Překonání limitů tradičních metod analýzy mikroplastů pomocí termální desorpce a pyrolýzy ve spojení s GCxGC-TOFMS

Mikroplasty se staly jedním z nejdiskutovanějších kontaminantů životního prostředí současnosti. Bez ohledu na to, kde žijeme, je každodenní expozice mikroplastům prakticky nevyhnutelná – tyto drobné plastové částice se nacházejí ve vzduchu, který dýcháme, ve vodě, kterou pijeme, i v prostředí, ve kterém žijeme. Vzhledem k tomu, že se vědci snaží lépe porozumět zdrojům mikroplastů, cestám jejich šíření a jejich dopadům, neustále roste poptávka po spolehlivých metodách jejich analýzy.

Ačkoli se techniky, jako jsou FTIR a Ramanova spektroskopie, staly standardními nástroji pro identifikaci mikroplastů, jejich využití je omezené u menších částic (tj. nanoplastů) a ve složitých matricích. Pokročilejší metody analýzy mikroplastů mohou poskytnout hlubší informace o tom, co tyto částice obsahují a jak se mohou v průběhu času v životním prostředí měnit.

Omezení spektroskopických metod analýzy mikroplastů

Infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR) a Ramanova spektroskopie patří mezi široce používané metody analýzy mikroplastů, protože umožňují identifikovat typy polymerů na základě interakce elektromagnetického záření s materiálem. Tyto techniky jsou užitečné pro určení, zda se jedná například o polyethylen, polypropylen, polystyren nebo jiný běžný plast. Pro mnoho studií jsou tyto informace dostačující k potvrzení přítomnosti mikroplastů, zejména u čistých vzorků s dostatečným množstvím mikroplastových částic.

Vzorky z životního prostředí jsou však málokdy čisté a složením jednoduché. Částice mikroplastů mohou v důsledku působení okolního prostředí postupně stárnout a být překryty či obaleny jinými materiály, což ztěžuje jejich přesnou identifikaci pomocí spektroskopie. Pokud navíc výzkumníci potřebují zjistit, jaká aditiva, degradační produkty nebo znečišťující látky jsou s daným plastem spojeny, samotná identifikace částice nestačí. Metody FTIR a Ramanovy spektroskopie proto mají omezené možnosti při podrobné charakterizaci přítomných chemických látek, zejména v komplexních environmentálních matricích. S rostoucím významem otázek spojených s expozicí mikroplastům proto výzkumníci potřebují analytické techniky, které dokážou podrobněji charakterizovat chemické složení vzorku, a nikoli pouze potvrdit přítomnost samotné plastové částice.

Termální desorpce a pyrolýza s GCxGC-TOFMS pro komplexnější charakterizaci mikroplastů

Pro podrobnější charakterizaci nano- a mikroplastů ve složitých vzorcích lze využít termální desorpci (TD) a pyrolýzu (Py) ve spojení s komplexní dvourozměrnou plynovou chromatografií a hmotnostní spektrometrií s analyzátorem doby letu (GCxGC-TOFMS). Termální desorpce a pyrolýza poskytují vzájemně se doplňující informace o chemickém složení vzorku.

Termální desorpce umožňuje analyzovat těkavé a adsorbované látky spojené s částicemi mikroplastů. Patří mezi ně například environmentální kontaminanty, degradační produkty nebo těkavé organické látky (VOC). Analýza tak poskytuje informace o chemických látkách, které se nacházejí na povrchu plastu nebo jsou v něm obsaženy.

Pyrolýza se naopak zaměřuje na samotný polymer. Působením vysoké teploty jej rozkládá na charakteristické sloučeniny, které lze následně analyzovat pomocí GC. Tyto produkty pyrolýzy slouží jako markery umožňující určit, jaké polymery jsou ve vzorku přítomny. Tento přístup je zvláště užitečný u komplexních nebo výrazně zestárlých mikroplastů, které se pomocí běžných spektroskopických metod identifikují obtížně.

Nejvýznamnější přínos přináší spojení těchto technik s komplexní dvourozměrnou plynovou chromatografií. Environmentální vzorky často obsahují stovky až tisíce sloučenin, které mohou v jednorozměrné GC-MS koeluovat, a jejich jednotlivá identifikace je tak obtížná nebo dokonce nemožná. GCxGC poskytuje výrazně vyšší separační schopnost a pomáhá analytikům odlišit důležité polymerní markery od složek matrice. Lepší separace zároveň zvyšuje schopnost hmotnostního spektrometru identifikovat charakteristické produkty pyrolýzy polymerů, a to i ve vysoce komplexních environmentálních vzorcích. Výzkumníci tak mohou detekovat a identifikovat i obtížně analyzovatelné mikroplasty bez rozsáhlých kroků čištění vzorku, které často vyžadují jiné analytické postupy.

Další jedinečnou výhodou tohoto přístupu je možnost použít teremální desorpci a pyrolýzu postupně na stejném vzorku. Společně tak poskytují komplexnější chemický profil vzorku.

Komplexní analytický postup pro lepší pochopení mikroplastů v životním prostředí

FTIR a Ramanova spektroskopie zůstávají cennými nástroji pro rychlý screening a identifikaci vzorků obsahujících mikroplastové částice. Kombinací teremální desorpce, pyrolýzy a GCxGC-TOFMS však mohou analytici získat mnohem komplexnější informace o plastech přítomných ve vzorcích, jejich chemickém složení a změnách, kterým v životním prostředí podléhají. S postupujícím environmentálním výzkumem a rostoucími obavami z kontaminace mikroplasty budou výzkumníci stále častěji potřebovat informace, které přesahují pouhou odpověď na otázku: „Jaký plast je přítomen?“

Tato hlubší úroveň charakterizace může v konečném důsledku přinést nové poznatky o osudu mikroplastů v životním prostředí a pomoci vědcům lépe porozumět jejich potenciálním dopadům na ekosystémy a expozici člověka.