TY - JOUR A1 - Richter, S. A1 - Horstmann, J. A1 - Altmann, Korinna A1 - Braun, U. A1 - Hagendorf, C. T1 - A reference methodology for microplastic particle size distribution analysis: Sampling, filtration, and detection by optical microscopy and image processing N2 - Microplastic (MP) contamination in natural water circulation is a concern for environmental issues and human health. Various types of polymer materials have been identified and were detected in MP analytic test procedures. Beyond MP polymer type, particle size and form play a major role in water analysis due to possible negative toxicologic effects on flora and fauna. However, the correct quantitative measurement of MP size distribution over several orders of magnitude is strongly influenced by sample preparation, filtration materials and processes, and microanalytical techniques, as well as data acquisition and analysis. In this paper, a reference methodology is presented aiming at an improved quantitative analysis of MP particles. An MP analysis workflow is demonstrated including all steps from reference materials to sample preparation, filtration handling, and MP particle size distribution analysis. Background-corrected particle size distributions (1–1000 µm) have been determined for defined polyethylene (PE) and polyethylene terephthalate (PET) reference samples. Microscopically measured particle numbers and errors have been cross-checked with the total initial mass. In particular, defined reference MP samples (PE, PET) are initially characterized and applied to filtration experiments. Optical microscopy imaging on full-area Si filters with subsequent image analysis algorithms is used for statistical particle size distribution analysis. To quantify the effects of handling and filtration, several blind tests with distilled water are carried out to determine the particle background for data evaluation. Particle size distributions of PE and PET reference samples are qualitatively and quantitatively reproduced with respect to symmetry, and maximum and cut-off diameter of the distribution. It is shown that especially MP particles with a radius of >50 µm can be detected and retrieved with high reliability. For particle sizes <50 µm, a significant interference with background contamination is observed. Data from blank samples allows a correction of background contaminations. Furthermore, for enhanced sampling statistics, the recovery of the initial amount of MP will be qualitatively shown. The results are intended as an initial benchmark for MP analytics quality. This quality is based on statistical MP particle distributions and covers the complete analytic workflow starting from sample preparation to filtration and detection. Microscopic particle analysis provides an important supplement for the evaluation of established spectroscopic methods such as Fourier-transform infrared spectroscopy or Raman spectroscopy. KW - Drinking water KW - Filtration KW - Microplastics detection KW - Quality control KW - Statistical particle distribution PY - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-567625 SN - 2702-4288 SP - 1 EP - 10 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim AN - OPUS4-56762 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Altmann, Korinna A1 - Abusafia, A A1 - Bannick, C-G A1 - Braun, U A1 - Crasselt, Claudia A1 - Dittmar, S A1 - Fuchs, M A1 - Gehde, M A1 - Hagendorf, C A1 - Heller, C A1 - Herper, D A1 - Heymann, S A1 - Kerndorff, A A1 - Knefel, M A1 - Jekel, M A1 - Lelonek, M A1 - Lunkenbein, T A1 - Obermaier, N A1 - Manhart, M A1 - Meurer, Maren A1 - Miclea, P-T A1 - Paul, A A1 - Richter, S A1 - Ricking, M A1 - Rohner, C A1 - Ruhl, A A1 - Sakai, Y A1 - Saravia Arzabe, C A1 - Scheid, C A1 - Schmitt, M A1 - Schnarr, M A1 - Schwertfirm, F A1 - Steinmetz, H A1 - Wander, Lukas A1 - Wiesner, Yosri A1 - Zechmeister, L T1 - RUSEKU - Repräsentative Untersuchungsstrategien für ein integratives Systemverständnis von spezifischen Einträgen von Kunststoffen in die Umwelt : Abschlussbericht N2 - Im Verbundprojekt RUSEKU wurde die Probenahme von Wasserproben entscheidend weiterentwickelt. Wichtig ist hierbei zu gewährleisten, dass genügend Merkmalsträger in jeder Probe untersucht werden. Es muss daher eine für den Probenahmeort repräsentative Beprobung hinsichtlich des Wasservolumens in Abhängigkeit der Partikelanzahl gewährleistet sein. Das Hauptaugenmerk lag im vorliegenden Projekt auf einer praxisnahen Beprobungsstrategie. Es wurden verschiedene Konzepte ausprobiert. • Grundsätzlich hat sich gezeigt, dass eine Stichprobe eine Momentaufnahme des MP-Massengehaltes zeigt. Es wird eine hohe Statistik, also eine Vielzahl an Messungen am gleichen Probenahmeort, benötigt, um eine valide Aussage über den MP-Gehalt zu machen. • Es zeigt sich, dass eine integrale Probenahme über mehrere Wochen mit dem SK routinemäßig möglich ist. Die erfassten MP-Massen sind reproduzierbar und robust. • Die DFZ ist für Stichproben geeignet. Partikel < 50 µm werden eventuell unterschätzt • Die fraktionierte Filtration kann für Stich- und Mischproben direkt im Feld genutzt werden. Fraktionen von 10 und 5 µm werden später im Labor Vakuum filtriert. Es erfolgt eine Fraktionierung der Probe mit Siebmaschenweiten von 1000, 500, 100, 50, 10 und 5 µm. • Die fraktionierte Filtration kann auch anschließend an die Beprobung mit dem SK zur Anwendung kommen. Wird die mit dem SK gewonnene Wasserprobe fraktioniert filtriert, kann neben einem MP-Gesamtgehalt auch eine Einschätzung über die Partikelgrößen gewonnen werden. • Für Wässer mit geringen Partikelzahlen wurde ein Messfiltertiegel entwickelt. Dieser hat eine Maschenweite von 6 µm. Seine Anwendung kann mögliche Verluste beim Transferieren vom Probenahmetool zum Messgefäß und mögliche Kontaminationen reduzieren. Die Optimierung der Probenahmestrategie wurde durch Modellversuche und Simulationen unterstützt. Modellversuche zum Sinkverhalten und Simulationen von MP in realen Gewässern verdeutlichten das komplexe Verhalten der Partikel. Es konnte gezeigt werden, dass Partikel ab einer bestimmten Größe (und kleiner) bei genügend starker Turbulenz sich in der Wassersäule unabhängig von ihrer Dichte verhalten und so auch MP mit kleiner Dichte (z.B. PE) in der gesamten Wassersäule zu finden sind. Es konnte mit dem TEM die Existenz von NP gezeigt werden. Ein wesentlicher Aspekt des RUSEKU Projektes war die Beprobung realer Kompartimente. Beprobt wurde neben Oberflächengewässern, das urbane Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern, Waschmaschinenabwasser und Flaschenwasser. • In Oberflächengewässern wurde hauptsächlich PE gefunden. Je nach Probe und Gewässer konnten auch PP, PS, PET, PA, SBR und Acrylate nachgewiesen werden. • Im urbanen Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern konnte an allen Probenahmestandorten MP nachgewiesen werden. Es wurde hauptsächlich PE, neben geringeren Mengen an PP, PS und SBR gefunden. Nach einem Regenereignis war der SBR Anteil deutlich erhöht. • Die Beprobung eines realen Wäschepostens, bestehend aus T-Shirts und Hemden mit PA/CO oder PES/CO Mischgewebe, zeigte einen PA- und PES-Austrag im Waschwasser. Der überwiegende Teil der detektierten Fasern ist aber auf Baumwolle zurückzuführen. Reine gravimetrische Messungen zur Detektion von MP führen zu einer starken Überschätzung. • In Flaschenwasser (PET-Flaschen) konnte MP detektiert werden. PET wurde nur im stillen Mineralwasser, nicht in Mineralwasser mit Kohlensäure gefunden werden. Teilweise wurde auch das MP-Material des Verschlusses im Wasser detektiert. • Für Luftproben konnte ein Aufbau zur größenselektiven Beprobung getestet werden. Neben der Probenahme hat das Projekt auch gezeigt, dass die TED-GC/MS geeignet für die MP-Detektion im Routinebetrieb ist. Die TED-GC/MS konnte weiter optimiert werden. Es wurden MP-Massen bestimmt. Im Projekt wurden erste realitätsnahe Referenzmaterialien für die MP Detektion hergestellt. Die Herstellung von realitätsnahen Polymeren in ausreichender Homogenität und Menge hat sich als große Herausforderung herausgestellt. KW - Mikroplastik KW - Probennahme KW - TED-GC/MS KW - Fraktionierte Filtration KW - Mikroplastikreferenzmaterial PY - 2022 SP - 1 EP - 201 AN - OPUS4-57800 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bauer, J. A1 - Miclea, P.-T. A1 - Braun, U. A1 - Altmann, Korinna A1 - Turek, M. A1 - Hagendorf, C. T1 - Microplastic detection and analysis in water samples N2 - Microplastic detection in water samples becomes important for tracing microplastic sources. Microplastic may harm desalination facilities by blocking filters and disturbing the marine food chain. Thermo analytical methods such as pyrolysis gas chromatography mass spectroscopy, and spectroscopic methods like (micro) Raman spectroscopy or (micro) Fouriertransform infrared spectroscopy in combination with appropriate filters and sample preparation are suitable for analyzing microplastics on a scale from 1 µm to 1000 µm fast and unambiguous. While the thermo analytical methods are suitable for larger sample volumes, Raman spectroscopy and Fouriertransform infrared spectroscopy are able to detect and analyze single microplastic particles for instance in bottled water. Machine learning algorithms ensure a reliable classification of different plastic materials. T2 - International Conference on Sustainable Energy-Water-Environment Nexus in Desert Climate 2019 CY - Ar-Rayyan, Qatar DA - 02.12.2019 KW - Microplastics KW - Water samples PY - 2022 SP - 111 EP - 113 PB - Springer AN - OPUS4-56240 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hagendorf, C. A1 - Richter, S. A1 - Krause, S. A1 - Bauer, J. A1 - Miclea, P.-T. A1 - Braun, Ulrike A1 - Altmann, Korinna A1 - Turek, M. T1 - Microplastic detection and analysis in water with silicon filter systems N2 - The use of optimized silicon filter systems is presented for the microplastic detection. T2 - International Conference on Sustainable Energy-Water-enviroment Nexus in Desert Climate CY - Doha, Qatar DA - 02.12.2019 KW - Filters KW - Microplastics KW - TED-GC-MS KW - Harmonisation PY - 2019 AN - OPUS4-50006 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -