4.2 RM-Analyse von fraktionierten Bodenproben
4.4.2 Blindproben
In den zur Methodenvalidierung angefertigten Blindproben der Laborluft konnte kein MP nachgewiesen werden. Auch in den Proben der verwendeten Chemikalien befand sich kein MP. In der Kontrollprobe eines Aufschlusses wurde ein PE-Partikel identifiziert. Dieser besitzt eine Größe von ca. 50 µm Länge und 30 µm Breite und
a b
Abb. 4.37.: Mikroskopische Aufnahmen (a), sowie Raman-Spektren des PE-Partikels aus der Blindprobe und einer PE-Referenz (b).
ist in Abbildung 4.37 dargestellt. Um höhere statistische Sicherheit zu erlangen, wurde die analysierte Fläche auf dem Filter für Partikel <50 µm von 1.8% auf 3.6%
vergrößert. Es wurden jedoch keine weiteren MP-Partikel identifiziert, wodurch davon ausgegangen werden kann, dass eine größere Verunreinigung der Proben mit PE unwahrscheinlich ist. Weiterhin wurden weder im Expositions-, noch im Feldversuch, PE-Partikel nachgewiesen, weshalb eine Kontamination der Proben mit PE ausgeschlossen werden kann.
4.4.3. Expositionsversuch
Der Expositionsversuch befasste sich mit der MP-Aufnahme von Muscheln. Dazu wurden die Organismen zunächst 4 Wochen PVC-Partikeln ausgesetzt. Nach zu-sätzlichen 4 Wochen in sauberem Wasser erfolgte eine weitere Analyse. Es konnten sowohl in der 4-Wochen-, als auch in der 8-Wochen-Probe, PVC-Partikel in den Größengruppen <50 µm und >50 µm nachgewiesen werden. In Abbildung 4.38 ist beispielhaft die Identifikation zweier PVC-Partikel mit einer Größe kleiner gleich 10 µm (9×6 µm bzw. 10×10 µm) aus der 4- bzw. 8-Wochen-Probe gezeigt. Für Partikel kleiner 50 µm wurden in der 4-Wochen-Probe 91±54 Partikel pro Filter festgestellt, während in der 8-Wochen-Probe 2±1 Partikel pro Filter vorhanden waren (vgl. Abbildung 4.39a). Hierbei wurden insgesamt je 1.8% der effektiven Filterfläche von 3 Filtern, die jeweils mit dem Aufschluss zweier Muscheln beladen waren, untersucht. Für Partikel >50 µm ließen sich in der 4-Wochen-Probe 133±45 Partikel pro Filter und in der 8-Wochen-Probe 3±2 Partikel pro Filter nachweisen (12.5% der effektiven Filterfläche, 3 Filter mit je 2 Muscheln, vgl. Abbildung 4.39b).
4.4. Analyse von Mikroplastik aus limnischen Organismen
a b
Abb. 4.38.: Mikroskopische Aufnahmen (a), sowie Raman-Spektren zweier Partikel aus der 4-Wochen- bzw. 8-Wochen-Probe und PVC-Referenzspektrum (b).
a b
Abb. 4.39.: Identifizierte PVC-Partikel in den 4-Wochen- und 8-Wochen-Proben für Partikel (a) <50 µm, und (b) >50 µm.
a b
c d
Abb. 4.40.: Größenverteilung der identifizierten PVC-Partikel des Expositionsver-suches, Partikel <50 µm (a) nach 4 Wochen und (b) nach 8 Wochen, sowie Partikel >50 µm (c) nach 4 Wochen und (d) nach 8 Wochen.
Es wurden jeweils 3 Filter mit 2 Muscheln untersucht.
Die Größenverteilung der verfütterten PVC-Partikel ist Gegenstand weiterer Unter-suchungen. Es wurde ein Gemisch aus Partikeln, welche nach Herstellerangaben jeweils <17 µm und <100 µm sind, verfüttert. In den Partikelgrößenverteilungen ließen sich jedoch auch Partikel, welche deutlich größer als 100 µm waren, feststellen (vgl. Abbildung 4.40). Dies kann z. B. durch eine Agglomeratbildung der
Primär-partikel verursacht werden. Durch die Bildanalyse mittels des optischen Mikroskops kann dies jedoch nicht bestätigt werden. Wahrscheinlicher ist, dass die Spezifikation der verfütterten Partikel ungenau ist. Allgemein lässt sich bei den 4-Wochen-Proben sowohl für Partikel >50 µm, als auch <50 µm, eine Zunahme der Anzahl bis ca.
20 µm feststellen. Die Abnahme zwischen 60 µm und 50 µm liegt in den unterschied-lich analysierten Flächen begründet. Um Aussagen treffen zu können, inwiefern die Zunahme der Partikelanzahl bei kleineren Größen durch die unterschiedliche
4.4. Analyse von Mikroplastik aus limnischen Organismen
a b
Abb. 4.41.: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der verfütterten PVC-Partikel mit Spezifikation (a) <17 µm, und (b) <100 µm.
Aufnahmefähigkeit der Muscheln oder durch die Größenverteilung der verfütterten Partikel beeinflusst wird, sind weitere Studien zur Größenzusammensetzung der verfütterten Partikel notwendig. In den 8-Wochen-Proben <50 µm und >50 µm wurden ebenfalls Partikel identifiziert, was darauf rückschließen lässt, dass selbst nach 4 Wochen in sauberem Wasser noch Partikel in den Muscheln verbleiben.
Dies bestätigt die Ergebnisse von van Cauwenberghe und Janssen,[178] die nach dreitägiger Kultivierung von Muscheln für den menschlichen Verzehr in sauberem Wasser ebenfalls Partikel fanden. Auf Grund der geringen Anzahl an gefundenen Partikeln in den 8-Wochen-Proben können keine statistisch relevante Aussagen über die Größenverteilung getroffen werden. Insgesamt kann jedoch festgestellt werden, dass es zwischen den 4- und 8-Wochen-Proben zu einer starken Abnahme der Parti-kelanzahl kommt. Die meisten Partikel werden folglich bei Hälterung in sauberem Wasser wieder ausgeschieden. Es ist wichtig zu erwähnen, dass im Gegensatz zu den 4-Wochen-Proben, bei denen PVC-Partikel bis 1200 µm detektiert wurden, in den 8-Wochen-Proben ausschließlich PVC-Partikel ≤ 170 µm nachgewiesen werden konnten.
Weiterhin wurden rasterelektronenmikroskopische Abbildungen der Oberfläche der verfütterten PVC-Partikel aufgenommen. Diese sind in Abbildung 4.41 gezeigt.
Es lässt sich erkennen, dass die untersuchten Partikel deutlich größer als die vom Hersteller angegebene Spezifikation sind. Es muss hierbei jedoch erwähnt werden, dass es sich auf Grund der geringen Anzahl der untersuchten Partikel nicht um eine repräsentative Stichprobe der Gesamtverteilung handelt. Bei allen Partikeln zeigt sich eine raue, rissige Struktur, die die effektive Oberfläche erhöht und damit etwaiges Auswaschen von Kunststoffadditiven erleichtert. Weiterhin könnten die Risse als Vorstufe einer Degradation der Partikel und des Zerfalls in kleinere Partikel betrachtet werden. Auf dem rechten Partikel in Abbildung 4.41b zeigt sich beispielsweise ein deutlicher Riss, der als Ausgangspunkt für ein Zerbrechen in kleinere Partikel dienen könnte. Dies könnte zusätzlich ein Auswaschen von Additiven begünstigen.
a b
c d
Abb. 4.42.: Identifizierte MP-Partikel, MP-Fasern sowie Pigmente mit Größen
<50 µm (a), und >50 µm (b); Zusammensetzung der identifizierten Partikel und Fasern <50 µm (c), und >50 µm (d).
4.4.4. Feldversuch
Um die MP-Belastung von limnischen Organismen unter realen Bedingungen festzustellen, wurde zusätzlich ein Feldversuch an einer Kläranlage durchgeführt.
Dessen Ergebnisse sind in Abbildung 4.42 dargestellt. Es wurden am Standort B (innerhalb der Kläranlage) insgesamt 8 Partikel <50 µm nachgewiesen, welche sich alle in der Probe mit 6-monatiger Exposition befinden. In der 28-Tage-Probe wurden keine MP-Partikel kleiner 50 µm gefunden. Bei den größeren Partikeln (>50 µm) waren in der 28-Tage-Probe ein MP-Partikel, eine MP-Faser und zwei Pigmente vorhanden, während in der 6-Monate-Probe ein MP-Partikel nachgewiesen wurde.
Im Gegensatz zum Expositionsversuch wurden für Partikel <50 µm am Standort B 3.6% der effektiven Filterfläche untersucht. Bei Partikeln >50 µm wurden 12.5%
der effektiven Filterfläche analysiert. In den als Kontrolle verwendeten Proben aus
4.4. Analyse von Mikroplastik aus limnischen Organismen
a b
Abb. 4.43.: (a) Mikroskopische Aufnahme, und (b) Raman-Spektrum sowie Refe-renzspektren (Ref.) eines gefundenen PP-Partikels.
a b
Abb. 4.44.: (a) Mikroskopische Aufnahme, und (b) Raman-Spektrum sowie Refe-renzspektrum (Ref.) eines gefundenen PVC-Partikels.
Standort D (Teich) konnte kein Kunststoff nachgewiesen werden. Die chemische Zusammensetzung der identifizierten Partikel und Fasern ist in Abbildung 4.42c und 4.42d gezeigt. Der Großteil der Partikel <50 µm (87.5%) bestand aus PVC, es konnte weiterhin auch PP nachgewiesen werden. Für Partikel >50 µm wurden in der 28-Tage-Probe sowie in der 6-Monate-Probe ein PP-Partikel identifiziert (vgl.
Abbildung 4.43). In der 28-Tage-Probe befanden sich zusätzlich eine PET-Faser und zwei Pigment Blau 15-Partikel.
Die überwiegende Mehrheit der gefundenen Partikel war kleiner 50 µm (91.7% unter Berücksichtigung der unterschiedlichen analysierten Anteile der Filter). Dies stimmt mit dem in der Literatur beschriebenen Verläufen der verstärkten Aufnahme mit abnehmender Partikelgröße überein.[177] 7 der 8 identifizierten Partikel <50 µm besaßen einen Durchmesser unter 20 µm. Das kleinste Partikel war 8×5 µm groß (vgl.
Abbildung 4.44). Hierbei handelt es sich um das kleinste bisher in aus der Umwelt stammenden Biotaproben spektroskopisch identifizierte MP-Partikel. Da die Größe der meisten Partikel deutlich unter der Auflösung der Mikro-FTIR-Spektroskopie liegt, ist RM hier die einzig geeignete Methode um einen vollständigen Überblick über die MP-Belastung von Muscheln zu erhalten.