In unserem Bereich detect erforschen und entwickeln wir neue Methoden und Verfahren zur Detektion von Mikroplastik.

Bisher erfordern alle Analysemethoden eine zeitaufwändige und komplexe Extraktion und Probenvorbereitung bevor das Mikroplastik nachgewiesen werden kann. In den meisten Wasserstudien werden Mikroplastiken mit Planktonnetzen mit einer Maschenweite von etwa 0,33 mm untersucht. (Lindeque et al., 2020) Kleinere Maschenweiten führen bereits nach kurzer Zeit zu Verstopfungen. In Sedimentproben trennt eine Dichtetrennung mit hochkonzentrierten Salzlösungen schwimmende Mikroplastik von sinkenden Mineralbestandteilen.

Um die Anzahl natürlicher Partikel und mögliche falsch positive Ergebnisse zu verringern, werden natürliche organische Substanzen chemisch zersetzt, am häufigsten unter Verwendung von Wasserstoffperoxid- oder Kaliumhydroxid-Lösungen oder weniger aggressiv unter Verwendung spezifischer Enzyme (z. B. Cellulase, Protease, Chitinase).

Generell ist es so, dass man sich in jedem Verfahrensschritt Mikroplastik einfangen kann, welches vorher nicht in der Probe vorhanden war. Die erhaltenen analytischen Werte sind gerade deswegen mit großer Vorsicht zu genießen.
Mikroplastikpartikel werden durch ihre unnatürliche Färbung (z. B. hellblau und mehrfarbig) und/oder unnatürliche Form (z. B. Fragmente mit scharfen Kanten, perfekt kugelförmig) identifiziert, können aber leicht mit anderen anthropogenen oder natürlichen Partikeln verwechselt werden (Flugasche, Partikel von Straßenfarbe, Metalldampf, Fischschuppen, Keramikflocken usw.). Die Fehlerrate wird auf 20-70% geschätzt. (Löder et al., 2015) Eine selektivere Methode ist demnach unbedingt erforderlich, um Fehlerquellen zu reduzieren bzw. zu vermeiden und präzisere Daten zu erhalten.

In unserem Forschungsansatz detect kombinieren wir natur- und umweltwissenschaftliches Knowhow mit analytischer Anwendung. Das Ziel ist es in einem einfachen Prozessschritt Mikroplastik zu detektieren und zu quantifizieren, um das Mikroplastik im Anschluss ressourceneffizient, nachhaltig und nachweisbar aus dem Wasser zu entfernen.
Das Monitoring von Mikroplastik unterteilt sich in die Probenahme, Probenaufbereitung und Detektion. In den meisten Gewässer-Studien erfolgt die Beprobung auf Mikroplastik mit Planktonnetzen, die eine Maschenweite von ca. 0,33 mm aufweisen. Geringere Maschenweiten führen bereits nach kurzer Zeit zum Verstopfen. Partikel die kleiner als das Netzgitter sind können demnach nicht eingefangen und gemessen werden. In Sedimentproben wird über eine Dichteseparation mit hochkonzentrierten Salzlösungen aufschwimmendes Mikroplastik von absinkenden mineralischen Bestandteilen abgetrennt. Natürliche organische Substanzen werden durch den Einsatz spezifischer Enzymen oder Oxidationsmitteln zersetzt.

Trotz der aufwändigen Bearbeitung können nicht alle natürlichen organischen Partikel vom Mikroplastik abgetrennt werden. Zur zuverlässigen chemischen Identifizierung von Mikroplastik wird ein Fourier Transform Infrarot (FT-IR) oder Raman Spektroskop, ausgestattet mit einem Mikroskop oder einer Pyrolyse-Gaschromatographie mit Massenspektrometer verwendet. Durch spektroskopische Analysen wurden bereits Fragmente üblicher Kunststoffe mit einem Durchmesser von nur 20 μm gemessen. Jedoch sind oft wiederholte Versuche erforderlich um zuverlässige Spektren von sehr kleinen und verwitterten Kunststoffpartikeln zu erhalten. Dazu kommt, dass alle drei Methoden sehr teure Instrumente erfordern und sehr zeitaufwändig sind. Neben spektroskopischen Methoden wird ein quantitativ differentieller Färbeansatz, basierend auf dem lipophilen Farbstoff Nilrot, angewandt. Mikroplastik in Oberflächenwasserproben kann unter einem Mikroskop mit dem lipophilen Farbstoff Nilrot markiert und über dessen Fluoreszenz detektiert werden. (Shim et al., 2016)

Auch diese Methode ist noch immer nicht optimal, da diese ebenfalls eine hohe Fehleranfälligkeit aufweist und vergleichsweise lange Probenvorbereitungszeiten bedarf.


Neue Ansätze auf diesem Gebiet befassen sich mit Polymer-spezifischeren Wechselwirkungsanalysen. Diese werden bei Wasser 3.0 im Forschungsschwerpunkt Mikroplastik-detektieren wissenschaftlich fundiert erarbeitet und unmittelbar anwendungsbezogen getestet und validiert.

Gerade ein Schnelltest für Mikroplastik wäre für eine einfache, kostengünstige Prozesssteuerung insbesondere im industrielle Kontext hilfreich, um Prozesse noch effizienter zu machen und gleichzeitig die Umwelt zu schützen.