Ein neuer Filtertiegel könnte zu einem sicheren Standardverfahren für die Mikroplastikanalytik führen. Das optimierte Tressengewebe ermöglicht zuverlässige Routineanalysen auch bei komplexen Proben.
Ein neuer Mikroliterfiltertiegel macht zeit- und kosteneffiziente Mikroplastikanalytik möglich.
GKD
Mikroplastik in der Umwelt, insbesondere in den Weltmeeren, rückt immer stärker in den Fokus der Wissenschaft. Dabei ist offen, ob spezielle Filter zur Reinigung eingesetzt werden können. "Mikroplastikpartikel gehören zu einer neuen und noch wenig untersuchten Kategorie von Schwebstoffen in Gewässern, deren Sorptionskapazität eine wichtige Voraussetzung dafür ist, um zu bewerten, ob mithilfe der Sorptionseigenschaften Gewässer durch Mikroplastikfilter gereinigt werden könnten", erläutert Springer-Spektrum-Autor Andreas Fath im Buchkapitel Mikroplastik als Chance auf Seite 266.
Filter können aber auch dabei helfen, die Art der Mikroplastikeinträge und deren Auswirkungen auf die Umwelt zu bestimmen.
Auf dem Weg zu einem Standardverfahren
Eine Kooperation zwischen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), dem Umweltbundesamt (UBA) und der technischen Weberei GKD - Gebr. Kufferath AG (GKD) hat nun den Weg zu einem ebenso schnellen wie sicheren Standardverfahren für die Mikroplastikanalytik geebnet. Ihre gemeinsame Entwicklung besteht aus einem patentierten Mikroliterfiltertiegel mit Optimiertem Tressengewebe (OT) zur Massengehaltsbestimmung von Mikroplastik in Umweltmedien. Er ermöglicht eine zügige und zuverlässige Routineanalyse auch bei komplexen Proben.
Geforscht wurde daran drei Jahre lang in verschiedenen Projekten zur Bestimmung von Mikroplastik in unterschiedlichen Wässern, zu Probenahmestrategien und Analysenverfahren. Gängige Praxis sind zwei unterschiedliche Ansätze: das spektroskopische und das thermoanalytische Verfahren.
Die spektroskopische Herangehensweise ist zeit- und arbeitsaufwendig. Hinzu kommt die technisch bedingte Beschränkung der spektroskopischen Analysen in der Routine auf Partikel von kleiner zehn Mikrometern. Deswegen wurde auf das thermoanalytische Verfahren gesetzt, insbesondere auf das eigens dazu entwickelte Analysenverfahren namens TED-GC-MS (ThermoExtraktionDesorption-GasChromatographie-MassenSpektrometrie).
Es kann im Gegensatz zu den spektroskopischen Verfahren Massengehalte in festen Umweltproben schnell und zuverlässig und in der Regel ohne vorige Probenaufbereitung bestimmen. Mit dem für dieses Verfahren entwickelten Mikroliterfiltertiegel sollen in naher Zukunft Partikel mit einer Größe von bis zu einem Mikrometer erfasst werden.
Das Verfahren besteht aus drei Teilen. Zum einen ist das die Thermogravimetrische Analyse (TGA) als Standard-Analyseverfahren für Polymere und eine in der Spurenanalytik gängige Gaschromatographie/Massenspektrometer-Analyse. Diese beiden Komponenten werden durch einen Festphasenextraktionsprozess gekoppelt, so dass ein hoher Durchsatz komplexer Umweltproben gewährleistet ist. Die Proben werden zersetzt und die spezifischen Zersetzungsprodukte der Mikroplastikpartikel auf dem Festphasen-Absorber gesammelt. Dieser wird vollautomatisiert in das GC/MS überführt, sodass ein Umfüllen entfällt. Dabei werden die spezifischen Zersetzungsprodukte desorbiert, gaschromatisch getrennt und im Massenspektrometer erfasst. Anhand ihrer charakteristischen chemischen Struktur können sie verschiedenen Polymeren und letztlich Mikroplastiksorten zugeordnet sowie quantifiziert werden.
Tiegel verringert Aufwand
Dies ist jedoch sehr aufwendig und barg bislang das Risiko eines Partikelverlusts und der Kontamination durch kunststoffhaltige Arbeitsmittel beim umfüllen – hier kommt der Mikroliterfiltertiegel aus Edelstahl und leckagefrei angeschweißten Optimierten Tressengewebe aus Edelstahl zum Einsatz. Er kann direkt zur Filtration der Probenmedien oder Flotate genutzt werden. Basis war das von GKD entwickelte Optimierte Tressengewebe mit einer geometrischen Porengröße von sechs Mikrometern (OT 6). Dieses Edelstahlgewebe besteht aus einer einlagigen Konstruktion mit einer hohen Anzahl hochfeiner Schuss- und Kettdrähte. Die Öffnungen der schlitzartigen Porengeometrie sind an der glatten Gewebeoberfläche kleiner als im Gewebeinneren. Dadurch gewährleistet dieser Gewebetyp außergewöhnlich hohen Partikelrückhalt und Durchfluss. Die robuste Edelstahlkonstruktion ist auch für große Volumenströme geeignet und verursacht keine Kontamination durch Kunststoffabrieb.
Seit einem Jahr ist der Filtertiegel bereits im Einsatz und hat sich anhand von Tests mit Mineralwasser in PET-Kunststoff-Flaschen bewährt. Und die Edelstahl-Filter sind gut regenerierbar. "Aktuelle Forschungen beschäftigen sich damit das Mikroplastikfiltermaterial, nach einer Regeneration wiederholt einsatzfähig zu machen nach dem Prinzip von der Wiege zur Wiege und nicht zur Bahre", beschreibt diesen Zusatznutzen Springer-Spektrum-Autor Andreas Fath im Buchkapitel Gegenmaßnahmen – Vermeidung, Abbau & Recycling auf Seite 266.