Beobachtung aus dem All und im Labor

State of the Art: Labormethoden zur Bestimmung von Plastik

RAMAN-Spektrometer (Messung der Plastik-Partikelzahl)

Eine starke Lichtquelle, meist ein Laser, bringt im Raman-Spektrometer Festkörper, also auch Mikroplastik, in einer Wasserprobe in Schwingung. Das Licht des Lasers überträgt Energie auf die untersuchte Materie. Dieser Energieübertrag bewirkt eine Verschiebung der Wellenlänge des an der Plastikprobe gestreuten Lichtes gegenüber dem eingestrahlten Licht, die sogenannte Raman-Verschiebung. Sandkörner beispielsweise haben einen anderen optischen Fingerabdruck als Plastikteile. Es handelt sich um eine zuverlässige und genaue Nachweismethode.

Das Raman-Spektrometer ist Rekordhalter, wenn es um die Größe der Teilchen geht. Es kann die kleinsten Plastikteilchen aufspüren: bis circa ein Mikrometer kleine Teilchen, was einem Tausendstel von einem Millimeter entspricht. Allerdings sind die Untersuchungen zeitaufwendig und die erforschbaren Mengen sind häufig begrenzt. Dementsprechend lange dauert es, bis man zur Gesamteinschätzung der Belastung eines Gewässers oder von größeren Strandabschnitten kommt. Im Netzwerk für Plastik-Monitoring in Gewässern, PlaMoWa (AWI, GFZ), wird Forschung betrieben, um dieses Gerät zu verbessern und an die Bedürfnisse des Plastikmonitorings anzupassen. Im Optimalfall müsste das Gerät direkt, über vorgeschaltete Filter, auf die Plastikteilchen zusteuern und nicht mehr wie momentan die ganze Probe unter enormem Zeitaufwand scannen.

  • Messung von Mikroplastik bis zu einem tausendstel Millimeter (1 μm) mit dem RAMAN-Spektrometer. Zeitaufwand jedoch groß.
  • FTIR misst Mikroplastikpartikel bis circa 20 μm, deckt einen großen Wellenlängenbereich ab. Sehr hoher Zeitaufwand.
  • Neuere Lichtmikroskope nutzen Fluoreszenz von Stoffen. Traditionelle Lichtmikroskopie häufig nicht genau genug.

Fourier-Transform-Infrarotspektrometer (FTIR) (Messung der Plastik-Partikelzahl)

FTIR ist ein Messgerät, das mit Infrarotstrahlen arbeitet. Dabei wird ein Lichtstrahl, die Infrarotstrahlung, in zwei Einzelstrahlen aufgespalten, die jeweils auf einen festen und einen beweglichen Spiegel treffen. Von dort aus werden sie wieder zusammengeführt und interferieren. Trifft dann der zusammengeführte Strahl auf eine Probe, entstehen Lichtstrahl-Schwingungen, die für jeden Stoff aus einem speziellen Farbspektrum bestehen. Je nach Inhaltsstoffen absorbieren und reflektieren die Teilchen unterschiedliche Wellenlängen. Dieses lässt sich mit vorher erfassten Referenzproben von Mikroplastik vergleichen. Sie hat eine hohe Wellenzahlgenauigkeit und ein großer Wellenzahlbereich kann gleichzeitig registriert werden. Auch hierbei handelt es sich um eine zuverlässige Methode, die aber wie die Raman-Spektrometrie sehr zeitaufwendig ist. Momentan dauert es noch mindestens 17 Tage, bis erste Ergebnisse vorliegen. Geeignet ist die Methode für Partikel bis 20 Mikrometer.

Foto Suche nach Mikroplastik mittels FTIR-Analyse

Die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) erzeugt ein "chemisches Bild" der Probe. Vergleiche mit einer Referenzbibliothek erlauben die Definition des Kunststoffes, aus dem ein Mikroplastikpartikel besteht. Foto: Svenja Mintenig, Ivo Int-Veen/AWI

Die Lichtmikroskopie

Eine traditionelle Methode ist die Lichtmikroskopie. Viele Forschergruppen arbeiten noch immer ausschließlich mit Lichtmikroskopen, um Mikroplastik zu bestimmen und dessen Konzentration in einer Meerwasserprobe abzuschätzen. Dabei werden die Proben, die auf einem Objektträger liegen, von einer Lichtquelle meist von unten bestrahlt und durch Linsen stark vergrößert. Neuere Lichtmikroskope nutzen die Fluoreszenz von Stoffen, wenn diese mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt werden und dann das Licht in einer anderen Wellenlänge wieder abgeben. Leider sind die Ergebnisse häufig ungenau. Dr. Gunnar Gerdts, Forscher am AWI, hat bereits Proben untersucht, bei denen 97 Prozent des per Lichtmikroskop erfassten Mikroplastiks am Ende  als Sand identifiziert wurden.

Beitrag erstellt am 8. November 2017

Foto Mikroplastik unter dem Mikroskop

Wieviel Plastik tatsächlich in einer Probe gefunden wird, ist momentan noch stark von der Untersuchungsmethode abhängig. Dieses Beispiel zeigt die Plastikpartikel einer Probe unter dem Lichtmikroskop. Mikroplastikpartikel können trotz Vergrößerung leicht mit Sandkörnern verwechselt werden. (Bild: Martin Löder/AWI)

Lesetipp

 

 

AWI-Experte Dr. Gunnar Gerdts erläutert im Interview mit Friedemann Karig von "Jäger und Sammler" die lichtmikroskopische Aufnahme einer Planktonprobe und die darin enthaltenen Plastikteile. Die Probe stammt aus einer Kläranlage, das gezeigte Plastik wandert so nach der Reinigung in der Kläranlage direkt ins Gewässer und von dort aus in der Meere.