Advancing Microplastic Analysis in Complex Matrices Towards Harmonization: Insights from an Interlaboratory Study Supporting the Development of a Standardized Extraction Protocol
この試験室間共同研究は、堆肥中のマイクロプラスチックに対する調和された抽出プロトコルが多様な分析手法にわたって実現可能かつ効果的であることを実証すると同時に、定量における変動は抽出プロセス自体ではなく主にサンプリングおよび分析手法に起因することを特定しており、それによってISO 24899の開発に向けた極めて重要な知見を提供している。
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プラスチック廃棄物は、私たちの環境における根強い客であり、時間の経過とともにマイクロプラスチックとして知られる微細な断片へと分解されます。これらの粒子は非常に小さいため、土壌や水、さらには食べ物を育てるために使う堆肥の中にも隠れてしまうことがあります。これらは肉眼では見えず、土や朽ちた葉のような複雑な物質の中に混ざり込んでいるため、それらを見つけ出し、数を数えることは非常に困難です。科学者たちは、土の中からこれらのプラスチックの破片を取り出し、それがどれくらい存在するのかを測定するための、信頼できる単一の方法に合意しようと試みてきました。共通の方法がなければ、ある研究所ではプラスチックが多く見つかり、別の研究所では非常に少なく見つかるといったことが起こり、結果を比較したり、問題の真の規模を理解したりすることが不可能になります。
これを解決するために、欧州および米国の大学、政府機関、民間企業からなる大規模な研究グループが力を合わせました。彼らは、コンポスト（堆肥）からマイクロプラスチックを抽出するための特定のレシピをテストしたいと考えました。その目的は、異なる装置を使用している異なる研究所が、同じ手順に従って同様の答えを得ることができるかどうかを確認することでした。彼らは、植物の分解物から作られた栄養豊富な土壌である、特別なコンポストのバッチを用意し、そこに既知の量の2種類のプラスチック、すなわち一般的な柔軟性のあるプラスチックである低密度ポリエチレンと、包装によく使われる生分解性プラスチックを混ぜ合わせました。彼らは10の研究所にこれらのサンプルを配布し、各チームにコンポストの洗浄とプラスチックの分離を行うための正確な指示に従うよう求めました。
テストされたプロセスは、主に3つの段階で構成されていました。まず、コンポストの塊を砕き、水と混ぜ合わせます。次に、傷口を消毒する過酸化水素のような化学反応を用い、プラスチックと土だけが残るまで有機的な植物物質を溶解させます。最後に、重い塩水溶液を加えてプラスチックを浮かせ、重い土を沈ませることで、プラスチックをすくい取れるようにしました。プラスチックを単離した後、各研究所はそれぞれの最適な道具を使用して、粒子を数え、それが何であるかを特定しました。マイクロスコープに特殊なレーザーを用いてプラスチックを観察した研究所もあれば、サンプルを加熱してプラスチックをガスに変え、その化学的シグネチャーを測定した研究所もありました。
結果は、この方法がプラスチックを見つけるのに十分機能していることを示しました。すべての研究所が、コンポストの中から両方のタイプのプラスチックを検出することに成功しました。これは、標準化されたアプローチを用いることで、複雑な土壌のような物質からマイクロプラスチックを取り出すことが可能であることを証明する、大きな前進でした。しかし、この研究は、数値が常に同じであったわけではないことも明らかにしました。研究者たちがより小さなプラスチック粒子、つまりある一定の極小サイズ以下の粒子を見たとき、カウント数は研究所によって大きく異なっていました。多くの小さな破片を見つけた研究所もあれば、非常に少なかった研究所もありました。なぜこのようなことが起こったのかという調査により、いくつかの主要な問題が判明しました。問題は化学的な洗浄プロセス自体ではなく、抽出の前後のサンプルの取り扱い方にあったことが分かったのです。
一つの大きな誤差の原因は、単純にコンポストの混合方法でした。プラスチック粒子は非常に小さいため、互いに塊になったり土に付着したりすることがあり、完全に均一なサンプルを得ることは困難です。もしある研究所が、プラスチックの塊が多く含まれるコンポストの小匙を偶然手に取ってしまった場合、その研究所のカウントは、塊の少ない小匙を取った研究所よりも高くなります。もう一つの問題は、各研究所が粒子を数えようとしたときのことです。小さな破片は、特にそれらがくっついていたり、他の土の粒子の後ろに隠れていたりすると、正確に見たり数えたりするのが難しくなります。研究では、水の中でのプラスチックの挙動と、コンポストの中での挙動の違いも重要であることが分かりました。例えば、一方のタイプのプラスチックは浮遊して容器の側面に付着する傾向があり、カウントの過程で紛失しやすくなっていました。
これらの変動にもかかわらず、研究者たちは安心できるパターンを見出しました。粒子の総数は異なりますが、粒子の相対的なサイズは一貫していました。つまり、ある研究所が主に大きな破片を見つけた場合、他の研究所も同様の結果を示したということです。総数が変化したとしても、サイズの分布は安定していました。これは、正確な数を突き止めることは難しくても、この手法が土壌の中に何があるかという全体像を示すのに適していることを示唆しています。また、この研究は、プラスチックを数えるための道具を改善する必要があることも強調しました。背景となる土によるノイズが高すぎたり、フィルターが極小の破片を見つけるのに理想的ではなかったりするために、最小の粒子を見つけるのに苦労した研究所もありました。
チームはこれらの知見を用いて、将来の使用に向けたレシピを改良しました。彼らは、プラスチックを閉じ込めてしまう不要な結晶の形成を防ぐために、化学物質の添加方法を調整する必要があることに気づきました。また、浮遊しているプラスチックの紛失を防ぐために、特定の種類のアルコールによる最終すすぎを行うことも決定しました。実験から生まれた失敗や課題から得られたこれらの小さな変更は、現在、新しい国際標準として書き込まれています。この標準は、世界中の科学者が土壌中のマイクロプラスチックについて語る際に、同じ言語で話せるようにするためのものです。
この研究は、あらゆる問題を解決したと主張しているわけではありません。抽出法が可能であることは示しましたが、完璧な正確さへの道のりはまだ進行中であることを示しました。結果のばらつきは、化学的な失敗によるものではなく、コンポストのような乱雑で現実世界のサンプルを扱うことの難しさによるものでした。研究者たちは、将来、真に信頼できる数値を得るためには、すべての研究所が測定の「ものさし」として使用できる、既知の数の粒子を含む標準化されたプラスチックの「参照材料」が必要であると結論付けました。それまでは、この取り組みは、私たちがこれらの隠れた粒子を土の中から取り出し、汚染の規模を理解し始めるための強固な基礎を提供してくれるものです。
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