Nowe narzędzia naukowe wzmacniają ochronę flory i fauny wodnej, umożliwiając szczegółowe śledzenie cząstek syntetycznych w różnych ekosystemach.
Mikroplastik definiuje się jako cząstki plastiku o wielkości do pięciu milimetrów, natomiast nanoplastik ma rozmiar od jednego do tysiąca nanometrów.
Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie badań ekologicznych pozwoliły opracować innowacyjne metody wykrywania i monitorowania mikroplastiku i nanoplastiku w środowiskach wodnych , osadach i tkankach biologicznych. Naukowcy z Uniwersytetu Teksańskiego A&M podkreślili możliwość wykorzystania zdjęć satelitarnych do śledzenia zanieczyszczenia plastikiem w zatoce Galveston i wzdłuż wybrzeża Teksasu.
Ponadto, jak podaje czasopismo Analytical Chemistry , międzynarodowa grupa naukowców potwierdziła skuteczność ultrasensytywnych metod analitycznych . Innowacje te wzmacniają globalne możliwości monitorowania zanieczyszczenia tworzywami sztucznymi i otwierają drogę do przyszłych działań regulacyjnych i zarządzania środowiskiem.
Mikroplastik definiuje się jako cząstki tworzyw sztucznych o wielkości do pięciu milimetrów, natomiast nanoplastik ma rozmiar od jednego do tysiąca nanometrów. Materiały te powstają w wyniku fragmentacji większych obiektów z tworzyw sztucznych lub są produkowane bezpośrednio w postaci mikrogranulek i włókien syntetycznych.
Ich obecność została udokumentowana od regionów arktycznych po głębokie dna oceaniczne, a także w tkankach ryb, mięczaków i ludzi. Mikroskopijny rozmiar tych zanieczyszczeń sprzyja ich przemieszczaniu się w prądach wodnych i gromadzeniu się w organizmach morskich oraz w całym łańcuchu pokarmowym.
„ Ze względu na swój rozmiar są one niezwykle trudne do filtrowania i pomiaru, zwłaszcza w dynamicznym środowisku oceanicznym ” — wyjaśnił dr Karl Kaiser, kierownik grupy z Uniwersytetu Teksańskiego A&M. Badania pokazują, że mikroplastik może pełnić rolę nośnika hydrofobowych zanieczyszczeń i uwalniać dodatki chemiczne, zwiększając ryzyko ekologiczne.
Nawet bez towarzyszących im substancji toksycznych, ich gromadzenie się w tkankach może wywoływać reakcje zapalne i prowadzić do problemów zdrowotnych u ryb, a potencjalnie także u ludzi. Bioakumulacja plastiku w skali globalnej podkreśla pilną potrzebę monitorowania tych zanieczyszczeń i ich wpływu na ekosystemy.
Pod względem technologicznym grupa kierowana przez Kaisera zaproponowała wykorzystanie satelitarnych czujników optycznych do określenia stężenia mikroplastiku na podstawie zmian odbicia i koloru wód przybrzeżnych.
Metoda ta łączy dane optyczne z satelitów i próbki osadów, kalibrując algorytmy, które porównują zawieszone cząsteczki z obecnością mikroplastiku w wodzie.
Według danych Uniwersytetu Teksańskiego A&M, innowacja polega na szkoleniu algorytmów, które są w stanie powiązać spektralną zdolność odbijania światła z koncentracją mikroplastiku , co pozwoli na retrospektywne monitorowanie przy użyciu archiwalnych zdjęć satelitarnych . „Nowoczesne urządzenia już teraz pozwalają identyfikować zawieszone osady za pomocą satelitów; po prostu nie były jeszcze stosowane w przypadku tworzyw sztucznych” — powiedział Kaiser.
Firma Kaiser zakłada, że podejście to można dostosować do śledzenia innych trwałych zanieczyszczeń, takich jak substancje perfluoroalkilowe i polichlorowane bifenyle. Rozszerzy to możliwości prognozowania i zapobiegania zanieczyszczeniom środowiska.
Równolegle czasopismo Analytical Chemistry opublikowało wyniki walidacji metody laboratoryjnej opartej na pirolizowej chromatografii gazowej w połączeniu z tandemową spektrometrią masową. Procedura ta pozwala z dużą dokładnością oznaczyć ilościowo dwanaście popularnych polimerów, takich jak polietylen, polipropylen, polichlorek winylu i nylon-66, w stężeniach od jednego do 126 nanogramów.
Analiza wymaga przygotowania próbek dostosowanego do każdej matrycy : filtracji w przypadku wody, ekstrakcji pod ciśnieniem w przypadku osadów i rozkładu enzymatycznego w przypadku tkanek biologicznych. Znaczącym problemem był wpływ lipidów w próbkach biologicznych, który utrudniał analizę niektórych polimerów.
Autorzy opracowali poprawkę opartą na wstępnym pomiarze lipidów, co zapewniło dokładność z względnymi standardowymi resztami poniżej 11% w wodzie i osadach oraz adekwatnymi wynikami w tkankach zgodnie z matrycą.
Badanie opublikowane w czasopiśmie Analytical Chemistry pokazuje, że nowa metoda umożliwia szczegółowe wykrywanie w różnych próbkach środowiskowych . Stopień ekstrakcji wahał się od 73% do 137% w wodzie i osadach, a dla głównych polimerów w tkance mięśniowej ryb — od 94% do 111%, nawet przy wysokiej zawartości lipidów.
Zwiększona czułość potrójnych detektorów kwadrupolowych zapewnia dokładną identyfikację i ilościowe oznaczanie zanieczyszczeń plastikowych na poziomie śladowym, co ułatwia systematyczny monitoring.
W zatoce Galveston badania wykazały wyższe stężenia mikroplastiku niż w innych obszarach przybrzeżnych Stanów Zjednoczonych. Według danych czasopisma Analytical Chemistry, w próbkach wody powierzchniowej zawartość mikroplastiku wynosiła od 2 do 35 mikrogramów na litr, natomiast w próbkach osadu — od 6,9 do 185,9 mikrogramów na gram suchej masy.
W tkankach wartości wahały się od 0,1 do 13,3 miligramów na gram, przy czym szczególnie wysokie stężenia odnotowano w ostrygach (od 7,4 do 22,6 miligramów na gram) i tuńczyku błękitnopłetwym. Świadczy to o procesie akumulacji w łańcuchu pokarmowym. Jak zauważyli Gan i jego współpracownicy: „Metoda potwierdziła gromadzenie się tworzyw sztucznych nie tylko w wodzie, ale także w tkankach ryb i skorupiaków, co wskazuje na ich przenoszenie w łańcuchu pokarmowym”.
Integracja monitorowania satelitarnego i analizy laboratoryjnej zapewnia wzajemnie uzupełniające się korzyści . Zdalne monitorowanie zapewnia szeroki zasięg geograficzny i pozwala na identyfikację trendów historycznych. Analiza laboratoryjna zapewnia czułość i dokładność, co jest kluczowym czynnikiem przy podejmowaniu decyzji dotyczących zdrowia publicznego i ochrony środowiska.
Narzędzia te mogłyby wzmocnić reakcję organów regulacyjnych i przyczynić się do opracowania skuteczniejszej polityki zarówno w obszarach związanych z działalnością przemysłu tworzyw sztucznych, jak i w ocenie ryzyka dla produktów spożywczych.
Dostępne dane wskazują, że zanieczyszczenie mikroplastikiem i nanoplastikiem dotyczy wszystkich rodzajów analizowanych próbek środowiskowych. Trwałość tych materiałów i ich zdolność do gromadzenia się w łańcuchu pokarmowym wymagają stałego monitorowania i zarządzania w ekosystemach morskich i lądowych.
