DE102020007953A1 - Verfahren zur Bestimmung des Kunststoffpartikelgehalts mit hydrophobem Farbstoff - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung des Kunststoffpartikelgehalts mit hydrophobem Farbstoff Download PDF

Info

Publication number
DE102020007953A1
DE102020007953A1 DE102020007953.9A DE102020007953A DE102020007953A1 DE 102020007953 A1 DE102020007953 A1 DE 102020007953A1 DE 102020007953 A DE102020007953 A DE 102020007953A DE 102020007953 A1 DE102020007953 A1 DE 102020007953A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
dye
hydrophobic
sample
plastic particles
plastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102020007953.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Wasiliki Tsalastra-Greul
Lewin Tu
Katharina Köppe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102020007953.9A priority Critical patent/DE102020007953A1/de
Publication of DE102020007953A1 publication Critical patent/DE102020007953A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N1/4077—Concentrating samples by other techniques involving separation of suspended solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/38—Diluting, dispersing or mixing samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1429—Signal processing
    • G01N15/1433—Signal processing using image recognition
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/38—Diluting, dispersing or mixing samples
    • G01N2001/386—Other diluting or mixing processes
    • G01N2001/388—Other diluting or mixing processes mixing the sample with a tracer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0053—Investigating dispersion of solids in liquids, e.g. trouble
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N2015/0687—Investigating concentration of particle suspensions in solutions, e.g. non volatile residue
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N2015/1486—Counting the particles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung des Gehalts an Kunststoffpartikeln in Proben aus der Umwelt, der Alltagsumgebung oder der industriellen Produktion. Das Verfahren umfasst die Zugabe eines hydrophoben Farbstoffs und eines hydrophilen Lösungsmittels, eine Entfernung des hydrophilen Lösungsmittels, die Zugabe eines hydrophoben Lösungsmittels, die Entfernung der Kunststoffpartikel, die Bestimmung der Farbstoffkonzentration in dem hydrophoben Lösungsmittel und die Ermittlung des Kunststoffgehalts anhand der Farbstoffkonzentration.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Gehalts an Kunststoffpartikeln in Proben aus der Umwelt, der Alltagsumgebung oder der industriellen Produktion.
  • Kunststoffpartikel sind in vielen Bereichen unseres Umfelds vorzufinden und die Bestimmung ihres Gehalts ist aus verschiedenen Gründen notwendig. In der Umwelt, besonders im aquatischen Bereich sind Kunststoffpartikel als Mikro- oder Nanoplastik durch ihre Schadstoff-anreichernde Eigenschaft ein ubiquitärer Stressfaktor für das benthische Ökosystem. Zur Aufklärung der Mikroplastikausbreitung zum Beispiel im Sediment oder der Verteilungsdynamik in Bezug zur Küstennähe oder Flussmündung ist es erforderlich in einer großen Anzahl von entnommenen Proben den Kunststoffpartikelgehalt zu bestimmen. Als primäres Mikroplastik in Kosmetika oder durch Waschvorgänge gebildete Kunststofffaserfragmente gelangen Kunststoffpartikel über die Kläranlagen zunächst bevorzugt in die Binnengewässer. Auch zur Untersuchung dieser Prozesse ist ein Verfahren erforderlich, mit dem eine quantitative Bestimmung des Mikroplastiks möglich ist. Industriell gefertigte Kunststoffpartikel, die entweder als primäres Mikroplastik eingesetzt werden oder in der Produktion von Lacken als Zwischenprodukt in Form von Kunststoffdispersionen hergestellt werden, müssen nach ihrer Synthese in den Proben quantitativ bestimmt werden, um die Ausbeute und ihre Weiterverarbeitung festzulegen.
  • Herkömmliche Quantifizierungsmethoden basieren auf der Auszählung von einzelnen Partikeln und deren weiterführenden spektroskopischen Analysen. In allen genannten Verfahren ist die Anwendung, wenn die Unsicherheiten gering gehalten werden sollen, mit großem Zeitauswand und der Notwendigkeit von kostenintensiven Geräten verbunden. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Quantifizierungsverfahren bereitzustellen.
  • Erfindungsgemäß werden diese Ziele durch ein Verfahren erreicht, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens werden durch die Unteransprüche angegeben.
  • Verschiedene Ausführungsformen können auf den unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Kunststoffpartikel zu ihrer Umgebung in wässrigen und lipophilen Lösungen beruhen. Es wurde zwischen Kunststoffpartikeln und hydrophoben Farbstoffen ein reversibler hydrophober Effekt beobachtet. Die durch den hydrophoben Effekt an der Oberfläche der Plastikpartikel adsorbierten Farbstoffmoleküle werden mit einem hydrophoben Lösungsmittel wieder gelöst und die Ausbeute des Farbstoffes photometrisch bestimmt. Durch den Gehalt des desorbierten Farbstoffs können quantitative Rückschlüsse zur Menge der Kunststoffpartikel in der Probe gezogen werden.
  • Eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittlung eines Kunststoffgehalts in einer Probe umfasst eine Zugabe eines hydrophoben Farbstoffs und eines hydrophilen Lösungsmittels, eine Entfernung des hydrophilen Lösungsmittels, eine Zugabe eines hydrophoben Lösungsmittels, eine Entfernung der Kunststoffpartikel, eine Bestimmung der Farbstoffkonzentration in dem hydrophoben Lösungsmittel, und eine Ermittlung des Kunststoffgehalts anhand der Farbstoffkonzentration.
  • Die Zugabe eines hydrophoben Farbstoffs und eines hydrophilen Lösungsmittels bedeutet, dass der hydrophobe Farbstoff und das hydrophile Lösungsmittel zu der Probe hinzugefügt werden. Die Probe kann Kunststoffpartikel umfassen, die einen Teil des hydrophoben Farbstoffs adsorbieren. Derjenige Anteil des hydrophoben Farbstoffs, der an der Oberfläche der Kunststoffpartikel adsorbiert ist, wird auch ein adsorbierter Farbstoff genannt. Die Kunststoffpartikel können dadurch gefärbt sein. Derjenige Anteil des hydrophoben Farbstoffs, der nicht an der Oberfläche der Kunststoffpartikel adsorbiert ist, wird auch ein ungebundener Farbstoff genannt.
  • Die Entfernung des hydrophilen Lösungsmittels kann dabei auch einen Teil des ungebundenen Farbstoffs entfernen. In einem Beispiel entfernt die Entfernung des hydrophilen Lösungsmittels einen größten Teil des ungebundenen Farbstoffs, zum Beispiel mehr als 90 % des ungebundenen Farbstoffs. Entfernung bedeutet dabei eine Entfernung aus der Probe, beispielsweise durch Abgießen, Verdampfen oder andere geeignete Verfahren.
  • Die Zugabe des hydrophoben Lösungsmittels kann dabei einen Teil des adsorbierten Farbstoffs lösen. In einem Beispiel löst die Zugabe des hydrophoben Lösungsmittels den größten Teil des adsorbierten Farbstoffs, zum Beispiel mehr als 90 % des adsorbierten Farbstoffs. In der Folge kann der hydrophobe Farbstoff nicht länger von den Kunststoffpartikeln adsorbiert werden. Die Kunststoffpartikel können daher entfärbt sein.
  • Die Entfernung der Kunststoffpartikel kann ein Entfernen der im vorhergehenden Schritt entfärbten Kunststoffpartikel aus der Probe umfassen. Beispielsweise können die Kunststoffpartikel durch Zentrifugieren von der Probe getrennt werden. Dabei können auch andere feste Bestandteile aus der Probe entfernt werden. Das hydrophobe Lösungsmittel und der darin gelöste Anteil des hydrophoben Farbstoffs verbleiben dabei in der Probe.
  • Die Bestimmung der Farbstoffkonzentration in dem hydrophoben Lösungsmittel erfolgt beispielsweise photometrisch. Dabei wird die Konzentration des in dem hydrophoben Lösungsmittel gelösten hydrophoben Farbstoffs an der Probe gemessen. Diese Farbstoffkonzentration unterscheidet sich von einer ursprünglichen Konzentration des in dem ersten Schritt zugegebenen hydrophoben Farbstoffs an der Probe, da ein Teil des hydrophoben Farbstoffs in dem Schritt der Entfernung des hydrophilen Lösungsmittels entfernt worden sein kann.
  • Die Ermittlung des Kunststoffgehalts anhand der Farbstoffkonzentration kann dabei durch eine Berechnung oder anhand einer Tabelle erfolgen. Eine hohe Farbstoffkonzentration indiziert dabei eine hohe Anzahl Kunststoffpartikel in der Probe. Umgekehrt indiziert eine geringe Farbstoffkonzentration eine geringe Anzahl Kunststoffpartikel in der Probe.
  • Das Verfahren hat den Vorteil, dass es schnell und automatisiert durchgeführt werden kann, da keine einzelnen Partikel gezählt werden müssen.
  • Außerdem hat das Verfahren den Vorteil, dass es günstig durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann mit dem Verfahren auf aufwendige und teure spektroskopische Analysen verzichtet werden. Wieder beispielsweise kann durch das Verfahren auf teure, große und wartungsintensive Geräte verzichtet werden.
  • Darüber hinaus hat das Verfahren den Vorteil, dass es zuverlässig ist. Beispielsweise hat das Verfahren den Vorteil, dass natürliche organische Partikel nicht fälschlicherweise als Kunststoffpartikel gewertet werden.
  • In einer Ausführungsform werden die Kunststoffpartikel nach Zugabe des hydrophoben Lösungsmittels durch einen Filter oder eine Zentrifugation entfernt. Das bedeutet, dass die Kunststoffpartikel aus der Probe mit hydrophobem Lösungsmittel und hydrophobem Farbstoff größtenteils entfernt werden. Die Entfernung der Kunststoffpartikel kann durch Zentrifugation erfolgen. Die Kunststoffpartikel können sich bei der Zentrifugation am Gefäßboden absetzen und die Probe kann sich darüber befinden. Die Probe kann in ein neues Gefäß überführt werden. In einem Beispiel kann die Entfernung durch eine Filtration erfolgen. Zum Beispiel kann ein Filter eingesetzt werden, der eine kleinere Porengröße als der Durchmesser der Kunststoffpartikel hat.
  • Eine Separation der Kunststoffpartikel durch Zentrifugation hat den Vorteil, dass die Entfernung in einem Gefäß stattfindet. Beispielsweise hat es den Vorteil, dass kleine Probenvolumen verwendet werden können. Außerdem hat die Zentrifugation den Vorteil, dass ein Verlust des Probenvolumens in diesem Schritt gering sein kann.
  • Die Filtration hat den Vorteil, dass eine Entfernung der Kunststoffpartikel bei zum Beispiel einem großen Probenvolumen eine Zeitersparnis aufweist. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei der Filtration keine Limitierung des Probenvolumens durch die Größe der Zentrifugenröhrchen vorliegt.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Farbstoffkonzentration photometrisch bestimmt. Die photometrische Bestimmung der Farbstoffkonzentration bedeutet, dass die Transmission durch eine Probe in einer Küvette mit einem Photometer gemessen wird. Besonders vorteilhaft ist es die Messung bei einer Wellenlänge des Absorptionsmaximums des eingesetzten Farbstoffs durchzuführen. Die Farbstoffkonzentration kann durch Umrechnung der Transmission oder anhand einer Tabelle ermittelt werden. Die photometrische Bestimmung hat den Vorteil, dass die Probe ohne weitere Bearbeitung für die Messung eingesetzt werden kann. Außerdem hat es den Vorteil, dass die photometrische Messung schnell durchgeführt werden kann. Beispielsweise hat die Messung den Vorteil, dass Mehrfachbestimmungen möglich sind.
  • In einer Ausführungsform wird als hydrophober Farbstoff ein fluoreszierender Farbstoff verwendet. Das bedeutet, dass der eingesetzte Farbstoff, neben der Hydrophobie und des Absorptionsmaximums im sichtbaren Wellenlängenbereich, zusätzlich zur Fluoreszenz angeregt werden kann. Der Einsatz eines fluoreszierenden Farbstoffs hat den Vorteil, dass zur Konzentrationsbestimmung neben der Transmissionsmessung mit einem Photometer zusätzlich ein Fluoreszenzspektrum mit einem Fluorimeter aufgenommen werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit unter Licht der Anregungswellenlänge den Farbstoff und mit dem Farbstoff adsorbierte Kunststoffpartikel während des Verfahrens visuell detektieren zu können.
  • Nach einer Ausführungsform ist der Farbstoff ein Phenoxazin-Farbstoff. Zum Beispiel kann der fluoreszierende Farbstoff Nilrot sein. Phenoxazin-Farbstoffe sind Derivate des Phenoxazins. Nilrot ist ein oxidiertes Derivat des Phenoxazins mit einer Carbonylgruppe. Der Einsatz von Phenoxazin-Farbstoffen hat den Vorteil, dass sie eine ausgeprägte Farbigkeit und Solvatochromie aufweisen können. Zum Beispiel hat der Einsatz von Nilrot den Vorteil, dass es ein hochfluoreszierender Farbstoff ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass Nilrot effektiv verschiedene Kunststoffarten färben kann.
  • Eine Ausführungsform umfasst eine Vorbehandlung der Probe vor der Zugabe des hydrophoben Farbstoffs und des hydrophilen Lösungsmittels mittels eines Trennverfahrens, insbesondere eines Dichtetrennverfahrens, um die Kunststoffpartikel aus der Probe zu isolieren. Eine Vorbehandlung der Probe mittels eines Dichtetrennverfahrens bedeutet, dass vor dem Verfahren die Probe mit hochkonzentrierter Salzlösung gemischt wird und die aufschwimmenden Kunststoffpartikel von absinkenden Bestandteilen abgetrennt werden können. Das Dichtetrennverfahren hat den Vorteil, dass Kunststoffpartikel aus Umweltproben aufkonzentriert und von Partikeln mit hoher Dichte abgetrennt werden. Beispielsweise hat das Dichtetrennverfahren den Vorteil, dass in Sedimentproben die Kunststoffpartikel zuerst aus dem Sediment isolieren werden können.
  • Eine weitere Ausführungsform umfasst eine Vorbehandlung der Probe vor Zugabe des hydrophoben Farbstoffs und des hydrophilen Lösungsmittels mittels eines katalysierten Oxidationsverfahrens, insbesondere einer Fenton-Reaktion, um biogene organische Stoffe aus der Probe zu entfernen. Eine Vorbehandlung der Probe mit der Fenton-Reaktion bedeutet, dass die Probe mit einem Reagenz aus Wasserstoffperoxid und Eisen(II)-ionen versetzt wird. Die Fenton-Reaktion kann biogene organische Stoffe in der Probe durch Oxidation abbauen. Die Vorbehandlung mit der Fenton-Reaktion hat den Vorteil, dass es eine effektive Methode zur Zersetzung natürlicher organischer Substanzen ist. Beispielsweise hat die Fenton-Reaktion den Vorteil in Umweltproben, insbesondere in Sedimentproben, biogene organische Substanzen zu zersetzen und dadurch eine unerwünschte Färbung dieser Substanzen im Verfahren zu verhindern.
  • Darüber hinaus hat die Vorbehandlung mit der Fenton-Reaktion den Vorteil, dass die katalytische Reaktion keinen Einfluss auf die Oberflächenchemie und die Größe der Kunststoffpartikel hat und dadurch den Kunststoffpartikelgehalt in der Probe nicht verändert (Tagg, A. S.-N. (2017). Fenton's reagent for the rapid and efficient isolation of microplastics from wastewater. Chemical Communication, 53, 372-375).
  • Nach einer Ausführungsform sind die Kunststoffpartikel Mikroplastikpartikel. Das bedeutet, dass der Durchmesser der Kunststoffpartikel von hundert Nanometer bis fünf Millimeter betragen kann. Mikroplastikpartikel können in Umweltproben enthalten sein. Eine hohe Farbstoffkonzentration nach dem Verfahren indiziert eine hohe Anzahl der Kunststoffpartikel in den Umweltproben. Zusätzlich indiziert eine hohe Farbstoffkonzentration auch eine größere Wahrscheinlichkeit für die Anreicherung von hydrophoben Schadstoffen und dadurch eine größere potenzielle Schadstoffbelastung. Mikroplastikpartikel haben den Vorteil, dass sie mit einem Vakuumfiltrationsgerät auf einem Filter aufgefangen werden können, beispielsweise nach einem Dichtetrennungsverfahren. Darüber hinaus haben Mikroplastikpartikel den Vorteil, dass sie direkt auf dem Filter mit einem hydrophoben Farbstoff, durch Auftropfen der Färbelösung, gefärbt werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass die gefärbten Mikroplastikpartikel auf dem Filter direkt mit einem hydrophilen Lösungsmittel gespült werden können.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Kunststoffpartikel Nanoplastikpartikel. Der Durchmesser der Nanoplastikpartikel ist kleiner als hundert Nanometer. Proben mit Nanoplastikpartikel haben wegen der sehr großen Oberfläche der Partikel im Bezug zur Masse, eine stärkere potenzielle Schadstoffbelastung. Ein Vorteil des Verfahrens ist, dass es für die Detektion von Nanoplastikfragmente eingesetzt werden kann.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann ein geeignetes Gerät sein, dass ein Steuersystem besitzt, das gemäß den Ansprüchen die Abfolge durchführt. Diese Vorrichtung kann ein Pipettiermodul und eine Zentrifugationseinheit beinhalten. Zusätzlich sind besonders vorteilshaft Aufbewahrungsgefäße für das hydrophile und das hydrophobe Lösungsmittel, den hydrophoben Farbstoff und den Abfall. Diese können mit dem Pipettiermodul über ein Schlauchsystem verbunden sein. In einem Beispiel kann mit dem Pipettiermodul direkt aus den Aufbewahrungsgefäßen pipettiert werden. Halterungen für leere oder mit Proben gefüllte Gefäße und Küvetten können enthalten sein, die über ein Zustellsystem die Proben zum entsprechenden Modul transportieren können. In einem Beispiel kann das Pipettiermodul direkt in die Gefäße der Zentrifugationseinheit pipettieren. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Vorrichtungsteil ein Photometer, zur Messung der Transmission, und ein Berechnungsmodul zur Umrechnung der Messwerte beinhaltet. Eine Vorrichtung hat den Vorteil, dass Tätigkeiten automatisiert werden können, die zuvor manuell ausgeführt wurden und dabei Arbeitszeit und Aufwand eingespart werden.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform kann die folgenden Schritte umfassen:
    1. I) Die zu bestimmenden Kunststoffpartikel werden in einem hydrophilen Lösungsmittel (zum Beispiel Wasser) mit einem Überschuss eines hydrophoben Farbstoffes gefärbt.
    2. II) Der ungebundene Farbstoffüberschuss wird durch Entnehmen des Lösungsmittels und einigen Waschschritten in hydrophiler Umgebung entfernt.
    3. III) Der an der Oberfläche der Kunststoffpartikel adsorbierte Farbstoff wird durch Zugabe eines hydrophoben Lösungsmittels gelöst.
    4. IV) Die entfärbten Kunststoffpartikel werden durch Zentrifugation vom Gemisch beseitigt.
    5. V) Abschließend wird der Farbstoffgehalt photometrisch bestimmt und durch Berechnungen auf den Kunststoffpartikelgehalt geschlossen.
  • Das bisher herrschende Problem der zeit- und kostenintensiven Kunststoffpartikel-Bestimmung wird in dieser Erfindung gelöst, indem die Einzelpartikelanalyse durch ein routiniert einsetzbares Verfahren der Färbung und Entfärbung der ganzen Partikelprobe ersetzt werden konnte und durch eine einzige photometrische Messung detektiert wird.
  • Zur Erläuterung der Erfindung sind in 1 und 2 bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zum Zwecke der Bestimmung des Kunststoffpartikelgehalts in Umweltproben, insbesondere in Sedimentproben, mit den Bezugsnummern:
    • A1 Behandlung der Probe mittels eines Trennverfahrens, insbesondere eines Dichtetrennverfahrens
    • A2 Behandlung der Probe mittels eines katalysierten Oxidationsverfahrens, insbesondere einer Fenton-Reaktion
    • A3 Isolierung der Kunststoffpartikel aus der behandelten Probe mittels Vakuumfiltrationsgerät
    • A4 Zugabe eines hydrophoben Farbstoffs und eines hydrophilen Lösungsmittels auf einem Filter
    • A5 Entfernung des hydrophilen Lösungsmittels
    • A6 Zugabe eines hydrophoben Lösungsmittels
    • A7 Entfernung der Kunststoffpartikel
    • A8 Bestimmung der Farbstoffkonzentration in dem hydrophoben Lösungsmittel
    • A9 Ermittlung des Kunststoffgehalts anhand der Farbstoffkonzentration
  • 2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zum Zwecke der Bestimmung des Kunststoffpartikelgehalts in Proben mit Kunststoffpartikeln in Flüssigkeiten, zum Beispiel in künstlich hergestellten Kunststoffpartikeldispersionen oder -suspensionen, insbesondere bei industriellen Syntheseverfahren, mit den Bezugsnummern:
    • A4-A8 wie in 1 erklärt
    • A10 Isolierung der Kunststoffpartikel mittels Zentrifugation
    • A11 Zugabe eines hydrophoben Farbstoffs und eines hydrophilen Lösungsmittels in einem Glasgefäß
  • In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie dessen Verwendung schematisch dargestellt. Das Verfahren umfasst die Bestimmung des Mikroplastikgehalts in Sedimentproben. In einem ersten Schritt ist es vorteilhaft die Kunststoffpartikel zuerst aus dem Sediment zu isolieren. Dafür kann das Verfahren der Dichtetrennung (A1) angewendet werden. Dieses beruht auf einem physikalischen Prozess, der sich aus den unterschiedlichen Dichten von Materialien ergibt. Typische Kunststoffdichten liegen im Bereich von etwa 0,9 bis 1,4 g/cm3, wohingegen Dichten von Sedimentgesteinen bei über 2,5 g/cm3 liegen. Eine wässrige Salzlösung, zum Beispiel eine Calciumchloridlösung, mit einer Dichte (1,5 g/cm3) zwischen denen der zwei zu trennenden Materialien, fungiert als Trennflüssigkeit.
  • Ein weiterer Behandlungsschritt ist bei Sedimentproben und generell bei Umweltproben von Vorteil und dient der Entfernung biogener organischer Stoffe (A2). Da sie bevorzugt hydrophobe Eigenschaften haben, können sie das Verfahren zur Bestimmung der Mikroplastikbelastung stören, wenn sie in der Probe verbleiben würden. Für die Degradation des organischen Materials kann die Fenton Reaktion eingesetzt werden. Das Reagenz ist eine Mischung aus Wasserstoffperoxid und Eisen(II)-ionen und hat die Fähigkeit organische Verbindungen durch Oxidation schnell abzubauen. Diese katalytische Reaktion hat keinen Einfluss auf die Oberflächenchemie und die Größe der Mikroplastikfragmente (Tagg, A. S.-N. (2017). Fenton's reagent for the rapid and efficient isolation of microplastics from wastewater. Chemical Communication, 53, 372-375).
  • Aus dem Überstand im Dichtetrennungsverfahren und behandelter Probe, kann das Mikroplastik dann durch ein Vakuumfiltrationsgerät auf einem Filter (A3), zum Beispiel ein Nylonfilter mit 30 µm Porengröße aufgefangen werden. Dort kann es direkt in den nächsten Schritt des Verfahrens zur Quantifizierung der Kunststoffpartikel eingesetzt werden. Die Färbung mit einem hydrophoben Farbstoff kann direkt auf dem Filter durch auftropfen der Färbelösung stattfinden (A4). Mit hydrophilen Lösungsmitteln kann der Überschuss an ungebundenem Farbstoff am Filter und den Kunststoffpartikeln, mit Hilfe des Vakuumfiltrationsgeräts entfernt werden. Die gefärbten Mikroplastikfragmente können in ein Zentrifugenröhrchen mit hydrophiler Lösung gespült werden. Nach einem Zentrifugationsschritt kann der wässrige Überstand verworfen werden (A5) und ein hydrophobes Lösungsmittel zum Kunststoffpellet gegeben werden (A6). Nach gründlicher Vermischung der gefärbten Kunststoffpartikel mit dem Lösungsmittel, kann sich der Farbstoff von den Partikeln in die flüssige Phase lösen. Das Mikroplastik kann durch Zentrifugation als Pellet entfernt (A7), der Überstand direkt in eine Küvette gegeben und mit einem Photometer die Absorption gemessen werden (A8). Alternativ kann bei einem fluoreszierenden Farbstoff, wie zum Beispiel Nilrot die Fluoreszenzintensität mit einem Fluoreszenzspektrometer gemessen werden. Die Bestimmungen des Farbstoffgehalts korrelieren mit der Oberfläche der Kunststoffpartikel. Je größer die Oberfläche ist, desto größer ist die Anzahl der adsorbierten hydrophoben Moleküle auf den Mikroplastikpartikeln, was auch zu einer größeren Wahrscheinlichkeit für die Anreicherung von hydrophoben Schadstoffen führt. Daraus folgt, dass je intensiver die gemessene Fluoreszenz oder Absorption ist, desto größer ist die potenzielle Schadstoffbelastung durch die Mikroplastikverschmutzung in den Sedimentproben. Das Verfahren vermittelt somit ein quantitatives Verständnis der Schädlichkeit, indem direkt das Potential einer Schadstoffbindung gemessen wird. Im abschließendem Schritt kann der Kunststoffgehalt mithilfe der gemessenen Absorption durch Vergleich mit einer Eichgeraden (A9), die zuvor über das Verfahren mit bekanntem Kunststoffpulvergehalt in verschiedenen Konzentrationen aufgestellt werden kann, ermittelt werden.
  • In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie dessen Verwendung schematisch dargestellt. Dieses zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel besonders darin, dass die Ausgangsprobe Kunststoffpartikel in einer Flüssigkeit sein kann, zum Beispiel aus einer industriellen Herstellung von Kunststoffpartikeln als End- oder Zwischenprodukt. Bei der Produktion von Mikro- oder Nanoplastik ist es notwendig die Ausbeute in der vorliegenden Dispersion oder Suspension einfach bestimmen zu können. Die Quantifizierung findet bisher durch Zählung der einzelnen Partikel in einer Zählkammer mittels Lichtmikroskop statt. Ein Vorteil dieser Erfindung ist, dass ein routiniertes Verfahren entstanden ist, das Parallelbestimmungen mehrerer Proben ermöglicht. Als ersten Schritt wird die Probe in ein Zentrifugen-Glasgefäß gegeben und durch Zentrifugation (A10) die Kunststoffpartikel vom vorliegenden Lösungsmittel getrennt. Dabei können die Kunststoffpartikel am Gefäßboden als Bodensatz vorliegen und die Lösung über dem Bodensatz entfernt werden. Die Färbung der Partikel findet in diesem Anwendungsbeispiel anstatt auf dem Filter direkt in den Zentrifugenröhrchen statt (A11). Besonders vorteilhaft ist es Glasgefäße zu verwenden und diese nach dem ersten Waschschritt zu wechseln, weil der hydrophobe Farbstoff außer an den Kunststoffpartikeln auch an den Wänden der Plastikgefäße adsorbieren kann. Bei der Zugabe des hydrophoben Lösungsmittels können die an der Gefäßwand unspezifisch gebundenen Farbstoffmoleküle desorbieren und das Ergebnis verfälschen. Ansonsten können die Färbe- und Lösungsmittel beider Ausführungsformen identisch sein.
  • Die isolierten Kunststoffpartikel werden im nächsten Schritt in einem Glasgefäß mit der Färbelösung in einer hydrophilen Lösung vermischt (A4) und durch Zentrifugation vom überschüssigen Farbstoff getrennt. Dabei können die gefärbten Kunststoffpartikel mit einer hydrophilen Flüssigkeit (zum Beispiel Wasser) mehrere Male gewaschen werden und jeweils nach den Zentrifugationsschritten der Überstand verworfen werden (A5). Das hydrophobe Lösungsmittel wird abschießend wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben den gewaschenen und gefärbten Kunststoffpartikeln zugegeben und photometrisch der Farbstoffgehalt bestimmt (A6-A8). Da die chemische Zusammensetzung in diesem Beispiel bekannt sein kann und auch die Partikelgröße in einem einheitlichen Bereich vorliegen kann, ist es möglich durch die gemessene Absorption direkt auf den Kunststoffgehalt zu schließen, ohne weitere Analysemethoden zu benötigen (A9).
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist die Detektion von Nanoplastikpartikel, weil die Einzelpartikelanalyse der bisherigen Methoden noch weiter erschwert werden oder gar nicht mehr möglich sind bei dieser Teilchengröße. Nanoplastikpartikel haben aber eine sehr große Oberfläche im Vergleich zum Mikroplastik der gleichen Masse und damit beeinflussen sie die potenzielle Schadstoffbelastung zum Beispiel in den Sedimentproben stärker. Es ist demnach wichtig die Nanopartikelbelastung von Umweltproben bestimmen zu können, um eine tatsächliche Aussage machen zu können. Ein Vorteil dieser Erfindung ist, dass es möglich ist mit demselben Verfahren den Nanopartikelgehalt zu bestimmen. Lediglich die Isolierung der Partikel kann durch feinere Filter oder durch Dichtegradienten-Zentrifugation erfolgen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Ermittlung eines Kunststoffgehalts in einer Probe, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Zugabe eines hydrophoben Farbstoffs und eines hydrophilen Lösungsmittels (A4, A11); b) Entfernung (A5) des hydrophilen Lösungsmittels; c) Zugabe (A6) eines hydrophoben Lösungsmittels; d) Entfernung (A7) der Kunststoffpartikel; e) Bestimmung (A8) der Farbstoffkonzentration in dem hydrophoben Lösungsmittel; f) Ermittlung (A9) des Kunststoffgehalts anhand der Farbstoffkonzentration.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kunststoffpartikel in Schritt d) durch einen Filter oder eine Zentrifugation entfernt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Farbstoffkonzentration in Schritt e) photometrisch bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als hydrophober Farbstoff ein fluoreszierender Farbstoff verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der fluoreszierende Farbstoff ein Phenoxazin-Farbstoff, insbesondere Nilrot, ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Probe vor der Zugabe des hydrophoben Farbstoffs und des hydrophilen Lösungsmittels mittels eines Trennverfahrens (A1), insbesondere eines Dichtetrennverfahrens, vorbehandelt wird, um die Kunststoffpartikel aus der Probe zu isolieren.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Probe vor der Zugabe des hydrophoben Farbstoffs und des hydrophilen Lösungsmittels mittels eines katalysierten Oxidationsverfahrens (A2), insbesondere einer Fenton-Reaktion, vorbehandelt wird, um biogene organische Stoffe aus der Probe zu entfernen.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffpartikel Mikroplastikpartikel sind.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffpartikel Nanoplastikpartikel sind.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: - ein Pipettiermodul, - eine Zentrifugationseinheit, - mehrere Aufbewahrungsgefäße, - ein Schlauchsystem, - ein Transportsystem, - ein Gerät zur Bestimmung der Farbstoffkonzentration, zum Beispiel ein Photometer mit Kalkulationsmodul, - ein Steuersystem, das gemäß den Ansprüchen die Abfolge durchführt.
DE102020007953.9A 2020-12-29 2020-12-29 Verfahren zur Bestimmung des Kunststoffpartikelgehalts mit hydrophobem Farbstoff Withdrawn DE102020007953A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020007953.9A DE102020007953A1 (de) 2020-12-29 2020-12-29 Verfahren zur Bestimmung des Kunststoffpartikelgehalts mit hydrophobem Farbstoff

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020007953.9A DE102020007953A1 (de) 2020-12-29 2020-12-29 Verfahren zur Bestimmung des Kunststoffpartikelgehalts mit hydrophobem Farbstoff

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020007953A1 true DE102020007953A1 (de) 2022-06-30

Family

ID=81972288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020007953.9A Withdrawn DE102020007953A1 (de) 2020-12-29 2020-12-29 Verfahren zur Bestimmung des Kunststoffpartikelgehalts mit hydrophobem Farbstoff

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020007953A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117074376A (zh) * 2023-07-07 2023-11-17 广东海洋大学 一种淬灭微塑料中荧光的方法及检测微塑料的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0032270B1 (de) 1980-01-11 1985-05-02 Akzo N.V. Verwendung von in Wasser dispergierbaren hydrophoben Farbstoffen als Markierungssubstanzen in immunologischen Tests
JPH07308516A (ja) 1994-03-29 1995-11-28 Nalco Chem Co 蛍光染料を使用した高分子電解質の監視とインシステム濃度の調節方法
US20100012284A1 (en) 2007-03-01 2010-01-21 Basf Se Method for determining hydrophobic organic particles in a paper stock

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0032270B1 (de) 1980-01-11 1985-05-02 Akzo N.V. Verwendung von in Wasser dispergierbaren hydrophoben Farbstoffen als Markierungssubstanzen in immunologischen Tests
JPH07308516A (ja) 1994-03-29 1995-11-28 Nalco Chem Co 蛍光染料を使用した高分子電解質の監視とインシステム濃度の調節方法
US20100012284A1 (en) 2007-03-01 2010-01-21 Basf Se Method for determining hydrophobic organic particles in a paper stock

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117074376A (zh) * 2023-07-07 2023-11-17 广东海洋大学 一种淬灭微塑料中荧光的方法及检测微塑料的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69829606T2 (de) Reagenz und Verfahren zur Klassifizierung und Zählung von Leukozyten
EP0906572B1 (de) Maskierung der hintergrundfluoreszenz und -lumineszenz bei der optischen analyse biologisch medizinischer assays
DE3215983C2 (de)
EP1397672A1 (de) Sauerstoffsensoren auf mikrotiterplatte
DE102020007953A1 (de) Verfahren zur Bestimmung des Kunststoffpartikelgehalts mit hydrophobem Farbstoff
DE2204684A1 (de) Verfahren zum Nachweis von Antikörpern bzw. Antigenen in einer Körperflüssigkeit
DE69803209T2 (de) Ein verfahren zur probencharakterisierung durch bestimmung einer funktion mindestens einer spezifischen eigenschaft der probe
WO2016124197A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur identifizierung von kunststoffen und/oder deren additiven
DE69821527T2 (de) Ionen-nachweissystem bestehend aus ziel- und indikatorionophore tragenden teilchen
DE102005048151A1 (de) Verfahren zum Nachweis von Rückständen auf einem Bauteil
DE2041224B2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung einer flüssigen Probe für die automatische Analyse
EP3064944B1 (de) Überschichtung zur partikelabtrennung
DE102010004190A1 (de) Verfahren zur Qualifizierung eines nichtpartikulären Adsorbens mittels Sekundärreaktion
DE102016208967B4 (de) Photometer mit quantitativer Volumenerfassung
DE69025135T2 (de) Verfahren zur Analyse von Catecholamin
DE69809626T2 (de) Trockene, analytische Elemente zur Bestimmung von Proteinen
DE69104876T2 (de) Anlage für die Schnellanalyse von Teerkomponenten und Verfahren für eine derartige Analyse.
WO2024175169A1 (de) Verfahren zum direkten nachweis des vorhandenseins einer prüfsubstanz
DE60128086T2 (de) Biomolekularer toxizitätstest
DE102011077238B4 (de) Verfahren zum Nachweis von Mikroorganismen in einem Hohlraumkonservierungsmittel
DE2435759A1 (de) Verfahren und mittel zur bestimmung nichtionischer tenside
DE10138428B4 (de) Verfahren zur summarischen Bestimmung von Organochlor-, Organobrom-, Organoiod- und/oder Organoschwefelverbindungen
WO2003012447A2 (de) Nachweis lebender mikroorganismen, eukaryotischer zellen oder organellen
DE102011007799A1 (de) Verfahren zum Nachweis von teilfluorierten Tensiden
DE102007035561B3 (de) Verfahren zur Bestimmung von Bitterstoffen in Bier oder Bierwürze

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee