Nanoplastic Analysis by Online Coupling of Raman Microscopy and Field-Flow Fractionation Enabled by Optical Tweezers

janna.vakili@ecologic.eu — Tue, 31 Mar 2020 14:25:20 +0000

Nanoplastic Analysis by Online Coupling of Raman Microscopy and Field-Flow Fractionation Enabled by Optical Tweezers janna.vakili@e… Di, 03/31/2020 - 16:25

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Beschreibung

Plastikpartikel sind in unserer Umwelt fast allgegenwärtig. Auch die Verschmutzung durch Nanopartikel stellt ein Problem für Ökosysteme dar, allerdings stoßen derzeitige analytische Ansätze in diesem Größenbereich an ihre Grenzen.

Um dem Problem zu begegnen, koppeln Schwaferts et al. zwei Analysemethoden und bringen die Nanopartikelabtrennung mit der chemischen Charakterisierung zusammen. Der in dem Paper vorgestellte methodische Aufbau ermöglicht den Forscher*innen die Identifizierung von Partikeln aus verschiedenen Materialien (Polymere und anorganische Stoffe) im Größenbereich von 200 nm bis 5 μm, mit Konzentrationen in der Größenordnung von 1 mg/L. Die vorgestellte Technik zeigt somit Potenzial für die Anwendung in der Nanokunststoffanalyse sowie in vielen anderen Bereichen der Nanomaterialcharakterisierung.

Die Veröffentlichung steht auf dieser Website zum Download zur Verfügung.

Verbundprojekt

SubμTrack

DOI

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b05336

Zeitschrift

Analytical Chemistry

Jahr

2020

Autor

Christian Schwaferts

Vanessa Sogne

Roland Welz

Florian Meier

Thorsten Klein

Reinhard Niessner

Martin Elsner

Natalia P. Ivleva

AutorInnen

Ergebnistyp

Veröffentlichungen

Publikationstyp

Ergebnis

Publikation

Methods for the analysis of submicrometer- and nanoplastic particles in the environment

janna.vakili@ecologic.eu — Tue, 31 Mar 2020 12:42:01 +0000

Methods for the analysis of submicrometer- and nanoplastic particles in the environment janna.vakili@e… Di, 03/31/2020 - 14:42

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Beschreibung

Dieses Paper von Schwaferts et al. adressiert methodische Engpässe, die im Bereich der Analyse von Mikrokunststoffen bestehen. Spezifisch wird die Analyse von Partikeln im Nanometerbereich behandelt, da diese von gängigen Analysemethoden nicht abgedeckt wird.

Neben einem Überblick über die Fortschritte in der Analyse von Nanoplasten in der Umwelt bewerten die Autor*innen, welche Techniken aus der Nanomaterialanalyse möglicherweise angepasst werden und sich für die Analyse von Nanokunststoffen eignen können.

Darüber hinaus wird ein Fahrplan für Methoden über den gesamten Analyseprozess von der Probenbehandlung bis zur Partikelcharakterisierung vorgelegt. Dieser beinhaltet:

Methoden zur Extraktion und Anreicherung von Analyten aus verschiedenen Umweltmatrices;
Methoden zur Trennung des Nanokunststoffs in spezifische Größenfraktionen;
Lichtstreuungstechniken und verschiedene Arten von Mikroskopie zur Charakterisierung der Partikelfraktionen;
Chemische Identifizierung von Partikeln zur Validierung der erhaltenen Daten.

Die Veröffentlichung steht auf dieser Website zum Download zur Verfügung.

Verbundprojekt

SubμTrack

DOI

https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.12.014

Zeitschrift

Trends in Analytical Chemistry

Jahr

2019

Autor

Christian Schwaferts

Reinhard Niessner

Martin Elsner

Natalia P. Ivleva

AutorInnen

Ergebnistyp

Veröffentlichungen

Schlagworte

Analysenmethodik

Mikroplastik

Mikroskopie

Nanoplastik

Nanotechnologie

Publikationstyp

Ergebnis

Publikation

SubμTrack

KALEH — Tue, 19 Dec 2017 15:21:00 +0000

SubμTrack KALEH Di, 12/19/2017 - 16:21

Tracking von (Sub)Mikroplastik unterschiedlicher Identität – Innovative Analysetools für die toxikologische und prozesstechnische Bewertung

Die zur Analytik von Mikroplastik in Umweltmatrices verfügbaren Methoden sind derzeit v.a. für Partikel im Größenbereich von 1 μm bis 5 mm ausgelegt. Kleinere Partikel unterhalb 1 μm wurden bisher kaum erfasst. Diese sind jedoch im Gegensatz zu größeren Partikeln zellgängig und besitzen aufgrund ihrer im Verhältnis größeren Oberfläche ein höheres Potenzial zur Adsorption von Schadstoffen. Aufgrund ihrer höheren ökotoxikologischen Relevanz lag der Fokus von SubμTrack auf Plastikpartikeln zwischen 50 nm bis 100 μm. Dafür mussten der bisher verfügbare Detektionsbereich erweitert und neue Verfahren zur Probennahme, Probenaufbereitung und Analytik entwickelt werden. Einen weiteren Schwerpunkt des Vorhabens bildeten die möglichen Auswirkungen der Submikro-Plastikpartikel auf die aquatische Umwelt und auf die menschliche Gesundheit. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden durch die Bewertung der sozialen, politischen und rechtlichen Dimensionen des Plastikeintrags in die Umwelt ergänzt. Durch die Analyse der Problemwahrnehmung und möglicher Handlungsstrategien wurden Grundlagen für aktive gesellschaftliche Veränderungsprozesse gelegt. Die Ergebnisse wurden zudem hinsichtlich ihrer Implementierbarkeit in Rechtsetzung, Normung und hinsichtlich ihrer Relevanz für freiwillige Maßnahmen geprüft.

Arbeitsschwerpunkte

Charakterisierung von Partikeln und Abgleich mit Referenzmaterialien
Auswirkungen auf die aquatische Umwelt und auf die menschliche Gesundheit
Soziale, politische und rechtliche Dimensionen von Plastikeintrag in die Umwelt

Arbeitspakete

AP 0 Organisation, Koordination und Öffentlichkeitsarbeit

Ansprechpartner/innen

Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes, Technische Universität München, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft, Am Coulombwall 3, 85748 Garching, E-Mail: jdrewes@tum.de

Projektpartner

TUM-IWC, TUM-LTI, TUM-LAS, TUM-MCTS, IGOE, LfU, UBA, IUTA, Postnova Analytics GmbH, BS-Partikel GmbH

Kurzbeschreibung

Die Organisation und Koordination umfasste neben der Abstimmung und dem Abgleich der Ergebnisse und Produkte innerhalb des Konsortiums vor allem auch die Koordination der Aktivitäten mit Partnern außerhalb des Projektes. Das Ziel war die nachhaltige Implementierung der analytischen Techniken, der Wirkungsergebnisse und der Handlungsanweisungen möglichst harmonisierter Strategien in enger Abstimmung und unter Einbindung von nationalen und internationalen Schlüsselinstitutionen. Die Öffentlichkeitsarbeit wurde schwerpunktmäßig von TUM-SWW koordiniert und durch die Partner unterschiedlicher Ausrichtung weitreichend und wirksam umgesetzt.

AP 1 Auswahl und Herstellung von Referenzpartikeln

Ansprechpartner/innen

Dr. Carmen Nickel, Dr. Jochen Türk, Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V., Bliersheimer Str. 58- 60, 47229 Duisburg, E-Mail: nickel@iuta.de; tuerk@ iuta.de

Projektpartner

LfU, BS-Partikel GmbH

Kurzbeschreibung

Zusammen mit den Partnern von BS-Partikel und den Leitenden der experimentellen APs 2–5 wurden die benötigten Referenzpartikel identifiziert. Dabei spielten vor allem die Partikelgröße, das Material, die Markierung und die Verfügbarkeit eine wichtige Rolle. Die Auswahl der Referenzpartikel erfolgte innerhalb der Anfangsphase des Projektes, um genügend Vorlauf zu haben, die Partikel zu Beginn der Versuche herzustellen bzw. zu beschaffen. Von den Partnern BS-Partikel und IUTA wurden dann die entsprechenden Partikel bereitgestellt

AP 2 Umfassende Analytik von Mikroplastikpartikeln

Ansprechpartner/innen

Prof. Dr. Martin Elsner, Dr. Natalia P. Ivleva, Technische Universität München, Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie; Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie, Marchionistrasse 17, 81377 München, E-Mail: natalia. ivleva@ch.tum.de

Projektpartner

Postnova Analytics GmbH, BS-Partikel GmbH, TUMSWW, TUM-LTI, LfU, IUTA

Kurzbeschreibung

Es wurden innovative und bewährte analytische Nachweisverfahren (inkl. Probenahme, Aufbereitung, Identifizierung, Quantifizierung) für Mikroplastik (1 μm – 5 mm) ermittelt und mit Referenzmaterialien im Submikrobereich getestet. Hierfür dienten die erfolgreichsten Techniken des seit 2016 laufenden Projektes MiWa als Ausgangspunkt; Standardmethoden aus diesem Projekt wurden eingebunden und verglichen. Der direkte Kontakt zu Akteuren des MiWa-Projektes war durch Partner des Konsortiums (TUM-IWC und UBA) gewährleistet.

AP 3 Untersuchungen zu Alterung, Ad- und Desorption organischer Spurenstoffe auf Referenzpartikeln

Ansprechpartner/innen

Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes, Technische Universität München, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft, Am Coulombwall 3, 85748 Garching, E-Mail: jdrewes@tum.de

Projektpartner

LfU

Kurzbeschreibung

Die in der Methodenvalidierung eingesetzten Partikel wurden systematischen Alterungsprozessen und Biofilmwachstum unterworfen. Des Weiteren wurden diese Partikel und besonders deren (resultierende) unterschiedliche Oberflächen auf ihre Ad- bzw. Desorptionseigenschaften für organische Moleküle hin untersucht. Für die Analytik wurden u.a. Adsorptions- und Desorptionskinetiken mittels TD-(Pyrolyse)-GC-MS und LC-MS/MS untersucht. Experimente mit den gealterten Partikeln wurden in sogenannten Batch-Ansätzen durchgeführt, aber auch in Laborkläranlagen, die am LfU betrieben werden. Sämtliche Proben wurden bei Bedarf auch in den biologischen Systemen aus AP 5 eingesetzt.

AP 4 Untersuchungen zu Eintragspfaden und prozesstechnische Bewertung

Ansprechpartner

Dr. Korbinian Freier, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Demollstraße 31, 82407 Wielenbach, E-Mail: korbinian.freier@lfu.bayern.de

Projektpartner

TUM-SWW, IUTA

Kurzbeschreibung

Mit Hilfe der in AP 2 entwickelten und validierten Methoden wurden zunächst in Laborkläranlagen beim Partner LfU mit Referenzpartikeln reale Szenarien nachgestellt und der Verbleib der Partikel im System untersucht. Parallel hierzu wurden Untersuchungen an verschiedenen Messstellen in realen Kläranlagen durchgeführt. Die Probennahme von Wasserproben erfolgte für Mikroschadstoffe zertifiziert vom IUTA. Eine Erweiterung der vorhandenen Probennahmetechniken auf die Fragestellung Mikroschadstoffe wurde angestrebt. Abschließend erfolgte mit den anderen Partnern des Projektes und basierend auf den zu erwartenden Ergebnissen eine prozesstechnische Bewertung.

AP 5 Auswirkung auf aquatische Umwelt und menschliche Gesundheit

Ansprechpartner

Prof. Dr. Michael Pfaffl, Technische Universität München, Lehrstuhl für Tierphysiologie und Immunologie, Weihenstephaner Berg 3, 85354 Freising, E-Mail: michael.pfaffl@wzw.tum.de

Projektpartner

TAM-LAS, IGOE

Kurzbeschreibung

Für eine möglichst ganzheitliche (öko-)toxikologische Bewertung wurden potenziell negative Effekte von Submikropartikeln auf unterschiedlichen biologischen Organisationsebenen untersucht und einander gegenübergestellt. Dies beinhaltete den Einsatz von Modellsystemen in vivo zur Effektermittlung auf mikrobielle Diversität, Lebensgemeinschaften und trophische Strukturen und Funktionen sowie zur Ermittlung von Stressreaktionen auf höherer organismischer Ebene. In vitro-Modelle erweiterten diesen Ansatz zur Effektermittlung auf zellulärer und molekularer Ebene, um ein mechanistisches Verständnis partikelinduzierter Stressreaktionen zu schaffen und potentielle Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit ableiten zu können.

AP 6 Soziale, politische und rechtliche Dimensionen

Ansprechpartnerin

Prof. Dr. Ruth Müller, Technische Universität München, Professur für Wissenschafts- und Technologiepolitik, Augustenstraße 46, 80333 München, E-Mail: ruth.mueller@tum.de

Projektpartner

UBA

Kurzbeschreibung

Am TUM-MCTS wurden mittels qualitativer sozialwissenschaftlicher Methoden gegenwärtige Problemwahrnehmungen und Bewältigungsstrategien in Bezug auf Plastikpartikel in der Umwelt in Gesellschaft und Politik analysiert. Im Fokus stand dabei die Wahrnehmung der spezifischen ökotoxikologischen Relevanz von Submikropartikeln. Das UBA führte ein Screening der relevanten Rechtsakte auf nationaler, europäischer und internationaler Ebene durch. Dabei ging die Betrachtung über den reinen Medienbezug (Wasser, Boden und Luft) und damit verbundene mögliche Transportpfade hinaus. Insbesondere der rechtlich undefinierte Bereich zwischen Nano- (Grenze: 100 nm) und Mikroplastik (häufig angegebene Grenze: 1 μm) war von besonderem Interesse.

Koordinator

Prof. Dr.-Ing. Jörg E. Drewes
Technische Universität
München, Lehrstuhl für
Siedlungswasserwirtschaft /
TUM-SWW
Am Coulombwall 3
85748 Garching
Tel.: +49 89 2891 3701 bzw. -3718
E-Mail: jdrewes@tum.de

Website

https://www.wasser.tum.de/submuetrack/startseite/

Partnerinstitutionen

Technische Universität München

Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie / TUM-IWC

Lehrstuhl für Tierphysiologie und Immunologie / TUM-LTI

Lehrstuhl für Aquatische Systembiologie / TUM-LAS

Professur für Wissenschafts- und Technologiepolitik / TUM-MCTS

Helmholtz Zentrum München, Institut für Grundwasserökologie / IGOE

Bayerisches Landesamt für Umwelt / LfU

Umweltbundesamt / UBA

Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. / IUTA