Was bringt Mikroplastik mit sich? - Additiv-Analyse in Kunststoffproben
In der Umwelt ist Mikroplastik weit verbreitet. Tausende Tonnen der kleinen Kunststoffpartikel verschmutzen die Ozeane, Flüsse und Sedimente. Über Meerestiere gelangen die Mikroplastik Partikel ebenfalls wieder in unsere Nahrungskette. Entscheidend für die Beurteilung der Toxizität ist auch die Kenntnis über die Menge und Art der Additive im Kunststoff. Industriell weit verbreitete Additive sind u.a. Weichmacher, UV-Stabilisatoren und Flammschutzmittel. Insbesondere die bromierten Flammschutzmittel stehen wegen des hohen gesundheitsgefährdenden Potentials in der Kritik. Polybromierte Biphenyle (PBB) und Polybromierte Biphenylether (PBDE) sind beispielsweise über die RoHS-Regularien in Europa geregelt und dürfen 100 ppm nicht überschreiten.
Eine elegante und einfache Art der Additiv-Analyse in Kunststoffen bietet die Pyrolyse GC-MS Kopplung. Mit der Pyrolyse GC-MS kann man entsprechende Kunststoffproben direkt per thermischer Desorption auf eine Kapillarsäule überführen. Proben werden entweder eingewogen, ausgestanzt oder geschnitten. Danach wiegen Sie 50-200µg Probe in die Probentiegel der Pyrolyse Einheit und können ohne Probenvorbereitung die Analyse starten. So können Sie schnell und unkompliziert eine „Evolved Gas Analysis“ die EGA starten. Ähnlich wie bei der TGA Technik die den Gewichtsverlust über den Temperaturverlauf anzeigt, erhalten Sie mit der EGA und der Pyrolyse GCMS charakteristisch ansteigende Signale ab den Wendepunkten der TGA. Der Vorteil in der EGA Technik liegt hierbei an den Masseninformationen die mit aufgezeichnet werden. So haben Sie die Möglichkeit Rückschlüsse auf die thermisch Ausgetriebenen Substanzen zu ziehen.
Hier gezeigt drei verschiedene Polystyrol Proben die alle mittels EGA-Kurven ausgewertet wurden. Bei allen Proben ist zu erkennen, dass der Peak der Zersetzung (Pyrolyse des Grundmaterials) sehr vergleichbar ist und bei jeweils 445°C liegt. Interessant für die Analyse der Additive ist der Bereich unterhalb der Pyrolysetemperatur (Thermodesorptionsbereich 180-350°C). Zur besseren Darstellung wurde der Bereich von 180°C – 350°C 20-fach vergrößert dargestellt. Dadurch werden Unterschiede im Thermodesorptionsverhalten sichtbar, die auf eine unterschiedliche Additivzusammensetzung deuten.
Als nächstes wurden die Proben von 180°C – 350°C thermisch desorbiert um die Unterschiede der Additivzusammensetzung sichtbar zu machen. Die Hauptkomponenten in diesen Chromatogrammen stammen vom Polystyrol Material, es sind aber einige Peaks eindeutig bromierte Verbindungen zuzuordnen. Als Beispiel ist das Chromatogramm der Probe 1 abgebildet, in der Tabelle die detektierten bromierten Verbindungen. Neben den bromierten Verbindungen wurden auch Schmiermittel wie Linol-, Palmitin- und Stearinsäure in den Styrol Proben nachgewiesen.
| Peak | Retentionszeit [min] | Verbindung |
|---|---|---|
| a | 1,9 | Bromomethane |
| b | 10,6 | 1-bromo-Dodecane |
| c | 16,2 | Unbekannt (basierend auf MS-Spektrum C15, Br3) |
| d | 17,3 | Tetrabromobispenol A |
| e | 18,7 | Unbekannt (basierend auf MS-Spektrum C19, Br4) |
| f | 20,7 | Unbekannt (basierend auf MS-Spektrum C23, Br4) |
Die Analyse von Additiven in Kunststoffproben ist mit der Pyrolyse-GC/MS Kopplung komfortabel möglich. Die Möglichkeit die austretenden Gase unterhalb der Pyrolyse-Temperatur zu bestimmen erlaubt einen tiefen Einblick in die Probe. Die Probenvorbereitung beschränkt sich auf das Zerkleinern und Einwiegen der Probe. Die benötigte Probenmenge liegt bei ca. 200µg, dadurch eignet sich diese Technik ideal für die Analyse von Mikroplastikpartikeln.