Analytical and Measuring Instruments for Microplastics

Význam tématu

Malé plastové fragmenty o velikosti od jednotek mikrometrů po milimetry, označované jako mikroplasty, se hromadí v mořích a řekách a představují závažné riziko pro ekosystémy i lidské zdraví. Kromě samotných polymerů mohou mikroplasty nést aditiva nebo na své povrchy adsorbovat toxické látky, které se pak mohou dostat potravním řetězcem až k lidem.

Cíle a přehled studie / článku

Text shrnuje přístupy Shimadzu k analýze mikroplastů: od sběru vzorků, přes jejich předúpravu až po výběr vhodných destruktivních či nedestruktivních metod. Uvádí několik praktických aplikací včetně kvalifikace a lokalizace plastů, průzkumných studií na mořských organismech, rozboru plastového odpadu a hodnocení adsorpce škodlivin.

Použitá metodika a instrumentace

Základní workflow zahrnuje odběr vzorků (mořská/řekní voda, biologické tkáně), předčistění (filtrace, separace, oxidativní štěpení), výběr metody a vlastní analýzu.

• FTIR (IRTracer-100 s mikroskopem AIM-9000): kvalifikace a mapování organických plastů (PE, PP, PS, PET) ve vzorcích <100 µm.
• Pyrolyzní GC-MS (Py-GCMS, GCMS-TQ8040): destruktivní analýza celkových polymerních složek a adsorbovaných organických kontaminantů.
• LC-MS/MS (LCMS-8060): kvantifikace toxických látek (PFAS) adsorbovaných na mikroplastech.
• EDX-8000: elementární analýza přísad (CaCO₃, kovová aditiva, Cu) a minerálních výplní.
• iSpect DIA-10: dynamická analýza obrazu pro měření koncentrace, velikostního rozdělení a tvaru částic (5–100 µm).
• DSC-60 Plus: hodnocení složení a poměrů v mechanicky smíšených polymerech (LDPE, HDPE, PP) pomocí tepla tání.

Hlavní výsledky a diskuse

• Mapování FTIR umožnilo zobrazit rozložení PE, PP a PET na filtru a lokálně určit typ plastu u vzorků sekundárních mikroplastů.
• Analýza střevních obsahů polárního treskovce a hlubinných korýšů potvrdila přítomnost PMMA, PS, CaCO₃ a kaolinu jako aditiva.
• FTIR a EDX rozlišily polymerní složení rybářských sítí a prokázaly variabilní obsah ochranných kovových aditiv (Cu).
• Srovnáním nových a použitých plastových pelet (5 mm) se zjistilo, že povrchové nečistoty a přilnuté částice lze detekovat, ale materiál pelet (PE + celulóza) zůstává zachován.
• Obrázková analýza částic v ekologické vodě prokázala průměrnou velikost ~24 µm, koncentraci 5 309 částic/ml a rozmanité tvary (vláknité, tyčinkové), přičemž chemické mapování potvrdilo přítomnost PP.
• DSC umožnila odhad poměrů polymerů v blendech pomocí individuálních nebo celkových tepelných toků s přesností do ±5 %.
• Adsorpční testy PAH a PFAS na PP, PS a PE ukázaly, že jejich afinitu lze vysvětlit hydrofobicitou (Log Kow, Log D) a liší se podle chemické struktury.

Přínosy a praktické využití metody

Integrované využití FTIR, MS a mikroskopických metod nabízí rychlé, vysoce citlivé a cílené řešení pro monitoring mikroplastů v životním prostředí, pro vývoj protokolů kvality a výzkum biodostupnosti nebezpečných látek.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozvoj analýzy částic <300 µm i nanočástic, automatizace mapovacích postupů, kombinace hyphenovaných metod (FTIR-MS), využití umělé inteligence pro rozpoznávání spekter a on-line monitorování kvality vody.

Závěr

Shimadzu nabízí komplexní portfolio instrumentů pro charakterizaci mikroplastů, od kvalifikace a kvantifikace až po sledování adsorpce toxických látek, což podporuje environmentální výzkum a ochranu ekosystémů.

Reference

• Susanne Kühn et al., Micro FTIR analysis of particles from deep sea to polar ice, Shimadzu News 2, 2018.
• Marina Nikolaou et al., Fish farming and anti-fouling paints: Cu a Zn in farmed fish, Aquaculture Environment Interactions, Vol. 5, 163–171, 2014.
• Makoto Yasojima et al., Adsorption characteristics of chemicals on microplastics, Jpn Soc Water Env Symp. 22, 2019.
• A. Jamieson et al., Microplastics in deep ocean amphipods, Shimadzu Journal Vol. 7, Issue 1, 2019.