Нов револуционерен метод за мерење нанопластика

07.08.2023 00:50

До откритието дојде речиси случајно.

Почетната идеја немаше никаква врска со пластиката: целта беше разбирање на минатото запишано во архивите на мразот, и тоа со еден нов метод за мерење на концентрацијата на органските аеросоли во неговите примероци.

Меѓутоа, она што го открив е дека голем удел во сингалот во примероците доаѓа од - нанопластиката. Тоа се честички пластика кои се помали од микропластиката, односно 1 микрометар.

Мерењето на нанопластиката во примероци од природата е комплексно, зашто од моментот кога честичката ќе стане доволно мала, веќе не можат да се користат стандардните спектроскопски методи. На пример, честичката можете да ја гледате под електронски микроскоп, но не можете да утврдите дали е пластика или некој друг природен материјал, зашто е премногу мала за ласерската апсорпција или рефлексијата да го потврдат хемискиот состав.

Со самото тоа никој не можеше да измери колку нанопластика има во кој било примерок од природата, само долго се шпекулираше дека таа постои. Сè досега.

По иницијалната детекција на честичките нанопластика поминав неколку недели во интензивно кодирање на програмата за нејзина стриктна идентификација (fingerprint). Првите резултати беа повеќе од изненадувачки: нанопластиката во примероците беше присутна во големи количини, слични како кај микропластиката.

Последицата од ова сознание е огромна. Нашите бројки веднаш покажаа дека загадувањето со овие честички досегнува многу далеку во минатото. Во едно истражување идентификувавме нанопластика во примероци од Гренланд до длабочина од 14 метри, што се наслаги кои потекнуваат од шеесеттите години на минатиот век. Со други зборови, нанопластиката со децении се таложи насекаде околу нас, во водите, земјиштето, но и во воздухот.

Нанопластиката подразбира честички пластика помали од 1 микрометар

Нанопластиката најчесто се формира од микро или макро пластика. Во принцип, градежните материјали, без разлика дали се работи за ПВЦ или стиропор или за материјали за пакување како што се шишињата (ПЕТ, ПП) и ќесите (ПЕ), при исфрлање првенствено се подложни на физички и хемиски процеси (ветар, УВ зраци, кислород, озон од воздухот и слично), кои доведуваат до нарушување на микроструктурата на материјалите и потоа до фрагментација.

Методот што го осмислив успеа таму каде не можеше спектроскопијата, зашто на проблемот му пристапува на сосема нов начин: имено, ние ги мериме мирисите кои ги испуштаат честичките нанопластика кога ги загреваме.

Нашиот метод на детекција всушност ги мери соединенијата што испаруваат - па велиме дека нанопластиката ја мериме преку нејзиниот мирис

Нашиот метод функционира на принципот мерење на испарливите органски соединенија. Прво, примерокот се филтрира за да се отстранат крупните честички (на пример, микропластиката, целулозните влакна, минералните честички и слично), по што примерокот се дехидрира. Така сме сигурни дека сигналот кој доаѓа во следниот чекор потекнува од нанометарските честички.

Потоа, примерокот се загрева постепено и секоја секунда симултано се мерат испарливите органски соединенија со посебна масена спектометрија (ПТР-МС) со голема резолуција и чувствителност. Затоа велиме дека ги мериме мирисите кои ги испуштаат честичките нанопластика.

Иако сите типови пластика имаат сличен мирис при висока температура (на пример, кога горат), хемискиот состав на мирисот е различен, така што развивме алгоритми кои ги искористуваат овие хемиски различности за да го потврдиме присуството на пластиката во сложениот примерок и потоа да ја одредиме нејзината маса.

Доволно е само неколку нанограми полимери да бидат присутни во примерокот и веќе можеме да ја детектираме. Така што нам ефективно ни требаат неколку милилитри стопен снег или езерска или речна вода.

Што откри досега овој пристап?

Нанопластика најдовме секаде: од европските градови, преку Сибир и Атлантикот, до ткивата во школките купени на италијански пазар

Кружењето на пластиката во природата сè уште се обидуваме да го разбереме со сета негова комплексност. Нанопластиката постојано одново се формира од поголеми фрагменти, се транспортира преку водата и воздухот. Утврдивме дека транспортот се случува во сите правци - а особено преку воздухот, на изразено големи оддалечености.

Во соработка со Техничкиот универзитет во Виена, првпат ја меревме нанопластиката во планинскиот воздух на 3 100 метри надморска височина (опсерваторијата Сонблик на Алпите). На ова место концентрацијата достигнуваше и до 125 нанограми на метар кубен воздух(ЛИНК) и вклучуваше разни видови полимери (ПЕТ, ПЕ, ПП/ППЦ, ПС, ПВЦ, гума).

Во Грац, Австрија, меревме честички аеросоли (ПМ 2,5), а комбинираната концентрација на помалите честички микропластика и нанопластика достигнуваше до 550 нанограми на метар кубен воздух. Во просек, овие честички сочинуваа 0,67 проценти од масата на честичките ПМ 2,5 но нивниот удел достигнуваше и речиси 2 проценти.

Иако концентрациите осцилираат, во воздухот може да има толку нанопластика што, кога наместо пластика би станувало збор за злато, би било економски исплатливо да се „изолира“ од воздухот.

Засега имавме проекти за мерење нанопластика во воздухот на Алпите и Пиринеите, во одредени градови во Европа, но нашиот фокус исто така беше и мерењето на контаминацијата во површинските води (Шведска и Сибир), во морињата (Северното море, Јадранот, Северниот Атлантик), и поларните подрачја (морскиот мраз околу Антарктикот и примероци мраз од Гренланд).

Во едно неодамнешно истражување откривме наночестички пластика во ткивата на јадранските школки, купени на пазар во јужна Италија. Според нашата пресметка концентрациите кај школките укажуваат дека Европејците во просек би можеле да внесуваат околу 2 милиграми нанопластика годишно само преку исхраната со овие морски плодови.

Денес овој потфат е во постојана експанзија. Во моментов имаме голем број проекти кои покриваат уште поголемо географско подрачје, со многу подобра резолуција, а сето тоа со цел разбирање на нивото на загадувањето и моделирање на неговото географско потекло при транспорт. На пример, се покажа дека и заштитените природни предели во близина на урбани населби (во Шведска) се значително позагадени од краиштата кои се навистина далеку од нив (на пример, Сибир).

Здравствените последици од внесувањето нанопластика сè уште се недоволно познати - но она што го знаеме никако не е позитивно

Досега е потврдено дека нанопластиката од различни типови полимери (иако најмногу се експериментираше со ПС, односно полистирен) предизвикува повеќекратни негативни биолошки дејства на сите нивоа, од молекуларно и субклеточно до ниво на организам.

Најчесто мерени ефекти се нарушувањето на половите хормони (на пример, естрогенот) и инфламаторно имуниот одговор на организмот. Но бидејќи ова научно поле е релативно младо во контекст на пластиката, во најбрзо време очекуваме многу нови резултати, каде би се употребиле реалистични дози и видови полимери слични на оние што ги меревме во примероците од животната средина.

Во меѓувреме, работиме на унапредување на нашите методи за анализа, за ги употребиме на разни видови примероци. Затоа ја мериме нанопластиката во примероци морска вода, воздух но и примероци од земјиштето и речните седименти. Во соработка со други институции работиме и на потенцијални методи за отстранување на нанопластиката од водата за пиење.

Она што е речиси стандардно - и поразувачки - во нашата секојдневна работа е тоа што со секој резултат од анализата одново се изненадуваме од нивото и ширината на глобалното загадување со нанопластика.

Д-р Душан Материќ е раководител на Групата за микропластика, нанопластика и елементи во Центарот за студии на животната средина Хемхолк во Лајпциг, Германија. Основни и магистерски студии по биологија завршил на Природно-математичкиот факултет на Универзитетот во Бања Лука, пред докторатот во Велика Британија.