UNIVERZA V LJUBLJANI ZDRAVSTVENA FAKULTETA
SANITARNO INŽENIRSTVO, 2. STOPNJA
Pia Leban
RAZVOJ METODE ZA EKSTRAKCIJO, KVANTIFIKACIJO IN IDENTIFIKACIJO
MIKROPLASTIKE IZ TAL
magistrsko delo
DEVELOPMENT OF A METHOD FOR EXTRACTION, QUANTIFICATION AND IDENTIFICATION OF
MICROPLASTICS FROM SOIL
master thesis
Mentorica: doc. dr. Mojca Bavcon Kralj Somentorica: prof. dr. Tjaša Griessler Bulc Recenzentka: prof. dr. Polonca Trebše
Ljubljana, 2021
ZAHVALA
Iskrena zahvala mentorici doc. dr. Mojci Bavcon Kralj in somentorici prof. dr. Tjaši Griessler Bulc za strokovno vodenje, spodbudne nasvete in komentarje pri pisanju magistrske naloge. Hvala tudi za vso predano znanje in zgled. Za strokoven pregled dela se zahvaljujem recenzentki prof. dr. Polonci Trebše.
Iskrena hvala dr. Franji in Urški, ki sta mi bili v pomoč pri delu v laboratoriju. Hvala za vse nasvete in strokovne debate, preko katerih sem se veliko naučila. Zahvala tudi vsem profesorjem tekom študija za vso posredovano znanje, s katerim sem širila svoja obzorja.
Hvala družini, ker mi vedno stojite ob strani in me imate radi. Hvala atiju Klemenu in mami Kristini za besede Življenja in za vse, kar sta me naučila. Hvala, ker sem imela vedno možnost narediti največ, kar lahko. Hvala za vse, kar sta mi omogočila. Hvala Viti, Graciji in Dominiku, ker ste me vedno prenašali, mi pomagali in skupaj z mano razvijali radovednost.
Iz srca hvala možu Blažu, da si v vsem z menoj. Hvala, da si tako rad prisluhnil mojim napredkom pri delu. Hvala, ker si mi vedno v oporo. Hvala za vsako dejanje spodbude, pomoči in ljubezni. Hvala, ker v meni vidiš najboljše.
Hvala Bogu za do sedaj prehojeno pot. Za vse priložnosti, preizkušnje, spoznanja, talente in blagoslove, preko katerih rastem. Hvala, ker me učiš »vse delati iz ljubezni« (1 Kor 16, 14).
IZVLEČEK
Uvod: Plastika kot vseprisoten material je v okolju izpostavljena vremenskim vplivom, kjer se drobi v manjše delce (< 5 mm), ki jim pravimo mikroplastika. Kmetijska dejavnost (uporaba plastičnih folij, uporaba komposta in odpadnega blata kot gnojila) predstavlja glavni vir vnosa mikroplastike v okolje in talne površine. Mikroplastika v okolju predstavlja onesnaževalo, ki prinaša številna tveganja tudi za zdravje človeka. Za oceno stanja talnega okolja onesnaženosti z mikroplastiko so ključne dobro razvite analitične metode. Namen:
Namen magistrske naloge je razvoj metode za ekstrakcijo, kvantifikacijo in identifikacijo mikroplastike iz vzorcev tal. Želeli smo razviti metodo za različne plastične polimere z različno gostoto in za vzorce tal z različno stopnjo organske snovi. Osredotočili smo se na pet najpogostejših polimerov: polietilen, polipropilen, polistiren, polivinil klorid in polietilen tereftalat, ki se pojavljajo v prsti in kompostu ter posledično na kmetijskih površinah.
Metode dela: Razvoj metode ekstrakcije je potekal s primerjavo oljne ekstrakcije in metode ločevanja na osnovi gostote. Metodi smo optimizirali za vzorce komposta, ki vsebuje veliko organske snovi. V postopku metode identifikacije mikroplastike s plinsko kromatografijo z masno spektrometrijo smo optimizirali postopek taljenja delcev mikroplastike. Na koncu smo preizkusili uporabljen postopek razvite metode na petih najpogostejših polimerih in vzorcih prsti in komposta. Rezultati: Povprečni izkoristek oljne ekstrakcije je bil 97,8 %, povprečni izkoristek metode ločevanja na osnovi gostote pa 97,5 %. Za ekstrakcijo mikroplastike iz vzorcev komposta smo morali dodati korak oksidacije pred in po ekstrakciji.
Povprečni izkoristek razvite metode za ekstrakcijo v preizkusu metode je znašal 97,8 % ± 3,3 %. Za identifikacijo mikroplastike smo morali pri postopku taljenja polimer polietilen tereftalat ločiti od preostalih polimerov. Z metodo identifikacije mikroplastike smo lahko potrdili vseh pet najpogostejših polimerov. Razprava in zaključek: Izkoristki obeh metod so med seboj primerljivi, vendar je metoda ločevanja na osnovi gostote bolj uporabna, hitrejša in lažje izvedljiva za analizo vzorcev komposta. Pri metodi za identifikacijo mikroplastike smo dokazali novo karakteristično spojino za identifikacijo polimera polietilen tereftalat. Metoda za identifikacijo nam omogoča tudi možnost delne kvantifikacije mikroplastike. Nadaljnja optimizacija metode ekstrakcije, kvantifikacije in identifikacije bo v prihodnje omogočila oceno stanja onesnaženosti talnega okolja z mikroplastiko.
Ključne besede: oljna ekstrakcija, ločevanje na osnovi gostote, plinska kromatografija z masno spektrometrijo, mikroplastika, aluvialna prst in kompost
ABSTRACT
Introduction: Plastics as an ubiquitous material are exposed to weathering in the environment, where they break down into smaller particles (< 5 mm) called microplastics.
Agricultural activity (usage of plastic foils, usage of compost and waste sludge as fertilizer) is the main source of microplastics in the terrestrial environment. Microplastics is a pollutant that poses a great risk to human health. Well-developed analytical methods are crucial for assessment of the microplastic contamination in the terrestrial environment. Purpose: The purpose of the master's thesis was development of a method for extraction, quantification and identification of microplastics from soil. We wanted to develop a method for different density plastic polymers and for soil samples with different levels of organic matter. We focused on the five most common polymers polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride and polyethylene terephthalate, which occur in soil and compost and consequently on agricultural land. Methods: The development of the extraction method was done by comparing the oil extraction and the density separation method. The methods were optimized for compost samples. In the method of identification of microplastics by gas chromatography–mass spectrometry, we optimized the process of melting microplastics. At the end we tested the method on the five most common polymers and soil and compost samples. Results: The average efficiency of oil extraction was 97.8 % and for density separation method 97.5 %. To extract microplastics from the compost samples, an oxidation step before and after extraction was added. The average efficiency of the developed extraction method was 97.8 % ± 3.3 %. To identify the polyethylene terephthalate, it had to be separated from the remaining polymers during the melting process. All five most common polymers were confirmed with the identification method. Discussion and conclusion: The efficiencies of these methods are comparable, but density separation method is faster and easier to perform for the compost samples. A new characteristic compound for the identification of polyethylene terephthalate has been evident in the identification method.
The identification method also showed the possibility of quantification of microplastics.
Further optimization of these methods will enable the assessment of microplastics pollution in the environment.
Keywords: oil extraction, density separation method, gas chromatography–mass spectrometry, microplastics, alluvial soil and compost
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ... 1
1.1 Teoretična izhodišča ... 2
1.1.1 Mikroplastika ... 2
1.1.1.1 Lastnosti ... 4
1.1.1.2 Polimeri ... 5
1.1.2 Prisotnost mikroplastike v okolju ... 8
1.1.2.1 Vpliv mikroplastike na okolje ... 9
1.1.3 Razvoj metod ... 12
2 NAMEN ... 13
3 METODE DELA ... 14
3.1 Priprava matriksa in mikroplastike ... 14
3.1.1 Priprava mikroplastike za razvoj metode ekstrakcije ... 14
3.1.2 Priprava mikroplastike za poskus uporabe razvite metode ... 15
3.2 Metoda za ekstrakcijo in kvantifikacijo mikroplastike ... 17
3.2.1 Oljna ekstrakcija ... 17
3.2.2 Ločevanje na osnovi gostote... 21
3.2.3 Optimizacija metode ekstrakcije za vzorce z visokim deležem organske snovi 24 3.3 Metoda za identifikacijo mikroplastike ... 26
3.4 Poskus uporabe razvite metode ekstrakcije, kvantifikacije in identifikacije mikroplastike iz vzorcev tal ... 29
3.5 Obdelava podatkov ... 29
4 REZULTATI ... 30
4.1 Metoda za ekstrakcijo in kvantifikacijo mikroplastike ... 30
4.2 Metoda za identifikacijo mikroplastike ... 35
4.3 Poskus uporabe razvite metode ekstrakcije, kvantifikacije in identifikacije mikroplastike iz vzorcev tal ... 39 5 RAZPRAVA ... 47 5.1 Metoda za ekstrakcijo in kvantifikacijo mikroplastike ... 47 5.1.1 Poskus uporabe razvite metode za ekstrakcijo in kvantifikacijo mikroplastike iz vzorcev tal ... 50 5.2 Metoda za identifikacijo mikroplastike ... 50 5.2.1 Poskus uporabe razvite metode za identifikacijo mikroplastike iz vzorcev tal
51
6 ZAKLJUČEK ... 59 7 LITERATURA IN DOKUMENTACIJSKI VIRI... 61
KAZALO SLIK
Slika 1: Trend zanimanja in priljubljenosti teme "Microplastics" v obdobju od 1. 1. 2004 do 31. 12. 2020 v iskalniku Google Trends za ves svet v spletnem iskanju vseh kategorij.
Vrednost 100 pomeni najvišjo priljubljenost, vrednost 50 polovično priljubljenost, vrednost 0 pomeni, da ni bilo dovolj podatkov. ... 3 Slika 2: Število objav v obdobju od 1978 do 2020 za iskalni niz »Microplastics«, v obdobju od 2006 do 2020 za iskalni niz »Microplastics in water«in v obdobju od 2012 do 2020 za iskalni niz »Microplastics in soil« v podatkovni bazi Scopus. ... 3 Slika 3:Najpogosteje uporabljeni plastični polimeri, njihove molekulske in strukturne formule (Ng et al., 2018). ... 5 Slika 4: Procesi in viri, ki vplivajo na prisotnost mikroplastike v prsti (Prevedeno po Hurley, Nizzetto, 2018). ... 8 Slika 5: Vzorci prsti: (A) aluvialna prst in (B) kompost. ... 14 Slika 6: Delci MP polimera PET in LDPE. ... 15 Slika 7: Komplet treh sit Retsch ® Test sieve v velikosti 2 mm, 1 mm in 500 µm, s prikazom presejane MP PE frakcije velikosti 1 mm–2 mm. ... 16 Slika 8: Delci MP polimerov PE, PP, PS, PVC in PET frakcije velikosti 1 mm do 2 mm. 17 Slika 9: Pripomočki za izvedbo oljne ekstrakcije: (A) PTFE cev, (B) steklena cev, (C) plastična brizga in (D) plastični bat. ... 18 Slika 10: Shema postopka oljne ekstrakcije. ... 20 Slika 11: Postopek meritve ter uravnavanja pH vrednosti in postopek meritve gostote nasičene solne raztopine ZnCl2... 21 Slika 12: Shema postopka ločevanja na osnovi gostote. ... 23 Slika 13: Priprava Fentonovega reagenta in prikaz koraka oksidacije pred in po ekstrakciji.
... 25 Slika 14: Prikaz vizualnih sprememb pri taljenju delcev MP, (1) pred taljenjem (2) po 3 min taljenja in (3) po 15 min taljenja. ... 28 Slika 15: Izkoristki metode oljne ekstrakcije za 10 delcev MP v 10 g aluvialne prsti s tremi pripomočki, PTFE cevjo, plastično brizgo in stekleno cevjo (N=6). ... 30 Slika 16: Izkoristki metode oljne ekstrakcije za 20 delcev MP v 10 g aluvialne prsti s tremi pripomočki, PTFE cevjo, plastično brizgo in stekleno cevjo (N=6). ... 31 Slika 17: Izkoristki metode ekstrakcije ločevanja na osnovi gostote za 10 oziroma 20 delcev MP v 10 g aluvialne prsti (N=6). ... 32
Slika 18: Izkoristki metode oljne ekstrakcije in ločevanja na osnovi gostote pri dodanem koraku oksidacije po ekstrakciji (N=6). ... 33 Slika 19: Spreminjanje količine organske snovi pri metodi ločevanja na osnovi gostote za posamezno stopnjo oksidacije. ... 34 Slika 20: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 85 za polimer PE s karakterističnimi spojinami (1) tetradekan, (2) heksadekan, (3) oktadekan in (4) eikozan. 36 Slika 21: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 142 za polimer PP s karakteristično spojino (5) 4,6-dimetil-2-heptanon. ... 36 Slika 22: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 104 za polimer PS s karakterističnimi spojinami (6) stiren in (7, 8) trans(cis)-1,2-difenil ciklobutan. ... 37 Slika 23: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 91 za polimer PVC s karakteristično spojino (9) 1-kloro oktan. ... 37 Slika 24: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 163 za polimer PET s karakteristično spojino (10) dimetil tereftalat. ... 38 Slika 25: Shema postopka metode ekstrakcije in kvantifikacije mikroplastike iz vzorcev aluvialne prsti in komposta. ... 39 Slika 26: Izkoristek metode ločevanja na osnovi gostote za aluvialno prst in kompost za posamezno koncentracijo (N=4). ... 40 Slika 27: (A) Postopek taljenja polimerov v peščeni kopeli pri temperaturi 260 °C in (B) postopek termostatiranja z nameščenim SPME vlaknom v peščeni kopeli pri temperaturi 50 °C. ... 41 Slika 28: Spremembe oblike delcev MP polimerov PE, PP, PS, PVC in PET v stekleni viali (A) pred in (B) po taljenju. ... 41 Slika 29: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 85 za polimer PE z masnimi spektri karakterističnih spojin (1) tetradekan, (2) heksadekan, (3) oktadekan in (4) eikozan za vse tri koncentracije delcev MP iz vzorca aluvialne prsti. ... 42 Slika 30: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 142 za polimer PP z masnim spektrom karakteristične spojine (5) 4,6-dimetil-2-heptanon za vse tri koncentracije delcev MP iz vzorca aluvialne prsti. ... 42 Slika 31: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 104 za polimer PS z masnima spektroma karakteristične spojine (6) stiren in (7, 8) trans(cis)-1,2-difenil ciklobutan za vse tri koncentracije delcev MP iz vzorca aluvialne prsti. ... 43
Slika 32: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 91 za polimer PVC z masnim spektrom karakteristične spojine (9) 1-kloro oktan za vse tri koncentracije delcev MP iz vzorca aluvialne prsti. ... 43 Slika 33: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 163 za polimer PET z masnim spektrom karakteristične spojine (10) metiletil tereftalat za vse tri koncentracije delcev MP iz vzorca aluvialne prsti. ... 44 Slika 34: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 85 za polimer PE z masnimi spektri karakterističnih spojin (1) tetradekan, (2) heksadekan, (3) oktadekan in (4) eikozan za vse tri koncentracije delcev MP iz vzorca komposta. ... 44 Slika 35: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 142 za polimer PP z masnim spektrom karakteristične spojine (5) 4,6-dimetil-2-heptanon za vse tri koncentracije delcev MP iz vzorca komposta. ... 45 Slika 36: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 104 za polimer PS z masnima spektroma karakteristične spojine (6) stiren in (7, 8) trans(cis)-1,2-difenil ciklobutan za vse tri koncentracije delcev MP iz vzorca komposta. ... 45 Slika 37: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 91 za polimer PVC z masnim spektrom karakteristične spojine (9) 1-kloro oktan za vse tri koncentracije delcev MP iz vzorca komposta. ... 46 Slika 38: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 163 za polimer PET z masnim spektrom karakteristične spojine (10) dimetil tereftalat za vse tri koncentracije delcev MP iz vzorca komposta. ... 46 Slika 39: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 91 za polimer PVC za vzorec komposta, kjer smo najvišjo koncentracijo (rdeča krivulja) potrdili s karakteristično spojino, ostali dve (modra in črna krivulja) pa na podlagi primerjave masnih spektrov in mestom vrha krivulje. ... 52 Slika 40: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 142 za polimer PP za vzorec prsti, kjer smo najnižjo koncentracijo (črna krivulja) potrdili s s karakteristično spojino, srednjo koncentracijo (modra krivulja) s primerjavo masnega spektra s spektrom karakteristične spojine, najvišje koncentracije (rdeča krivulja) pa nismo mogli potrditi. ... 53 Slika 41: Razpad molekule polietilen tereftalata pri toplotni razgradnji na metiletil tereftalat (levo) ali dimetil tereftalat (desno). ... 54 Slika 42: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 163 za polimer PET za vzorec koncentracije 30 delcev MP za vzorec prsti in komposta, s prikazom mesta krivulje
za identifikacijo polimera s karakteristično spojino (A) dimetil tereftalat in (B) metiletil tereftalat. ... 54 Slika 43: SPME-GC-MS ekstrahirana kromatograma za fragmentni ion 104 za polimer PS za vzorec prsti za vse tri koncentracije z označenimi spojinami (6) stiren in (7, 8) trans(cis)- 1,2-difenil ciklobutan. ... 55 Slika 44: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 91 za polimer PVC za vzorec prsti za vse tri koncentracije z označenimi spojinami (9) 1-kloro oktan. ... 56 Slika 45: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 163 za polimer PET za vzorec prsti za vse tri koncentracije z označenimi spojinami (10) metiletil tereftalat. ... 56 Slika 46: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 104 za polimer PS za vzorec komposta za vse tri koncentracije z označenimi spojinami (6) stiren in (7, 8) trans(cis)-1,2-difenil ciklobutan. ... 57 Slika 47: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 91 za polimer PVC za vzorec komposta za vse tri koncentracije z označenimi spojinami (9) 1-kloro oktan. ... 58 Slika 48: SPME-GC-MS ekstrahiran kromatogram za fragmentni ion 163 za polimer PET za vzorec komposta za vse tri koncentracije z označenimi spojinami (10) dimetil tereftalat. 58
KAZALO TABEL
Tabela 1: Fizikalne in kemijske lastnosti mikroplastike. ... 4
Tabela 2: Metode za ekstrakcijo, kvantifikacijo in identifikacijo mikroplastike iz prsti. ... 12
Tabela 3: Lastnosti in podatki uporabljenih polimerov. ... 16
Tabela 4: Podatki o pripomočkih za izvedbo oljne ekstrakcije. ... 19
Tabela 5: Fragmentni ioni in spojine za identifikacijo polimerov (Šunta et al., 2021). ... 26
Tabela 6: Pogoji delovanja GC-MS (Šunta et al., 2021). ... 27
Tabela 7: Uspešnost korakov optimizacije metode identifikacije mikroplastike z metodo GC-MS. ... 35
Tabela 8: Prednosti in pomanjkljivosti oljne ekstrakcije in ločevanja na osnovi gostote. .. 49
SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC IN OKRAJŠAV
FTIR Infrardeča spektroskopija s Fourierovo transformacijo
GC Plinska kromatografija
GC-MS Plinska kromatografija z masno spektrometrijo HDPE Polietilen visoke gostote
HOS Hlapne organske spojine KČN Komunalna čistilna naprava LDPE Polietilen nizke gostote
MP Mikroplastika
PAH Policiklični aromatski ogljikovodiki PCB Poliklorirani bifenili
PE Polietilen
PET Polietilen tereftalat
PP Polipropilen
PS Polistiren
PTFE Politetrafluoroetilen
PUR Poliuretan
PVC Polivinil klorid
Pyr GC-MS Pirolizno-plinska kromatografija z masno spektrometrijo SD Standardni odklon meritev
SPME Vlakno za mikro ekstrakcijo na trdnem nosilcu UV Ultravijolična svetloba
1 UVOD
Plastika je dandanes nepogrešljivi material, brez katere si življenja ne moremo predstavljati.
Njene lastnosti, kemijska odpornost in nizka cena širijo njeno uporabnost na vsa področja vsakdanjega življenja. V naših domovih jo najdemo v izolacijskih materialih, električni opremi, kot material za talne in stenske obloge, v pohištvu ter v različnih gospodinjskih in kmetijskih pripomočkih. V vsakdanjem življenju je plastika prisotna v otroških igračah, v oblačilih narejenih iz plastičnih vlaken, celo hrana je zavita v plastično embalažo. Vse to vodi v njeno vse večjo letno svetovno proizvodnjo, ki je v letu 2019 znašala 368 milijonov ton. Največ plastike proizvedemo za namen embalaže (39,6 %), sledi proizvodnja za gradbeništvo (20,4 %), avtomobilsko industrijo (9,6 %), elektroniko (6,2 %), gospodinjstvo (4,1 %) in kmetijstvo (3,4 %) (Li et al., 2020). Zbrane plastične odpadke lahko recikliramo, uporabimo za pridobivanje energije ali jih odlagamo na odlagališčih. Kljub ozaveščanju in podvojitvi količine recikliranja plastičnih odpadkov od leta 2006 okoli 25 % zbranih plastičnih odpadkov še vedno odlagamo na odlagališčih. V Sloveniji smo v letu 2018 približno 40 % plastičnih odpadkov porabili za pridobivanje energije, 30 % smo jih reciklirali, 30 % pa odložili na odlagališčih (PlasticsEurope, 2020). Rastoča proizvodnja plastike in neustrezno odlaganje plastičnih odpadkov na odlagališčih vodita do kopičenja plastičnih odpadkov tako v morskem kot tudi v kopenskem okolju. Ko plastični odpadki končajo v okolju, so podvrženi vremenskim vplivom, torej UV svetlobi in mehanskim silam, ki velike plastične delce drobijo v vse manjše delce različnih velikosti in oblik, ki jim rečemo mikroplastika (Wang et al., 2021).
Mikroplastiko najdemo že skoraj povsod, v oceanih, morjih, rekah in jezerih ter površinskih vodah, v arktičnem ledu, različnih sedimentih in usedlinah, v odpadnem blatu iz komunalnih čistilnih naprav, na kmetijskih površinah in v živečih organizmih. Prisotna je v zraku, ljudje pa jo lahko zaužijemo tako s hrano kot pijačo. Raziskovalci so mikroplastiko našli celo v človeški placenti (Ragusa et al., 2021). Do sedaj je bila mikroplastika najbolj raziskana v morskem okolju (Fourner et al., 2021; Wang et al., 2021; Wu et al., 2020, Han et al., 2019).
Zaradi rastoče proizvodnje in njene razširjene uporabe je mikroplastika postala globalni izziv. Še posebno zaskrbljujoča je njena prisotnost v kopenskem okolju, natančneje v tleh kmetijskih površin, kjer poleg akumulacije omogoča prenos nevarnih in strupenih onesnaževal (vloga vektorskega prenosa), preide pa lahko celo v prehranjevalno verigo človeka (Fourner et al., 2021; Wu et al., 2020, Cox et al., 2019; Wright, Kelly, 2017).
1.1 Teoretična izhodišča
1.1.1 Mikroplastika
Mikroplastiko (MP) lahko opredelimo kot plastične delce, manjše od 5 mm (Thompson et al., 2004). Čeprav je zgornja velikost mikroplastike definirana, je spodnja velikost še vedno predmet znanstvenih razprav. Nekateri znanstveniki so mnenja, da je zgornja določena meja
< 5 mm prevelika in je velikost 1 mm bolj smiselna, saj se »mikro« nanaša na območje velikosti mikrometra (Van Cauwenberghe et al., 2015). Fias in Nash (2019) sta predlagala definicijo MP kot sintetične trdne delce ali polimerno snov, s pravilno ali nepravilno obliko v velikosti od 1 µm do 5 mm, primarnega ali sekundarnega izvora, ki je netopna v vodi.
Möller in sodelavci (2020) predlagajo definicijo dveh razredov MP; »velike« mikroplastike (> 500 µm–5 mm) in »majhne« mikroplastike (1 µm–500 µm).
Glede na izvor ločimo MP na primarno in sekundarno. Primarna MP je plastika, industrijsko izdelana v mikroskopski velikosti, običajno v obliki mikrokroglic različnih velikosti.
Primarno MP uporabljamo v kozmetiki, v čistilnih sredstvih za obraz, pilingih in v medicini za prenos zdravil. Uporabljamo jo lahko v napravah za razprševanje zraka in sredstvih za peskanje. Primarno MP uporabljamo tudi kot surovino za proizvodnjo plastičnih izdelkov.
V okolje vstopa med proizvodnjo, transportom ali uporabo (Wang et al., 2019; Andrady, 2017; Li et al., 2016). Sekundarna MP so delci, ki nastajajo z drobljenjem večjih kosov plastike v zmeraj manjše delce. Gre za drobljenje plastičnih odpadkov v okolju zaradi fizikalnih, kemičnih in bioloških procesov. Preperevanje plastike je naravna posledica vremenskih vplivov zaradi kemičnih in mehanskih vplivov, fotorazgradnje (ultravijolično sevanje povzroči oksidacijo polimerov in razpad kemijskih vezi) in mehanskih sil. Proces razgradnje plastičnih delcev je zelo počasen, zato predvidevamo, da se bodo ti delci v okolju dolgo zadrževali, kopičili in drobili, morda celo nadaljnjih nekaj sto let (Konechnaya et al., 2020; Wang et al., 2019; Andrady, 2017; Li et al., 2016).
Prva poročila o prisotnosti MP v površinskih vodah segajo v začetek leta 1970, pet let kasneje so se prvič pojavile objave o prisotnosti plastičnih kroglic v sedimentu na plažah, šele po tridesetih letih pa so zabeležili znanstvene objave, ki dokazujejo prisotnost MP, manjše od 1 mm v sedimentu na plažah (Van Cauwenberghe et al., 2015). Pogled v trend iskanja teme mikroplastike nam pokaže, da je tema postala aktualna šele v zadnjem
desetletju. Slika 1 prikazuje trend zanimanja za temo »Microplastics« v iskalniku Google Trends. Zanimanje za tematiko in priljubljenost se izražata šele po letu 2017.
Slika 1: Trend zanimanja in priljubljenosti teme "Microplastics" v obdobju od 1. 1. 2004 do 31. 12. 2020 v iskalniku Google Trends za ves svet v spletnem iskanju vseh kategorij.
Vrednost 100 pomeni najvišjo priljubljenost, vrednost 50 polovično priljubljenost, vrednost 0 pomeni, da ni bilo dovolj podatkov.
Trend v znanosti je podoben. Slika 2 prikazuje število objav po letih za iskalni niz
»Microplastics«, »Microplastics in water« in »Microplastics in soil« v podatkovni bazi Scopus. Prve objave segajo v leto 1978 za »Microplastics«, leto 2006 za »Microplastics in water« in v leto 2012 za »Microplastics in soil«. Od leta 2014 je področje MP postalo zelo zanimivo tudi na raziskovalnem področju. Objave in raziskave MP v vodi so v porastu od leta 2016 naprej, objave in raziskave MP v prsti pa šele v zadnjih dveh letih, kar kaže na to, da je to področje še vedno precej novo in neraziskano.
Slika 2: Število objav v obdobju od 1978 do 2020 za iskalni niz »Microplastics«, v obdobju od 2006 do 2020 za iskalni niz »Microplastics in water«in v obdobju od 2012 do 2020 za
iskalni niz »Microplastics in soil« v podatkovni bazi Scopus.
1.1.1.1 Lastnosti
Mikroplastika ima različne fizikalne in kemijske lastnosti, ki se spreminjajo odvisno od okoljskih razmer in poti razgradnje delcev MP. Na podlagi fizikalnih in kemijskih lastnosti bomo lahko MP opredelili glede na nevarnost, njen vpliv in učinke na okolje (Lambert et al., 2017). V Tabeli 1 so naštete in opisane fizikalne in kemijske lastnosti mikroplastike.
Tabela 1: Fizikalne in kemijske lastnosti mikroplastike.
Fizikalne lastnosti
Velikost delcev
Velikost delcev je odvisna od razgradnje, s časom se bo število manjših delcev povečevalo. Velikost vpliva na interakcijo z bioto.
Velikost delca, ki ga organizem lahko zaužije, je določen z morfologijo prebavil določene vrste (Lambert et al., 2017).
Oblika delcev
Oblika vpliva na interakcijo z bioto. Delci nepravilne ali igličaste oblike se lažje pritrdijo na notranje in zunanje površine v okolju ali organizmu in so zato bolj nevarni (Lambert et al., 2017).
Površina
Površina delcev se lahko za primarno MP izračuna na podlagi sferičnega ekvivalentnega premera, težje je določljiva za sekundarno MP. Površina delca se povečuje z zmanjšanjem njegove velikosti (Lambert et al., 2017).
Kristalnost
Kristalnost sekundarne MP se z razgradnjo spreminja. Kristalnost MP se poveča, ko se MP zmanjša. Spremembe v kristalnosti vplivajo na tvorbo kristalov, ki se po strupenosti razlikujejo od primarne MP (Lambert et al., 2017).
Kemijske lastnosti
Vrsta polimera
Polimer ima določeno toksičnost, zaradi možnosti izpiranja kemikalij, ostankov monomerov, izhodnih snovi, topil, katalizatorjev in aditivov, ki so dodani med predelavo (Lambert et al., 2017).
Aditivi
Sproščanje aditivov iz polimerov v okolje se pojavi v vseh fazah življenjskega cikla polimerov. Sproščanje je odvisno od sestave aditiva, njegove koncentracije in adhezije na polimeru, fizikalnih lastnosti in stopnji razgradnje polimera (Lambert et al., 2017).
Kemijska sestava
Kemijska sestava sekundarne MP se spreminja s staranjem. Povečanje kemijskih reakcij povzroča nastanek novih površin za nadaljnje procese. Spremembe v sestavi vplivajo na interakcijo MP z bioto, kjer je površina bolj dostopna mikroorganizmom (Lambert et al., 2017).
1.1.1.2 Polimeri
Plastične polimere delimo v dve glavni skupini, v termoplaste in duroplaste. Termoplasti so tisti polimeri, ki se pri segrevanju stopijo in pri ohlajanju strdijo. Spremembe so reverzibilne, kar pomeni, da so ti polimeri sposobni nenehnega mehčanja, taljenja, preoblikovanja in recikliranja (PlasticsEurope, 2020). Primeri termoplastov so polietilen (PE), polipropilen (PP), polistiren (PS), polivinil klorid (PVC) in polietilen tereftalat (PET), ki spadajo tudi med najpogosteje uporabljene polimere (PlasticsEurope, 2020; Geyer et al., 2017), njihove molekulske in strukturne formule prikazuje Slika 3. Duroplasti so tisti polimeri, ki se pri segrevanju kemično spremenijo in tvorijo tridimenzionalne mreže. Sprememba je ireverzibilna, kar pomeni, da po segrevanju teh polimerov ni mogoče ponovno preoblikovati.
Najpogostejši duroplasti so poliuretan (PUR), nenasičeni poliestri, epoksi smola, melanin in vinilni estri (PlasticsEurope, 2020).
Slika 3:Najpogosteje uporabljeni plastični polimeri, njihove molekulske in strukturne formule (Ng et al., 2018).
• Polietilen
Polietilen je termoplast, polimer etilena, pridobljen z adicijsko polimerizacijo ali pa linearni polimer (CH2)n, pridobljen s kondenzacijo. Ločimo med polietilenom z visoko gostoto (HDPE) in nizko gostoto (LDPE). Gostota PE je manjša od vode, v vrednosti med 0,92 in 0,96 g cm-3. Temperatura taljenja je odvisna od molekulske strukture polimera, v vrednostih med 108 in 132 °C (Ronca, 2017). PE je polimer z najenostavnejšo strukturo, največjo tonažo proizvedenega materiala in nizko ceno. Ima odlične električne izolacijske lastnosti,
zelo dobro kemijsko odpornost in se ga lahko oblikuje (Ronca, 2017). Najpogosteje ga najdemo v vrečkah, pladnjih in posodah za večkratno uporabo, kmetijskih folijah, folijah za pakiranje hrane, igračah, embalaži, ceveh itd. (PlasticsEurope, 2020).
• Polipropilen
Polipropilen je termoplast in linearni ogljikovodikov polimer, ki vsebuje metilno skupino.
Njen položaj na verigi spreminja lastnosti polimera. Pridobivamo ga s polimerizacijo propena. Gostota PP je najmanjša, v vrednosti 0,90 g cm-3. Temperatura taljenja je 165 °C (Gahleitner, Paulik, 2017). PP je drugi najbolj pogosto proizveden polimer. Je kemijsko odporen na topila in ima dobre električne izolacijske lastnosti (Gahleitner, Paulik, 2017).
Najpogosteje ga uporabljamo v embalaži za živila, za zamaške, za posodo primerno za uporabo v mikrovalovnih pečicah, v ceveh, avtomobilskih delih itd. (PlasticsEurope, 2020).
• Polistiren
Polistiren je termoplast na osnovi aromatskega monomera, pridobljen s polimerizacijo stirena. Odvisno od načina polimerizacije je PS lahko trden in prozoren ali pa penast in mehak material. Gostota PS meri 1,05 g cm-3, temperatura tališča pa meri 257 °C (Satterthwaite, 2017). PS je ena najpogosteje uporabljanih plastik na svetu. Ima dobro dimenzijsko stabilnost, nizko toplotno prevodnost, dobre električne izolacijske lastnosti in je kemijsko odporen. Uporabljamo ga za zaščitno embalažo, posode in embalažo za živila, pokrove, lončke, plastenke, igrače, v elektronski opremi, notranjih oblogah ter za hladilnike, saj je dober izolativni material. (Satterthwaite, 2017; PlasticsEurope, 2020).
• Polivinil klorid
Polivinil klorid je termoplast, pridobljen s polimerizacijo vinil klorida. PVC je bolj kompleksen polimer, saj termično razpade v dveh stopnjah. V prvi stopnji gre za dehidrokloriranje, kjer razpade C–Cl vez, ki potrebuje manj energije kot pa druga stopnja razpada C–C vezi. Gostota PVC meri med 1,38–1,40 g cm-3, temperatura tališča meri okoli 273 °C (Nisar et al., 2018; Gilbert, Patrick, 2017). PVC je pomemben material na nekaterih industrijskih področjih, izdelki se uporabljajo v prometu, za potrošniško blago, embalažo ter za izdelke za šport in prosti čas. Uporabljamo ga tudi za okenske okvirje, talne in stenske obloge, cevi, kabelsko izolacijo, vrtne cevi, napihljive bazene itd. (PlasticsEurope, 2020).
• Polietilen tereftalat
Polietilen tereftalat je termoplast, pridobljen s polimerizacijo etilen glikola in tereftalne kisline. Je kemično odporen polimer, ima visoko mehansko trdnost, lahko ga barvamo in oblikujemo. Gostota PET meri med 1,33–1,48 g cm-3, temperatura tališča pa meri med 255 in 265 °C (Nisticò, 2020; Lim, 2017). PET je širše uporabljen polimer, običajno namenjen izdelovanju embalažnih materialov (plastenke za vodo, brezalkoholne pijače, sokove, čistila itd) ali na primer proizvodnji vlaken za tekstilne izdelke. (PlasticsEurope, 2020).
1.1.2 Prisotnost mikroplastike v okolju
Glavne vire MP v prsti lahko bolj slikovito prikažemo s Sliko 4. To so plastične vrtne zaščitne folije, divja odlagališča, nenadzorovano odlaganje plastike s strani posameznikov, uporaba odpadnega blata iz komunalnih čistilnih naprav (KČN) in komposta kot gnojila v kmetijstvu, namakanje obdelovalnih površin z odpadno vodo, komunalne odpadne vode in površinski odtoki s cest, poplave in prenos iz ozračja ter drobljenje odpadkov (Yang et al., 2021; Kumar et al., 2020; Yu et al., 2020; Corradini et al., 2019; Hurley, Nizzetto, 2018).
Slika 4: Procesi in viri, ki vplivajo na prisotnost mikroplastike v prsti (Prevedeno po Hurley, Nizzetto, 2018).
Odlagališča odpadkov so pomemben dejavnik tveganja za prenos MP v okolico in okoliško prst. Uporaba plastičnih folij (največ PVC, PE) je danes v intenzivnem kmetijstvu nujna.
Veliki delci folij so izpostavljeni vremenskim vplivom, torej fotorazgradnji in mehanskim silam, kar povzroča krhkost materialov in drobljenje. Sčasoma se tako v prsti tvorijo in zadržujejo velike količine MP. Glavni vir onesnaženja ostaja nanašanje komposta in odpadnega blata kot gnojila na kmetijske površine. Hurley in Nizzetto (2018) ocenjujeta, da se vsako leto na kmetijsko površino odloži od 125 do 850 ton MP na milijon prebivalcev.
Tako postajata prst in talni sistem velik okoljski rezervoar MP, celo večji kot vodna okolja (oceani, morja, reke itd.), vendar je dejansko stanje še premalo raziskano zaradi pomanjkanja analitičnih metod za oceno stanja talnega okolja (Yang et al., 2021; Yu et al., 2020; Zhou et al., 2020; Wang et al., 2019; Hurley, Nizzetto, 2018). Koncentracije MP v prsti se gibljejo med 0,1 % in 10 % v suhi snovi (Kim, Rilling, 2021), natančneje pa ocenjujejo, da so koncentracije MP v industrijski zemlji 300–67500 mg kg-1 (Fuller, Gautam, 2016), v neokrnjeni poplavni zemlji 55,5 mg kg-1 (Scheurer, Bigalke, 2018) in na kmetijskih površinah (obdelovalna kmetijska prst) okoli 8–540 mg kg-1 (Zhang, Liu, 2018).
1.1.2.1 Vpliv mikroplastike na okolje
Mikroplastika je posebna vrsta onesnaževala v okoljskih sistemih, posebno v prsti, saj je razširjenost MP dosegla stopnjo, ko njene prisotnosti ne moremo več spregledati. Vedno več študij dokazuje vpliv MP na talni ekosistem, tako na fizikalno strukturo prsti, dinamiko vode, na talne organizme, mikrobioto kot na njeno mikrobno in encimsko aktivnost (Kim, Rilling, 2021; de Souza Machado et al., 2018).
Spreminjanje lastnosti prsti ob prisotnosti MP se kaže kot pozitiven in negativen vpliv.
• Pozitiven vpliv:
‒ Povečana makroporoznost in zračenje prsti, kar izboljša vnos vode in hranilnih snovi, mikrovlakna imajo celo zmožnost zadrževanja vode. Ta vpliv povečuje biomaso poganjkov in korenin, ki jih pridelujemo v prsti onesnaženi z MP (Lozano e t al., 2021).
• Negativen vpliv:
‒ Zmanjšana agregacija tal. S tem, ko se MP vključuje v matriks, preprečuje, da bi se mikroagregati prsti dobro vključili v makroagregate. Povzroči lahko lomljenje agregatov in zmanjša stabilnost (Lozano et al., 2021).
‒ MP kot vir ogljika (C) lahko vpliva tudi na proces kroženja ogljika v prsti.
Vpliva lahko na mikrobne procese v tleh, rast rastlin in razgradnjo. Kopičenje MP poveča molekularno raznolikost C v tleh, kar lahko mikrobom oteži razgradnjo organskega ogljika. Prisotnost MP lahko privede do povečanega raztapljanja, poleg ogljika tudi dušika in fosforja (Rilling et al., 2021).
‒ Plasti prsti, ki vsebujejo MP, lahko delujejo kot antropogena pregrada v talnem stolpu in prekinjajo navpični pretok vode. Te spremembe neposredno vplivajo na vsebnost vode v sosednjih plasteh in spremembe v deležu velikosti agregata, posledično lahko sprožijo tudi spremembe v aeraciji prsti.
Talno okolje v neonesnaženih delih prsti se lahko spremeni z MP onesnaženjem sosednjih plasti (Kim et al., 2021).
Vpliv mikroplastike na mikrobioto in organizme v prsti se kaže kot:
• MP v prsti vpliva na mikrobno aktivnost. Prisotnost MP znižuje agregacijo tal, posledično pa se zmanjša difuzija kisika v porah prsti. Vpliva tudi na vodne tokove, kar povzroča zmanjšanje mikrobne aktivnosti. Polimera PP in LDPE naj bi najbolj zavirala mikrobno aktivnost. MP lahko poveča mikrobno aktivnost, delci PP lahko sproščajo raztopljeni organski ogljik in tako spodbudijo mikrobno aktivnost, posebej pri višjih koncentracijah (Lozano e t al., 2021).
• MP v prsti lahko tvori nov življenjski prostor mikroorganizmom. Na površini MP se lahko tvorijo biofilmi in mikrobne skupnosti, ki so manj številčne od okoliških mikroorganizmov, vendar bolj homogene (Wang et al, 2019).
• Prisotnost MP v prsti vpliva na v njej živeče organizme. Deževniki in druge živali ter organizmi lahko MP zaužijejo, vendar je ne morejo prebaviti, zato je MP škodljiva, saj lahko povzroči poškodbe v črevesnem traktu in s tem zmanjša preživetje. Pri nadzorovanih poskusih na deževnikih so ugotovili, da se ob zaužitju MP v deževnikih delci v notranjosti razdrobijo na manjše delce in se z izločki prenašajo naprej v prsti, ob večjih količinah pa lahko pride tudi do izgube teže in smrti (Wang et al, 2019; Ng et al., 2018). Poleg tega organizmi v prsti igrajo
pomembno vlogo pri razporeditvi MP v prsti, saj se s premikanjem organizmov mikroplastika prenese na široko območje v prsti (Wang et al, 2019).
• Vpliv MP na rastline je manj raziskan, vendar se vseeno kažejo predvidevanja, da lahko MP ovira absorpcijo vode in hranil v koreninah rastlin. MP lahko bistveno spremeni rastlinsko biomaso, sestavo tkiva, lastnosti korenin in listov in tako vpliva na podzemne kot tudi nadzemne dele rastline. Vplivi MP se kažejo tudi kot spremembe v strukturi tal, spreminjanje prostornine, povečanje izhlapevanja vode v tleh; MP lahko zmanjšuje vsebnost hranil ali celo toksično vpliva na rastline.
Nekateri izmed teh vplivov so lahko pozitivni ali pa tudi negativni (Wang et al., 2019; Rilling et al., 2019).
Mikroplastika nima vpliva samo na lastnosti in strukturo tal, ampak je lahko tudi prenašalec različnih onesnaževal in kovin. MP je v okolju izpostavljena različnim antropogenim virom, kot so odpadne vode in izcedne vode iz odlagališč, kjer je izpostavljena različnim organskim onesnaževalom, kot so policiklični aromatski ogljikovodiki (PAH), poliklorirani bifenili (PCB), pesticidi in herbicidi. Adsorpcija pesticidov je odvisna od hidrofobnosti snovi – bolj kot je snov hidrofobna, večja je adsorpcija snovi na površino MP. Mikroplastika z onesnaževali se pretvori v vir onesnaženja, saj se ti delci MP skupaj z onesnaževali raznašajo na velikih površinah in tako vplivajo na porazdelitev onesnaževal v okolju. MP lahko adsorbira tudi bistveno več obstojnih organskih onesnaževal kot naravni sedimenti, kar še dodatno zviša njeno nevarnost za okolje (Šunta et al., 2020; Wang et al., 2019).
Poleg različnih organskih onesnaževal lahko mikroplastika na svojo površino adsorbira tudi večje koncentracije kovin. Količina adsorbiranih kovin je zelo različna, odvisna je predvsem od onesnaženosti okolja s kovinami. Na povečanje adsorpcijske sposobnosti vpliva tudi ultravijolična svetloba med razgradnjo mikroplastike. S tem se povečuje tveganje za organizme in varnost prsti, saj je mikroplastika vektor za prenos kovin (Yu et al., 2020;
Wang et al., 2019; Zhou et al., 2019).
Mikroplastika se lahko iz prsti prenaša po prehranski verigi vse do človeka. Lahko prodre v rastlinske celice semen, korenin, steblov, listov in plodov. Z zaužitvijo delov rastlin, ki vsebujejo MP, lahko le-ta pride tudi v človeka. Tveganje za zdravje ljudi se z uživanjem take hrane poveča, saj MP neposredno prihaja v človeško telo; poleg se lahko prenašajo še druga onesnažila, ki so prisotna na njeni površini (Fournier et al., 2021; Conti et al., 2020; Cox et al., 2019; Wright, Kelly, 2017).
1.1.3 Razvoj metod
Raziskovalci se pri preučevanju MP soočajo s pomanjkljivo razvitimi metodami in z odsotnostjo standardiziranih metod za natančno določanje MP iz vzorcev prsti in drugih podobnih medijev (Hurley, Nizzetto, 2018).
Prst, kompost in drugi okoljski vzorci v analitiki MP predstavljajo izziv, saj so bogati z organsko snovjo, ki otežuje ločevanje MP iz vzorcev. Hidrofobnost površin MP povzroči, da se organska snov adsorbira na njeni površini, zato moramo pred določitvijo količine in vrste polimera MP v vzorcu organsko snov odstraniti. Najpogosteje se za odstranjevanje organske snovi uporablja Fentonov reagent, H2O2 in baze, npr. NaOH ali KOH (Hurley et al., 2018; He et al., 2018; Olesen et al., 2017). Do sedaj so bile razvite različne metode za ekstrakcijo, kvantifikacijo in identifikacijo MP iz prsti. Metode so naštete v Tabeli 2, vendar njihove omejitve zahtevajo izboljšanje in dopolnjevanje analiznih postopkov.
Tabela 2: Metode za ekstrakcijo, kvantifikacijo in identifikacijo mikroplastike iz prsti.
Metode ekstrakcije in kvantifikacije MP (He et al., 2021; Möller et al., 2020)
Metode identifikacije MP
(Möller et al., 2020; Crawford, Quinn, 2017)
• Ločevanje na osnovi gostote.
• Oljna ekstrakcija.
• Elektrostatična metoda ločevanja.
• Magnetno ločevanje.
• Ločevanje z različnimi topili.
• Peneča flotacija.
• Vizualna identifikacija.
• Elektronska mikroskopija.
• Pirolizno-plinska kromatografija z masno spektrometrijo (Pyr GC-MS).
• Infrardeča spektroskopija s Fourierovo transformacijo (FTIR).
• Ramanska spektroskopija.
2 NAMEN
Namen magistrske naloge je razvoj metode za ekstrakcijo, kvantifikacijo in identifikacijo MP iz kompleksnih vzorcev tal. Metodo smo želeli razviti za različne plastične polimere z različno gostoto in ugotoviti njene omejitve za določanje MP v čisti organski snovi.
Osredotočili smo se na ekstrakcijo in kvantifikacijo najpogostejših polimerov polietilen (PE), polipropilen (PP), polistiren (PS), polivinil klorid (PVC) in polietilen tereftalat (PET), ki se pojavljajo v okolju, natančneje v prsti in kompostu ter posledično na kmetijskih površinah.
Cilji raziskave:
• Razviti in optimirati metodo ekstrakcije in kvantifikacije za različne plastične polimere (z različnimi gostotami) pri različnih koncentracijah, ki so okoljsko relevantne.
• Določiti, katera metoda ekstrakcije bo z določenimi prilagoditvami primerna tudi za vzorce z visoko stopnjo organske snovi (kompost).
• Določiti vrsto polimera s plinsko kromatografijo na masno detekcijo (GC-MS), na osnovi karakterističnih spojin, ki se razvijejo ob taljenju najpogosteje uporabljenih polimerov PE, PP, PS, PVC in PET v mešanici izbranih polimerov.
Na podlagi ciljev raziskave smo si zastavili naslednja raziskovalna vprašanja:
1. Ali bodo izkoristki metode za ekstrakcijo polimerov z nizko gostoto primerljivi z izkoristki z visoko gostoto?
2. Ali bodo izkoristki metode oljne ekstrakcije primerljivi z izkoristki metode ločevanja na osnovi gostote?
3. Ali bo enkratni postopek oksidacije po ekstrakciji zadosten korak pri optimizaciji metode za vzorce z visoko stopnjo organske snovi ali bo postopek oksidacije potrebno ponoviti, pred in po ekstrakciji?
4. Ali bomo lahko z metodo GC-MS identificirali polimere iz vzorcev tal?
3 METODE DELA
3.1 Priprava matriksa in mikroplastike
Za razvoj metode ekstrakcije, kvantifikacije in identifikacije mikroplastike iz tal smo uporabili dva matriksa: aluvialno prst, ki vsebuje izredno malo organske snovi ter kompost, ki vsebuje veliko organske snovi. Želeli smo namreč testirati metodo ekstrakcije na enostavnem (aluvialna prst) in kompleksnem vzorcu tal (kompost).
Za aluvialno prst smo izbrali rečni savski sediment. Prst smo najprej posušili v pečici in jo nato presejali skozi 2-mm sito ter tako odstranili večje organske delce (vejice, biomaso) in anorganske delce (apnenec, koščke gline). Za kompost smo izbrali kompost Rastko. Najprej smo ga posušili v pečici in nato presejali skozi 2-mm sito. V obeh primerih, smo v eksperimentu uporabili presejan vzorec frakcije manjše od 2 mm. Slika 5 prikazuje aluvialno prst in kompost, ki sta bila predmet raziskav.
Slika 5: Vzorci prsti: (A) aluvialna prst in (B) kompost.
3.1.1 Priprava mikroplastike za razvoj metode ekstrakcije
Za razvoj metode ekstrakcije in kvantifikacije mikroplastike iz tal smo uporabili dva polimera: PET, ki smo ga uporabili kot polimer z najvišjo gostoto, in LDPE, ki smo ga uporabili kot polimer z najnižjo gostoto. Delce MP polimera PET z gostoto ρ = 1,47 g cm-3
smo pripravili z rezanjem plastične plastenke Radenska®. Plastenko smo razrezali na koščke manjše od 5 mm. Delce MP polimera LDPE z gostoto ρ = 0,90 g cm-3 smo pripravili tako, da smo LDPE granulat podjetja Tera d.o.o® Tolmin stopili v pečici in nato enotno maso strgali s pomočjo strgalnika. Velikost frakcije delcev MP, ki smo jo uporabili za razvoj metode, je merila od 1 mm do 5 mm. Slika 6 prikazuje pripravljene delce MP polimera PET in LDPE.
Slika 6: Delci MP polimera PET in LDPE.
Za določanje mase posameznega delca MP smo izvedli šest ponovitev meritev mase po 10 delcev in 20 delcev MP polimera PET ter polimera LDPE. Iz povprečnih vrednosti mase 10 in 20 delcev posamezne vrste polimera smo izračunali maso enega delca. Masa enega delca polimera PET je znašala v povprečju 0,82 mg, delca polimera LDPE pa v povprečju pol manj; 0,41 mg.
3.1.2 Priprava mikroplastike za poskus uporabe razvite metode
Za glavni eksperiment in za razvoj metode identifikacije mikroplastike iz tal smo uporabili delce MP petih najpogostejših polimerov, ki se najpogosteje pojavljajo v okolju: polietilen (PE), polipropilen (PP), polistiren (PS), polivinil klorid (PVC) in polietilen tereftalat (PET) (PlasticsEurope, 2020; Geyer et al., 2017). V Tabeli 3 so navedene lastnosti in podatki uporabljenih polimerov v poskusu.
Tabela 3: Lastnosti in podatki uporabljenih polimerov.
Polimer Surovina Velikost
(mm) Gostota (g cm-3) Temperatura tališča (°C)
PP Granulat Golias d.o.o 1–2 0,85–0,88 179
PE Zamašek Radenske 1–2 0,92–0,96 108–141
PS Granulat Golias d.o.o 1–2 1,04–1,10 242–276
PVC Plastična ovojnina tablet 1–2 1,38–1,40 220–305
PET Plastenka Radenska 1–2 1,33–1,48 264
Delce MP smo pripravili s postopkom kriomletja. 10 g plastike večje frakcije (granulat ali podobno veliki koščki narezane plastike) smo dali skupaj s kovinsko kroglo v kovinsko posodico krogličnega mlina, le-tega zaprli in nato pomočili v tekoči dušik za 6 min. Nato smo vpeli posodico v kroglični mlin Millmix 20 ter stresali do 2 min pri 25 kHz. Po potrebi smo korak hlajenja v tekočem dušiku in stresanja na krogličnem mlinu ponovili. Pripravljene delce MP smo nato presejali skozi sita Retsch ® Test Sieve (Slika 7).
Slika 7: Komplet treh sit Retsch ® Test sieve v velikosti 2 mm, 1 mm in 500 µm, s prikazom presejane MP PE frakcije velikosti 1 mm–2 mm.
Na ta način smo dobili delce MP v velikosti > 2 mm, 2–1 mm, 1 mm–500 µm in < 500 µm.
V poskusu smo v nadaljevanju uporabili frakcijo velikosti 1 mm do 2 mm (Slika 8).
Slika 8: Delci MP polimerov PE, PP, PS, PVC in PET frakcije velikosti 1 mm do 2 mm.
Za določanje mase posameznega delca MP smo izvedli tri meritve mase 10 delcev posameznega polimera. Iz povprečnih vrednosti mase 10 delcev smo izračunali maso enega delca:
• Masa enega delca PE MP povprečno znaša 0,58 mg.
• Masa enega delca PP MP povprečno znaša 0,83 mg.
• Masa enega delca PS MP povprečno znaša 0,99 mg.
• Masa enega delca PVC MP povprečno znaša 0,48 mg.
• Masa enega delca PET MP povprečno znaša 0,88 mg.
3.2 Metoda za ekstrakcijo in kvantifikacijo mikroplastike
3.2.1 Oljna ekstrakcija
Oljna ekstrakcija je ena izmed preprostih metod za ekstrakcijo mikroplastike iz prsti. Metoda temelji na izkoriščanju lipofilne površinske lastnosti večine plastike. Aplikativna je za skoraj vse polimere MP, ker je večina delcev tal (prsti ali usedlin) hidrofilnih (He et al., 2021;
Möller et al., 2020). V raziskavah so uporabili ricinusovo olje (Mani et al., 2019) ali repično olje (Lechthaler et al, 2020; Crichton et al., 2017). Scopetani in sodelavci (2020) so dokazali, da ima olivno olje najmočnejšo afiniteto do polimerov in je zato za oljno ekstrakcijo najboljše.
Za izvedbo oljne ekstrakcije so v raziskavah poročali o uporabi lij ločnika (Mani et al., 2019;
Crichton et al., 2017), mnogi pa poročajo o pripomočkih izdelanih po meri. Scopetani in sodelavci (2020) so zaradi lažje uporabe izbrali politetrafluoroetilne (PTFE) cevi, saj uporaba PTFE MP ni primerna za oljno ekstrakcijo. Poleg uvedbe novega pripomočka, so v protokol oljne ekstrakcije dodali še korak zamrzovanja vzorca zaradi lažjega ločevanja oljne plasti od zamrznjene vodne suspenzije prsti (Scopetani et al., 2020).
V sklopu raziskave smo izvedli tri tehnične modifikacije predhodno objavljene metode oljne ekstrakcije (Scopetani et al., 2020). Uporabili smo cevi iz različnih materialov: PTFE cev, steklo in PP plastično brizgo. Pripomočki so prikazani na Sliki 9. Stekleno cev smo uporabili kot neplastični material, plastično brizgo pa kot alternativo PTFE cevi zaradi vsesplošne dobavljivosti in nizke cene. V Tabeli 4 so zbrani glavni podatki o posameznih pripomočkih.
Slika 9: Pripomočki za izvedbo oljne ekstrakcije: (A) PTFE cev, (B) steklena cev, (C) plastična brizga in (D) plastični bat.
Tabela 4: Podatki o pripomočkih za izvedbo oljne ekstrakcije.
Pripomoček Material Dobavitelj Mere
PTFE cev PTFE DASTAFLON
d.o.o., Slovenija
Premer: 36/28 ± 0,5 mm Dolžina: 160 mm
Steklena cev Steklo Promal s.p.,
Slovenija
Premer: 36/28 ± 0,5 mm Dolžina: 160 mm
Plastična brizga
(odrezana) PP Henke-Sass, Wolf
GmbH, Nemčija Volumen: 60 mL
Protokol oljne ekstrakcije smo povzeli po Scopetani in sodelavcih (2020) in ga na tem mestu na kratko povzemamo. V PTFE cev/stekleno cev/plastično brizgo smo dali 10 g aluvialne prsti skupaj z 10 ali 20 delcev PET/LDPE MP. Nato smo dodali 30 mL destilirane H2O in 3 mL olivnega olja (Mercator d.d.). Cev ali brizgo smo zaprli z zamaškom in jo pretresli.
Vzorec smo nato postavili na stojalo za 2 h. Po postopku sedimentacije smo vzorec čez noč postavili v zamrzovalnik (temperatura –18 °C). Po zamrzovanju smo vzorec s plastičnim batom porinili iz cevi ali brizge in zgornji del olja odrezali z žago. Zamrznjen oljni košček smo odtalili na urnem steklu, ga prefiltrirali z vakuumsko črpalko čez stekleni filter (WhatmanTM GF/CTM, premer 47 mm) in ga na koncu sprali s heksanom ter destilirano vodo.
Za vsako koncentracijo posameznega polimera smo pripravili 6 ponovitev. Shema postopka oljne ekstrakcije je prikazana na Sliki 10.
Kvantifikacija:
Vzorec smo zatem ročno prešteli na podlagi izkoristka metode. Izkoristek metode (𝑅) smo izračunali po naslednji enačbi:
𝑹 =𝑵𝑬
𝑵 × 𝟏𝟎𝟎 [%], (1)
kjer 𝑁𝐸 prestavlja število delcev MP po ekstrakciji, 𝑁 pa prestavlja število delcev, ki smo jih dali v vzorec.
Slika 10: Shema postopka oljne ekstrakcije.
3.2.2 Ločevanje na osnovi gostote
Ločevanje na osnovi gostote je najbolj razširjena in uporabljena metoda za ekstrakcijo mikroplastike iz prsti. Delce MP iz matriksa ločimo na podlagi razlike v gostoti MP in uporabljene nasičene solne raztopine. Uporabimo lahko različne solne raztopine, od tega so najpogosteje uporabljene natrijev klorid (NaCl), kalcijev klorid (CaCl2), natrijev jodid (NaI) in cinkov klorid (ZnCl2). Nasičene solne raztopine imajo različno gostoto, zato z raztopinami z nižjo gostoto ne moremo iz vzorcev pridobiti gostejše MP, kamor spadata PVC in PET (He et al., 2021; Konechnaya et al., 2020; Möller et al., 2020). Ker smo želeli razviti metodo, ki bo aplikativna za različne polimere z gostotami od 0,85 g cm-3 do 1,48 g cm-3, smo uporabili nasičeno solno raztopino ZnCl2.
Nasičeno solno raztopino ZnCl2 prostornine 1,2 L z gostoto 1,6 g cm-3 smo pripravili tako, da smo v 751,4 mL destilirane vode raztopili 1 kg ZnCl2 (Carlo Erba, čisti brezvodni cinkov klorid). Ko se je ves ZnCl2 raztopil, smo solni raztopini uravnali vrednost pH na vrednost 3 s 5 M KOH. Vrednost pH smo izmerili z umerjenim pH metrom WTW Multi 3510 IDS, gostoto pa smo izmerili z areometrom. Postopek meritve pH vrednosti in gostote prikazuje Slika 11. Na koncu smo solno raztopino prefiltrirali z vakuumsko črpalko čez stekleni filter (WhatmanTM GF/CTM, premer 47 mm) (Konechnaya et al., 2020).
Slika 11: Postopek meritve ter uravnavanja pH vrednosti in postopek meritve gostote nasičene solne raztopine ZnCl2.
Protokol ločevanja na osnovi gostote smo povzeli po Konechnaya in sodelavcih (2020) z uvedbo koraka centrifugacije po Scheurer in Bigalke (2018). Korak centrifugacije nam omogoča, da pospešimo postopke mešanja in usedanja (Vermeiren et al., 2020).
V 50-mL plastično falkonko smo dali 10 g aluvialne prsti skupaj z 10 ali 20 delci PET/LDPE MP. Nato smo dodali 50 mL nasičene solne raztopine ZnCl2 in vzorec stresali 30 s. Vzorec v falkonki smo nato prenesli v centrifugo Hettich Universal 320. Vzorec smo centrifugirali 30 min na 5500 rpm. Supernatant (bistra tekočina) smo odlili iz falkonke in ga prefiltrirali z vakuumsko črpalko čez stekleni filter (WhatmanTM GF/CTM, premer 47 mm). Uporabljeno prefiltrirano raztopino ZnCl2 smo v nadaljevanju še večkrat uporabili, saj se po nekajkratni uporabi gostota nasičene raztopine ZnCl2 ni spremenila. Filter smo na koncu sprali z destilirano vodo (Scheurer, Bigalke, 2018). Za vsak polimer različnih koncentracij smo pripravili 6 ponovitev. Shemo postopka ločevanja na osnovi gostote prikazuje Slika 12.
Kvantifikacija:
Vzorec smo zatem ročno prešteli na podlagi izkoristka metode. Izkoristek metode (𝑅) smo izračunali po naslednji enačbi:
𝑹 =𝑵𝑬
𝑵 × 𝟏𝟎𝟎 [%], (2)
kjer 𝑁𝐸 prestavlja število delcev MP po ekstrakciji, 𝑁 pa prestavlja število delcv, ki smo jih dali v vzorec.
Slika 12: Shema postopka ločevanja na osnovi gostote.
3.2.3 Optimizacija metode ekstrakcije za vzorce z visokim deležem organske snovi
Metodo oljne ekstrakcije in ločevanja na osnovi gostote smo preverili tudi za vzorce prsti, bogate z organsko snovjo, tj. kompost. Organska snov se lahko nabira na površini MP, zato moramo pred identifikacijo MP organsko snov odstraniti. Kot najučinkovitejša spojina za odstranjevanje organske snovi iz vzorcev prsti se je izkazal Fentonov reagent, druge pogosto uporabljene in učinkovite spojine za odstranjevanje organske snovi so še H2O2, NaOH ali KOH (Hurley et al., 2018; He et al., 2018; Olesen et al., 2017).
Postopek oksidacije lahko v protokol ekstrakcije dodamo kot:
• Oksidacija pred ekstrakcijo.
• Oksidacija po ekstrakciji.
• Oksidacija pred in po ekstrakciji.
Odločili smo se, da izvedemo oksidacijo pred/po ekstrakciji s Fentonovim reagentom.
Fentonov reagent je sestavljen iz dveh komponent, vodikovega peroksida in železovega katalizatorja. Katalizator smo pripravili tako, da smo 10 g Fe(II)SO4 (Honeywell Fluka) raztopili v 500 mL destilirane vode. Z dodajanjem 1 mL koncentrirane žveplove kisline, smo uravnali pH na vrednost 3. Reagent smo nato pripravili v razmerju 1 : 1, kjer smo v čašo najprej dodali 30 mL železovega katalizatorja in nato počasi dodajali 30 mL 30 % H2O2. Ker je reakcija eksotermna, smo uporabili ledeno kopel za znižanje temperature (Hurley et al., 2018).
Najprej smo preverili izkoristek metode v primeru oksidacije po postopku ekstrakcije. V 250-mL čaši smo pripravili Fentonov reagent in v čašo dodali stekleni filter z vzorcem. Čašo z vzorcem smo postavili na magnetno mešalo za 2 h. Po postopku oksidacije smo vzorec prefiltrirali z vakuumsko črpalko čez stekleni filter (WhatmanTM GF/CTM, premer 47 mm).
Za tem smo preverili izkoristek metode v primeru oksidacije pred postopkom ekstrakcije. V 250-mL čaši smo pripravili Fentonov reagent in v čašo dodali vzorec komposta z dodanimi delci MP polimera PET. Čašo z vzorcem smo postavili na magnetno mešalo za 2 h. Po postopku oksidacije smo vzorec prefiltrirali z vakuumsko črpalko čez stekleni filter (WhatmanTM GF/CTM, premer 47 mm) in nato izvedli postopek ekstrakcije. V primeru, da se
organska snov volumsko ni zmanjšala po uvedbi oksidacije pred ekstrakcijo, smo dodali še dodatni korak oksidacije po ekstrakciji. Slika 13 prikazuje postopek priprave Fentonovega reagenta in koraka oksidacije po ter pred ekstrakciji.
Slika 13: Priprava Fentonovega reagenta in prikaz koraka oksidacije pred in po ekstrakciji.
Za korak oksidacije po ekstrakciji smo uporabili reagent NaOH, saj smo morali odstraniti lesna celulozna vlakna, ki so bila še prisotna v kompostu (Hurley et al., 2018; Le Moigne, Navard; 2010). Ker Hurley in sodelavci (2018) poročajo o površinski degradaciji MP z uporabo 10 M NaOH pri temperaturi 60 °C, smo za varno uporabo reagenta uporabili 1 M NaOH pri temperaturi 50 °C. Za pripravo 1 M NaOH smo zatehtali 40 g NaOH (Honeywell Fluka) in ga raztopili v 1 L destilirane vode.
Oksidacijo po ekstrakciji smo izvedli tako, da smo v 250 mL čašo dodali 50 mL 1 M NaOH in vzorec komposta po ekstrakciji iz filtra. Čašo z vzorcem smo dali čez noč na kuhalnik z mešalom in nastavili grelno ploščo na temperaturo 58 °C (realna temperatura 50 °C) in mešalo na 200 rpm. Po postopku oksidacije smo vzorec prefiltrirali z vakuumsko črpalko čez filter iz žične tkanine (velikost rež 100 µm).
3.3 Metoda za identifikacijo mikroplastike
Metodo za identifikacijo mikroplastike smo povzeli po Šunta in sodelavcih (2021), ki temelji na plinski kromatografiji z masno spektrometrijo (GC-MS). Metoda omogoča določitev sestave polimerov na podlagi hlapnih organskih spojin, ki nastanejo pri taljenju delcev MP.
Hlapne organske spojine (HOS) se absorbirajo na ekstrakcijsko vlakno (»SPME fibre–solid phase microextraction«; SPME vlakno za mikro ekstrakcijo na trdnem nosilcu).
Identifikacija polimerov MP temelji na zaznavi specifičnih spojin, ki se tvorijo ob taljenju polimerov in so za posamezen polimer dovolj značilni, da ga določijo. Kompleksen kromatogram prečistimo z iskanjem določenih masnih fragmentov s pomočjo knjižnice NIST, ki je del programske opreme masnega spektrometra. V Tabela 5 so našteti značilni fragmentni ioni in spojine za identifikacijo polimerov PE, PP, PS, PVC in PET (Šunta et al., 2021).
Tabela 5: Fragmentni ioni in spojine za identifikacijo polimerov (Šunta et al., 2021).
Polimer Fragmentni
ion Spojina za identifikacijo s specifičnim retenzijskim časom
PE 85
Serija alkanov:
dodekan (tR = 6,546 min) tridekan (tR = 7,998 min)
tetradekan (tR = 9,421 min) [oznaka 1]
penktadekan (tR = 10,664 min)
heksadekan (tR = 11,902 min) [oznaka 2]
heptadekan (tR = 13,016 min)
oktadekan (tR = 14,222 min) [oznaka 3]
nonadekan (tR = 15,108 min)
eikozan (tR = 16,131 min) [oznaka 4]
heneikozan (tR = 17,960 min)
PP 142 4,6-dimetil-2-heptanon ( tR = 7,108 min) [oznaka 5]
PS 104
stiren (tR = 16,131 min) [oznaka 6]
trans(cis)-1,2-difenil ciklobutan (tR = 15,165 min in tR = 15,725 min) [oznaka 7, 8]
PVC 91 1-kloro oktan (tR = 5,580 min) [oznaka 9]
PET 163 dimetil tereftalat ( tR = 13,005 min) [oznaka 10]
Identifikacijo delcev MP smo opravili s plinskim kromatografom 6890 (GC; Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, ZDA) v povezavi s serijo kvadrupolnih masnih spektrometrov 5973 Network (MS; Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, ZDA) v načinu elektronske ionizacije. Pogoji plinskega kromatografa z masnim spektrometrom so prikazani v Tabeli 6.
Tabela 6: Pogoji delovanja GC-MS (Šunta et al., 2021).
Delovanje GC: Način brez razcepitve
Kolona: Kapilarna kolona Rxi-35 Sil MS (Restek, Center County, PA, ZDA)
Temperatura pečice: Od 50 °C (zadrževanje 2 min) do 270 °C pri 10 °C min-1
Plin: Helij (Messer, Bad Soden, Nemčija)
Pretok plina: 1,0 mL min-1
Pojav elektronske
udarne ionizacije: Pri napetosti elektronskega multiplikatorja 1200 V
Delovanje MS:
Samodejno skeniranje od m/z 50 do m/z 550
ionskim izvorom in temperaturo kvadrupola 230 °C oziroma 150 °C
V stekleno vialo smo dali določeno število delcev MP vrste PE, PP, PS, PVC in PET (10 delcev in 30 delcev vsakega polimera). Postopek taljenja delcev MP se razlikuje v odvisnosti od grobosti oziroma finosti frakcije delcev MP. Za grobo frakcijo delcev MP v velikosti med 1 mm in 2 mm smo uporabili naslednji postopek toplotne razgradnje. Vialo z delci MP smo najprej 3 min segrevali na grelni plošči pri temperaturi 260 °C. V tem postopku se stalijo polimeri PE, PP, PS in PVC. Nato smo vialo z delci MP segrevali še dodatnih 12 min (celokupno 15 min). V tem postopku se je stalil polimer PET, saj ima višjo temperaturo
tališča. Takoj po procesu taljenja smo namestili SPME vlakno v vialo, ki smo ga 20 min termostatirali v peščeni kopeli pri temperaturi 50 °C. Vlakno smo nato vstavili v injektor plinskega kromatografa (GC) in omogočili desorpcijo HOS pri temperaturi 250 °C za 10 min. Za preprečitev kakršnega koli onesnaženja med vzorci smo po analizi izvedli postopek čiščenja vlakna z desorpcijo spojin iz vlakna pri višji temperaturi (Šunta et al., 2021). Razlike delcev MP po posameznem taljenju so prikazane na Sliki 14.
Slika 14: Prikaz vizualnih sprememb pri taljenju delcev MP, (1) pred taljenjem (2) po 3 min taljenja in (3) po 15 min taljenja.
Zaradi slabega taljenja polimera PET v polimerni mešanici različnih polimerov po 15 min na grelni plošči, smo morali metodo izboljšati. Preizkusili smo:
A. Segrevanje steklene viale z 10 oziroma 30 delci MP v peščeni kopeli s temperaturo 260 °C za čas 3 min in 15 min.
B. Segrevanje steklene viale z 30 delci MP v peščeni kopeli s temperaturo 260 °C za čas 3 min in 20 min oziroma 30 min.
C. Segrevanje steklene viale z enim delcem PET MP v peščeni kopeli s temperaturo 260 °C za čas 15 min.
D. Segrevanje steklene viale z desetimi delci PET MP v peščeni kopeli s temperaturo 260 °C za čas 15 min.
3.4 Poskus uporabe razvite metode ekstrakcije, kvantifikacije in identifikacije mikroplastike iz vzorcev tal
Končno ekstrakcijsko metodo, ki je omogočila najboljšo določitev vrste delcev MP in njihovo štetje iz vzorcev prsti in komposta, smo uporabili za izvedbo celotne raziskave.
Analizirali smo dve mešanici zemljine, aluvialno prst presejano skozi 2-mm sito ter posušen kompost (Rastko), presejan skozi 2-mm sito. Vzorcem zemljin smo umetno dodali tri različne koncentracije delcev MP:
• 10 delcev MP (2 delca MP za vsak polimer).
• 25 delcev MP (5 delcev MP za vsak polimer).
• 50 delcev MP (10 delcev MP za vsak polimer).
Poskus smo ponovili v štirih ponovitvah. Identifikacijo delcev MP smo izvedli z razvito metodo na GC-MS, kjer smo za vsako koncentracijo naredili združen vzorec treh ponovitev.
Za lažjo toplotno razgradnjo PET MP smo le-to ločili od preostalih polimerov MP. Naredili smo tudi ekstrakcijo posameznega vzorca zemljine brez dodanih delcev MP (kontrola) v treh ponovitvah.
3.5 Obdelava podatkov
Rezultate smo statistično obdelali. Izračunali smo povprečno vrednost izkoristkov in podali standardni odklon meritev (SD). Ta nam pove, za koliko so vrednosti razpršene okoli aritmetične sredine. Izračunamo ga po enačbi:
𝑆𝐷 = √∑(𝑥𝑖−𝑥̅)2
𝑁 , (3)
kjer 𝑥𝑖 predstavlja posamezno meritev, 𝑥̅ aritmetično sredino in 𝑁 število meritev.
Za pridobitev podatkov iz GC-MS smo uporabili program GC-MS Analysis, za obdelavo smo uporabili odprtokodni program OpenChrom®, za prikaz pa odprtokodni program Alphaplot.
4 REZULTATI
4.1 Metoda za ekstrakcijo in kvantifikacijo mikroplastike
Oljna ekstrakcija:
Izkoristke oljne ekstrakcije delcev MP (10 oziroma 20 delcev) smo določili za izvedbo s pomočjo treh različnih pripomočkov iz 10 g aluvialne prsti. Podatke smo zbrali na grafih prikazanih na Sliki 15 in Sliki 16.
Iz grafa na Sliki 15 je razvidno, da so izkoristki oljne ekstrakcije 10 delcev MP v 10 g aluvialne prsti višji od 90 % za vse tri pripomočke:
• Od tega so izkoristki pridobljeni s PTFE cevjo za polimer PET 97 % ± 8 % in LDPE 98 % ± 4 %.
• Od tega so izkoristki pridobljeni s plastično brizgo za polimer PET 97 % ± 5 % in LDPE 98 % ± 4 %.
• Od tega so izkoristki pridobljeni s stekleno cevjo za polimer PET 100 % in LDPE 98 % ± 4 %.
Slika 15: Izkoristki metode oljne ekstrakcije za 10 delcev MP v 10 g aluvialne prsti s tremi pripomočki, PTFE cevjo, plastično brizgo in stekleno cevjo (N=6).
0%
20%
40%
60%
80%
100%
PTFE cev Plastična brizga Steklena cev
Izkoristek
10 delcev MP/10 g aluvialne prsti
PET LDPE
Iz grafa na Sliki 16 je razvidno, da so izkoristki oljne ekstrakcije 20 delcev MP v 10 g aluvialne prsti ravno tako višji od 90 % za vse tri pripomočke:
• Od tega so izkoristki pridobljeni s PTFE cevjo za polimer PET 98 % ± 3 % in LDPE 97 % ± 8 %.
• Od tega so izkoristki pridobljeni s plastično brizgo za polimer PET 98 % ± 4 % in LDPE 98 % ± 2 %.
• Od tega so izkoristki pridobljeni s stekleno cevjo za polimer PET 98 % ± 3 % in LDPE 97 % ± 4 %.
Slika 16: Izkoristki metode oljne ekstrakcije za 20 delcev MP v 10 g aluvialne prsti s tremi pripomočki, PTFE cevjo, plastično brizgo in stekleno cevjo (N=6).
0%
20%
40%
60%
80%
100%
PTFE cev Plastična brizga Steklena cev
Izkoristek
20 delcev MP/10 g aluvialne prsti
PET LDPE
