5 Werkstofftechnik
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Organisationseinheit der BAM
Die weltweite Produktion von synthetischen Kunststoffen steigt stetig und ein Teil gelangt in die Umwelt. Die Kunststofffragmente werden durch Umwelteinflüsse zerkleinert und bilden schließlich Mikroplastik, dessen Gefährdungspotential intensiv diskutiert wird. Zur Beobachtung und Bewertung der Situation ist eine leistungsstarke und schnelle Analytik erforderlich, jedoch existieren noch keine harmonisierten Verfahren. Die ThermoExtraktionDesorption-GasChromatograpie-MassenSpektrometrie (TED-GC-MS) nutzt polymer-spezifische Zersetzungsprodukte und bietet durch ihre Schnelligkeit und Robustheit Vorteile gegenüber anderen Verfahren.
Mikroplastik (MP) findet sich in aquatischen Ökosystemen weltweit und es konnte gezeigt werden, dass hydrophobe organische Schadstoffe an MP angereichert werden. Es ist bekannt, dass teilkristalline und amorphe Polymere unterschiedliche Sorptionsver-halten aufweisen. Der Einfluss des Alterungszustandes der MP-Partikel auf das Sorptionsverhalten ist nicht hinreichend geklärt. In dieser Studie wurden amorphes Polystyrol (PS) und teilkristallines Polypropylen (PP) in Form von Industriepellets gezielt gealtert und mikroskopisch sowie mittels XPS, FTIR und DSC charakterisiert. Anschließend wurde in Batchexperimenten die Sorption von potenziell wassergefährdenden Kraftstoffbestandteilen (Ether und BTEX) an den Pellets mittels Headspace-Gaschromatografie untersucht.
Das Ziel des OEMP-Projektes ist die Entwicklung neuer Materialien, um den Rückhalt von Mikroplastik-Partikeln (MP) aus verschiedenen urbanen Eintragspfaden (Kläranlagenablauf, Mischwasserüberlauf und Straßenabfluss) zu optimieren. Grundlage für die Bewertung ist die Entwicklung von geeigneten Untersuchungsverfahren (Probennahme, Probenaufbereitung, Detektion) zur Qualifizierung und Quantifizierung von MP in den relevanten Umweltmatrices. Diese Verfahren müssen zeiteffizient und zuverlässig sein.
Annually vast amounts of plastics are produced world-wide. However, recycling and waste management is still insufficient resulting in large quantities of plastics being released into the environment. Degradation by sunlight, mechanical and biological factors lead to the breakdown of this waste into little fragments. By convention particles smaller than 5 mm are referred to as microplastics (MP). The occurrence of MP has been reported by researchers virtually all around the globe. Gaining knowledge on MP is currently a time-consuming process because analysis mainly relies on micro-infrared and micro-Raman methods. Prior to that the particles need to undergo purification and enrichment. Thus, only small numbers and volumes of samples can be investigated. Here we tested NIR spectroscopy combined with a multivariate data analysis as a means of speeding up the process of MP analysis.
Experiments were performed using the most abundant polymers polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate and polystyrene. MP samples were obtained by adding the cryomilled and sieved (<125 µm) particles to approximately 1 g of standard soil at 0,5–10 mass%. Spectra were recorded with a fiber optic reflection probe connected to a FT-NIR spectrometer. 5–10 spectra recorded of each sample were used for the calibration of chemometric models (partial least squares regression, PLSR). “Unknown” test samples were then used to test the model’s capability to predict the type and amount of polymer.
In samples containing 1–5 % of the polymers the prediction yielded the highest degree of agreement with the gravimetric reference values. At low polymer loads some false positive results in the identification were observed. Large amounts of polymers limited the prediction capability by a nonlinear behaviour of the absorption. Further testing was done with real world samples such as compost and washing machine filters. Even though the calibration did not account for these highly complex sample compositions, satisfactory results could be achieved.
In den letzten Jahren sind vermehrt Publikationen zum Vorkommen von Kunststoffen – insbesondere Mikroplastik (MP) - in limnischen Gewässern,oder Kläranlagen,zu finden. Die bisherigen Untersuchungen und Befunde sind allerdings hinsichtlich der Anzahl-, Volumen- und Massenkonzentrationen und der Größenverteilung von MP nur eingeschränkt bewertbar. Der Grund hierfür ist das Fehlen einer einheitlichen Methodik zur Probennahme für Wässer, der Probenaufarbeitung und der dann folgenden Analytik der Plastiksorten und Partikelgrößen.