5. rész: Lehetséges vizsgálati módszerek és érdekességek

A környezetünkben jelen lévő különböző anyagú és formájú mikroműanyagokat vizsgálni kell, hiszen ez elengedhetetlen a keletkezésük megismeréséhez és az általuk okozott hatások megfelelő feltérképezéséhez, nyomon követéséhez. Utolsó cikkünkben erről és néhány kagylókkal kapcsolatos érdekességről lesz szó.

Mi a probléma az eddigi kutatási eredményekkel?

Bár rendelkezésre állnak különböző országokból, régiókból származó felmérések a mikroműanyag-szennyezésre, ezek nehezen hasonlíthatók össze. Ennek az az oka, hogy nincs egységes, szabványos módszer arra, hogy a különböző forrásokból származó mintákat hogyan mérjék meg, így az eltérő mintakezelés és mérési eljárás miatt az eredmények nem összehasonlíthatók. Ezt jól szemlélteti az alábbi diagram, ahol különböző országok ivóvizeinek mikroműanyag-koncentrációja, a részecskék jellemző mérete és a meghatározásukra szolgáló vizsgálati módszerek szerepelnek.

  1. ábra Mikroműanyag tartalom az analitikai módszer függvényében ( Q. Zhang et al., “A Review of Microplastics in Table Salt, Drinking Water, and Air: Direct Human Exposure,” Environ. Sci. Technol., vol. 54, no. 7, pp. 3740–3751, 2020, doi: 10.1021/acs.est.9b04535.)

Látható, hogy például az USA esetében, az alkalmazott analitikai módszertől függően nagyságrendbeli eltérések vannak a mért értékek között, pedig elvileg ugyanannak az országnak az ivóvízéről van szó. Ezen problémák miatt tehát tényleg meglenne az igény rá, hogy létrehozzanak egy egységes eljárást arra, hogy a mikroműanyag szennyezést összehasonlíthatóan lehessen mérni a világ bármely pontján. A fenti ábrán szereplő két módszer a leggyakrabban alkalmazottak közé tartozik, így érdemes ezeket egy kicsit részletesebben is megvizsgálni.

Mi az a Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópia?

A Fourier-transzformációs infravörös spektroszkópia (FTIR) a roncsolásmentes vizsgálati módszerek közé tartozik, azaz a mérés során a minta nem sérül. A folyamat során a mintát sugárzás éri, amelynek hatására a mintát alkotó részecskék és kötések energiái megváltoznak. A hagyományos elnyelésen alapuló spektroszkópiai eljárásokkal szemben a műszer nem egy adott hullámhosszúságú sugrázást alkalmaz, valamint a minta besugárzása tükrök segítségével folyamatosan változik. A mintával érintkező hullámok a határfelületen elnyelődnek, visszaverődnek vagy szóródnak, melyeket a készülék detektál. Így minden anyagra, anyagszerkezetre igen egyedi, akár ujjlenyomat szerű a nyert infravörös-spektrum. A műszerhez tartozó szofver ezután a nyers adatokból egy matematikai művelet, a Fourier-transzformáció segítségével elemzi a kapott adatokat, ezáltal nagy pontosságú anyagazonosítást tesz lehetővé. A FTIR spektrométer alkalmazásának egyik legnagyobb előnye az, hogy a mérés gyorsan, pár másodperc alatt elvégezhető és akár helyben is vizsgálhatók a minták. A mikroműanyagok nagyságrendjébe eső mintákat gyakran mikro-FTIR spektoszkópiával vizsgálják, mivel a módszer nem igényel különleges mintaelőkészítést sem, szemben a hagyományos infravörös spektroszkópiával, ahol viszont ez elengedhetetlen lépés (általában kálium-bromid pasztillába préselik a próbatestet).

Mi az a Raman spektroszkópia?

A Raman spektroszkópia szintén a mintabesugárzás elvén alapszik, a fő különbséget a FTIR-hez képest pedig az adja, hogy nem a fénysugarak elnyelődését, hanem a rugalmatlan szóródását használja fel a rendszer molekuláris rezgéseinek jellemzésére. Előnye, hogy szintén roncsolásmentes eljárás, környezetbarát, kevés minta is elegendő a vizsgálatokhoz és képes a felület kis részekre bontott egységeinek diszkrét hullámhosszokkal történő pásztázására, „letapogatására” is. A széles körben alkalmazott mikro-FTIR-hez képest a színképtartomány nagyobb részét fedi le és 20 µm-nél kisebb mikroműanyagok esetén sokkal nagyobb arányban észleli a szemcséket. Hátrány, hogy a hasznos és zavaró jelek nehezebben különíthetőek el egymástól, illetve, hogy a minta felmelegedhet a lézer fényforrás hatására. A lenti ábra a két módszer hatékonyságát szemlélteti. Mindkét mérés során egy már azonosított polipropilén mintát vizsgáltak, és ehhez viszonyítottak egy ismeretlen mintát. Míg a Raman spekroszkópia segítségével megállapítható, hogy a minta is polipropilénből készült, hisz rendkívül hasonló a spektruma a referenciához, addig az infravörös spektroszkópia ezt nem tudta igazolni. Az adott vizsgálati mintától, mátrixtól és meghatározandó komponensektől függ, hogy melyik eljárás nyújthat megfelelő megoldást, mivel a RAMAN és Infravörös spekroszkópia tökéletesen kiegészíti egymást a vizsgálandó komponensek körét tekintve.

  1. ábra Referencia PP és minta Raman és IR képe (a) és spektruma (b) (C. F. Araujo, M. M. Nolasco, A. M. P. Ribeiro, and P. J. A. Ribeiro-Claro, “Identification of microplastics using Raman spectroscopy: Latest developments and future prospects,” Water Res., vol. 142, pp. 426–440, 2018, doi: 10.1016/j.watres.2018.05.060.)

Mi köze lehet a kagylóknak a mikroműanyagok elleni harchoz?

Különböző kagylók képesek a mikroműanyagok kiválasztására, a folyamat körülményei azonban nem ismertek. Kék kagylókkal végzett vizsgálatok során azok a 2-10 μm-es darabkákat teljes mértékben kiszűrték a vízből és a keringési rendszerükbe kerültek, ahonnan körülbelül 48 nap múlva ürültek ki a szennyezők. Egyes kutatások kimutatták, hogy a fésűkagylók képesek arra, hogy különbséget tegyenek a darabkák között a méretük és sűrűségük alapján, egy ír csapat által végzett kutatás pedig arra az eredményre jutott, hogy az aprócska bolharákok képesek nanoméretű részecskékké bontani a mikroműanyag szemcséket körülbelül 96 óra alatt. Remélhetőleg a lebontási módszer meghatározása segíthet egy hatékony, ipari méretekben is alkalmazható eljárás kidolgozásában.

  1. ábra Fésűkagyló (http://www.foodyny.hu/2527-m%C3%A1jus-16-ma-van-a-f%C3%A9s%C5%B1kagyl%C3%B3-vil%C3%A1gnapja)

Amennyiben szakmai blogunk felkeltette érdeklődését, figyelmébe ajánljuk az Anyagvizsgáló Laboratórium munkatársai közreműködésével elkészült cikk magyar nyelvű összefoglalóját itt érheti el, amelyben a tengeri és óceáni körülményeket megélő PET-palackok újrafeldolgozhatósági lehetőségei kerülnek bemutatásra (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956053X20305407).

Felhasznált források:

  1. Zhang et al., “A Review of Microplastics in Table Salt, Drinking Water, and Air: Direct Human Exposure,” Environ. Sci. Technol., vol. 54, no. 7, pp. 3740–3751, 2020, doi: 10.1021/acs.est.9b04535.
  2. Bläsing and W. Amelung, “Science of the Total Environment Plastics in soil : Analytical methods and possible sources,” Sci. Total Environ., vol. 612, pp. 422–435, 2018, doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.08.086.
  3. Technologies and M. Wirth, “Nonlinear Raman Spectroscopy,” vol. 54, no. 9, 1982.
  4. E. Oßmann, G. Sarau, H. Holtmannsp, M. Pischetsrieder, S. H. Christiansen, and W. Dicke, “Small-sized microplastics and pigmented particles in bottled mineral water,” vol. 141, pp. 307–316, 2018, doi: 10.1016/j.watres.2018.05.027.
  5. E. Ward and S. E. Shumway, “Separating the grain from the chaff: Particle selection in suspension- and deposit-feeding bivalves,” J. Exp. Mar. Bio. Ecol., vol. 300, no. 1–2, pp. 83–130, 2004, doi: 10.1016/j.jembe.2004.03.002.
  6. Von Moos, P. Burkhardt-Holm, and A. Köhler, “Uptake and effects of microplastics on cells and tissue of the blue mussel Mytilus edulis L. after an experimental exposure,” Environ. Sci. Technol., vol. 46, no. 20, pp. 11327–11335, 2012, doi: 10.1021/es302332w.
  7. Riisgård, “Efficiency of particle retention and filtration rate in 6 species of Northeast American bivalves,” Mar. Ecol. Prog. Ser., vol. 45, pp. 217–223, 1988, doi: 10.3354/meps045217.
  8. F. Baber and R. V. Bartlett, “Consensus and global environmental governance: Deliberative democracy in nature’s regime,” Consens. Glob. Environ. Gov. Deliberative Democr. Nature’s Regime, vol. 42, no. 13, pp. 1–254, 2015, doi: 10.5860/choice.192312.
  9. Van Cauwenberghe and C. R. Janssen, “Microplastics in bivalves cultured for human consumption,” Environ. Pollut., vol. 193, pp. 65–70, 2014, doi: 10.1016/j.envpol.2014.06.010.
  10. Davidson and S. E. Dudas, “Microplastic Ingestion by Wild and Cultured Manila Clams (Venerupis philippinarum) from Baynes Sound, British Columbia,” Arch. Environ. Contam. Toxicol., vol. 71, no. 2, pp. 147–156, 2016, doi: 10.1007/s00244-016-0286-4.