Praćenje nevidljivih čestica

Kolike su koncentracije mikroplastike u životnoj sredini, pijaćoj vodi ili hrani?

Mikroplastika je svuda u životnoj sredini. Sićušne čestice, prečnika manjeg od pet milimetara mogu takođe apsorbovati i transportovati kontaminirajuće materije i toksine. „Hitno su nam potrebne analitičke tehnike za spoznaju veličine, koncentracije i sastava tih čestica“, kaže dr Natalija Ivljeva, šef Odeljenja za analitičku hemiju i hemiju vode.

Preporučujemo

Da bi mogli da detektuju čestice mikroplastike, istraživači su morali da prevaziđu nekoliko prepreka. Prva je bio problem niskih koncentracija. Rečna voda, na primer, sadrži velike količine tvrdih čestica i finog peska, a plastika čini manje od 1% tih čestica. Čestice moraju prvo biti izolovane pre nego što se njihove koncentracije i na kraju njihov hemijski sastav odrede. Raniji metodi su se oslanjali na analizu ostataka nakon zagrevanja uzoraka. Međutim, tako nije moguće odrediti broj, veličinu i oblik plastičnih čestica.

Plastika se može identifikovati putem raspršivanja svetlosti

„Naš pristup je fundamentalno drugačiji“, kaže dr Ivljeva. „Baziran je na česticama. To znači da umesto uništavanja čestica, analiziramo ih direktno“. Radi toga istraživači koriste metod poznat kao Ramanova mikrospektroskopija. Funkcioniše tako što se monohromatskim laserom gađa uzorak i detektuje se raspršena svetlost. Poređenje raspršene svetlosti sa laserskim izvorom daje informacije o supstanci koja se ispituje.

Da bi se analizirale plastične čestice sa prečnikom većim od jednog mikrometra, prvo moraju biti filtrirane iz vodenog rastvora, detektovane pod mikroskopom i zatim osvetljene laserskim svetlom. Pošto plastični materijali poput polietilena, polistirena i polivinil-hlorida raspršuju fotone na karakteristične načine, svaki od njih generiše signale jedinstvene kao otisak prsta.

Automatizacija umesto manuelnog merenja

Bile su potrebne godine za razvijanje ovog procesa praćenja: „Kad smo počeli, morali smo da vršimo manuelna merenja“, seća se hemičarka. „Trebali su nam meseci za istraživanje nekoliko hiljada čestica“.

U međuvremenu su uspeli da automatizuju detekciju mikroplastike. Za jednu analizu više nisu potrebne nedelje, već samo sati. Iako sićušne čestice i dalje moraju da se filtriraju iz vodenog rastvora, nakon čega se filter postavi ispod Ramanovog mikrospektroskopa, sve ostale korake izvršava softver.

Plastične čestice se prvo lokalizuju pomoću svetlosnog mikroskopa, fotografišu i izmere, i čestice se razlikuju od vlakana. Softver koristi te podatke da izračuna broj čestica i vlakana i da izabere delove slike potrebne za statistički značajan rezultat u kasnijoj Ramanovoj spektroskopiji.

U sledećem koraku, laser je usmeren na uzorak i raspršivanje je detektovano i analizirano. To omogućava brzu i pouzdanu analizu broja, veličine, oblika i sastava mikroplastike. Javno dostupni softver Particle Typer 2 sad mogu da koriste istraživači širom sveta.

Nanoplastika zahteva specijalne procese detekcije

U cilju istraživanja nanočestica sa prečnicima manjim od jednog mikrometra, pak, tim dr Ivljeve već radi na modifikovanom procesu. „Nanočestice poput ovih je teško ili čak nemoguće razaznati pod svetlosnim mikroskopom. Da bismo ih detektovali, prvo moramo da izvršimo frakcionizaciju veličine i onda ih detektujemo“.

Za to se koristi sistem frakcionalizacije toka. Stvara se tok vode koji zahvata čestice – zavisno od njihove veličine – i razdvaja ih putem transporta različitim brzinama. Specijalno napravljen uređaj, u kombinaciji sa Ramanovom spektroskopijom, dozvoljava hemijsku karakterizaciju različitih tipova nanoplastike.

„Novi analitički procesi dozvoljavaju brzo i precizno ispitivanje koncentracije, veličine i sastava mikro i nanoplastike. To će sad omogućiti proučavanje uticaja tih čestica na životnu sredinu i ljudsko zdravlje“.

(Telegraf Nauka/EurekAlert)