Advancing Microplastic Analysis in Complex Matrices Towards Harmonization: Insights from an Interlaboratory Study Supporting the Development of a Standardized Extraction Protocol
Diese interlaborative Studie zeigt, dass ein harmonisiertes Extraktionsprotokoll für Mikroplastik in Kompost über verschiedene Analysetechniken hinweg durchführbar und effektiv ist, während sie gleichzeitig identifiziert, dass die Variabilität in der Quantifizierung primär aus Probenahme- und Analysemethoden und nicht aus dem Extraktionsprozess selbst resultiert, wodurch kritische Erkenntnisse für die Entwicklung der ISO-Norm 24899 geliefert werden.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Plastikabfall ist ein beständiger Gast in unserer Umwelt, der sich im Laufe der Zeit in winzige Fragmente zerlegt, die als Mikroplastik bekannt sind. Diese Partikel sind so klein, dass sie sich in Boden, Wasser und sogar im Kompost, den wir zum Anbauen von Nahrung verwenden, verstecken können. Da sie für das bloße Auge unsichtbar sind und in komplexe Materialien wie Erde und verrottendes Laub eingebettet sind, ist es unglaublich schwierig, sie zu finden und zu zählen. Wissenschaftler haben versucht, sich auf eine einzige, zuverlässige Methode zu einigen, um diese Plastikreste aus der Erde zu ziehen, damit sie messen können, wie viel davon vorhanden ist. Ohne eine gemeinsame Methode könnte ein Labor viel Plastik finden, während ein anderes sehr wenig findet, was einen Vergleich der Ergebnisse oder das Verständnis des wahren Ausmaßes des Problems unmöglich macht.
Um dies zu lösen, schlossen sich eine große Gruppe von Forschern aus Universitäten, Regierungsbehörden und privaten Unternehmen aus ganz Europa und den Vereinigten Staaten zusammen. Sie wollten ein spezifisches Rezept für die Extraktion von Mikroplastik aus Kompost testen. Das Ziel war es zu sehen, ob verschiedene Labors, die unterschiedliche Ausrüstungen verwenden, denselben Schritten folgen und ähnliche Antworten erhalten konnten. Sie bereiteten eine spezielle Charge Kompost vor, einen nährstoffreichen Boden aus zersetzendem Pflanzenmaterial, und mischten eine bekannte Menge zweier Arten von Kunststoff unter: ein gängiger flexibler Kunststoff namens Polyethylen niedriger Dichte und ein biologisch abbaubarer Kunststoff, der oft für Verpackungen verwendet wird. Sie verteilten diese Proben an zehn verschiedene Labors mit der Anweisung, exakt dieselben Anweisungen zur Reinigung des Komposts und zur Trennung des Kunststoffs von der Erde zu befolgen.
Der getestete Prozess umfasste drei Hauptphasen. Zuerst brachen sie etwaige Klumpen im Kompost auf und mischten ihn mit Wasser. Als Nächstes verwendeten sie eine chemische Reaktion, ähnlich der Art und Weise, wie Wasserstoffperoxid eine Wunde reinigt, um das organische Pflanzenmaterial aufzulösen, bis nur noch der Kunststoff und die Erde übrig blieben. Schließlich fügten sie eine schwere Salzlösung hinzu, um den Kunststoff an die Oberfläche schwimmen zu lassen, während die schwerere Erde zu Boden sank, sodass man den Kunststoff herausschöpfen konnte. Sobald der Kunststoff isoliert war, nutzte jedes Labor seine eigenen besten Werkzeuge, um die Partikel zu zählen und zu identifizieren, um welche es sich handelte. Einige Labors verwendeten Mikroskope mit speziellen Lasern, um den Kunststoff zu sehen, während andere die Proben erhitzten, um den Kunststoff in Gas zu verwandeln und dessen chemische Signatur zu messen.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Methode gut genug funktionierte, um das Plastik zu finden. Jedes einzelne Labor konnte beide Arten von Kunststoff im Kompost nachweisen. Dies war ein bedeutender Schritt nach vorn und bewies, dass es möglich ist, Mikroplastik mithilfe eines standardisierten Ansatzes aus komplexen, erdähnlichen Materialien zu extrahieren. Die Studie zeigte jedoch auch, dass die Zahlen nicht immer gleich waren. Wenn die Forscher die kleineren Kunststoffpartikel betrachteten, jene unter einer gewissen winzigen Größe, variierten die Zählungen von einem Labor zum anderen erheblich. Einige Labors fanden viel mehr kleine Stücke als andere. Die Untersuchung, warum dies geschah, deutete auf einige Schlüsselprobleme hin. Es stellte sich heraus, dass das Problem nicht der chemische Reinigungsprozess selbst war, sondern vielmehr die Handhabung der Proben vor und nach der Extraktion.
Eine große Quelle für Fehler war schlicht die Art und Weise, wie der Kompost gemischt wurde. Da die Kunststoffpartikel winzig sind und zusammenklumpen oder an der Erde haften können, ist es schwierig, eine perfekt gleichmäßige Probe zu erhalten. Wenn ein Labor eine kleine Portion Kompost nahm, die zufällig mehr Kunststoffklumpen enthielt, war ihre Zählung höher als die eines Labors, das eine Portion mit weniger Klumpen nahm. Ein weiteres Problem entstand, als die Labors versuchten, die Partikel zu zählen. Die kleineren Stücke waren schwieriger genau zu sehen und zu zählen, insbesondere wenn sie zusammenklebten oder hinter anderen Erdpartikeln verborgen waren. Die Studie fand heraus, dass auch die Art und Weise, wie sich der Kunststoff in Wasser im Vergleich zu seinem Verhalten im Kompost verhielt, von Bedeutung war. Beispielsweise neigte eine Art von Kunststoff dazu, zu schwimmen und an den Seiten von Behältern zu haften, was es leicht machte, ihn während des Zählvorgangs zu verlieren.
Trotz dieser Variationen fanden die Forscher ein beruhigendes Muster. Während die Gesamtzahl der Partikel differierte, war die relative Größe der Partikel konsistent. Das bedeutet, wenn ein Labor hauptsächlich große Stücke fand, taten dies auch die anderen. Die Größenverteilung blieb stabil, selbst wenn sich die Gesamtzahl verschob. Dies deutet darauf hin, dass die Methode gut darin ist, das allgemeine Bild dessen zu zeigen, was im Boden enthalten ist, selbst wenn die genaue Zahl schwer festzuzurren ist. Die Studie hob auch hervor, dass die Werkzeuge zur Zählung des Kunststoffs verbessert werden müssen. Einige Labors hatten Schwierigkeiten, die kleinsten Partikel zu sehen, weil das Hintergrundrauschen durch die Erde zu hoch war oder weil die von ihnen verwendeten Filter nicht ideal waren, um die winzigsten Teile aufzuspüren.
Das Team nutzte diese Erkenntnisse, um das Rezept für die zukünftige Verwendung zu verfeinern. Sie erkannten, dass die Zugabe der Chemikalien angepasst werden musste, um die Bildung unerwünschter Kristalle zu verhindern, die den Kunststoff einschließen könnten. Sie entschieden sich auch dafür, dass eine abschließende Spülung mit einer spezifischen Art von Alkohol helfen könnte, den schwimmenden Kunststoff zurückzugewinnen, der verloren ging. Diese kleinen Änderungen, die aus den Fehlern und Herausforderungen des Experiments entstanden, fließen nun in einen neuen internationalen Standard ein. Dieser Standard wird Wissenschaftlern auf der ganzen Welt helfen, die gleiche Sprache zu sprechen, wenn sie über Mikroplastik im Boden sprechen.
Die Studie behauptete nicht, alle Probleme gelöst zu haben. Sie zeigte, dass die Extraktionsmethode zwar machbar ist, der Weg zur perfekten Genauigkeit jedoch noch andauert. Die Variabilität in den Ergebnissen war nicht auf ein Versagen der Chemie zurückzuführen, sondern auf die Schwierigkeit, eine unordentliche, reale Probe wie Kompost zu handhaben. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die Welt für wirklich zuverlässige Zahlen in Zukunft bessere Referenzmaterialien benötigt – standardisierte Proben mit einer bekannten Anzahl von Partikeln –, die als Lineal dienen können, an dem sich alle Labors orientieren können. Bis dahin bietet diese Arbeit ein solides Fundament und beweist, dass wir diese verborgenen Partikel aus der Erde ziehen und beginnen können, das Ausmaß der Kontamination zu verstehen – eine sorgfältig gemessene Schaufel nach der anderen.
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