Analytical and Measuring Instruments for Microplastics

Význam tématu

V posledních letech roste zájem o stopová množství plastických fragmentů (mikroplasty) ve vodním prostředí. Tyto částice o velikosti několik µm až 5 mm mohou akumulovat toxické látky a přísady, vstupovat do potravního řetězce a ohrožovat organismy včetně člověka. Spolehlivá analýza mikroplastik je klíčová pro sledování znečištění, vývoj opatření na ochranu životního prostředí a dodržování norem.

Cíle a přehled studie

Cílem předloženého přehledu je představit ucelený soubor analytických a měřicích metod Shimadzu pro detekci, charakterizaci a kvantifikaci mikroplastik ve vzorcích vody, sedimentů a organismů. Součástí je ukázka workflow od odběru a předúpravy až po pokročilé metody kvalifikace a kvantifikace jednotlivých druhů plastů, přísad i adsorbovaných kontaminantů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzu mikroplastik byly využity následující kroky a přístroje:

• Odběr a předúprava: filtrace, gravitační separace, rozklad organických kontaminantů (KOH), dekontaminace vzorků.
• Infračervená spektroskopie (FTIR): IRTracer-100 v kombinaci s infračerveným mikroskopem AIM-9000 pro kvalifikaci a mapování PE, PP, PET, PS, PMMA při rozlišení pod 100 µm.
• EDX (XRF): EDX-8000 pro elementární analýzu přísad (CaCO₃, Kaolin) či kovových ochranných vrstev (Cu) na sítích a peletech.
• Pyrolyzní GC-MS: GCMS-TQ8040 pro simultánní destruktivní analýzu polymerních složek, adsorbátů a přísad.
• Dynamická analýza obrazu částic (DPIAS): iSpect DIA-10 pro rychlé stanovení koncentrace, velikosti a morfologie částic (5–100 µm).
• Diferenční skenovací kalorimetrie (DSC): DSC-60 Plus pro stanovení poměru složek ve směsích polymerů (LDPE, HDPE, PP) z tepelných účinků tání.
• LC-MS/MS: LCMS-8060 a GC-MS/MS: GCMS-TQ8040 pro kvantifikaci adsorbovaných toxických látek (PAHs, PFAS) a stanovení vztahu hydrofobnosti k míře adsorpce.

Hlavní výsledky a diskuse

FTIR pomocí AIM-9000 potvrdilo přítomnost polystyrenu v mikrokuličkách ze čisticích prostředků a mapovalo rozložení PE, PP a PET ve vzorcích vodních filtrátů. U mořských druhů (polární treska, hlubinné korýši) byly pomocí FTIR-ATR identifikovány PMMA, CaCO₃ a kaolin. EDX odhalilo obsah mědi na sítích používaných v akvakultuře. DPIAS ukázala distribuci tvarů i koncentraci částic (až 5 309 částic/mL vzorku). DSC umožnila kvantifikovat poměry polymerů ve směsích se shodou ±2 %. Adsorpce PAHs a PFAS na mikroplastech prokázala závislost míry zachycení na hydrofobních vlastnostech látek, přičemž nejvyšší až 80 % adsorpce pozorováno u vysoce hydrofobních sloučenin.

Přínosy a praktické využití metody

Navržené postupy poskytují flexibilní sadu netr destructive i destruktivních metod umožňujících:

• rychlou identifikaci typů plastů a přísad,
• kvantifikaci velikostně definovaných mikroplastik v různých matricích,
• simultánní určování složení více polymerů,
• monitoring toxických adsorbátů a přísad pro environmentální a QA/QC aplikace,
• podporu výzkumu vývoje inovativních recyklačních technologií.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se vývoj citlivějších mikroskopických detektorů pro nanoskopické částice, implementace AI pro automatizovanou klasifikaci a analýzu spekter, standardizace metodik v mezinárodních protokolech, aplikace in situ monitoringu na mořských plavidlech a integrace s mobilními analyzátory pro rychlé terénní vyhodnocení.

Závěr

Přehled ukázal široké možnosti Shimadzu instrumentace pro komplexní analýzu mikroplastiků – od odběru a předúpravy přes molekulární a elementární charakterizaci až po kvantifikaci kontaminantů. Kombinace FTIR, EDX, GC-MS, LC-MS a DPIAS poskytuje robustní platformu pro výzkum i rutinní monitoring znečištění plastem.

Použitá instrumentace

• IRTracer-100 FTIR a AIM-9000 Infrared Microscope
• EDX-8000 X-ray Fluorescence Spectrometer
• GCMS-TQ8040 Triple Quadrupole GC-MS
• LCMS-8060 Triple Quadrupole LC-MS
• iSpect DIA-10 Dynamic Particle Image Analysis System
• DSC-60 Plus Differential Scanning Calorimeter

Reference

• Susanne Kühn et al., Micro FTIR analysis of smallest particles from deep sea to polar ice, SHIMADZU NEWS 2 (2018).
• Mark G.J. Hartl, Douglas Watson, John Davenport, Biofouling in the Marine Aquaculture Industry, Marine Estate Research Report (2006).
• Marina Nikolaou et al., Fish farming and anti-fouling paints: a potential source of Cu and Zn in farmed fish, Aquaculture Environment Interactions 5 (2014).
• Makoto Yasojima et al., Adsorption Characteristics of Chemical Substances on Microplastics, Proc. 22nd Symposium Japan Society on Water Environment (2019).