Mit über 93.000 Euro unterstützt die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) das Projekt „Entwicklung einer reproduzierbaren Probenextraktion und Auswertesoftware für die schnelle und sichere Analytik von Kunststoffen in Grund- und Oberflächengewässern sowie in Wässern aus Behandlungsanlagen“. Damit soll ein umfassender Überblick über die existierende Mikroplastik-Belastung von Gewässern ermöglicht werden, teilte die DBU mit.
Bis dato würden für die Mikroplastik-Analytik überwiegend spektroskopisch-bildgebende Verfahren wie die Infrarot- oder Raman-Spektroskopie eingesetzt. Diese seien zeitaufwändig sowie arbeitsintensiv und könnten oft nur Form und Anzahl der Partikel bestimmen. Im Gegensatz dazu wurde von der BAM ein thermoanalytisches Verfahren entwickelt, das mit größeren repräsentativeren Probenmengen von bis zu 100 mg arbeiten und Massengehalte bestimmen kann, erklärte die Stiftung.
Die Probe wird unter kontrollierten Bedingungen auf bis zu 700 °C erwärmt (Thermogravimetrie), hieß es zum Verfahren. Dabei entstehen polymerspezifische Zersetzungsprodukte, die auf einem Festphasensorbens gesammelt werden (thermische Extraktion). Das Sorbensmaterial wird anschließend in eine Thermodesorption (TD) überführt. Die Zersetzungsprodukte werden thermisch desorbiert, in einer gaschromatographischen (GC) Säule getrennt und per Massenspektrometrie (MS) eindeutig identifiziert und quantifiziert. Das Verfahren wird als Thermoextraktion-Desorption-Gaschromatographie-Massenspektrometrie „TED-GC-MS“ bezeichnet.
Mit der TED-GC-MS würden bereits reproduzierbare, mit alternativen Analyseverfahren kompatible Ergebnisse erzielt, berichtete die DBU. Dennoch sei der thermische Extraktionsprozess in dem Verfahren bisher unvollständig optimiert. Auch sei die Auswertung der Daten nicht trivial und in gewissem Maße subjektiv. Im Projekt soll die TED-GC-MS daher weiter optimiert werden, um sie als eine schnelle Routinemethode für die Erfassung von Mikroplastik in Umweltproben zu nutzen. Das Vorhaben gliedere sich in zwei inhaltliche Teile.
Ziel: Schnelle Routinemethode für die Erfassung von Mikroplastik
Im ersten Teil werden bei der BAM die Strömungsprozesse im Thermodesorptionsrohr genau erfasst und modelliert, führte die DBU weiter aus. Das dadurch optimierte Design (z.B. von Inlays) wird anschließend mit dem Projektpartner Gerstel GmbH & Co. KG abgestimmt, dort hinsichtlich der Realisierbarkeit im Gerät optimiert und dann an der BAM getestet. Ein weiterer Fokus liege auf dem Sorbensmaterial selbst. Getestet würden mehrere Materialien sowie Kombinationen von verschiedenen Materialien. Dabei würden auch die Einflüsse von Länge, Form und Oberfläche untersucht. Es sollen zudem die Prozessparameter bei der Kopplung von Thermoextraktion und -desorption detaillierter betrachtet werden. Hierbei werden die jeweiligen Temperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten variiert, um deren Einfluss abschätzen zu können.
Im zweiten Teil werden durch den anderen Projektpartner Lablicate GmbH neue Algorithmen in die Auswertesoftware OpenCrome implementiert, die ein schnelles und sicheres Identifizieren der bekannten, korrekten Polymermarker in unbekannten Proben ermöglichen, erklärte die Stiftung. Für die Auswertesoftware würden die Benutzeroberfläche und die grafische Aufbereitung der Messergebnisse entwickelt und optimiert. Die neue Software soll mit Hilfe von statistischer Datenauswertung in der Lage sein, die spezifischen Marker von Mikroplastik in komplexen Umweltproben schneller bestimmen zu können, und das mit einem Höchstmaß an Objektivität.
Durch die schnellere und genauere Messung mittels TED-GC-MS könnten Eintrags- und Transportpfade bewertet und Maßnahmen getroffen werden, die zu einer nachhaltigen Verbesserung der Gewässerqualität beitragen können, erhofft sich die DBU. Bei Erreichen der Projektziele würden verlässliche Daten generiert werden können, die die Grundlage für eine sichere Bewertung von Gewässern und die Veranlassung von Umweltentlastungsmaßnahmen bilden, so die Stiftung.
