Comprehensive Analysis of Microplastics and Their Adsorbed Environmental Matrix Constituents Using a Combination of Thermal Desorption and Pyrolysis with GCxGC-HRTOFMS

Význam tématu

Plastový odpad roste globálně a do roku 2050 se očekává nárůst na 26 miliard tun. Mikroplasty vznikající degradací makroplastů představují ekologickou hrozbu nejen samy o sobě, ale také jako nosiče škodlivých organických znečišťujících látek. Analytické metody pro komplexní identifikaci jak polymerní matice, tak adsorbovaných kontaminantů jsou klíčové pro hodnocení rizik a monitorování životního prostředí.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na charakterizaci vzorků vzduchových filtrů obsahujících mikroplasty a přidružené chemické složky. Použitím kombinace termické desorpce (TD) a pyrolytického rozkladu (Pyr) spojených s dvourozměrnou plynovou chromatografií a vysokorozlišovacím TOF-MS (GCxGC-HRTOFMS) autoři usilovali o:

• Identifikaci polymerních komponent (PE, PS, PU, PA atd.).
• Detekci a kvantifikaci polyaromatických a heterocyklických uhlovodíků adsorbovaných na mikroplastech.
• Vyhodnocení analytické výkonnosti multidimenzionální metody pro komplexní vzorky.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky byly odebrány vysokokapacitními PM10 odsavači na křemenných filtrech z venkovských a městských lokalit ve Velké Británii. Z filtrů se odebíraly 4–8 mm vzorky v křemenných trubičkách. Analýza zahrnovala:

• Termickou desorpci (MMS TD-EI) ve vtokové komoře GL Sciences Optic-4.
• Pyrolýzu (Pyr-EI) v režimu GCxGC na zařízení Pegasus HRT+ 4D s Multi-Mode Source.
• Dvourozměrnou chromatografii s odlišnými separačními mechanismy pro lepší rozlišení škál látek.
• Detekci na vysokorozlišovacím TOF hmotovém spektrometru s databázovými porovnáními a TAF (Target Analyte Find) pro retrospektivní screening.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza TD-EI prokazuje přítomnost širokého spektra polyaromatických uhlovodíků, N-heterocyklů, lineárních ketonů, aldehydů, alkoholi a cyklosiloxanů. Pyrolýza umožnila jasnou identifikaci polymerních typů (PE, PS, PU, PA) na základě charakteristických pyrolytických markerů se shodou > 870/1000. Dvourozměrné konturové plochy zvýšily signál-šum a podpořily skupinové clusterování kompatibilní s databázemi. TAF zpřístupnil rychlý retrospektivní screening cílových markerů v komplexních datech.

Přínosy a praktické využití metody

• Současné stanovení polymerní složky i širokého spektra přidružených organických kontaminantů.
• Vysoká citlivost a rozlišení nad rámec jednorozměrné GC-MS.
• Možnost retrospektivní analýzy a rozšíření spektra vyhledávaných látek podle potřeby.
• Uplatnění v environmentálním monitoringu kvality ovzduší, průmyslové kontrole a výzkumu osudu mikroplastů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace přípravy a zpracování dat včetně umělé inteligence pro rozpoznání datových vzorů.
• Rozšíření databází spekter polymerů a adsorbátů pro vyšší pokrytí environmentálních vzorků.
• Kombinace s reálným časem detekce a přímými samplingovými technologiemi pro on-line monitoring.
• Aplikace na vodní a sedimentové vzorky, biologické matrice a nové materiály.

Závěr

Kombinace TD/Pyr-GCxGC-HRTOFMS prokázala vysokou výkonnost při komplexní analýze mikroplastů a přidružených organických kontaminantů ve vzduchových filtrech. Metoda poskytuje hluboký chemický profil polymerních komponent i adsorbovaných látek a nabízí flexibilní přístup pro široké uplatnění v environmentální analytice.

Reference

• Alonso D. E., Binkley J. E. Comprehensive Analysis of Microplastics and Their Adsorbed Environmental Matrix Constituents Using a Combination of Thermal Desorption and Pyrolysis with GCxGC-HRTOFMS. LECO Corporation, Saint Joseph, Michigan, USA.