Neue Spektroskopie-Technik zur Messung von Nano- und Mikroplastik in Böden entwickelt

BerlinNano- und Mikroplastik (N/MPs) sind in vielen Umgebungen zu finden, einschließlich Boden, Ozeanen, Trinkwasser, Luft und im menschlichen Körper. Ein großer Anteil dieser winzigen Partikel befindet sich im Boden. Aufgrund ihrer geringen Größe können sie durch den Boden in Grund- und Süßwasser gelangen. Regenwasser unterstützt ihre Bewegung durch den Boden. Einmal im Wasser angekommen, können sie schließlich im menschlichen Körper landen. Es ist wichtig zu erforschen, wie sich diese Partikel im Boden ausbreiten und bewegen.

Aktuelle Methoden zur Messung von N/MP-Konzentrationen im Boden sind komplex. Sie erfordern die Trennung der organischen Substanz des Bodens durch chemische und physikalische Prozesse. Die isolierten N/MPs werden anschließend mit Werkzeugen wie

• Mikroskop
• Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie
• Pyrolyse-Gaschromatographie/Massenspektrometrie
• Raman-Spektrometrie

analysiert.

Diese Methoden erfordern fortgeschrittene Fähigkeiten und sind nicht in der Lage, Partikel kleiner als 1 Mikrometer zu analysieren. Zudem gehen einige Partikel im Boden während der Trennung verloren, was zu ungenauen Ergebnissen führt.

Forscher haben eine neue Methode zur Messung von N/MP-Konzentrationen im Boden mit Hilfe der Spektroskopie entwickelt. Zu diesem Team gehören Herr Kyouhei Tsuchida von der Waseda-Universität, Dr. Yukari Imoto, Dr. Takeshi Saito und Dr. Junko Hara vom Nationalen Institut für fortgeschrittene industrielle Wissenschaft und Technologie sowie Dr. Yoshishige Kawabe von der Waseda-Universität. Ihre Methode ist einfach und erfordert keine Trennung organischer Bodensubstanzen.

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Spektroskopie ermöglicht die Messung von N/MPs im Boden, indem untersucht wird, wie viel Licht einer bestimmten Wellenlänge durch das Probe hindurchgeht und wie viel davon absorbiert wird. Diese Methode kann N/MPs unabhängig von ihrer Größe nachweisen. Durch die Wahl der richtigen Wellenlängen können N/MPs von Bodenpartikeln unterschieden werden. Die Forscher nutzten die Unterschiede im Lichtabsorptionsverhalten von N/MPs und Bodenpartikeln, um die Menge an vorhandenen N/MPs zu bestimmen.

Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse am 28. Mai 2024 in der Zeitschrift Ecotoxicology and Environmental Safety. Sie stellten sechs verschiedene Bodensuspensionen aus Bodenproben mit unterschiedlichen Merkmalen wie Partikelgröße und organischem Gehalt her. Diese Bodenproben wurden dann mit Polystyrol-Nanopartikeln von 203 nm Größe vermischt, um sechs unterschiedliche N/MP-kontaminierte Bodensuspensionen zu erzeugen. Die Konzentration der N/MP wurde auf 5 mg/L festgelegt.

Die Forscher untersuchten mit einem Spektrophotometer, wie viel Licht von den Bodensuspensionen bei verschiedenen Wellenlängen zwischen 200 und 500 nm absorbiert wurde. Im Anschluss daran maßen sie die N/MP-Konzentrationen im Boden. Dabei identifizierten sie zwei optimale Wellenlängenbereiche, die Störungen durch Bodenpartikel und andere Materialien in der Suspension minimieren. Die besten Ergebnisse mit den geringsten Fehlern erzielten sie bei Wellenlängen von 220-260 nm und 280-340 nm in sechs verschiedenen Proben.

Die Forscher erstellten ein Diagramm, um die Menge an N/MPs im Boden darzustellen. Dieses Diagramm verglich die Menge an N/MPs im feuchten Boden mit der zugeführten Menge in trockenem Boden. Die dargestellte Linie war gerade und berücksichtigte, dass einige N/MPs an Bodenpartikeln haften. Diese Methode ermöglichte es ihnen, die N/MP-Werte im Boden präzise zu messen.

Diese Ergebnisse zeigen, dass diese einfache Spektroskopiemethode gut funktioniert. Sie kann die Menge an N/MPs im Boden messen, ohne dass vorher eine Trennung erforderlich ist. Zudem kann die Methode verschiedene Arten von N/MPs, wie Polyethylen und Polyethylenterephthalat, in unterschiedlichen Bodenarten bestimmen. Sie eignet sich hervorragend als Erstüberprüfung. Dies kann uns helfen, das Verbreitungs- und Bewegungsmuster von N/MPs im Boden besser zu verstehen.