Tilbake til søkeresultatene

MARINFORSK-Marine ressurser og miljø

Analysis techniques for quantifying nano-and microplastic particles and their degradation in the marine environment

Alternativ tittel: Analysemetoder for kvantifisering av nano- og mikroplastpartikler og deres nedbrytning i marint miljø

Tildelt: kr 1,6 mill.

ANDROMEDA har som mål å utvikle en instrumentplattform for avansert karakterisering av nanoplast (NP; <1 µm) og små MP (sMP; 1-10 µm). Prosjektet vil fokusere på utviklingen og optimiseringen av avanserte teknikker for å måle og kvantifisere sMP og andre utfordrende MP partikkeltyper (f.eks. mikrofiber, partikler fra dekkslitasje og målingsflak). Dette innebærer karakterisering av delvis degradert sMP/NP som er generert i studier som undersøker degraderings- og fragmenteringsmekanismer av plast til MP og NP. Vi skal også undersøke utlekkingen av kjemikalier assosiert med plast under degraderings- og fragmenteringsprosessene. ANDROMEDA forsøker å produsere og studere delvis degraderte og irregulært formede sMP og NP som representerer de man typisk finner i miljøet. Arbeidet har hittil vært fokusert på metoder for å produsere disse referansematerialene av sMP og NP. Et utvalg av uberørte bulkpolymere (inkludert polyetylen, polypropylen, polystyren og polyetylenterftalat), med ulik grad av tilsetningskjemikalier, har blitt anskaffet og kryomøllet til en fraksjon av partikler <100 µm av CARAT GmbH. Karakteriseringsarbeid indikerer at kryomøllingsprosessen ikke kan produsere signifikante mengder av partikler i størrelsesområdet som er av interesse for ANDROMEDA (<10 µm). Vi undersøker nå alternative metoder for å produsere de referansematerialene vi trenger. For å isolere fraksjoner av de partikkelstørrelsene vi ønsker for de ulike studiene planlagt i REVEAL (MP 10-100 µm; sMP 1-10 µm; NP <1 µm), har vi brukt kommersielt tilgjengelige plastpartikler som referansematerialer for å utvikle en fraksjoneringsprosedyre basert på en kombinasjon av rørt-celle-filtrering, med en serie av filtre med ulik porestørrelse og sentrifugalfiltrering (NP <1 µm). Metodologien er under verifisering og er så godt som klar til å tas i bruk i prosjektet. Avanserte metoder for MP-identifisering og kvantifisering trenger videreutvikling for å nedjustere deteksjonsgrensene for små MP (sMP) og nanoplast (NP), og for å forbedre evnen til å analysere ulike typer MP som per nå er vanskelig å analysere ved mikrospektroskopi. Med ANDROMEDA har vi begynt å etablere en kombinert identifikasjons- og massebasert kvantifiseringsmetode for individuelle polymertyper ved bruk av field-flow-fraksjonering (FFF) og pyrolyse-GC-MS. Dette arbeidet er fullført for polyetylen og polystyren og vil bli videreført i den neste perioden til å inkludere andre polymere (PET, PP, PVC). Prosjektet har gjennomført et samarbeidsstudium med instrumentprodusenten Agilent for å undersøke forbedringer i analyse og kvantifisering av mikroplastfibre, som er en utfordrende form for MP der konvensjonelle teknikker som µFTIR kan identifisere en enkelt fiber som multiple partikler. Vi har anskaffet og modifisert CaF2-plater og testet om disse kan benyttes i µFTIR-analyse for å sikre at alle deler av fibrene er i ett enkelt fokalt plan. Platene yter begrenset forbedring, men testing med LDIR-instrument indikerer signifikant forbedring i forhold til konvensjonell µFTIR-metode og fremstår som et godt alternativ. Laboratoriebaserte akselererte degraderingsmetoder er nødvendige for å studere degraderingsmekanismer av plast over lengre tid. Disse metodene imiterer naturlig fragmentering og utlekking av tilsatte kjemikalier. ANDROMEDA har utviklet og publisert en metode for kontrollert akselerert hydrolytisk degradering av utvalgte polymere. Graden av degradering kan enkelt kontrolleres der full degradering oppnås innen 3 timer ved de betingelsene som er brukt. I den neste prosjektperioden vil vi undersøke bruken av akselerert simulert sollys for å imitere rask UV-degradering og fragmentering av bulkmaterialene. Tidlige studier indikerer at dette er en svært lovende strategi, og vi arbeider nå for å optimere prosessen. Omfattende degraderingsstudier vil bli gjennomført for å undersøke mekanismene under UV-degraderingen i detalj, samt undersøke effekten av parametere som temperatur og pH, der oppmerksomheten rettes til additive kjemikalier og utlekking av degraderingsprodukter. Partnere med spesialisering i formidling, kommunikasjon og databehandling sikrer et sterkt engasjement fra interessentene og effektiv deling av prosjektresultater. Det er opprettet et nettsted for prosjektet(https://www.andromedaproject.net/) og det er jevnlige publiseringer i sosiale media. ANDROMEDA er involvert i den tekniske gruppen i marinforsøpling (TGML) i EU MSFD og bidrar direkte til utviklingen av en EU-melding (white paper) om mikroplast.

Current methods for microplastic (MP) analysis can be divided into low-cost versus more advanced methods. ANDROMEDA recognizes that further development and validation is needed for both approaches. Low-cost methods are needed that can identify a broad range of MP polymers with acceptable accuracy. Advanced methods need further development in order to push the limit of detectability for smaller sizes of MP and nanoplastics (NP) and improve their ability to analyze MP types that are currently difficult to analyze by microspectroscopy. Moreover, to study plastic degradation mechanisms over a reasonable time frame, lab-based accelerated degradation approaches are required that mimic natural fragmentation and additive chemical leaching. Within ANDROMEDA, in situ MP detection, efficient sampling and cost-effective laboratory methods will be developed and optimized to analyze MP. Approaches will be based on hyperspectral imaging, chemical markers and fluorometric detection techniques. Advanced analysis techniques making use of µFTIR, Raman imaging and SEM-EDX (amongst others) will be applied to quantify and characterize MP and NP down to 1 µm, 0.2 µm or lower. Specific tasks will focus on challenging types of MP such as microfibers, tire wear particles (TWPs) and paint flakes. UV, hydrolytic and thermo-oxidative methods to study accelerated plastic degradation at the lab-scale will be developed and used to prepare partially degraded reference materials. Comprehensive degradation studies will be conducted to study in detail the mechanisms of UV and microbial degradation, as well as to investigate the influence of parameters such as temperature, pH and hyperbaric pressure, where attention will be paid to additive chemical leaching. Quality assurance will be a central theme in all aspects of the project. Partners specialized in dissemination, communication and data management will ensure strong stakeholder involvement and efficient outreach of the project results.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

MARINFORSK-Marine ressurser og miljø