Obecnie jednym z największych problemów środowiska naturalnego staje się powszechnie występujący mikroplastik (MP). Stanowi on doskonałą okazję do promowania ochrony środowiska naturalnego, szerzenia świadomości ekologicznej a także pogłębiania wiedzy na temat zanieczyszczeń naszej planety. Tymczasem jednym z największych problemów środowiska naturalnego są zwiększające się ilości odpadów, szczególnie tych plastikowych. Temat zaśmieconych wybrzeży, dryfujących skupisk śmieci, zwierząt mylących plastikowe opakowania z pokarmem czy też ginących w śmiertelnych pułapkach, jakimi staja się polimerowe żyłki oraz plastikowe zgrzewki, nie jest w przestrzeni publicznej niczym nowym. Od pewnego czasu napływają jednakże niepokojące informacje, potwierdzone wieloma badaniami i obserwacjami, o szczególnym zagrożeniu związanym z gospodarką tworzyw sztucznych, jakie stanowi mikroplastik (MP). Te niebezpieczne dla środowiska, a także zdrowia zwierząt i ludzi cząstki, zanieczyszczają żywność, którą spożywamy, wodę, którą pijemy a także powietrze, którym oddychamy. Obecnie odnajdowane są niemal w każdym miejscu na globie, nawet w tak niedostępnych miejscach jak lody Antarktyki czy też wewnątrz organizmów wodnych zamieszkujących najgłębsze otchłanie Rowu Mariańskiego. Ze względu na niewielkie rozmiary MP może być magazynowany już w bardzo małych organizmach wchodzących w skład zooplanktonu, który stanowi podstawę diety zwierząt wodnych. Po jego spożyciu mikrocząstki rozpoczynają wędrówkę wzdłuż łańcuchów pokarmowych powodując szereg szkodliwych skutków: poczynając od uszkodzeń fizycznych, poprzez ograniczenie spożycia pokarmu, na ograniczonej reprodukcji kończąc. Drobne cząstki tworzyw sztucznych mogą wywierać również negatywne skutki poprzez toksyczność chemiczną – do mikroplastików dodawane są bowiem takie substancje jak plastyfikatory, barwniki czy modyfikatory, które mogą uwalniać się do środowiska i zakłócać działanie np. układu hormonalnego. Co więcej, MP może działać jako nośnik metali ciężkich zwiększając jego migrację w środowisku, przez co staje się śmiertelnym zagrożeniem dla organizmów wodnych oraz dla zdrowia ludzkiego.
Pochodzenie tych małych cząstek w środowisku jest różne – MP może być wytwarzany celowo aby nadać produktom określone właściwości (np. granulki złuszczające w peelingach) czy tez jako nośniki substancji zapachowych bądź środków zwilżających. Pomimo, że przemysł kosmetyczny stanowi jedynie ułamek wszystkich źródeł mikrocząstek w środowisku, w ostatnim czasie wiele krajów zadecydowało o wprowadzeniu ograniczeń w ich stosowania w kosmetykach do pielęgnacji ciała. W rzeczywistości większość globalnej emisji MP związana jest z degradacją większych fragmentów tworzyw sztucznych takich jak np. foliówki czy butelki. Badania wskazują, że takie mikrozanieczyszczenia mogą dostawać się do środowiska właściwie na każdym etapie cyklu życia plastikowych artykułów. Jednym z istotnych źródeł ich pochodzenia, o którym wciąż niewiele się mówi to pranie syntetycznych ubrań, proces który codziennie uwalnia do środowiska miliony niezauważalnych dla ludzkiego oka włókien.
Pomimo intensywnych badań wciąż trudno o ujednolicone metody jego analizy. Obecnie nie istnieje wystandaryzowana procedura badawcza w zakresie pomiaru, poboru próbek czy identyfikacji, co skutecznie utrudnia porównywanie wyników między różnymi ośrodkami badawczymi. Do analizy MP może być wykorzystany szereg różnych metod badawczych (m.in. metody chromatograficzne, spektroskopowe, termiczne), które zwykle łączy się w celu uzyskania jak najpełniejszej informacji na temat mikrozanieczyszczeń w badanych próbkach. Szczególnie przydatnymi w identyfikacji MP okazały się techniki spektroskopowe – spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni (FTIR) oraz rozproszenia ramanowskiego (RS).
Spektroskopia ramanowska w ostatnim czasie szczególnie zyskała na popularności w kwestii badania MP. Umożliwia ona analizę nawet bardzo niewielkich cząstek MP o wielkości kilku µm. W dużym uproszczeniu technika ta oparta jest na nieelastycznym rozpraszaniu światła i dostarcza informacji o drganiach molekularnych badanych układów w postaci widm oscylacyjnych. Widmo ramanowskie stanowi „odcisk palca” danej substancji w związku z czym pozwala na identyfikację składników próbki. Potwierdzenie tożsamości odbywa się zwykle poprzez porównanie widm uzyskanych z próbki z widmami referencyjnymi substancji lub też z danymi dostępnymi w literaturze oraz bazach widm. Istotną zaletą tej techniki jest nieniszczący charakter analizy, cząstki MP po zarejestrowaniu widma ramanowskiego mogą być analizowane innymi dostępnymi metodami badawczymi.
Równocześnie istotne jest aby podkreślić, że nie jest to technika zupełnie pozbawiona wad. Jednym z istotnych problemów związanych z analizą MP za pomocą RS jest zjawisko fluorescencji, która może być nierozerwalnie związana z głównym składnikiem tworzywa sztucznego, bądź tez wynikać z zanieczyszczeń. Kłopoty związane z interpretacją mogą być również związane z procesem starzenia czy tez z obecnością dodatków takich jak barwniki czy plastyfikatory zawarte w większości wyrobów wykonanych z tworzyw sztucznych. Mimo tych utrudnień spektroskopia ramanowska wciąż klasyfikuje się wysoko wśród technik wyboru w kwestii identyfikacji rodzaju mikroplastików odnajdywanych zarówno w próbkach wody, żywności jak i tkankach wodnych organizmów.
W Jagiellońskim Centrum Innowacji dostępne są dwa wysokiej klasy urządzenia stanowiące sprzężenie mikroskopu konfokalnego ze spektrometrem ramanowskim (WITec z serii alpha), umożliwiające pomiary z wysoką rozdzielczość przestrzenną a zatem analizę nawet bardzo niewielkich cząstek MP (o wielkości kilku µm). Przykład widm ramanowskich zarejestrowanych w JCI dla standardów nylonu-12, polistyrenu (PS) oraz politereftalanu etylenu (PET), które stanowią podstawę tworzyw sztucznych, przedstawione zostały na rysunku poniżej.
Rysunek 1. Widma ramanowskie Nylonu-12, polistyrenu (PS) oraz politereftalanu etylenu (PET) zarejestrowane w Jagiellońskim Centrum Innowacji.
Kontakt w sprawie oferty:
K: +48 517 917 834
E: sales@jci.pl