土壌中のナノプラスチックとマイクロプラスチックを正確に測定する新しい分光法のアプローチ

Tokyoナノプラスチックとマイクロプラスチック（N/MPs）は、土壌や海、飲料水、空気、そして人間の体内など、さまざまな場所で確認されています。特に多くの微小プラスチックが土壌中に存在しており、これらは十分に小さいため、土壌を通過して地下水や淡水に移動することができます。雨水は、これらのプラスチックが土壌を移動するのを助けます。水中に入ると、最終的に人間の体内にも取り込まれる可能性があります。これらの粒子がどのように土壌中で拡散し移動するのかを研究することが重要です。

土壌中のN/MP濃度を測定する現在の方法は複雑です。これらの方法では、化学的および物理的なプロセスを用いて土壌の有機物を分離する必要があります。分離されたN/MPは次のようなツールで分析されます：

• 顕微鏡
• フーリエ変換赤外分光法
• 熱分解ガスクロマトグラフィー/質量分析法
• ラマン分光法

これらの方法は高度な技術が必要であり、1マイクロメートル未満の粒子を分析することができません。分離の過程で土壌中の一部の粒子が失われるため、結果が正確でないことがあります。

研究者たちは、土壌中のN/MP濃度を測定する新しい方法を開発しました。このチームには、早稲田大学の土田恭平氏、国立研究開発法人産業技術総合研究所の井本ゆかり博士、齋藤武博士、原潤子博士、そして早稲田大学の河邉芳重博士が含まれています。彼らの方法は簡単で、土壌の有機物を分離する必要がありません。

分光法を使用して土壌中のN/MPsの量を測定する際、特定の波長の光がどれだけ通過し、どれだけ吸収されるかを調べます。この方法は、N/MPsのサイズに関係なく検出が可能です。適切な波長を選ぶことによって、N/MPsと土壌粒子を区別することができます。研究者たちは、N/MPsと土壌粒子が光を吸収する際の違いを利用して、N/MPsの量を計測しました。

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研究者たちは、2024年5月28日に「Ecotoxicology and Environmental Safety」誌にその研究結果を発表しました。彼らは粒子サイズや有機物含有量が異なる土壌サンプルを使用し、6種類の土壌懸濁液を作製しました。次に、それらの土壌サンプルにサイズが203 nmのポリスチレンナノ粒子を混合し、6種類のN/MPで汚染された土壌懸濁液を生成しました。N/MPの濃度は5 mg/Lに設定されていました。

チームは、分光光度計を使用して、200から500 nmの範囲で、土壌懸濁液がどの程度光を吸収するかを確認しました。その後、土壌内のN/MPレベルを測定しました。測定に最も適した2つの波長を特定し、それにより懸濁液中の土壌粒子や他の物質による問題を避けることができました。最も正確で誤差が少ない結果を得ることができた波長は、220-260 nmと280-340 nmでした。この測定は6つのサンプルで行われました。

研究者たちは、土壌中のN/MPsの量を示すグラフを作成しました。このグラフは、湿った土壌に含まれるN/MPsの量を、乾いた土壌に追加されたN/MPの量と比較しています。グラフは直線で表され、N/MPsが土壌粒子に付着することも考慮されています。この方法により、土壌中のN/MPレベルを正確に測定することができました。

これらの結果から、このシンプルな分光法が優れた性能を示していることがわかります。この方法では、N/MPsを土壌から分離することなく、その量を測定できます。また、ポリエチレンやポリエチレンテレフタレートのような異なる種類のN/MPsも、さまざまな種類の土壌で測定可能です。簡便な初期検査として利用でき、N/MPsがどのように拡散し移動するかをよりよく理解する助けになります。