Den ökade produktionen av plastprodukter sätter spår i miljön och bra analysmetoder krävs för att förstå omfattning och spridning. Här visas en analysstege för att kvantifiera mikroplastpartiklar med exempel i tre sedimentprover.
Av: Jörgen Hanaeus
Den stora användningen av plastprodukter, t ex för emballering och transport, i kombination med ofullkomlig återvinning, har lett till att en okontrollerad spridning plastpartiklar har uppmärksammats som ett miljöproblem.
Robusta metoder för kvantifiering av mikroplast i olika miljöer är därför önskvärda. Här presenteras en tudelad metod, där µ-FTIR (FourierTransformerad, InfraRöd spektroskopi bedöms fungera väl för mindre partiklar, <1mm, medan ATR (Attenuated Total Reflectance FTIR (direkt reflektion)) passar väl för större partiklar, 1-5 mm. Exemplen gav att i de testade sedimenten återfanns det högsta antalet mikroplastpartiklar i fraktionen 100-500 µm och dominerande material var PET.
Artikeln
Den påtagliga ökningen av plastproduktionen har den senaste dekaden resulterat i funna mikroplastpartiklar på många ställen i miljön; även i levande materia, biota, och också i polernas vatten. Särskilt kan små partiklar, <1mm, nå kroppens inre organ, t ex genom att ansamlas i skaldjur eller annan föda i havet. Det har rapporterats att mikroplastpartiklar mellan 0,5 och 438 µm kan tas upp i kroppens organ eller i blodet.
Förutom mikroplasterna själva kan tillsatsmedel utgöra problem; t ex bisfenol A, ftalater och triclosan.
För att kunna åtgärda dessa problem behövs goda mät-och analysmetoder för att kunna kvantifiera mikroplastpartiklar i olika miljöer och även kunna sortera i plastkategori, då deras miljöstörande påverkan kan vara helt olika.
Flera metoder har provats; ofta inledda med en separerande och koncentrerande fas, t ex siktning, densitetsseparation eller filtrering; ev en kombination av dessa. Därefter följer en identifikation antingen med icke-förstörande metoder som mikroskopi eller spektroskopi, eller förstörande metoder, oftast då pyrolys.
Här presenteras resultat från en flerstegs metod, baserad på en sekventiell kornstorleks- och densitetsseparation följd av µ-FTIR infraröd spektroskopi applicerad på några olika prov från den akvatiska miljön; särskilt med låg föroreningsgrad.
Material och metod
Tre prover från kust- eller flodmynningsområden samlades in. Sandprov från en strand i Skottland (50 g), sediment från en flodsektion i Indien (50 g) och flodbäddsediment från floden Tirane i Albanien (100g). Proven torkades, 40 ºC, och icke-organiskt utrustningsmaterial valdes vid analysarbetet.
Siktning utfördes till fem fraktioner. F1: 1-5 mm, F2: 0,5-1 mm, F3: 100-500 µm, F4: 50-100 µm och F5: 20-50 µm. Därefter ufördes densitetssortering med zinkklorid (1,7 g/cm3, går att återanvända). Parallellt utfördes proceduren även på oförorenade och obehandlade sedimentprov för att se att inte provhanteringen skulle störa. De gav heller inga utslag för mikroplaster.
Proven från Albanien innehöll höga halter organiskt material och förbehandlades därför med en väteperoxidprocess. Processen testades för de sökta plastmaterialen för att kontrollera att de inte var förstörande. En missfärgning var det enda som noterades för de 8 material som användes.
Före FTIR-spektroskopin fördes de separerade partiklarna efter filtrering till förbehandlade pellets av kaliumbromid och fixerades mot pelletsytan med högt tryck, 10-12 ton, under 30 sekunder. Därefter analyserades (de större) partiklarna F1 med ATR-metod i 10 punkter på pelletsytan för våglängder 4000-750 cm -1. För klasserna F2-F5 användes FTIR med mjukvarorna Spectrum och Spectrum IMAGE. Våglängdsområdet 4000-650 cm -1 användes här.
De 8 plastmaterial som söktes var Polyeten, Polypropen, Polyvinylklorid, Polyuretan, Polyetylen Tereftalat, Polystyren, Polyamid och Polymetylmetakrylat.
Resultat
Strandsediment från Skottland: TOC = 0,24 %. Från 50 g prov var klass F3, 100-500 µm, den största viktsfraktionen med 37,5 g, alltså 75 %. Totalt fanns 11 mikroplastpartiklar i provet; av fem olika slag: PE, PP, PU, PET, PA. Minst en partikel fanns i varje klass. Antalsmässigt flest i klass F5 (20-50 µm) (6 st).
Sediment från stillastående flodsel (backwater) i Indien: TOC = 0,06 %. Partikelviktsfördelningen var snarlik den skotska. Totalt fanns 18 mikroplastpartiklar i provet. Antalsmässigt flest i klass F3 (100-500 µm) (6 st).
Flodbottensediment (floden Tirene) från från Albanien: TOC = 1,4 % (vilket ledde till förbehandling med H2O2). Största viktsfraktion var klass F3 med 48 % följd av F4 med 33 %. Totalt återfanns 259 mikroplastpartiklar; flest i klass F4 (76 st) därefter F5 (76 st). Dominerande plasttyper var PE, PET, PU och PE; flest för PET med 115 partiklar.
Efter anrikningen av prov har filtrering utförts. För detta steg har filtermaterialen polykarbonatmembran, cellulosa och aluminiumoxid rapporterats av andra och där har aluminiumoxid och polykarbonat lyckats bäst.
Nämnas ska också att en polymerpartikel kan vara sammansatt av två olika monomerer, vilket ger ett mer komplext IR-spektrum. Även biofilmer kan störa.
Slutsatser
Den mest frekventa mikroplastpartikeln som återfanns i sedimenten vid de tre fältstudierna, nära 50 %, var av PET-material. PE, PP, PA och PU var också vanliga. Det skiljer sig från de flesta oceanstudier där PE eller PA dominerat.
Den använda FTIR-metoden med förbehandling ansågs tämligen robust till rimliga kostnader och måttlig tidsåtgång. För mindre partikelstorlekar, <1mm, kompletterades med Image mode. Noggrannheten bedömdes pålitlig ner till frekvensen ca 10 partiklar/50 g sediment.
Källa: Konenchnaya, Olga1), Schwanen, Christina.1), & Schwarzbauer, Jan.1) (2021): Application of multi-step appproach for comprehensive identification of microplastic particles in diverse sediment samples. Water Science & Technology 83 (3) pp 532-542.
Författarna från:
1) Institute of Geology and Geochemistry of Petroleum and Coal, RWTH Aachen University, Lochnerstrasse 4-20, 52056 Aachen, Germany
