Eine optimierte Extraktionsmethode für Fluoranthen mittels ASE aus Mikroplastik

Thomas Schiedek1, Jella Kandziora2, Kaori Sakaguchi-Söder2
1 Geowissenschaften, TU Darmstadt
2 IWAR, TU Darmstadt

P 11.5 in Identifikation hydrogeologischer Prozesse mit Spurenstoffen

 

 

Mikroplastik (Plastikstücke, max. 5 mm Größe) sind eine relativ neue Art von anthropogenen Stoffen, die sich in der aquatischen Umwelt anreichern. Generell unterscheidet man primäre (z.B. in Zahnpasta oder Duschgels, werden nicht von Kläranlagen herausgefiltert) und sekundäre Teilchen bzw. Pellets, die durch mechanische-chemische Vorgänge zerkleinert werden, wie z.B. bei Waschvorgängen von synthetischen Kleidungsstücken. Mikroplastik ist einerseits ein sehr gutes Adsorbens und speichert organische Schadstoffe, kann andererseits Schadstoffe (z.B. Plastikweichmacher) abgeben (z.B. Mato et al., 2001). Die Persistenz der Plastikstücke ist sehr hoch (mehrere 100er a) und eine Anreicherung in der Nahrungskette (Bioakkumulation, auch im Menschen) ist sehr wahrscheinlich. In der aquatischen Umwelt verteilt sich Mikroplastik durch natürliche Transportprozesse sehr schnell. Da die Analytik (z.B. Extraktion) noch nicht harmonisiert ist (viele verschiedene Plastikarten usw.), ist ein Vergleich von Umweltkonzentrationen problematisch und dadurch politische Gegenmaßnahmen stark erschwert (z.B. Hidalgo-Ruz et al., 2012). Zudem existieren noch Wissenslücken über die Sorptionskapazität von verschiedenen Mikroplastikarten. Ziel dieser Arbeit war die Optimierung einer Extraktionsmethode mittels ASE (accelerated solvent extraction) für 3 verschiedene, definierte Mikroplastikarten mit normierter Größe (mehrere mm-Durchmesser als Plastikpellet): Polyethylen (PE), Polystyrol (PS) und Polypropylen (PP). Alle 3 Mikroplastikarten wurden mit Fluoranthen (4 Ring-PAK, log Kow 5,33, Löslichkeit 0,26 mg/l) als Modellschadstoff definiert beladen. Mit Batch-Vorversuchen (Wasser, Plastikpellet) wurde festgestellt, dass nach 15 Tagen genügend Fth zum Nachweis mit GC-MS auf den Mikroplastik-Pellets sorbiert war. Die Extraktion wurde mit einer Dionex 300 ASE (anstatt z.B. Soxhlet) mit einem einheitlichen Druck von jeweils 100 bar (nicht veränderbar bei Dionex 300) sowie Temperatur-Variationen zwischen 50-100°C, je nach angegebener Plastikbeständigkeit, und mit verschiedenen Lösemitteln (Methanol, Isopropanol) und Extraktionszyklen optimiert. Die Variationsmöglichkeiten der Lösemittel waren z.T. beschränkt, da z.B. PS nicht mit Methanol extrahiert werden kann, ohne dass es sich auflöst. Es zeigte sich, dass je höher die Extraktionstemperatur gewählt wurde, umso mehr Fth wurde extrahiert, bei sonst gleichen Bedingungen. Als Lösemittel erbrachte Isopropanol deutlich höhere Extraktionsausbeuten als Methanol. Die optimale Methode zur Extraktion von PE bei 100°C mit Isopropanol benötigte 2 Zyklen (je 5 Min. statisch) mit einer Extraktionseffizienz zwischen ca. 70 -80%, während zur Extraktion von PP nur 1 Zyklus (5 Min. statisch) mit einer Extraktionseffizienz zwischen ca. 110 -115% benötigt wurde. Zur Extraktion von PS sollten maximal 70°C angewendet werden (ab hier beginnt Zersetzung), mit 2 Zyklen mit Isopropanol, um eine Extraktionseffizienz zwischen ca. 70 -75% zu erreichen. Literatur



Mato, Y; Tomohiko, I; Hideshige T.; Haruyki K.; Hiyoko, O.; Tsukuchika K. (2001): Plastic Resin Pellets as a Transport Medium for Toxic Chemicals in the Marine Environment.- Environ. Sci. Technol. 2001, 35, 318-324

Hidalgo-Ruz, V.; Gutow, L.; Thompson, R.C.; Thiel, M. (2012): Microplastics in the Marine Environment: A Review of the Methods Used for Identification and Quantification.- Environ. Sci. Technol., 46, 3060-3075