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The pollution of marine, limnic and terrestrial environments with plastic waste and the potential impact especially on biota and humans has received increasing attention in recent years. Special focus is on particles smaller than 5 mm, the so-called microplastics. Consequently, possible regulations of emission and remediation efforts require sound information on the occurrence and fate of microplastics in the respective environmental compartments.
Microplastics (MP) differ from classical organic pollutants in biota or the environment in that they do not consist of clearly defined low-molecular weight compounds but of polymer particulates with varying sizes and chemical compositions. This leads to specific challenges regarding the analytical techniques to be employed for their identification and quantification.
Microplastics are defined as polymer particle in the size range between 1 µm and 5 mm and cover a wide range of polymers such as polyethylene, polypropylene, polystyrene and polyethylene terephthalate in variable geometric shapes. Properties relevant for environmental microplastics are polymer type, particle form and size distribution, surface morphology (aging status) and total mass fraction contained in a given sample. Polymer identification and particle size estimation using optical methods (IR and Raman spectroscopy) are time consuming and complicated by surface characteristics as a result of weathering, soiling, and microbial colonisation. Total mass fractions of MP in environmental samples can be determined by thermo-analytical methods.
There are currently no standardised methods for sampling, sampling preparation, or detection of MP in environmental samples. So far, qualitative and quantitative investigations are done by research institutes and have not reached the routine laboratory community. The near future will see harmonisation efforts of MP mass fraction determination in environmental matrices by thermo-analytical procedures.
The immediate need for reference materials during method development and comparison is outlined with regard to relevant matrix/polymer compositions, existing regulations and currently achievable detection limits. Examples for solid environmental matrix reference materials are discussed regarding the challenges encountered with matrices and polymer types as well as homogeneity testing and property value characterisation.
Ein Vergleich der Gehalte von Difluoressigsäure (DFA) und Trifluoressigsäure (TFA) in Regen- und Oberflächenwässern im Berliner Raum ergab ein TFA/DFA Verhältnis in Regenwasser von 10:1. Im Gegensatz dazu wies Grundwasser aus dem Einzugsbereich einer historischen Kontamination durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) ein TFA/DFA-Verhältnis von 1:3 auf. Dies und die ungewöhnlich hohe DFA-Konzentration an dieser Stelle wird vor dem Hintergrund der beobachteten mikrobiellen Abbauprodukte des ursprünglichen eingetragenen FCKW 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluorethan (R113) diskutiert. Eine mikrobielle Umwandlung des bekannten Abbauproduktes Chlortrifluorethylen (R1113) zur DFA wurde bislang nicht in Umweltkompartimenten beobachtet und wird hier auf Basis bekannter Stoffwechselwege vorgeschlagen.
TFA wurde in Regenwasser, Oberflächenwasser und Grundwasser in vergleichbaren Größenordnungen von ca. 500 ng/L bestimmt. Im Gegensatz dazu wurde DFA in Grundwasserproben im Bereich der Schadstoffquelle der FCKW-Kontamination mit bis zu 2.000 ng/L nachgewiesen. Die Summe von TFA und DFA im Grundwasser korreliert nicht mit dem Eintrag aus Niederschlag und Oberflächenwasser. Darum liegt die Vermutung nahe, dass es für DFA andere Quellen als den direkten Eintrag oder den möglichen Abbauweg über TFA geben muss. DFA ist vermutlich ein Abbauprodukt von R1113. FCKWs, die im ersten Abbauschritt zu 1,1-Difluorethenen metabolisieren, stehen im Verdacht, in der Folge zu DFA zu hydrolysieren. Entscheidend scheint, dass bereits im Ausgangsprodukt ein CF2-Strukturelement enthalten ist, das dann zur Bildung von DFA führen kann. Somit würde aus dem ursprünglichen Eintrag des Kältemittels R113 über schrittweise Dechlorierung via 1,2-Dichlor-1,2,2-Trifluorethan (R123a) und R1113 die Bildung des beobachteten DFA folgen. Es ist also sinnvoll, DFA in die Diskussion zur Regulierung der Endprodukte des Abbaus fluorhaltiger Kälte- oder Lösungsmittel einzubeziehen. Die Ergebnisse wurden im Normausschuss Wasserwesen (NAW) des DIN vorgestellt und es soll ein Arbeitskreis gegründet werden, der ein Normverfahren zur Quantifizierung von TFA und DFA in Wasser erarbeitet. Interessierte Laboratorien sind herzlich eingeladen, die Normungsarbeit zu unterstützen.
Nach einer Erläuterung der international üblichen Definitionen von Referenzmaterialien und Matrix-Referenzmaterialien erfolgt eine Zusammenfassung der spezifischen Anforderungen bei Herstellung und Charakterisierung. Weiterhin werden die unterschiedlichen Anforderungen an die Durchführung von Ringversuchen im Sinne eines Methodenvergleiches, einer Eignungsprüfung von Laboratorien und der Zertifizierung von Matrix-Referenzmaterialien gegenübergestellt. Für den aktuell geplanten ersten Ringversuch zur Quantifizierung von Mikroplastik in Schwebstoffen mittels thermischer Verfahren werden die konkreten technischen Bedingungen zur Herstellung entsprechender Referenzmaterialien einschließlich der Homogenitätsprüfung ihrer Mikroplastikgehalte dargestellt. Die Besonderheiten des Ringversuches vor dem Hintergrund einer Normung der eingesetzten Verfahren werden diskutiert.
In recent years numerous reports have highlighted the options of chemical breath analysis with regard to noninvasive cancer detection. Certain volatile organic compounds (VOC) supposedly present in higher amounts or in characteristic patterns have been suggested as potential biomarkers. However, so far no clinical application based on a specific set of compounds appears to exist. Numerous reports on the capability of sniffer dogs and sensor arrays or electronic noses to distinguish breath of cancer patients and healthy controls supports the concept of genuine cancer-related volatile profiles. However, the actual compounds responsible for the scent are completely unknown and there is no correlation with the potential biomarkers suggested on basis of chemical trace analysis.
It is outlined that specific features connected with the VOC analysis in breath – namely small concentrations of volatiles, interfering background concentrations, considerable sampling effort and sample instability, impracticability regarding routine application - stand in the way of substantial progress. The underlying chemicalanalytical challenge can only be met considering the severe susceptibility of VOC determination to these adverse conditions.
Therefore, the attention is drawn to the needs for appropriate quality assurance/quality control as the most important feature for the reliable quantification of volatiles present in trace concentration. Consequently, the advantages of urine as an alternative matrix for volatile biomarker search in the context of diagnosing lung and other cancers are outlined with specific focus on quality assurance and practicability in clinical chemistry. The headspace over urine samples as the VOC source allows adapting gas chromatographical procedures well-established in water analysis. Foremost, the selection of urine over breath as non-invasive matrix should provide considerably more resilience to adverse effects during sampling and analysis. The most important advantage of urine over breath is seen in the option to partition, dispense, mix, spike, store, and thus to dispatch taylor-made urine samples on demand for quality control measures. Although it is still open at this point if cancer diagnosis supported by non-invasively sampled VOC profiles will ultimately reach clinical application the advantages of urine over breath should significantly facilitate urgently required steps beyond the current proof-of-concept stage and towards standardisation.