FTIR Spektroskopie
ZaměřeníŽivotní prostředí
VýrobceAgilent Technologies
Význam tématu
Analýza mikroplastů v oceánských vzorcích se stala klíčovou pro hodnocení environmentální zátěže. Mikroplasty ve velikostním rozmezí 1 µm až 5 mm vznikají degradací větších plastových objektů a mohou škodit organismům poškozením tkání nebo vstřebáním toxických látek. Pro splnění rostoucích požadavků na legislativu a monitorování životního prostředí jsou nezbytné rychlé, přesné a reprodukovatelné analytické postupy.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem studie bylo navrhnout a ověřit plně automatizovaný workflow pro identifikaci, kvantifikaci a charakterizaci mikroplastů v mořské vodě využívající LDIR (Laser Direct Infrared) Chemical Imaging. Vzorky pocházely z transektu v Indickém oceánu během expedice Sonne 270, přičemž bylo analyzováno celkem sedm lokalit. Studie se věnovala optimalizaci odběru velkých objemů, přípravě vzorků, detekci částeček a validaci výsledků vůči referenčním materiálům.
Použitá metodika
Ultrarychlá automatizovaná analýza zahrnovala:
- Odběr až 61 m3 mořské vody pomocí dvoukanálového frakcionátoru GIMPF, který odděluje suspenzní částice >300 µm a 10–300 µm.
- Prevence kontaminace: čisté laminární boxy, filtrace vzduchu na 0,1 µm a pravidelné procedurální blanky.
- Enzymaticko-oxidační digesce: aplikace Proteinázy K, H₂O₂ s Fe²⁺ katalýzou a chitinázy pro odstranění organické matrice.
- Densitometrická separace v roztoku ZnCl₂ (ρ = 1,7 g mL⁻¹).
- Depozice na infračervená reflexní sklíčka (MirrIR) a analýza v režimu transflekce.
- Automatizované snímání IR spektrometrickou QCL (1800–975 cm⁻¹), detektor MCT a software Agilent Clarity pro databázové porovnání spekter s >420 referenčními vzorky.
- Ruční verifikace výsledků včetně µ-ATR a klasické ATR-FTIR pro částice >300 µm.
Použitá instrumentace
- Agilent 8700 LDIR Chemical Imaging System s kvantovým kaskádovým laserem (QCL).
- Termometricky chlazený MCT detektor a mikroskopické optické snímací řešení.
- Software Agilent Clarity verze 1.1.2 pro plně automatizovanou analýzu a porovnání spekter.
- Geesthacht Inert Microplastic Fractionator (GIMPF) pro vysokokapacitní frakcionovaný odběr vzorků.
Hlavní výsledky a diskuse
Analýza ukázala koncentrace mikroplastů mezi 10 a 226 částicemi na m³. Z celkem 31 120 detekovaných objektů bylo 635 klasifikováno jako syntetické, zbytek tvořily přírodní materiály. Nejčetnější polymerové skupiny byly akryláty/polyuretany (39,2 %), PET (26,0 %) a PVC (6,0 %). Téměř 95 % částic mělo průměr menší než 100 µm, což zdůrazňuje význam citlivé, automatizované detekce. Porovnání s referenčními materiály prokázalo správnost identifikace >95 %. Metoda umožnila rozlišení složených částic, biofilmovaných fragmentů i entanglovaných vláken.
Přínosy a praktické využití metody
- Rychlost a automatizace: analýza až 800 částic za hodinu.
- Minimální operátorský vliv díky plně automatickému workflow.
- Možnost analýzy celé plochy vzorku namísto vybraných oblastí.
- Efektivní eliminace kontaminace a robustní validace výsledků.
- Schopnost rozlišit vícesložkové částice a biofilmované plochy.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Rozšíření databází spekter o další polymerní směsi a přírodní interferenty.
- Propojení s dalšími technikami (např. Raman) pro vícefázovou charakterizaci.
- Vývoj standardizovaných postupů a SOP pro jednotnou aplikaci v různých laboratořích.
- Profilování vertikálního rozložení mikroplastů mezi hladinou a sloupcem vody.
- Využití high-throughput přístupu pro dlouhodobé monitorovací programy.
Závěr
LDIR Chemical Imaging se ukázal jako robustní a časově úsporná metoda pro komplexní analýzu mikroplastů v mořské vodě. Plně automatizované workflow snižuje chybovost a umožňuje zpracovat velké objemy vzorků s vysokou přesností, čímž představuje perspektivní nástroj pro výzkum i environmentální monitoring dle nových předpisů.
Reference
- Geyer R., Jambeck J.R., Law K.L. Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances, 2017.
- Jambeck J.R. et al. Plastic waste inputs from land into the ocean. Science, 2015.
- Eriksen M. et al. Plastic Pollution in the World’s Oceans. PLoS ONE, 2014.
- Ivleva N.P., Wiesheu A.C., Niessner R. Microplastic in Aquatic Ecosystems. Angew. Chem. Int. Ed., 2017.
- Koelmans A. et al. All is not lost: Deriving a top-down mass budget of plastic at sea. Environ. Res. Lett., 2017.
- Song Y.K. et al. Combined Effects of UV Exposure Duration and Mechanical Abrasion on Microplastic Fragmentation. Environ. Sci. Technol., 2017.
- Hildebrandt L. et al. Evaluation of continuous flow centrifugation as an alternative technique to sample microplastic from water bodies. Mar. Environ. Res., 2019.
- Domogalla-Urbansky J. et al. Raman microspectroscopic identification of microplastic particles in freshwater bivalves. Environ. Sci. Pollut. Res., 2019.
- Lorenz C. et al. Spatial distribution of microplastics in sediments and surface waters of the southern North Sea. Environ. Pollut., 2019.
- Enders K. et al. Abundance, size and polymer composition of marine microplastics ≥10 µm in the Atlantic Ocean. Mar. Pollut. Bull., 2015.
- Cole M. A novel method for preparing microplastic fibers. Sci. Rep., 2016.
- Prata J.C. et al. The importance of contamination control in airborne fibers and microplastic sampling. Mar. Pollut. Bull., 2020.
- Brunner K. et al. Passive buoyant tracers in the ocean surface boundary layer. J. Geophys. Res. Oceans, 2015.
- Kooi M. et al. The effect of particle properties on the depth profile of buoyant plastics in the ocean. Sci. Rep., 2016.
- Lenaker P.L. et al. Vertical Distribution of Microplastics in the Water Column and Surficial Sediment. Environ. Sci. Technol., 2019.
- GIMPF—Geesthacht Inert Microplastic Fractionator (2020).
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.