3.5. Analyse von Mikroplastik aus limnischen Organismen
Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Nachweis von Mikroplastik in Muscheln mittels Raman-Mikrospektroskopie” sollte in Kooperation mit dem Bayerischen Landesamt für Umwelt (LfU) die MP-Belastung und deren Folgen für limnische Or-ganismen am Beispiel von einheimischen Muscheln (Unio sp.) wie der Malermuschel (Unio pictorium) und der Großen Flussmuschel (Unio tumidus, vgl. Abbildung 3.8a) untersucht werden. Insbesondere sollte überprüft werden, inwiefern sich die RM zur Detektion von MP aus Muschelgewebe eignet. Die Bereitstellung der finan-ziellen Mittel erfolgte durch das Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz.
3.5.1. Optimierung des Aufschlusses
a b c
Abb. 3.8.: (a) Unio sp.; (b) Aufbau des Aufschlusses und (c) anschließender Filtration.
Zunächst wurde der in der Literatur verwendete Säureaufschluss mit HNO3 [118, 178] überprüft und optimiert. Dies erfolgte zunächst am IWC, weitere Aufschlüsse wurden im Rahmen einer Bachelorarbeit am LfU durchgeführt.[217] Um vorhande-nes Atemwasser im Weichkörper zu halten, wurden die tiefgekühlten Versuchstiere nur soweit aufgetaut, dass das Öffnen der Schale mit einem Spatel möglich war. Der Weichkörper der Muschel wurde daraufhin, um Kontaminationen zu vermeiden, in einem ausgeschalteten Abzug mit einem Spatel aus der Schale entnommen, gewo-gen, mittels Skalpell zerteilt und in einen Rundkolben gegeben. Nach Einschalten des Abzuges und Zugabe von 100 mL HNO3 (65%, Carl Roth GmbH & Co. KG,
Deutschland) wurde der Aufschluss über Nacht bei Zimmertemperatur vollendet.
Anschließend wurde der Kolben unter Rückfluss für 2 h auf ca. 100◦C erhitzt und die rotbraune Lösung mit ca. 80◦C warmen Wasser (Millipore Milli-Q Plus 185, Merck KGaA, Deutschland) im Verhältnis 1:10 (V/V, relativ zu der zuvor verwendeten Menge an HNO3, vgl. Abbildung 3.8b) verdünnt. Die erhaltene Lösung wurde in einer Filtrationsanlage (Sartorius AG, Deutschland) mithilfe einer Vakuumpumpe (Vacuubrand GmbH & Co. KG, Deutschland) filtriert (vgl. Abbildung 3.8c).
Even-tuelle Rückstände im Kolben wurden sorgfältig durch mehrfaches Nachspülen mit Wasser auf den Filter übertragen.
Da sich die in Kapitel 3.4.3 verwendeten Quarzfaserfilter insbesondere für kleine Par-tikel auf Grund ihrer Tiefenfilterwirkung nur bedingt eigneten, wurde nach alterna-tiven Filtermaterialien gesucht. Es wurden Nitrocellulosefilter (0.45 µm Porengröße, 47 mm Durchmesser, Sartorius AG, Deutschland), Al2O3-Filter (0.2 µm Porengröße, 47 mm Durchmesser, Anodisk, GE Healthcare, USA) und Polycarbonat(PC)-Filter (0.4 µm Porengröße, 47 mm Durchmesser, Millipore, Merck KGaA, Deutschland) auf ihre Eignung als Probenträger für Raman-mikrospektroskopische Untersuchungen getestet. In späteren Analysen wurden dann ausschließlich PC-Filter verwendet.
Bis zur weiteren Untersuchung wurden die Filter in eine Petrischale gegeben und in einem Exsikkator (Carl Roth GmbH & Co. KG, Deutschland) über Orangegel (Carl Roth GmbH & Co. KG, Deutschland) gelagert. Bei späteren Aufschlüssen wurden die Filter vor der Lagerung mit Isopropanol (Carl Roth GmbH & Co. KG, Deutschland) gewaschen, um störende Fettsäurerückstände (u.a. Palmitinsäure) zu beseitigen.
Weiterhin wurde der Säureaufschluss auf seine Eignung bezüglich verschiedener Kunststoffsorten untersucht. Dazu wurden am LfU Stücke verschiedener Alltagsge-genstände (Überraschungsei, PP; Einkaufstüte, PE; Rohrleitung, PVC; Küchen-schwamm, PUR; Joghurtbecher, PS; Getränkeflasche, PET; Nylonstrümpfe, PA) zerkleinert und zu Beginn des Aufschlusses der Lösung zugegeben. Es wurden vor und nach dem Aufschluss mikroskopische Bilder der Partikel aufgenommen, um eventuelle optische Veränderungen durch den Aufschluss beurteilen zu können.
Weiterhin wurden die Partikel nach dem Aufschluss mittels RM auf dem Filter identifiziert.
3.5. Analyse von Mikroplastik aus limnischen Organismen
a b c
Abb. 3.9.: (a) Aquarium mit Muscheln im Rahmen des Expositionsversuches;
(b) Schwimmkäfig am Standort D; (c) Expositionsrinne am Standort B (Fotos b und c mit freundlicher Genehmigung des Bayerischen Landesamts für Umwelt).
3.5.2. Expositionsversuch
Im Rahmen einer Versuchsreihe wurden am LfU Muscheln der Gattung Unio tumidus in Aquarien (vgl. Abbildung 3.9a) unter anderem einer PVC-Konzentration (1:1 (m/m)Mischung aus Partikeln <100 µm und <17 µm, Goodfellow GmbH,
Deutschland) von 50 µg/L ausgesetzt. Nach vierwöchiger Expositionszeit wurde ein Teil der Muscheln entnommen, die Aquarien sorgfältig gereinigt und die restlichen Muscheln weitere 4 Wochen kunststofffrei gehältert. Alle Muscheln wurden bis zum Aufschluss und der weiteren Analyse eingefroren. Der Aufschluss wurde am LfU, wie in Kapitel 3.5.1 beschrieben, durchgeführt. Zusätzlich wurden Blindproben der Laborluft sowie der verwendeten Chemikalien analysiert.
3.5.3. Feldversuch
Ein Feldversuch diente dazu, die MP-Belastung von limnischen Organismen un-ter realen Bedingungen festzustellen. Die Projektplanung, Probennahme und -vorbereitung oblag dabei dem LfU. Es wurden Muscheln (Unio tumidus) auf dem Gelände einer mittelfränkischen Kläranlage (Standort B) ausgebracht. Wei-terhin wurde eine Kontrollgruppe in einem Aufzuchtteich des LfU Wielenbach (D) gehältert. Am Standort D fand die Exposition in eigens angefertigten Schwimm-vorrichtungen mit eingesetzten Muschelkäfigen statt (vgl. Abbildung 3.9b). In der Kläranlage war eine Exposition in Schwimmkäfigen aus technischen Grün-den nicht möglich. Daher wurde hier eine Expositionsrinne (vgl. Abbildung 3.9c) verwendet. In dieser wurden die Muscheln eingesetzt und mit dem gereinigten
39 mm 47 mm
a = 2.34 mm b = 1.80 mm c = 780 µm d = 600 µm a
b c
d
a b
Abb. 3.10.: (a) Messschema für Teilanalyse I (Partikel <50 µm); (b) Messschema für Teilanalysen II und III (Partikel >50 µm auf Filter sowie in Petrischale).
Abwasser aus einem Kanalschacht der Kläranlage umspült. Eine Pumpe sorgte für die notwendige Sauerstoffversorgung der Muscheln. Die Standorte A und C sind Gegenstand nachfolgender Projekte. An allen Standorten wurde 28 Tage bzw. 6 Monate nach Einbringen ein Teil der Muscheln entnommen und (nach der Anleitung in Kapitel 3.5.1) aufgearbeitet.
3.5.4. RM-Analyse von MP in Biota
Die Evaluation der Filter erfolgte in drei Teilanalysen. Es wurde eine Unterteilung auf dem Filter in Partikel <50 µm (Teilanalyse I) und >50 µm (Teilanalyse II) durchgeführt. Weiterhin wurden die Partikel >50 µm, welche beim Transport vom Filter gefallen waren und lose in der Petrischale lagen, analysiert (Teilanalyse III).
Das Messschema in Teilanalyse I ist ähnlich zu dem in Kapitel 3.4.3 verwende-ten Schema. Auf Grund der bei der Analyse der Gardaseeproben gesammelverwende-ten Erfahrungen wurde das Schema etwas verändert (vgl. Abbildung 3.10a). Die 5 Messbereiche wurden in äquidistanten konzentrischen Kreisen über den Filter ver-teilt, wodurch eine repräsentativere Darstellung der durch die Filtration teilweise inhomogenen Verteilung der Partikel auf dem Filter erreicht werden kann. Die Messbereiche wurden ebenfalls in 9 Unterbereiche eingeteilt, die jeweils eine Größe von 780×600 µm besaßen. Insgesamt wurde eine Fläche von 21.06 mm2 analysiert, was einem Anteil von 1.8% der effektiven Gesamtfilterfläche entspricht. Für den Standort B des Feldversuchs wurde die Analyse zweimal durchgeführt, somit ergab sich ein untersuchter Anteil von 3.6%. Die von Kapitel 3.4.3 abweichenden Werte (20.93 mm2, 1.6% der Fläche) ergeben sich durch die unterschiedlichen
effekti-ven Filterflächen. In den Teilanalysen II und III wurde jeweils 1/8 der effektieffekti-ven