Mikroplastik in marinen Umweltproben neues Analyseverfahren mittels Fourier-Transformations-Infrarot- Spektroskopie (FTIR) Mirco Kuczera

Transkript

1 Mikroplastik in marinen Umweltproben neues Analyseverfahren mittels Fourier-Transformations-Infrarot- Spektroskopie (FTIR) Mirco Kuczera

2 Ablauf des Vortrages Mikroplastik Projekt am AWI Chemie / Physik der Polymere Betrachtungen zu Mikroplastik FTIR-FPA als neue Messmethode Ergebnisse Mirco Kuczera 1

3 Projekt MICROPLAST: Mikroplastik in Deutschen Küstengewässern BMBF-Projekt (Finanzierung: BMBF/AWI) Laufzeit Motivation: keine validen Daten zu Mikroplastik in deutschen Küstengewässern Mirco Kuczera 2

4 MICROPLAST Projekt Ziele des Projektes: Methodik: Evaluierung des FT-IR-Imaging für die Analyse von Mikroplastik-Partikeln und Entwicklung von FT-IR-Imaging Verfahren zur routinemäßige Anwendung. Optimierung der Probenaufbereitung zur Analyse mittels FT-IR-Imaging. Monitoring: Gewinnung von validen Daten über den Belastungszustand von Pelagial, Benthal mit Mikroplastik-Partikeln an den Deutschen Küsten. Ermittlung der Polymer-Zusammensetzung, Größe, Anzahl und Verteilung der Partikel. Mirco Kuczera 3

5 Vorbetrachtung Mirco Kuczera 4

6 Vorbetrachtung Seit 1950 produziert die Menschheit Plastik. Mit 6 Milliarden Tonnen Frischhaltefolie kann man die Erde einmal einwickeln!!! Mirco Kuczera 5

7 Chemie / Physik der Polymere - Polymer = aneinander gekettete Monomere (organische Moleküle z.b. Ethylen) < n < es entstehen lange Molekülketten mit unterschiedlichen Strukturen Mirco Kuczera 6

8 Chemie / Physik der Polymere Polypropylene Polystyrene Polyethylene terephthalate Polyvinyl chloride PS PP PET high density Polyethylene Polyurethane PVC PUR Polymer marked 2011 Europe (PlasticsEur ope) andere others LDPE HDPE low density Polyethylene Mirco Kuczera 7

9 Chemie / Physik der Polymere - Physikalische Eigenschaften der Polymere - Festigkeit/ Flexibilität - Dichte - Optische Eigenschaften (klar opak weis) HDPE LDPE Mirco Kuczera 8

10 Betrachtungen zu Mikroplastik - Wie entsteht Mikroplastik? Temperatur mechanische Belastung Licht (UV/VIS) natürliche Medien biologische Medien chemische Medien / Umwelteinflüsse Mirco Kuczera 9

11 Betrachtungen zu Mikroplastik - Wie entsteht Mikroplastik? Temperatur mechanische Belastung Licht (UV/VIS) natürliche Medien biologische Medien chemische Medien / Umwelteinflüsse Mirco Kuczera 10

12 Betrachtungen zu Mikroplastik - Welche potentiellen Gefahren birgt Mikroplastik? Mirco Kuczera 11

13 FTIR als neue Messmethode - Grundlagen zur Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie PC - workstation Mirco Kuczera 12

14 FTIR als neue Messmethode - Grundlagen zur Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie IR Strahlung Wellenzahlbereich cm -1 Schwingungsanregung in der Probe Absorbierte IR Strahlung ist abgeschwächt bzw. fehlt Ergebnis: Spezifische Absorptionsbanden für jeden Kunststoff! Mirco Kuczera 13

15 FTIR als neue Messmethode - Keine einheitliche Methodik zu Mikroplastik-Analyse in marinen Proben Optische Auswertung Nachteil: höchst subjektiv größenlimitiert Polymertyp unbekannt? Mirco Kuczera 14

16 FTIR als neue Messmethode - Ein Schritt vorwärts: FTIR-ATR Analyse der Proben FTIR-ATR Analyse Vorteil: Polymertypisierung FT-IR Spektrum Nachteil: optische Sortierung zeitaufwändig größenlimitiert Mirco Kuczera 15

17 FTIR als neue Messmethode - ein Sprung: Mikro-FTIR-Imaging mit Focal Plane array (FPA) Detektor FTIR-FPA + Mikroskop Vorteil: Polymertypisierung keine Sortierung Flächenmessung Monitoring möglich zerstörungsfrei Detektion bis 2 µm Mirco Kuczera 16

18 Ergebnisse - Microplast Project: Methodikentwicklung simultane Erfassung verschiedener Polymertypen PA PET PP LDPE PS PVC Mirco Kuczera 17

19 Ergebnisse - Microplast Project: Methodikentwicklung Flächenanalyse bei gleichzeitig hoher Auflösungsgenauigkeit 30 µm Mirco Kuczera 18

20 Ergebnisse - Microplast Project: Methodikentwicklung Flächenanalyse bei gleichzeitig hoher Auflösungsgenauigkeit 30 µm Mirco Kuczera 19

21 Ergebnisse - Microplast Project: Analyse / Crangonproben mit PS Partikel versetzt (Antonia Pott) Mirco Kuczera 20

22 Ergebnisse - Microplast Project: Analyse / Crangonproben mit PS Partikel versetzt (Antonia Pott) Chitin Reste Mirco Kuczera 21

23 Ergebnisse - Microplast Project: Analyse / Crangonproben mit PS Partikel versetzt (Antonia Pott) Glaspartikel Mirco Kuczera 22

24 Ergebnisse - Microplast Project: Analyse / Crangonproben mit PS Partikel versetzt (Antonia Pott) Sandkörner Mirco Kuczera 23

25 Ergebnisse - Microplast Project: Analyse / Crangonproben mit PS Partikel versetzt (Antonia Pott) Polystyrol Partikel 10 µm Mirco Kuczera 24

26 Ausblick: drei Hauptsäulen des Projektes sind derzeit mit drei Masterarbeiten mitten in der Bearbeitung: - Entwicklung Aufarbeitung der Benthal Proben ist zu 90% abgeschlossen / Monitoring von gesammelten Proben der Nordsee steht vor der Tür und wird in den kommenden Monaten angegangen - Entwicklung Aufarbeitung der Plankton Proben ist zu 70% abgeschlossen / Monitoring wird noch durch die Masse an aufkommenden Probevolumina erschwert - Messmethodik Entwicklung muss noch durch geeignete Quantifizierungsbeschreibung ergänzt werden um vergleichbare Ergebnisse - zu liefern. Mirco Kuczera 25

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Mirco Kuczera 26