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El uso de plásticos en artículos de uso diario y en los procesos de fabricación ha dado lugar a la introducción de una gran cantidad de materiales de degradación lenta tanto en el medio ambiente como en la cadena alimentaria. Debido a que los plásticos se descomponen en partículas diminutas (con un diámetro de < 5 mm), es necesario estudiar las consecuencias para la salud del ser humano, los animales y el ecosistema.
Como líder mundial al servicio de la ciencia, nuestra misión es permitir a los clientes que hagan del mundo un lugar más sano, limpio y seguro, lo que significa proporcionar formación y asesoramiento a los clientes que buscan identificar y analizar microplásticos. Obtenga más información sobre nuestras soluciones de espectroscopía FTIR y Raman que pueden ayudarle a identificar, caracterizar y cuantificar microplásticos de una gran variedad de fuentes de muestras (agua embotellada, agua de mar, corrientes de residuos industriales) sin la necesidad de ser un experto en espectroscopía.
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Las playas, la ropa, el agua embotellada, el pescado, la cerveza, el aire y la miel tienen todos una cosa en común. Cada uno de ellos contiene microplásticos.
Con un tamaño inferior a 5 milímetros [1], estas micropartículas desconcertantes son una preocupación urgente ya que invaden las cadenas alimentarias y atraviesan los sistemas de purificación sin ser detectados. Los microplásticos son pequeñas fibras y partículas de plástico que se originan en objetos cotidianos. Las fuentes [2] de estos microplásticos incluyen:
- Ropa
- Pinturas
- Polvo de los neumáticos
- Desechos de plástico (bolsas, frascos, pajitas)
- Productos para el cuidado personal (microgránulos)
Del agua corriente analizada en todo el mundo, el 83 % está contaminada con fibras microplásticas de hasta 1/10 de milímetro [3]. Estas fibras se dispersan en el medio ambiente a través de actividades cotidianas como hacer la colada, nadar, caminar por la calle o limpiarse la cara. Estas micropartículas terminan en lagos de agua dulce, ríos, plantas de tratamiento municipales y, en última instancia, en el agua corriente. Estas fuentes afectan no sólo a nuestros océanos, lagos y manantiales, sino también a la vida de los organismos que los habitan. En la figura 1 se muestra un análisis de microplásticos de una muestra de agua de mar recogida en la playa de Pellestrina en la laguna de Venecia. Las tres partículas identificadas en el recuadro B tienen un tamaño entre 5 y 10 μm. Las partículas amarillas se identificaron como polipropileno y las grises como pigmento de láser Hoechst PV23.
Al entrar en su tienda de conveniencia local, asume que el agua embotellada purificada no contiene partículas dañinas. Sorprendentemente, el agua embotellada no es una excepción a la contaminación con microplásticos y, de hecho, tiene una contaminación más alta que el agua corriente. Las investigaciones realizadas en la Universidad Estatal de Nueva York en Fredonia demostraron que el 93 % del agua embotellada analizada presentaba contaminación de microplásticos [4]. Esto ha llevado a la Organización Mundial de la Salud (OMS) a evaluar todas las investigaciones disponibles sobre microplásticos para ayudar a comprender si comer y beber microplásticos de forma prolongada podría tener algún efecto en la salud humana. Por desgracia, los microplásticos no se detectan en los sistemas de purificación de agua, por lo que pueden proceder de las fuentes de agua corriente, así como crearse a partir del efecto de la maquinaria durante el proceso de embotellado. Esto representa un riesgo potencial de responsabilidad para las empresas de bebidas que actualmente están explorando la mejor forma de medir los microplásticos en sus productos.
Actualmente, se desconoce el impacto en la salud humana de la contaminación de microplásticos, ya que el descubrimiento es relativamente reciente. Esto significa que debemos encontrar formas de estudiar la composición y la prevalencia de los microplásticos, así como sus efectos biológicos y toxicológicos en los seres humanos.
A medida que los residuos de plástico se descomponen en nuestro medio ambiente, se vuelven más y más pequeños y se convierten en fibras. Estas fibras pueden absorber productos químicos tóxicos que se encuentran en el agua, como pesticidas vegetales o contaminación de buques mercantes. A continuación, los microplásticos entran en la cadena alimentaria cuando los organismos los consumen y estas toxinas se transfieren a sus cuerpos. Estas toxinas se translocan a la cadena alimentaria hasta que se sirven en nuestros platos. [5]
Aunque aún no se ha estudiado el impacto de esta transmisión de toxinas de los microplásticos a los peces y luego a los seres humanos, sabemos que las toxinas tienen efectos en la salud de los peces y de los organismos pequeños. Las consecuencias de los microplásticos con toxinas absorbidas ingeridos por los peces pueden ser dobles; la exposición puede ser física, lo que provoca daños en los tejidos, o puede ser química, lo que da lugar a una bioacumulación que causa toxicidad hepática. [2, 7]
Para distinguir estas micropartículas, la estrategia actual es utilizar un estereomicroscopio y separar los microplásticos de otros materiales. [6] Por desgracia, este método visual es propenso a errores debido al tamaño extremadamente pequeño (< 1 mm) de los microplásticos y a la posibilidad de error humano y contaminación de las muestras. Este proceso de identificación casi imposible y que requiere tiempo nos plantea un problema difícil.
La Agencia de protección medioambiental de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) celebró un taller de expertos en microplásticos en junio de 2017 para identificar y priorizar la información necesaria para comprender los riesgos y el impacto que los microplásticos plantean para la vida humana y nuestros ecosistemas.[6] De todas las necesidades identificadas para comprender los riesgos de los microplásticos, el grupo de expertos convino en que es necesario estandarizar la recogida, extracción, cuantificación y caracterización de muestras de polímeros a una escala de micras (≥ 1 µm y ≤ 1 mm de tamaño). Estos métodos deben ser reproducibles, representativos, exactos y precisos, a la vez que seguir las prácticas adecuadas de aseguramiento de calidad/control de calidad. A continuación, se puede utilizar la información obtenida sobre la forma microplástica, el tipo de polímero, el tamaño, la composición química y el número de partículas de una muestra para determinar qué es realmente relevante para la salud humana y ecológica. El grupo respaldó el uso de métodos analíticos complementarios con métodos visuales y recomienda instrumentos que se adapten a la automatización y la calibración para garantizar resultados reproducibles de una persona a otra. [6]
La microscopía Raman y por infrarrojos pueden proporcionar la identificación adecuada de una amplia gama de partículas microplásticas (1-5000 µm de diámetro) recogidas en muestras medioambientales, industriales, municipales o de productos de consumo. Estas técnicas utilizan la capacidad de la luz para interactuar con las moléculas, lo que hace que estas vibren a determinadas frecuencias. Como resultado, un espectro (o un patrón de pico de frecuencias absorbidas o emitidas: figura 2) puede proporcionar una "huella molecular" de una micropartícula y permitir identificar sus componentes.
Para partículas > 1 μm, el microscopio de adquisición de imágenes Raman Thermo Scientific DXR3xi ofrece la potencia analítica necesaria para discernir los microplásticos de otros contaminantes con una resolución espacial alta de hasta 0,5 µm. Los algoritmos de análisis multivariables del software Thermo Scientific OMNIC permiten la identificación espectral en una biblioteca espectral de plásticos y polímeros. El microscopio Raman DXR3xi cuenta con capacidades de alineación automática y calibración para garantizar mediciones precisas y uniformidad entre operadores, lo que respalda las recomendaciones del grupo de trabajo de la EPA. Este microscopio muestra rápidamente grandes áreas de superficie a través del filtro de muestras, por lo que es un método rápido y fiable para comparar múltiples partículas e identificar sus componentes químicos. Para partículas microplásticas > 10 μm, el microscopio de adquisición de imágenes FTIR Thermo Scientific Nicolet iN10 MX ofrece capacidades de adquisición de imágenes químicas similares con velocidad y eficacia.
Referencias
En el diagrama de flujo de trabajo de muestra de la figura 3 se describe un proceso típico, desde la preparación de muestras hasta el análisis de microplásticos.
Pósteres de la Sociedad de toxicología y química medioambiental (SETAC, por sus siglas en inglés)
Nombre | Acrónimo | Densidad típica (g/cm3) |
---|---|---|
Poliestireno expandido | EPS | 0,02 |
Polipropileno | PP | 0,89 |
Polietileno de baja densidad | LDPE | 0,96 |
Polietileno de alta densidad | HPDE | 0,96 |
Acrilonitrilo-butadieno-estireno | ABS | 1,05 |
Poliestireno | PS | 1,06 |
Poliamida (nailon) | PA | 1,14 |
Polimetilmetacrilato | PMMA | 1,18 |
Policarbonato | PC | 1,2 |
Acetato de celulosa | CA | 1,3 |
Cloruro de polivinilo | PVC | 1,39 |
Tereftalato de polietileno | PET | 1,39 |
Politetrafluoroetileno | PTFE | 2,2 |
A continuación se indican publicaciones especializadas que utilizan la espectroscopía FTIR y Raman para el análisis de microplásticos.
Título | Año | Publicación y enlace | Texto de vista previa |
---|---|---|---|
Contaminantes orgánicos en microplásticos de dos playas de la costa de Portugal | 2010 | Marine Pollution Bulletin (volumen 60, número 11, pp. 1988 a 1992) | «La identificación de polímeros se realizó de acuerdo con las normas de la base de datos de espectrómetros Nicolet» |
Presencia de microplásticos en el entorno marino costero: Primera observación sobre sedimentos de China | 2015 | Marine Pollution Bulletin (volumen 98, número 1-2, pp. 274-280) | «Los microplásticos se identificaron mediante microscopía FTIR (Nicolet iN10, EE. UU.) con un nitrógeno…» |
Muestreo, clasificación y caracterización de microplásticos en entornos acuáticos con cargas de sedimentos en suspensión alta y grandes residuos flotantes | 2018 | JOVE | «Se utilizó el espectrómetro FTIR Nicolet iS10 para analizar microplásticos sospechosos. Se utilizó el microscopio FTIR Nicolet iN5 para analizar microplásticos sospechosos». |
Evidencia de contaminación de microplásticos en las playas y aguas de la costa del sur de Sri Lanka | 2018 | Marine Pollution Bulletin (volumen 137, pp. 277-284) | «El espectrómetro FTIR Nicolet iS5 recogió 16 exploraciones por muestra a una resolución de 4,0 cm-1…» |
Microplásticos en bivalvos comerciales de China | 2015 | Environmental Pollution (volumen 207, pp. 190-195) | «Verificación de microplásticos mediante μ-FT-IR. La identificación se realizó con un microscopio μ-FT-IR (Thermo Nicolet iN10 MX)…» |
Comparación de métodos de identificación microscópicos y espectroscópicos para el análisis de microplásticos en muestras medioambientales | 2015 | Marine Pollution Bulletin (volumen 93, pp. 202-209) | «Partículas microplásticas en el papel de filtro de muestras de agua y arena de playa de SML… cada cuadrado se seleccionó e identificó inmediatamente con el espectrómetro FT-IR (Thermo Nicolet FT-IR…» |
Microplásticos en los invertebrados bentónicos de las aguas costeras de Kochi, en el sudeste del mar arábigo | 2018 | Environmental Geochemistry and Health (volumen 40, pp..1377-1383) | «El tipo de polímero del que estaban compuestas las partículas microplásticas se identificó mediante el microscopio Raman DXR (Thermo Scientific, EE. UU.)» |
Abundancia, tamaño y composición de polímeros de microplásticos marinos superiores o iguales a 10 μm en el océano Atlántico y su distribución vertical modelada | 2015 | Marine Pollution Bulletin (volumen 100, pp. 70-81) | «Los espectros Raman se obtuvieron mediante mediciones espectrales en un microscopio Raman DXR (Thermo…)»
|
Plásticos y microplásticos en playas de uso recreativo en Punta del Este (Uruguay): ¿Residentes críticos desapercibidos? | 2016 | Environmental Pollution (volumen 218, pp. 931-941) | «…para la identificación de polímeros con un microscopio de adquisición de imágenes Raman (microscopio Raman Thermo Scientific DXRxi)» |
Duración del seminario web: 20 minutos
En este seminario web se tratan los motivos de que los microplásticos se hayan convertido en un importante tema de investigación para los científicos del medio ambiente y en una preocupación para los fabricantes de alimentos y bebidas. Se abordará una explicación de las ventajas y limitaciones de los métodos analíticos basados en espectroscopía. De manera más específica, las técnicas de microespectroscopía (microscopía Raman y FTIR), así como la espectroscopía de reflectancia total atenuada (ATR) ofrecen opciones para identificar partículas desconocidas mediante la caracterización de su composición, tamaño y cantidad. Hay recursos disponibles para ayudar a tomar decisiones sobre qué sistema es el mejor para una aplicación y presupuesto determinados.
A quién va dirigido
Simon está doctorado en Química física por la Universidad de Durham, Reino Unido. Tiene más de 25 años de experiencia en aplicaciones, desarrollo de productos y marketing y su pasión es resolver problemas analíticos con la espectroscopía.
Duración del seminario web: 27 minutos
En este seminario web verá cómo la investigadora medioambiental, la Dra. Fabinana Corami, del CMR-ISP, Instituto de ciencias polares de Venecia, Italia, analiza muestras medioambientales como agua, sedimentos y biota para detectar contaminación microplástica.
Duración del seminario web: 25 minutos
En este seminario web, la Dra. Elke Fischer le guiará en el método que ella y su equipo utilizan para analizar e identificar microplásticos en ecosistemas límnicos.
Duración del seminario web: 37 minutos
En este seminario web sobre el medio ambiente, la Dra. Fabinana Corami, del Instituto de ciencias polares de Venecia, Italia, destaca la purificación, caracterización y análisis cuantitativo de fibras microplásticas encontradas en el agua de mar.
El Dr. Yutaka Kameda es profesor asociado del Instituto de tecnología de Chiba, ubicado en Narashino, Japón. Con un máster en ingeniería del agua y un doctorado en ingeniería del medio ambiente y recursos, ha podido trabajar con varias organizaciones con financiación pública y privada, todas ellas destinadas a evaluar el impacto medioambiental con un enfoque específico en el agua.
En esta entrevista le escuchará hablar sobre su investigación medioambiental, así como de sus ideas sobre el estado actual y futuro de esta área de investigación.
Ver biografía del Dr. Kameda
¿Cuál es su opinión sobre el estado actual de la contaminación de los microplásticos como problema y cuánto trabajo se necesita para comprender mejor el alcance de este problema?
La cuestión de los microplásticos se encuentra en la fase en la que las investigaciones se han implementado en serio este año en todo el mundo. Ya se han iniciado grandes proyectos para estandarizar las mediciones y determinar microplásticos más finos para obtener una solución analítica unificada. Además, también se han comenzado investigaciones sobre la degradación de los plásticos convencionales o de los plásticos biodegradables en el ámbito del medio ambiente. Quizás, también se publique un informe relacionado en un par de años y, a continuación, espero que se publiquen normativas específicas en todo el mundo.
¿Cuál es su enfoque de investigación?
- Desarrollo y control de soluciones analíticas para microplásticos ultrafinos (de 0,1 μm a 20 μm) en el medio ambiente
- Elucidación de fuentes y mecanismos de movimiento y fenómenos climatológicos de los microplásticos mundiales en el océano, incluida la evaluación del impacto ecológico
¿Qué sumideros (lagos/océanos/etc.) está evaluando?
Las muestras objetivo son: agua corriente, agua de mar, playa de arena, alimentos, plástico biodegradable y desagües residenciales
¿Qué es lo que está tratando de entender específicamente?
Me interesan los siguientes puntos
- Determinación de la concentración de microplásticos en el océano, incluidas las partículas muy finas en un intervalo de tamaño de 0,1 a 20 μm y la predicción de la concentración futura, así como la distribución del tamaño de las partículas.
- Determinación del grado de microplásticos erosionados
¿Qué aspecto tiene su flujo de trabajo de muestreo y análisis? ¿Cuáles son los retos clave asociados con el intento de analizar microplásticos en muestras medioambientales?
En la actualidad, se ha completado el desarrollo de una solución para el muestreo y análisis de microplásticos > 20 μm y ahora está en fase de comercialización. Los métodos detallados se publicarán pronto, pero una breve explicación sería la siguiente:
- Recoger muestras utilizando equipos sin plástico
- Pretratamiento con peróxido de hidrógeno, yoduro de sodio y enzima
- Análisis automático mediante el microscopio de adquisición de imágenes por infrarrojos Thermo Scientific Nicolet iN10 MX con software de análisis automático de partículas. Para partículas < 20 μm, esta es actualmente mi investigación clave. Es probable que se resuelvan los problemas que tengo en el desarrollo de métodos. Actualmente estoy buscando un proveedor de Raman como socio para el desarrollo. Planeo desarrollar el método de análisis con Raman en 2021.
¿Qué tipo de instrumentación utiliza? ¿Qué tan útil es disponer de soluciones más automatizadas para la localización e identificación de microplásticos?
Estoy utilizando un microscopio Nicolet iN10MX para definir el tamaño de las partículas y la identificación y la cuantificación las realizo con el software OMNIC Picta.
¿Cuál es su opinión sobre el estado actual de las normativas? ¿Trabaja con los líderes normativos? ¿Cuáles son sus expectativas con respecto a la normativa nacional e internacional sobre la contaminación y el control de microplásticos?
- Todavía no se conocen las características de la contaminación microplástica. En ocasiones trabajo con reguladores clave. En el futuro, espero que la investigación de los microplásticos, así como las políticas de control de la contaminación microplástica, se apliquen de la siguiente manera:
- Se realizarán estudios medioambientales para microplásticos de hasta un límite de partículas de 20 o 0,2 μm (actualmente el límite puede ser > 300 μm).
- Se puedan prohibir los polímeros que sean altamente tóxicos en el medio ambiente y que puedan existir como micropartículas en el medio ambiente.
- Se recomendará utilizar y adoptar plásticos biodegradables. En ese momento, se debería revisar el análisis de degradación medioambiental para medir la distribución del tamaño de las partículas. Como resultado, con estas nuevas definiciones, es posible que los plásticos biodegradables convencionales no cumplan los requisitos.
- También es probable que los polímeros de microcápsulas utilizados en las necesidades diarias se sustituyan por nuevos materiales.
Educación
1998 – 2000: Universidad de Hokkaido, doctorado en ingeniería de medio ambiente y recursos
1995 – 1997: Universidad de Tohoku, máster en ingeniería del agua
1991– 1994: Universidad de Tohoku, licenciatura en ingeniería civil
Experiencia laboral
2012 - Actualidad: Profesor asociado de ingeniería creativa, Instituto de tecnología de Chiba
2007 – 2012: Investigador en el medio ambiente del agua, Centro de ciencias del medio ambiente de Saitama
2006 – 2007: Investigador, Instituto de investigación de obras públicas, gobierno japonés
1992 – 2005: Becario de COE, laboratorio de riesgo medioambiental, Universidad nacional de Yokohama
Proyectos de investigación
Artículos recientes
La obtención de suministros y muestras listos para el análisis de micropartículas puede ser laboriosa. Estos kits de preparación de muestras de análisis de micropartículas tienen como objetivo ayudar a agilizar el proceso, independientemente del tipo de muestra.
FTIR + ATR | FTIR + ATR de micropuntos | Microscopio FTIR de apuntar y disparar | Microscopio de adquisición de imágenes FTIR | Microscopio Raman | Microscopio de adquisición de imágenes Raman | |
Configuración | ||||||
Espectrómetro FTIR Nicolet Summit y accesorio de Everest ATR | Accesorio para microespectroscopía SurveyIR + espectrómetro FTIR Nicolet Summit | Microscopio de infrarrojos Nicolet iN5 + espectrómetro FTIR Nicolet iS20 | Microscopio de adquisición de imágenes por infrarrojos Nicolet iN10 MX | Microscopio Raman DXR3 | Microscopio de adquisición de imágenes Raman DXR3xi | |
Tamaño de partícula medible | ||||||
5 mm | ✓ | |||||
1 mm | ✓ | ✓ | ||||
500 μm | ✓ | ✓ | ||||
100 μm | ✓ | ✓ | ✓ | |||
10 μm | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||
1 μm | ✓ | ✓ | ||||
Sólo colocación manual de muestras | Sí | Sí | Sí | No | No | No |
Análisis automatizado de filtros | No | No | No | Sí | Sí | Sí |
Inmunidad a la fluorescencia de muestras | Sí | Sí | Sí | Sí | No | No |
Escuche a la Dra. Jennifer Lynch, del National Institute of Standards and Technology (NIST, Instituto estadounidense de normas y tecnología) y la Hawaii Pacific University, hablar sobre su experiencia en la investigación de contaminantes plásticos en el Océano Pacífico. La doctora proporciona sus puntos de vista sobre la contaminación de los microplásticos: su impacto en las economías locales, la escasez de fondos y los retos técnicos asociados con la identificación de microplásticos. También comparte la práctica del grupo de investigación sobre el uso del microscopio de FTIR y FTIR para la identificación de microplásticos y mesoplásticos.
La espectroscopía de infrarrojos puede proporcionar información valiosa sobre el origen de las partículas de plástico, los productos químicos adsorbidos y la posible toxicidad que se encuentra en nuestro entorno.