Forschung & Entwicklung

Preisverleihung: Untersuchung von Mikroplastikpartikeln in Umweltproben

Die Preisträger des Innovationspreis und Doktorandenpreis des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden und des Vereins zur Förderung des IPF für Entwicklung analytischer Methoden zur Untersuchung von Mikroplastikpartikeln in Umweltproben wurden bekannt gegeben.

Mit dem Innovationspreis 2020 des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden (IPF) und des Vereins zur Förderung des IPF wird das Computerprogramm Gepard zur schnellen und halbautomatischen Detektion und Identifizierung von Mikroplastikpartikeln in Umweltproben ausgezeichnet. Geehrt werden für die Entwicklung des Programms Dr. Dieter Fischer, Dr. Josef Brandt, Dr. Lars Bittrich, Dr. Franziska Fischer und Julia Muche.

Die Preisträger präsentieren mit ihrem Programm Gepard (GepardEnabledPARticleDetection) eine Lösung, um in Umweltproben (Wasser, Sediment, Böden, Klärschlamm, Atmosphäre) schnell und zuverlässig Menge, Größen und Art der enthaltenen Kunststoffpartikeln zu bestimmen.

Dies gelang durch die Kombination von optischer Partikelerkennung und -segmentierung mit FTIR- und Raman-Mikroskopie. In Echtzeit können Proben mit bis zu 40 000 Partikeln unterschiedlichster Größe (1 bis 500 µm) gemessen werden. Die Spektren werden zur Identifizierung an Spektrendatenbanken übergeben, wobei den kommerziell verfügbaren von den Forschern am IPF weitere, selbst erstellte Datenbanken zu Polymeren, Copolymeren, kommerziellen Pigmenten, Lacken und Farbstoffen sowie Nicht-Plastik-Materialien (Labormaterial, anorganische Stoffe und Kleinstlebewesen in der Umwelt) hinzugefügt wurden, um eine möglichst lückenlose Identifizierung zu erreichen. Das Programm Gepard führt alle Messdaten automatisiert zusammen. Eine komfortable Datenausgabe gewährleistet nicht nur einfachen Zugriff auf die Ergebnisse, sondern auch deren Eintragung in nationale und internationale Mikroplastikdatenbanken wie die Marine Plastic Data Base.

Das Programm ist als Open-Source-Software konzipiert und frei verfügbar. Es wird bereits von mehreren Forschungsgruppen genutzt, die sich mit Mikroplastik befassen. Am IPF wird das Programm in derzeit fünf großen Verbundprojekten angewendet.

Mit der Anwendung der korrelativen Mikroskopie, das heißt der Kombination lichtmikroskopischer und schwingungsspektroskopischer Techniken, konnten die Preisträger die Nachteile bisher kommerziell verfügbarer Methoden überwinden: unzureichende Partikelerkennung (besonders bei eng beieinanderliegenden beziehungsweise überlappenden Partikeln), die Limitierung auf Partikelzahlen unter 1000 pro Probe sowie zu lange Messzeiten.

Auch der Doktorandenpreis des Vereins zur Förderung IPF wird in diesem Jahr an Arbeiten zur Analytik von Mikroplastik vergeben. Den Preis erhält Frau Dr. Andrea Käppler für ihre Dissertation ‚Charakterisierung von Mikroplastik in marinen Proben: Möglichkeiten und Grenzen der FTIR- und Raman-Spektroskopie‘.

Die Dissertation von Andrea Käppler war eingebunden in das Verbundprojekt Mikromik zur Rolle von Mikroplastik im Ökosystem Ostsee (www.io-warnemuende.de/mikromik-home.html). Im Projekt war sie verantwortlich für die Ermittlung zuverlässiger Daten zu Mikroplastikvorkommen, -verteilung, -gehalte und -typen in Wasser-, Strand- und Sedimentsproben.

Als eine der ersten Wissenschaftlerinnen weltweit hat sie das Potenzial von FTIR- und Raman-Mikroskopie für die Mikroplastikidentifizierung anhand realer Umweltproben verglichen und Vor- und Nachteile herausgearbeitet. Die Arbeiten von Andrea Käppler waren auch eine Grundlage für die Entwicklung der Gepard-Software.

Mikroplastikpartikel machen den größten Anteil an der Verschmutzung der Umwelt, insbesondere der Gewässer, mit Kunststoffen aus. Verschiedene Studien haben nachgewiesen, dass solche Partikel giftig beziehungsweise schädlich auf Organismen wirken können. Bisher fehlt jedoch gesichertes Wissen, wie viel und welche Mikroplastik sich in Gewässern befindet, sowie Erkenntnisse zu Mechanismen und Ausmaß ihrer Wirkung auf Umwelt und Lebewesen.

Die für den 23. April 2020 geplante feierliche Preisübergabe wurde aufgrund der Kontakt-beschränkungen wegen der Coronapandemie auf den 6. November 2020 verschoben.

von mn

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