit den neuen Analyse-Workflows des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) könnte diese Herausforderung gemeistert werden.

Mikroplastik

A) Skizze des maßgeschneiderten konischen Spiralförderers, der die Extraktionseffizienz von Mikroplastik bei einer Dichtetrennung verbessert. B) Die technische Zeichnung des großen Spiralförderers (ø 35 mm) mit Angaben zu den Abmessungen. | K. Enders, R. Lenz, J. Ivar do Sul, A. Tagg, M. Labrenz: When every particle matters: A QuEChERS approach to extract microplastics from environmental samples. MethodsX 7 (2020), 100784, https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Mikroplastik ist allgegenwärtig – ob am Ostseestrand, im Schlamm heimischer Klärwerke, auf Äckern, im arktischen Eis, im Sahara-Staub oder Tiefsee-Sedimenten. Die Kunststoffpartikel können nicht zersetzt werden und verbleiben dauerhaft im Ökosystem. Seit einigen Jahren arbeiten Forscher schon an der Entwicklung und Verbesserung von Probenahme-, Extraktions- und Analysemethoden, auch um passende Verfahren für die verschiedenen Plastikarten zu haben.

Für die Analyse der Auswirkungen auf die Umwelt durch die Mikroplastik-Verschmutzung brauche es eine Erfassung der kleinsten Teile, die unabhängig von der Beschaffenheit der Probe und der Plastiksorten sei, erklärt Prof. Matthias Labrenz, Leiter der IOW-Arbeitsgruppe „Umweltmikrobiologie“.

Methodenübersicht bei Mikroplastik

Durch die Vielfalt der bisherigen Verfahren sei eine Vergleichbarkeit verschiedener Studienergebnisse kaum möglich, aber überaus wichtig. Viele Nachweismethoden seien zudem zu aufwändig für einen aussagekräftigen Probendurchsatz. „Schließlich suchen wir die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen, wenn wir winzigste Partikel – häufig weit kleiner als 1 Millimeter und mitunter durch Biofilme maskiert – unter massenhaft anderen natürlichen Partikeln aufspüren wollen, die sehr unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften haben können“, beschreibt Kristina Enders die Situation.

Mikroplastik

In einer Pilotstudie von Umweltbundesamt und Medizinischer Universität Wien wurde erstmals Mikroplastik im menschlichen Stuhl entdeckt – und das bei allen der acht internationalen Teilnehmer und Teilnehmerinnen.

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Ziel der Wissenschaftler war es also, für die vier Typen von Umweltproben (Wasser, Gewässersedimente, Klärschlamm, Ackerboden) eine Methodenübersicht und Verfahrensleitlinie zu entwickeln in Form eines Entscheidungsbaumes. Je nachdem, wie die Probe beschaffen ist, werden modulare Verfahrensschritte zu einem passenden Workflow verbunden.

Extraktionsverfahren weiterentwickelt

Die Methode müsse schnell, einfach, kostengünstig, effektiv, robust und sicher sein, also ein QuEChERS-Verfahren (Quick, Easy, Cheap, Effektive, Rugged, Safe). Für die Erarbeitung der einzelnen Module haben die Forscher auf die Anpassung an unterschiedliche Probengrößen geachtet, sodass auch Mikroplastikpartikel mit einer Größe von 0,01 bis 5 Millimeter erfasst werden können.

Auch das Extraktionsverfahren haben die Wissenschaftler weiterentwickelt. So werden natürliche organische oder mineralische Probenbestandteile entfernt und synthetische Plastikteilchen bleiben erhalten und nachweisbar, auch bei chemischer oder physikalischer Behandlung. Ein solch schonendes, am IOW eigens für Proben mit vielen mineralischen Sedimentpartikeln entwickeltes Auftrennungsverfahren ist die Dichteseparation mittels „Förderschnecke“ in einem mit Schwerelösung gefüllten Scheidetrichter.

Durch ihre Methodenübersicht wollen die IOW-Forscher anderen eine Orientierungshilfe bieten und die Methoden-Standardisierung vorantreiben. Dadurch könnten schließlich belastbare Aussagen über die Umweltbelastung durch Mikroplastik und mögliche Lösungsansätze entwickelt werden.

 

Literatur:

K. Enders, R. Lenz, J. Ivar do Sul, A. Tagg, M. Labrenz: When every particle matters: A QuEChERS approach to extract microplastics from environmental samples. MethodsX 7 (2020), 100784; DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.mex.2020.100784.

Quelle: IOW