Solving Our Plastic Problem: Advances in Microplastics Analysis

Význam tématu

Výroba plastů neustále roste a vedle klasických makroplastů se uvolňují i mikroplasty (1 µm–5 mm) a jejich menší fragmenty nazývané nanoplastyky (1–1000 nm). Tyto částice se hromadí ve vodě, půdě, vzduchu a v organismu, ovlivňují ekosystémy i lidské zdraví a jejich studium se stává klíčovým pro environmentální monitoring a QA/QC v průmyslu i ve výzkumu.

Cíle a přehled studie / článku

Text shrnuje současné výzvy a pokroky v analýze mikroplastů a popisuje:

• zdroje mikroplastů (primární versus sekundární),
• současný stav regulace a standardizace (ISO, CEN, ASTM),
• metody charakterizace: spektroskopické techniky (FTIR, LDIR, Raman) a termochemické metody (Py-GC/MS, TED-GC/MS),
• praktické workflow a příklady aplikací (pitná voda, půda, biota),
• qa/qc postupy, mezi­laboratorní testy a akreditace.

Použitá metodika a instrumentace

Analytické přístupy:

• Laser Direct Infrared (LDIR) Agilent 8700: rychlé skenování vzorku, lokalizace částic, získání spekter na každé částici, limit ~10 µm, plně automatizovaný workflow.
• FTIR mikrospektroskopie: bodové a obrazovací FPA systémy, tradiční metoda s bohatou databází, limit ~30–50 µm, vysoká doba analýzy.
• Raman mikroskopie: detekce částic od 1 µm, citlivé na fluorescenci a poškození laserem.
• Pyrolýza GC/MS (Py-GC/MS) a Thermal Extraction Desorption GC/MS (TED-GC/MS): stanovení celkové hmoty plastů, destruktivní, rychlé, bez rozboru jednotlivých částic.
• Vzorkování a příprava: odstranění organické hmoty (Fentonova reakce, enzymatická digesce), separace inorganických materiálů (sítování, filtrace, hustotní separace).

Hlavní výsledky a diskuse

• LDIR umožňuje plně automatizovanou analýzu, detekci až 10 µm částic a rychlé získání spekter; QCL laser nahrazuje širokopásmové zdroje.
• Případové studie pitné vody: analýza na zlatem potažených filtrech prokazuje v průměru 13 částic na litr, průměrná velikost ~77 µm; filtrace on-filter eliminuje ztráty částic a snižuje riziko kontaminace.
• Studie podzemní vody: detekce PE, PP, PS, PVC i dalších polymerů, průměrná velikost ~89 µm, identifikace zdrojů (zemědělství, průmysl).
• QA/QC postupy: čisté prostory s pozitivním tlakem, sterilizace skla, pravidelné blank testy vzduchu i matrice, recoveries 80–120 %, účast v mezinárodních proficiency testech, akreditace ISO/IEC 17025.
• Regulace a standardizace: probíhající ISO/CEN projekty (ISO 24187, ISO 16094-1 až 4, ISO/FDIS 24187, ISO/FDIS 16094-2), ASTM D8332-20, evropské směrnice o mikropekárnách v kosmetice a pitné vodě.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazně vyšší rychlost a propustnost než u FTIR-FPA: detekce tisíců částic během <1 hod.
• Plně automatizovaná analýza s reálnými časy výsledků a minimalizací manuálních kroků.
• Zlepšená spolehlivost díky on-filter workflow bez přenosu vzorku.
• Dostupnost vestavěných i rozšiřitelných databází pro životní prostředí i opotřebené polymery.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Implementace a harmonizace nových ISO a CEN standardů pro pitnou vodu, odpadní vody, produkty spotřeby.
• Rozvoj knihoven včetně nanoplastů a dalších kontaminantů, využití strojového učení pro rychlejší a přesnější identifikaci.
• Dynamické propojení spektroskopie a termochemických metod pro úplnou charakterizaci částic i jejich hmoty.
• On-site analyzátory a mobilní spektrometry pro rychlý monitoring v terénu.

Závěr

Pokročilé metody, zejména LDIR s direct-on-filter workflow, představují průlom v analýze mikroplastů. Kombinace rychlosti, automatizace a vysoké spolehlivosti umožňuje rozsáhlé studie a monitoring v rámci probíhajících regulací a standardizačních snah.

Použitá instrumentace

• Agilent 8700 LDIR Chemical Imaging System (QCL laserová IR mikrospektroskopie)
• FTIR mikroskopy (bodové a FPA)
• Raman mikroskopy
• Pyrolyzní GC/MS
• TED-GC/MS
• Filtrační aparatura pro zlatem potažené a low-e filtry

Reference

1. National Geographic. The World’s Plastic Pollution Crisis Explained. 2019.
2. Frias J.P.G.L., Nash R. Marine Pollution Bulletin 138 (2019), 145–147.
3. National Ocean Service. What Are Microplastics? 2019.
4. Plastic Oceans. The Facts. 2019.
5. Gagné F.J. Journal of Xenobiotics 9(1) (2019), 8147.
6. Agilent Technologies. Spectroscopy Product Named a “Top Innovation.” 2024.
7. Agilent. Analysis of Microplastics using FTIR Imaging. 2024.
8. Wiley Analytical Science. Polymer Analysis and Microplastics in the Environment. 2024.