Rastreo de partículas invisibles
Análisis automatizado de microplásticos
¿A cuánto ascienden las concentraciones de microplásticos en el medio ambiente, en el agua que bebemos o en los alimentos? Investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han desarrollado un método de análisis automatizado para la identificación y cuantificación de partículas.
Los microplásticos están por todas partes en el medio ambiente. Las diminutas partículas, con diámetros inferiores a 5 milímetros, también pueden absorber y transportar contaminantes y toxinas. "Necesitamos urgentemente técnicas analíticas para conocer el tamaño, la concentración y la composición de estas partículas", afirma la Dra. Natalia Ivleva, de la Cátedra de Química Analítica y Química del Agua de la TUM. Junto con su equipo, la científica ha desarrollado un nuevo proceso.
Para poder detectar las partículas microplásticas, los investigadores tuvieron que superar varios obstáculos: El primero era el problema de las bajas concentraciones. El agua de los ríos, por ejemplo, contiene grandes cantidades de sólidos en suspensión y arena fina, y el plástico representa menos del 1 por ciento de las partículas. Primero hay que aislar estas partículas antes de determinar sus concentraciones y, en última instancia, su composición química. Los métodos anteriores se basaban en el análisis de los residuos que se desprenden al calentar las muestras. Sin embargo, este método no permite determinar el número, el tamaño y la forma de las partículas de plástico.
Los plásticos pueden identificarse mediante dispersión de la luz
"Nuestro método es fundamentalmente diferente", afirma la Dra. Ivleva: "Se basa en las partículas. Eso significa que en lugar de destruir las partículas, las analizamos directamente". Para ello, los investigadores utilizan un método conocido como microespectroscopia Raman. Funciona haciendo brillar una fuente láser monocromática sobre una muestra y detectando la luz dispersada por las moléculas. La comparación de la luz dispersada con la fuente láser proporciona información sobre la sustancia investigada. Para analizar partículas de plástico con un diámetro superior a 1 µm (micrómetro), primero hay que filtrarlas de la solución acuosa, detectarlas al microscopio e iluminarlas con luz láser. Dado que los plásticos como el polietileno, el poliestireno y el cloruro de polivinilo dispersan los fotones de formas características, cada uno de ellos genera señales tan únicas como una huella dactilar.
Automatización en lugar de mediciones manuales
El proceso de trazado tardó años en desarrollarse: "Cuando empezamos, aún teníamos que hacer mediciones manuales", recuerda el químico. "Tardábamos meses en investigar unos pocos miles de partículas". Entretanto, el equipo ha conseguido automatizar la detección de microplásticos. Un solo análisis ya no lleva semanas, sino sólo cuestión de horas. Aunque todavía hay que filtrar las minúsculas partículas de la solución acuosa y, a continuación, colocar el filtro bajo el microespectroscopio Raman, todos los pasos restantes los realiza el software desarrollado por el equipo. Primero se localizan las partículas de plástico con un microscopio óptico, se fotografían y se miden, y se distinguen las partículas de las fibras. El software utiliza estos datos para calcular el número de partículas y fibras y seleccionar las secciones de imagen necesarias para obtener un resultado estadísticamente significativo en la posterior espectroscopia Raman.
En el siguiente paso, se dirige el láser sobre la muestra y se detecta y analiza la dispersión. Esto permite un análisis rápido y fiable del número, tamaño, forma y composición de los microplásticos. El software de código abierto TUM-Particle Typer 2 ya está a disposición de investigadores de todo el mundo.
Los nanoplásticos requieren procesos de detección especiales
Sin embargo, para investigar nanopartículas con diámetros inferiores a 1 µm, el equipo de la Dra. Ivleva ya está trabajando en un proceso modificado. "Este tipo de nanopartículas son difíciles o incluso imposibles de distinguir con un microscopio óptico. Para detectarlas, primero tenemos que realizar un fraccionamiento por tamaños y luego identificarlas", explica la investigadora.
Para ello se utiliza un sistema de fraccionamiento por flujo de campo (FFF). Éste crea un flujo de agua que captura las partículas -según su tamaño- y las separa transportándolas a distintas velocidades. Un dispositivo especialmente desarrollado, combinado con la espectroscopia Raman, permite la caracterización química de distintos tipos de nanoplásticos.
"Los nuevos procesos analíticos permiten investigar con rapidez y precisión la concentración, el tamaño y la composición de los microplásticos y nanoplásticos", resume la Dra. Ivleva. "Esto permitirá ahora estudiar la influencia de estas partículas en el medio ambiente y la salud humana".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Oliver Jacob, Alejandro Ramírez-Piñero, Martin Elsner, Natalia P. Ivleva, TUM-ParticleTyper 2: Automated Quantitative Analysis of (Microplastic) Particles and Fibers down to 1 μm by Raman Microspectroscopy, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2023.
Maximilian J. Huber, Natalia P. Ivleva, Andy M. Booth, Irina Beer, Ivana Bianchi, Roland Drexel, Otmar Geiss, Dora Mehn, Florian Meier, Alicja Molska, Jeremie Parot, Lisbet Sørensen, Gabriele Vella, Adriele Prina‑Mello, Robert Vogel, Fanny Caputo: Physicochemical Characterization and Quantification of Nanoplastics: Applicability, Limitations and Complementarity of Batch and Fractionation Methods, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2023.
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