Analiza mikroplastiku

Tworzywa sztuczne na masową skalę zaczęto produkować po II wojnie światowej. Produkcja tworzyw sztucznych znacznie wzrosła – z 1,5 miliona ton w latach 50. XX wieku do ponad 320 milionów ton w 2015 roku. Zapotrzebowanie na tworzywa sztuczne w Europie w 2016 roku szacowano na ponad 50 milionów ton, przy czym stale obserwuje się tendencję wzrostową. W 2016 roku polski przemysł przetwórstwa tworzyw sztucznych zużył około 3,3 miliona ton tworzyw sztucznych.

Mikroplastik - definicja

Mikroplastik to cząsteczki różnych polimerów, z których wytwarzane są różnorodne produkty, m.in. reklamówki foliowe, butelki, zabawki, strzykawki, części samochodowe, dywany czy materiały izolacyjne takie jak styropian. Cząsteczki mikroplastiku kwalifikuje się ze względu na wielkość (od 1 µm do 5 mm) oraz w zależności od rodzaju tworzywa z jakiego są wykonane, a także kształtu (włókna, granulki, twarde elementy, folie i pianki). Mikroplastik staje się coraz to poważniejszym problemem, ze względu na stały wzrost produkcji plastiku w Europie i na świecie.
Mikroplastik a środowisko

Od wielu lat na świecie prowadzone są badania dotyczące zawartości mikroplastiku w wodach mórz i oceanów. Globalnym problemem związanym z mikroplastkiem okazuje się być Wielka Pacyficzna Plama Śmieci  (z ang. Great Pacific Garbage Patch), czyli „dryfująca wyspa” na północnym Pacyfiku, odkryta w 1998 roku w północnej części Oceanu Spokojnego, pomiędzy Hawajami a Kalifornią, złożona, jak się szacuje, z 3,5 miliona ton tworzyw sztucznych. Jej powierzchnia odpowiada wielkości Półwyspu Iberyjskiego i z biegiem lat stale się powiększa. Obszar ten stanowi ogromne zagrożenie dla flory i fauny morskiej, ze względu na fakt, iż tworzywa sztuczne nie ulegają szybkiemu rozkładowi, a jedynie zmieniają swoją formę, rozpadając się na mniejsze cząsteczki. Cząsteczki te są absorbowane przez fitoplankton, który stanowi pożywienie dla ryb i ptaków morskich, trafiają do łańcucha troficznego. Szacuje się, że wraz z pokarmem mikroplastik przyjęło ok. 86% żółwi morskich, 36 % ptaków morskich i 23% ssaków morskich. Stanowi to tym samym zagrożenie dla całych ekosystemów.

Mikroplastik zanieczyszcza także słodkie wody powierzchniowe, zarówno płynące, jak i stojące. Liczba cząstek mikroplastiku jest największa w przyujściowych odcinkach rzek oraz na terenach silnie zurbanizowanych, wzrasta także podczas ulewnych deszczy. Szacuje się, że aż 80% mikroplastiku występującego w  rzekach transportowane jest do mórz i oceanów, przyczyniając się tym samym do powstawania plam śmieci. Lima i in. [20] zbadali ujście brazylijskiej rzeki Goiana. Zaobserwowali, że w niektórych miejscach pobierania próbek, ilość cząsteczek mikroplastiku przewyższała ilość zooplanktonu.

Na cząsteczkach mikroplastiku mogą rozwijać się glony i bakterie, w tym bakterie chorobotwórcze. Mogą się na nich także sorbować organiczne i nieorganiczne mikrozanieczyszczenia. Obecne w wodach powierzchniowych frakcje mikroplastiku są w dużej mierze usuwane podczas procesów oczyszczania wody, m.in. podczas filtracji. Mikroplastik występuje jednak powszechnie w wodzie do picia, zarówno butelkowanej, jak i kranowej. Woda do picia jest zanieczyszczona przede wszystkim bardzo drobnymi frakcjami tworzyw sztucznych o rozmiarach 5-20 µm. Szacuje się, że mikroplastik może występować w ponad 90% wód butelkowanych oraz w powyżej 72% próbek wody wodociągowej. W Stanach Zjednoczonych mikroplastik wykryto w 94% badanych próbek wody wodociągowej. Do wody butelkowanej przedostaje się w wyniku wymywania ze ścianek oraz zakrętek wykonanych z tworzyw sztucznych. W wodzie wodociągowej część mikroplastiku obecna jest w wyniku nieusunięcia drobnych frakcji podczas oczyszczania wód, pozostała część wydaje się jednak przedostawać do wody wodociągowej podczas jej dystrybucji do odbiorców. Obecność cząsteczek mikroplastiku stwierdzono także w innych napojach. Badania Leibezeita i Leibezeit wykazały obecność włókien, fragmentów oraz granulek mikroplastiku w produktach wytwarzanych przez wszystkich producentów piwa w Niemczech.
Tworzywa sztuczne - rodzaje i zastosowania

Tworzywa sztuczne to półsyntetyczne lub syntetyczne polimery organiczne. Ich produkcja jest stosunkowo tania, a ponadto są one lekkie, trwałe, wytrzymałe i odporne na korozję. Dlatego też są chętnie i powszechnie stosowane we wszystkich gałęziach przemysłu. Najczęściej stosowanymi polimerami są polipropylen (PP), polietylen o dużej gęstości (HDPE), polietylen o małej gęstości (LDPE), polistyren (PS), polichlorek winylu (PVC), oraz politereftalan etylenu (PET), które stanowią około 90% całkowitej światowej produkcji tworzyw sztucznych. Te polimery są również najczęściej spotykanymi tworzywami sztucznymi w środowisku i często stanowią zagrożenie dla naturalnego ekosystemu wodnego, ponieważ organizmy mogą przyjmować tworzywa wraz z pokarmem. Właściwości i zastosowania tworzyw sztucznych przedstawiono w tabeli.
Nazwa
Gęstość
Cechy charakterystyczne
Zastosowanie
Polipropylen (PP)
0,89 – 0,91 g/cm3
Odporny na kwasy, zasady, tłuszcze, wodę i mleko, nietoksyczny dla ludzi
Opakowania na produkty spożywcze, naczynia, strzykawki, butelki, części samochodowe, zabawki, odzież
Polietylen (PE)
0,93 – 0,98 g/cm3
Przeźroczysty, termoplastyczny, odporny na działanie wilgoci, soli, kwasów i zasad oraz niskiej temperatury
Folie, pojemniki, liny do wspinaczki, żyłki wędkarskie, żagle, narty
Polistyren (PS)
1,04 – 1,11 g/cm3
Termoplastyczny, bezbarwny, twardy i kruchy, charakteryzuje się niską odpornością chemiczną. Ze względu na niską temp. mięknięcia, można z  niego wytwarzać małe przedmioty o skomplikowanych kształtach
Materiał izolacyjny w budownictwie (styropian), opakowania płyt, elementy zabawek, sztuczna biżuteria
Polichlorek winylu (PVC)
1,2 – 1,45 g/cm3
Termoplastyczny, niepalny, o bardzo wysokiej odporności mechanicznej i chemicznej
Rury i kształtki, elektroizolacja, cewniki, korpusy zaworów, opakowania, wykładziny chemoodporne
Politereftalan etylenu (PET)
1,38 – 1,39 g/cm3
Termoplastyczny, wysoka odporność termiczna, wytrzymałość, sztywność oraz możliwość barwienia na dowolny kolor
Butelki, tkaniny, m.in. polary, obudowy urządzeń elektronicznych, wytwarza ksenoestrogeny powodujące m.in. zaburzenia płodności u mężczyzn

Filtry do analizy mikroplastiku - Anodisc

Filtry membranowe z membraną nieorganiczną Anopore - Anodisc z pierścieniem supportującym cechują:

Wyjątkowa precyzja filtracji osiągana dzięki wysokiej gęstości porów i wąskiemu rozkładowi ich rozmiarów
Szeroka kompatybilność z rozpuszczalnikami zmniejsza potrzebę magazynowania innych typów membran
Brak dodatków gwarantuje minimalny wpływ zanieczyszczeń na analizę i redukuje ryzyko kontaminacji
Ekstremalnie niska wiązalność białek minimaliuje straty próbki
Przeźroczystość w stanie mokrym sprawia, że są idealne do badań mikroskopowych

Filtry z membraną Anopore są odpowiednie do szerokiego zakresu laboratoryjnych zastosowań filtracyjnych. Ten nowoczesny materiał posiada  precyzyjną, niedeformowalną strukturę plastra miodu bez bocznych przejść między poszczególnymi porami, co gwarantuje wyjątkowo dokładną  filtrację, uniemożliwiając przedostanie się przez membranę większym cząstkom. Membrana Anopore składa się z matrycy z tlenku glinu o  najwyższej czystości, produkowanej elektrochemicznie. Membrana wykazuje również niski poziom wiązania białek, posiada minimalną  autofluorescencję, jest nietoksyczna i wspomaga wzrost komórkowy.

Precyzyjna struktura porów i wąski rozkład wielkości porów membrany Anopore zapewniają wysoką skuteczność usuwania cząstek. Mikroorganizmy i  materiał cząsteczkowy są wychwytywane na powierzchni membrany w celu późniejszej analizy mikroskopowej. W stanie mokrym, membrana jest  praktycznie przezroczysta, co oznacza, że zatrzymane cząsteczki nie muszą być transferowane na inną powierzchnię przed badaniem  mikroskopowym.

Membrana jest hydrofilowa i charakteryzuje się kompatybilnością z większością rozpuszczalników i materiałów wodnych. W procesie produkcji nie  stosuje się monomerów, plastyfikatorów, klejów, środków powierzchniowo czynnych ani środków zwilżających, co eliminuje ryzyko  zanieczyszczenia próbki i zapewnia niską wiązalność białek oraz minimalne straty próbki.

W filtrach membranowych Anodisc membrana Anopore otoczona jest pierścieniem polipropylenowym co usprawnia operowanie filtrami. Filtry Anodisc są odpowiednie zarówno do filtracji próżniowej, jak i ciśnieniowej.

Membrany z Anopore dostępne są w rozmiarach porów 0,02 µm, 0.1 µm i 0.2 µm, oraz w trzech średnicach: 13 mm, 25 mm i 47 mm

Filtry Anodisc w analizie mikroplastiku

Filtry Anodisc wykorzystywane są w procesie puryfikacji mikroplastiku w oczyszczonej wodzie ściekowej, oraz  w analizie mikroplastiku przy użyciu mikro-spektroskopii fourierowskiej w podczerwieni. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135416308600)

Zapoznaj się z metodologią: Identification of microplastic in effluents of waste water treatmentplants.pdf
Analiza mikroplastiku
Puryfikacja mikroplastiku w oczyszczonej wodzie ściekowej
Analiza mikroplastiku przy użyciu mikro-spektroskopii fourierowskiej w podczerwieni
Zródła:

https://sozosfera.pl
https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.2903/j.efsa.2016.4501
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135416308600
Obraz Matthew Gollop z Pixabay (butelki w sieci_970.jpg)
Obraz sandid z Pixabay (sculpture-966965_1920_1.jpg)
Obraz Lucien Wanda z Pexels(beach-garbage-junk-2827735_970.jpg)