DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05403
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40245083
تاريخ النشر: 2025-04-17
المؤلف: Dmitri Ciornii وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبلاستيك وتلوث البلاستيك
نظرة عامة
في هذه الدراسة، قام المؤلفون بتقييم القيم المتوسطة والانحرافات المعيارية لنتائج المختبر لتقييم حدوث الميكروبلاستيك في البيئة، مع التأكيد على أهمية الكتلة كمعامل مراقبة. وقد أبرزوا أنه بينما تعتبر الكتلة مهمة، فإن الفهم الشامل للميكروبلاستيك يتطلب معايير إضافية مثل عدد الجسيمات، توزيع الحجم، والشكل. يعتمد تقييم شكل الجسيمات عبر المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) على معرفة هوية الجسيمات، وهو ما يكون غالبًا غير ممكن في عينات البيئة الحقيقية، مما يحد من فعالية SEM في مثل هذه السياقات.
حددت الدراسة التحديات في قياس تركيز عدد الجسيمات بدقة، خاصة بسبب الصعوبات في عد أحجام الجسيمات المختلفة والمشكلات المتعلقة بحل الأقراص المستخدمة في تحليل SEM. تم ملاحظة عدم اكتمال الذوبان كعامل رئيسي يساهم في التباين في أعداد الجسيمات المبلغ عنها بين المشاركين. يوصي المؤلفون باستخدام أقراص أكثر سهولة في الذوبان ويؤكدون على أهمية النظر في البرمجيات وقواعد البيانات المستخدمة في تحليل عدد الجسيمات. ويخلصون إلى أن تحليل الميكروبلاستيك لا يزال في مرحلة التطور، مع توقع تحقيق تقدم كبير خلال العقد المقبل، بما في ذلك إنشاء طرق، وعمليات تحقق، وتطوير مواد مرجعية معتمدة (CRMs). تضع هذه الأبحاث أساسًا لمعالجة عدم اليقين في القياسات وتضع الأساس للتحقيقات المستقبلية في النانوبلاستيك.
مقدمة
في مقدمة ورقة البحث، يؤكد المؤلفون على أهمية تحديد ومناقشة المصادر المحتملة لعدم اليقين في القياس لتفسير النتائج بدقة. يلاحظون أن التباين بين المختبرات واضح، كما يتضح من الانحرافات المعيارية من القياسات المتكررة؛ ومع ذلك، لم يقدم المشاركون تقديرات لعدم اليقين المطلق في القياسات. يعترف المؤلفون بتعقيد تقييم هذه الشكوك بشكل منهجي، خاصة في الحالات التي تكون فيها القيم “الحقيقية” غير معروفة. يقدمون ملخصًا في الجدول S6، الذي يوضح أهم مصادر عدم اليقين، مشيرين إلى أن ميزانية عدم اليقين الإجمالية قد تشمل عوامل متنوعة بخلاف تلك المذكورة صراحة.
طرق
في هذا القسم، يتم تفصيل الطرق المستخدمة لإعداد وتحليل مواد مرجعية للميكروبلاستيك (RMs). تم الحصول على مواد مرجعية للميكروبلاستيك، تحديدًا بولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) وبولي إيثيلين قديم (PE)، من BAM وتم تمييزها بشكل أساسي من خلال قيم D50 الخاصة بها، والتي تمثل قطر الجسيمات التي تقل عنها 50% من الجسيمات. تم تحديد قيم D50 باستخدام نظام تشتت الليزر، مما أسفر عن قيم اسمية تبلغ 42.45 ± 0.17 ميكرومتر لـ PET و61.18 ± 1.30 ميكرومتر لـ PE القديم. لتسهيل النقل، تم خلط مساحيق الميكروبلاستيك مع مصفوفة قابلة للذوبان في الماء وضغطها في أقراص، مما يضمن كتلة بوليمر متسقة لكل قرص للطرق التحليلية اللاحقة.
أشارت النتائج من الطرق الحرارية التحليلية (Py-GC/MS وTED-GC/MS) إلى توافق عالٍ بين التقنيتين، مع انحرافات معيارية نسبية (RSD) لـ PET أقل من 30%، بينما أظهر PE القديم قيم RSD أعلى بسبب الأشكال غير المنتظمة والكتل المحتملة. تمكن المشاركون من تحديد كلا النوعين من البوليمر، على الرغم من ملاحظة تباينات في RSD، حيث أبلغت بعض المختبرات عن قيم منخفضة تصل إلى ∼4% وأخرى تجاوزت 100%. في التحليلات الطيفية، قام المشاركون بتصنيف الجسيمات بناءً على الحجم وفقًا لـ ISO 24187:2023، مع تضمين فئات حجم إضافية لتقييم كفاءة عملية الغربلة. تم الاعتراف بعدم اليقين المتعلق بتجانس العينة، حساسية الطريقة، وإعدادات الأجهزة، مما يبرز الحاجة إلى المعايرة الدقيقة والتوحيد القياسي في المقارنات بين المختبرات المستقبلية (ILCs).
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المدروسة، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في الظواهر الملحوظة، مما يدعم الفرضيات الأولية المطروحة في الدراسة.
علاوة على ذلك، يتضمن القسم تمثيلات بيانية للبيانات، توضح العلاقات والتباينات بين المتغيرات. تعزز هذه المساعدات البصرية فهم النتائج، مما يبرز الأنماط الحرجة والشذوذات التي تستدعي مزيدًا من التحقيق. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول موضوع البحث، مما يضع الأساس للدراسات المستقبلية والتطبيقات المحتملة في هذا المجال.
المناقشة
في قسم المناقشة من ورقة البحث، يتناول المؤلفون الدراسات المتعلقة بالتجانس الداخلي التي أجريت لتقييم الكسر الكتلي وتركيز عدد الجسيمات من الجسيمات الدقيقة البوليمرية في الأقراص. استخدمت الدراسة طرقًا حرارية تحليلية، بما في ذلك TED-GC/MS والتحليل الحراري الوزني (TGA)، إلى جانب المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لعد الجسيمات. أشارت النتائج إلى تباين مقبول في الكسر الكتلي، بينما كشفت تحليل عدد الجسيمات عن تحديات، خاصة مع الجسيمات الأصغر (<10 ميكرومتر) بسبب ضعف التباين ومشكلات التكتل. أشار المؤلفون إلى أن التباينات في النتائج عبر مختبرات مختلفة قد تنشأ من اختلافات في إعدادات الترشيح، عمليات الذوبان، والبرمجيات المستخدمة في تحليل البيانات، مما قد يؤدي إلى تقدير زائد أو ناقص لتركيزات الميكروبلاستيك. يؤكد المؤلفون على الدور الحاسم لذوبان الأقراص في عملية القياس، مشيرين إلى أن عدم اكتمال الذوبان يمكن أن يؤثر بشكل كبير على أعداد الجسيمات المبلغ عنها. يدعون إلى استخدام أقراص أكثر سهولة في الذوبان ويشددون على أهمية توحيد المنهجيات عبر المختبرات لتقليل عدم اليقين في القياسات. تختتم المناقشة بالاعتراف بحالة التحليل للميكروبلاستيك الناشئة والحاجة إلى تطوير مستمر للمواد المرجعية والطرق، مشيرين إلى أن تحقيق قياسات دقيقة، خاصة للنانوبلاستيك، سيتطلب فهمًا شاملاً لعدم اليقين في القياسات وإقامة مواد مرجعية معتمدة.
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05403
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40245083
Publication Date: 2025-04-17
Author(s): Dmitri Ciornii et al.
Primary Topic: Microplastics and Plastic Pollution
Overview
In this study, the authors assessed the mean values and standard deviations of laboratory results to evaluate the occurrence of microplastics in the environment, emphasizing the importance of mass as a monitoring parameter. They highlighted that while mass is significant, a comprehensive understanding of microplastics requires additional parameters such as particle number, size distribution, and shape. The assessment of particle shape via Scanning Electron Microscopy (SEM) is contingent upon knowing the identity of the particles, which is often not feasible in real environmental samples, thus limiting the effectiveness of SEM in such contexts.
The study identified challenges in accurately measuring particle number concentration, particularly due to difficulties in counting various particle sizes and issues related to the dissolution of tablets used in SEM analysis. Incomplete dissolution was noted as a major factor contributing to variability in reported particle numbers among participants. The authors recommend the use of more easily dissolvable tablets and emphasize the importance of considering the software and databases employed in particle number analysis. They conclude that microplastic analysis is still developing, with significant advancements expected over the next decade, including the establishment of methods, validation processes, and the development of certified reference materials (CRMs). This research lays a foundation for addressing measurement uncertainties and sets the stage for future investigations into nanoplastics.
Introduction
In the introduction of the research paper, the authors emphasize the importance of identifying and discussing potential sources of measurement uncertainty to accurately interpret the results. They note that variability among laboratories is evident, as demonstrated by the standard deviations from repeated measurements; however, participants did not provide quantifications of absolute measurement uncertainties. The authors acknowledge the complexity of systematically evaluating these uncertainties, particularly in cases where the “true” values are unknown. They present a summary in Table S6, which outlines the most significant sources of uncertainty, indicating that the total uncertainty budget may encompass various factors beyond those explicitly mentioned.
Methods
In this section, the methods employed for the preparation and analysis of microplastic reference materials (RMs) are detailed. Microplastic RMs, specifically polyethylene terephthalate (PET) and aged polyethylene (PE), were sourced from BAM and characterized primarily by their D50 values, which represent the particle diameter below which 50% of particles fall. The D50 values were determined using a laser diffraction system, yielding nominal values of 42.45 ± 0.17 μm for PET and 61.18 ± 1.30 μm for aged PE. To facilitate transportation, the microplastic powders were mixed with a water-soluble matrix and compressed into tablets, ensuring a consistent polymer mass per tablet for subsequent analytical methods.
The results from thermo-analytical methods (Py-GC/MS and TED-GC/MS) indicated a high agreement between the two techniques, with relative standard deviations (RSD) for PET below 30%, while aged PE exhibited higher RSD values due to irregular shapes and potential agglomeration. Participants successfully identified both polymer types, although variations in RSD were noted, with some laboratories reporting values as low as ∼4% and others exceeding 100%. In spectroscopic analyses, participants categorized particles based on size according to ISO 24187:2023, with additional size classes included to assess the efficiency of the sieving process. Uncertainties related to sample homogeneity, method sensitivity, and instrumental settings were acknowledged, highlighting the need for careful calibration and standardization in future interlaboratory comparisons (ILCs).
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the variables under study, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the results demonstrate a clear trend in the observed phenomena, which supports the initial hypotheses posited in the study.
Furthermore, the section includes graphical representations of the data, illustrating the relationships and variations among the variables. These visual aids enhance the understanding of the results, highlighting critical patterns and anomalies that warrant further investigation. Overall, the findings contribute valuable insights into the research topic, laying the groundwork for future studies and potential applications in the field.
Discussion
In the discussion section of the research paper, the authors address the internal homogeneity studies conducted to evaluate the mass fraction and particle number concentration of polymer microparticles in tablets. The study utilized thermo-analytical methods, including TED-GC/MS and thermogravimetric analysis (TGA), alongside scanning electron microscopy (SEM) for particle counting. The results indicated acceptable variability in mass fraction, while particle number analysis revealed challenges, particularly with smaller particles (<10 μm) due to poor contrast and agglomeration issues. The authors noted that discrepancies in results across different laboratories could stem from variations in filtration setups, dissolution processes, and the software used for data analysis, which may lead to overestimation or underestimation of microplastic concentrations. The authors emphasize the critical role of tablet dissolution in the measurement process, highlighting that incomplete dissolution can significantly impact the reported particle numbers. They advocate for the use of more easily dissolvable tablets and stress the importance of standardizing methodologies across laboratories to minimize measurement uncertainties. The discussion concludes by acknowledging the nascent state of microplastic analysis and the need for continued development of reference materials and methods, suggesting that achieving accurate measurements, particularly for nanoplastics, will require a comprehensive understanding of measurement uncertainties and the establishment of certified reference materials.