Spektrofotometrik Analiz Mikroplastiklerin Ölçümü ve Termal Hasarlı Plastik Kütüphanesinin Kullanımı
Birkaç μm ila 5 mm veya daha küçük boyutta olan mikroskobik plastiğe mikroplastik denir. Kıyı şeritlerini ve deniz ekosistemlerini olumsuz etkileyen ve dolayısıyla insan sağlığını etkileyebilecek bir deniz çevre sorunu olarak mikroplastikler, son yıllarda küresel bir sorun haline gelmiştir. Küresel çevreyi korumak için erken önlem alınması gerektiğinden, mikroplastiklerin kaynaklarını belirlemek ve karşı önlemleri incelemek için çeşitli analitik cihazlar kullanılır.
Mikroplastikler, birincil mikroplastikler ve ikincil mikroplastikler olmak üzere iki türe ayrılır. Birincil mikroplastikler, endüstriyel aşındırıcılarda, ovma malzemelerinde ve benzerlerinde kullanılan maddeleri ifade eder. Bu uygulamalarda polietilen (PE) ve polipropilen (PP) sıklıkla kullanılmaktadır.
İkincil mikroplastikler ise, büyük plastik ürünlerin ultraviyole radyasyon gibi dış etkenlerle 5 mm veya daha küçük bir boyuta indirilmesiyle oluşan ve çeşitli plastik türlerini içeren maddelerdir. Fourier dönüşümlü kızılötesi spektrofotometre (FTIR) genellikle plastiklerin kalitatif analizinde kullanılır ve nehirlere yapılan deşarjların gerçek durumuna ilişkin
araştırmalarda halihazırda kullanılmaktadır.
Bununla birlikte, birçok mikroplastik çevrede, esas olarak ultraviyole radyasyon tarafından bozulduğundan, standart bir FTIR kütüphanesi kullanılarak yapılan analizlerde
eşleşme olmayabilir.
Bu makalede, boyutları birkaç mm olan mikroplastiklerin ölçümünü ve numuneleri tanımlamak için Shimadzu termal hasarlı plastik kütüphanesinin kullanımını
konu edilmektedir.
Cihaz: IRSpirit™ Kompakt FTIR
IRSpirit Fourier transform kızılötesi spektrofotometre, 390 (G) × 250 (D) × 210 (Y) mm boyutlarında kompakt, taşınabilir bir gövdeye ve A3 boyutlu kağıttan daha küçük bir kaplama alanına sahiptir. İki taraftan erişim sağlayan benzersiz bir tasarıma sahip olup, 250 mm’lık kenarı önde olacak şekilde dar alanlara dikey olarak monte edilebilir.
IRSpirit, sınıfındaki en yüksek S/N oranı ve çözünürlüğü sunmanın yanı sıra, sınıfındaki en geniş numune bölmesine de sahiptir. Bu özellik, Shimadzu aksesuarlarının ve piyasada bulunan diğer aksesuarların kurulumuna izin vererek, kullanıcıya yüksek esneklik sağlar.
Bu ölçümde, Shimadzu QATR™-S ATR ölçüm aksesuarının IRSpirit ünitesindeki IRSpirit numune bölmesine entegre edildiği bir sistem kullanılmıştır. Şekil 1, IRSpirit + QATR-S’nin görünümünü göstermektedir.
[caption id="attachment_140319" align="aligncenter" width="231"]
Şekil 1: IRSpirit™ + QATR™-S ünitelerinin görünümü[/caption]
Ölçüm Numunesi
Şekil 2, deniz kıyısından toplanan mikroplastikleri göstermektedir. Mikroplastikler, küresel ve pelet benzeri dahil olmak üzere çeşitli şekillere ve ayrıca farklı renklere sahiptir.
[caption id="attachment_140318" align="aligncenter" width="188"]
Şekil 2: Deniz Kıyısından Toplanan Mikroplastikler[/caption]
Ölçüm Yöntemi: ATR Yöntemi
FTIR ile birlikte kullanılan ATR yönteminde ATR, Atenuated Total Reflection’ın kısaltmasıdır. Bir numune yüzeyinin absorpsiyon spektrumu, numuneyi ATR prizmasına yerleştirip numune yüzeyinden yansıyan toplam ışığı ölçerek elde edilebilir. ATR’deki ışık penetrasyon derinliği birkaç μm’dir. Şekil 3, ölçümün durumunu gösterir.
[caption id="attachment_140317" align="aligncenter" width="202"]
Şekil 3: ATR Ölçümünün Durumu[/caption]
Termal Hasarlı Plastik Kütüphanesi
Shimadzu termal hasarlı plastik kütüphanesi, ısıtılmamış durumda ve 200°C ila 400°C arasında çeşitli sıcaklıklara ısıtıldığında 13 tip plastik için spektral verileri içeren bir
kütüphanedir.
Plastiklerin bozulması, hidrojenin ısı veya ışık enerjisinin neden olduğu karbon-hidrojen bağlarından ayrışmasının bir sonucu olarak karbon merkezli radikallerin oluşumundan başlar.
Oksijen radikallerle reaksiyona girdiğinde, bir tür zincirleme reaksiyonda ek radikallerin
oluşumu ve hidrojenin ayrışması meydana gelir ve ayrıca radikal çiftleri arasında bağlanma ile inert maddeler oluşur. Plastikler, molekül bölünmesi ve çapraz bağlanmanın eşlik ettiği bu süreçle bozunur (1). Ultraviyole bozunma ve termal bozunmada bozunma ilerlemesinde büyük farklılıklar görülebilse de, bozunmanın ilerlemesini yöneten faktörler temelde aynıdır (2).
Kızılötesi spektrumda meydana gelen değişiklikler genellikle benzer olduğundan, termal hasarlı plastik kütüphanesi, birçok durumda ultraviyole ile bozunmuş mikroplastiklerin
kalitatif analizinde de kullanılabilir.
Şekil 4, ultraviyole ışıkla ışınlandığında akrilonitril bütadien stiren (ABS) reçinesinin kızılötesi spektrumunu gösterir ve Şekil 5, ısıtmaya tabi tutulduğunda ABS reçinesinin kızılötesi spektrumunu gösterir. ABS durumunda, hem ultraviyole hem de termal koşullar altında OH radikalinin ve C=O radikalinin germe titreşimi ile ilişkili tepe noktaları ortaya çıkar ve bu, ultraviyole radyasyona ve ısıya maruz kalma nedeniyle oksidatif bozunmanın meydana geldiğini gösterir.
[caption id="attachment_140320" align="aligncenter" width="300"]
Şekil 4: ABS Reçinesinin Kızılötesi Spektrumu
(Ultraviyole Işınlama)[/caption]
[caption id="attachment_140321" align="aligncenter" width="300"]
ABS Reçinesinin Kızılötesi Spektrumu (Isıtma)[/caption]
Ölçüm Sonuçları
Deniz kıyısından toplanan mikroplastiklerin boyutları 5 mm ve daha küçük olanlar ölçüldü. Tablo 1, ölçüm koşullarını gösterir ve Şekil 6 ve Şekil 7, numunelerin görüntülerini ve iki numune için ölçüm sonuçlarını gösterir. Şekil 6’daki sonuçlardan, beyaz mikroplastik için termal hasarlı plastik kütüphanesinden 200°C’de 4 saat ısıtılan polipropilen (PP) için bir isabet ve Şekil 7’den polietilen (PE) için bir isabet elde edilmiştir. 200°C’de 2 saat ısıtılarak kırmızı mikroplastik elde edildi. Her iki mikroplastiğin de ultraviyole radyasyonun neden olduğu oksidatif bozunma ile bozunduğu sonucuna varılabilir.
[caption id="attachment_140322" align="aligncenter" width="300"]
Tablo 1: Ölçüm Koşulları[/caption]
[caption id="attachment_140323" align="aligncenter" width="300"]
Şekil 6: Beyaz Mikroplastik için Ölçüm Sonucu ve
Kütüphane Arama Sonucu[/caption]
Sonuç
Deniz kıyısından toplanan mikroplastikler, kompakt bir IRSpirit FTIR ile ölçülmüştür. ATR yöntemi ile basit ve kolay ölçüm mümkün olmuştur. Bozulmuş mikroplastiklerin hızlı kalitatif analizi, Shimadzu termal hasarlı plastik kütüphanesi kullanılarak da mümkün olmuştur. Daha kesin bir yöntemle kalitatif analizin istendiği durumlarda, ultraviyole ışınımı ile kasıtlı olarak bozundurulan plastiğin ölçülmesini ve bu numunenin gerçek
numune ile karşılaştırılması önerilmektedir.
Referanslar
(1) Hiroshi Yamanoi (2007), The Mechanisms of Polymer Degradation Discoloration and Stabilization, Journal of the Materials Life Society, Japan, 19(3), 103-108.
(2) Yoshio Oki (1973), Degradation of Plastic Materials, Journal of the Metal Finishing Society of Japan, 24(4), 229-238.
Orijinal Doküman
A613 Application News (2020), Measurement of Microplastics and Use of Thermal-Damaged Plastics Library, Shimadzu Corporati
Müjde Bilgin
Yüksek Kimyager
Bölge Satış Müdürü
Ant Teknik
