Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
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Soil acts as a final sink for pollutants. Microplastics from different sources such as plastic mulching, littering, compost, sewage sludge, sedimentary deposition, and tyre abrasion are expected to be found in soil. However, representative and comprehensive information is missing on the sources, transport, and fate. Therefore, a reliable analysis method for microplastics in soils needs to be developed.
The presented work describes the development of a procedure for microplastics analysis in soils. A representative sampling based on the on-site conditions and a sample preparation method was established and comprised of a drying step, the separation of microplastic particles > 1 mm, and a density separation for particles < 1 mm. The detection of the large microplastic particles (> 1 mm) was conducted with Attenuated Total Reflection - Fourier Transform infrared Spectroscopy (ATR-FTIR) , while Thermal Extraction Desorption - Gas Chromatography / Mass Spectrometry (TED-GC/MS) was applied for particles < 1 mm, gaining information on the type of polymer and mass fraction. Based on the established method, 14 environmental soil samples ? with different exposure of microplastics from agriculture, industrial sites, roads, and floods were investigated.
Due to the arbitrary microplastic particle distribution among the samples for large microplastics, it was reasoned that the found particles were unrepresentative. In contrast, microplastic particles < 1 mm were discovered in a high mass in soil samples exposed to plastic mulching or fertilization with sewage sludge or compost (0 – 115 mg/kg). On average, microplastic contents detected in soil samples taken from a construction site and an inner-city lake were higher (13 – 238 mg/kg). As expected, microplastic content in soil sampled in proximity to roads was more pronounced in the upper soil layers. In contrast, very remote sampling sites, expectably uncontaminated, did not lead to the detection of microplastic regarding to thermoanalytical detection method.
In a proof of concept experiment several in vivo and in vitro ecotoxicological tests were applied to evaluate the effect of microplastics (tyre abrasion, polystyrene containing hexabromocyclododecane) in natural soils. In summary, while no effects of the examined probes could be detected on higher levels of biological organization after exposures to earthworm E. andrei, significant changes in several oxidative stress related biomarkers were observed.
Die Thermo Extraktion Desorption Gas Chromatograpie Massen Spektrometrie (TED-GC/MS) ist ein schnelles thermoanalytisches Verfahren zur Bestimmung von Gehalten an Mikroplastik (MP). Die Kombination aus teils schwerflüchtigen Analyten und Kältebrücken führt zu Memory-Effekten, denen u.a. durch häufige Blindwertmessungen begegnet werden muss. Reduzierte Probedurchsätze sind die Folge. Um Messergebnisse abzusichern und den Gerätestatus bei gleichzeitig hoher Messleistung überwachen zu können, wurde die sequentielle Standardmethode überarbeitet.
Deuterated polystyrene (D-PS) improves microplastic detection with TED-GC / MS, among other things through higher reproducibility. It is inexpensive (0.1 ct / analysis) and can be dosed quickly and reproducibly thanks to its good solubility (e.g. in toluene). However, certain matrices lead to an exchange of the deuterium with hydrogen. The poster shows the measuring principle, in which matrices H/D-exchange takes place, the results of kinetic studies and ways of preventing or circumventing the H/D-exchange.
Deuteriertes Polystyrol (D-PS) verbessert die Mikroplastikdetektion mit der TED-GC/MS, u.a. durch höhere Reproduzierbarkeit. Es ist kostengünstig (0,1 ct/Analyse) und durch die gute Löslichkeit (z.B. in Toluol) schnell und reproduzierbar zu dosieren. Bestimmte Matrices führen jedoch zu einem Austausch des Deuteriums durchWasserstoff. Das Poster zeigt das Messprinzip, bei welchen Matrices H/D-Austausch erfolgt, Ergebnisse von Kinetikuntersuchungen sowie Möglichkeiten, den Austausch zu verhindern oder zu umgehen.
Eine umfangreich ausgestaltete Trinkwasseraufbereitung als Multibarrieren-System ist notwendig, wenn das Rohwasser direkt aus Fließgewässern entnommen wird (z. B. für das Mülheimer Verfahren). Eine der Barrieren wird, als gezielte Behandlungs- oder Sicherheitsstufe, oft als Filter mit granulierter Aktivkohle (GAK-Filter) realisiert. Ihre Standzeit kann bei geringer Wasserbelastung (DOC < 2 mg/L), z. B. bei der Landeswasserversorgung Langenau, bis zu 5 Jahre betragen. Bei Rohwasser mit höherem Organikgehalt (DOC > 7 mg/L), wie bei der Nordwasser in Rostock, wird hingegen mindestens alle drei Jahre die GAK in den Filterkolonnen ausgetauscht.
Die Rest-Adsorptionskapazität der GAK kann durch verschiedene Verfahren abgeschätzt werden, ist aber nach wie vor Gegenstand aktueller Forschung. Die weitergehende Charakterisierung der beladenen GAK kann hierbei helfen.
Auf dem Poster sollen erste Ergebnisse zu den in Langenau und Rostock eingesetzten Aktivkohlen präsentiert werden. Hierzu wurden die frischen und nach unterschiedlichen Laufzeiten beladenen GAK untersucht. Die Zusammensetzung der Anorganik und der adsorbierten Organik, welche mittels Zersetzungs¬gasanalyse charakterisiert wurde, zeigt deutliche Unterschiede. Bspw. nimmt der Calcium-Gehalt der GAK in Langenau kontinuierlich zu, wohingegen dieser in den Proben aus Rostock mit zunehmender Laufzeit zurückgeht. Umgekehrt verhält es sich mit der Organik: Die GAK aus Rostock zeigen Hinweise auf biologische Besiedelung, während diese in Langenau trotz längerer Filterlaufzeit auszubleiben scheint.