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Análisis y caracterización de microplásticos

¿Qué son los microplásticos?

Según la definición, se denominan microplásticos (MP por sus siglas en inglés) a las partículas de polímero de menos de 5 mm de diámetro. En función de su origen, se subdividen a su vez en partículas primarias y secundarias. Dado que la lista de lugares en los que se pueden encontrar microplásticos en concentraciones elevadas no deja de crecer cada mes, el análisis de la contaminación por microplásticos es una tarea fundamental, aunque difícil.

¿De dónde provienen los microplásticos?

Las partículas de microplásticos (MPP por sus siglas en inglés) se pueden clasificar en partículas primarias y secundarias. Las partículas primarias son aquellas que han sido fabricadas específicamente para uso industrial, como las partículas exfoliantes de los productos cosméticos. Las MPP secundarias se forman a partir de la degradación física, biológica y química de componentes de plástico macroscópicos, y representan la principal fuente de micropartículas liberadas al medio ambiente. Se forman principalmente por la degradación de residuos plásticos que no se han desechado adecuadamente, por el desgaste de los neumáticos y por el lavado de tejidos sintéticos.

¿Dónde se pueden encontrar microplásticos?

Los lechos de los ríos, el hielo ártico, los fertilizantes naturales, el suelo e incluso el agua potable presentan cantidades significativas de MPP. Durante las últimas décadas, los microplásticos se han infiltrado incluso en la cadena alimentaria humana. En resumen, la ubicuidad de las partículas de microplásticos las convierten en un desafío enorme para nuestro medio ambiente.

¿Cómo nos afectan los microplásticos?

Aunque se ha comprendido en gran medida la amenaza que suponen para la vida marina, todavía no es posible evaluar su alcance global. No obstante, la ingesta de microplásticos por parte de los organismos marinos y los peces da lugar a la contaminación de la cadena alimentaria humana. Dado que las MPP pueden contener agentes plastificantes problemáticos y pueden adsorber además otros contaminantes orgánicos, los efectos a largo plazo son muy impredecibles.

¿Cómo se pueden detectar los microplásticos?

Aunque las partículas de pocos milímetros ya se consideran MPP y pueden distinguirse a simple vista, hay que señalar en primer lugar la microscopía óptica como la técnica básica para la detección de microplásticos. No obstante, este enfoque no proporciona información sobre la identificación química, que es especialmente importante para investigar la influencia y el origen de las MPP detectadas. La espectroscopía Raman y FT-IR brindan la posibilidad de identificar en cuestión de minutos partículas de polímero desconocidas, y son plenamente compatibles con las técnicas de microscopía.

Análisis de microplásticos en el agua de mar mediante tratamiento de imágenes FT-IR

Plastic waste beach
Microplastics Beach

¿Cómo se analizan los microplásticos?

Las técnicas de microscopía son una manera rápida y sencilla de detectar microplásticos. No obstante, su efectividad aumenta tremendamente si se combinan con la espectroscopía de infrarrojos (FT-IR) o Raman, es decir, con el análisis químico. La espectroscopía FT-IR y Raman permiten identificar polímeros de forma fiable y pueden implementarse en el microscopio. Bruker apuesta por un enfoque integral en ese sentido. Las MPP deben detectarse de manera fiable y ser identificadas inmediatamente, al tiempo que se reducen las posibilidades de error humano. En la tabla inferior se muestra nuestra gama de productos para el análisis de microplásticos.

Microplastic solutions overview

Análisis de microplásticos mediante espectroscopía FT-IR

La espectroscopía de infrarrojos (IR) o espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier (FT-IR) es la técnica más común para identificar microplásticos. Como su propio nombre indica, la radiación infrarroja interactúa con la partícula, proporcionando información por la absorción de determinadas longitudes de onda. Si desea más información acerca de la espectroscopía IR, consulte este enlace.

Mientras que las partículas de mayor tamaño pueden ser detectadas y analizadas por técnicas de microscopía tradicional combinadas con un espectrómetro estándar FT-IR ATR, la mayor parte de las MPP requerirán un microscopio FT-IR. Las mayores ventajas del FT-IR son su extraordinaria fiabilidad y su aplicación sencilla. Es capaz de analizar prácticamente todos los polímeros, incluidos los materiales oscuros y fluorescentes. La comparación de los datos de la muestra con bibliotecas de datos de referencia permite identificar las partículas desconocidas, minimizando así los falsos positivos.

Análisis de microplásticos mediante espectroscopía Raman

La espectroscopía Raman se basa en la dispersión inelástica de la luz procedente de una fuente de luz coherente (p. ej., láser). La espectroscopía Raman no está tan extendida como la espectroscopía IR, principalmente debido a que las mediciones con la técnica Raman requieren conocimientos especializados. En particular, el análisis de polímeros oscuros o fluorescentes es complejo o precisa técnicas especiales. No obstante, en lo tocante a la resolución espacial, la microscopía Raman es claramente superior, ya que permite analizar MPP hasta en el rango nanométrico.

Cuál es la mejor técnica para el análisis de microplásticos

Es prácticamente imposible dar una respuesta concluyente a esta pregunta, ya que la espectroscopía Raman y FT-IR son técnicas complementarias. Desde un punto de vista espectroscópico, esto implica que solo es posible conseguir un conjunto de datos completo si se emplean ambas técnicas conjuntamente. Sin embargo, esto no es lo habitual en la práctica.

Ambas técnicas ofrecen pros y contras evidentes, y normalmente será la aplicación la que determine qué técnica utilizar. En la actualidad, los propios investigadores siguen debatiendo cuál es el mejor enfoque. Si tiene alguna pregunta acerca de qué método es el más adecuado para su aplicación, póngase en contacto con nuestros expertos en microplásticos: juntos encontraremos la solución ideal.

Microscopic image cotton fiber
Ft ir analysis aluminiumoxide filter EN
Ft ir identified polyamide EN

Póngase en contacto con nosotros si desea más información acerca de nuestros instrumentos y los microplásticos

Análisis FT-IR de microplásticos

La microscopia FT-IR es la técnica más utilizada en la investigación de microplásticos. El flujo de trabajo es muy sencillo, y los resultados ofrecen una precisión y fiabilidad elevadas. En particular, el tratamiento de imágenes FT-IR mediante detectores de matriz de plano focal es una solución puntera. Si desea más información acerca de nuestra gama de instrumentos FT-IR, consulte las páginas web de LUMOS II e HYPERION.

Requisitos y preparación de muestras para FT-IR

En función de las características de la muestra, se puede utilizar la transmisión (sin contacto, la luz infrarroja atraviesa completamente el MP), o bien la reflexión total atenuada (ATR, requiere contacto, la luz infrarroja penetra ligeramente en la superficie del MP). También es posible tomar mediciones de reflexión (sin contacto, la luz infrarroja debe atravesar el MP dos veces), pero este método no se analizará aquí.

Las mediciones de transmisión son el enfoque habitual, pero para realizarlas se necesitan filtros especiales que permitan a la luz infrarroja atravesarlos libremente hasta el detector. En función de sus preferencias, puede decantarse por membranas de teflón (PTFE), mallas metálicas o filtros de óxido de aluminio y silicio, cada uno de los cuales presenta sus propias ventajas y desventajas. No obstante, los filtros de óxido de aluminio son muy populares, por lo que se utilizan a modo de ejemplo en esta página web y en nuestros vídeos. La ATR, por su parte, no requiere preparaciones complejas de la muestra ni filtros especiales. Los microplásticos se pueden analizar directamente sobre filtros normales de nitrocelulosa, e incluso sobre sedimentos u otras matrices complejas.

Para analizar agua potable o bebidas, el líquido se debe filtrar primero a través de un material filtrante adecuado. Si se desea analizar agua de río o de mar, es necesario eliminar primero mediante separación por densidad materiales como la madera, la arena o las algas. Para ello se recurre a soluciones salinas con diferentes concentraciones. Las muestras preparadas deben secarse completamente antes de ser sometidas al análisis infrarrojo. En algunos casos, puede ser necesario recurrir a la digestión enzimática o al tratamiento con H2O2 para eliminar los contaminantes orgánicos y biológicos antes de filtrar la muestra.

Mapeo y tratamiento de imágenes FT-IR de microplásticos

La estrategia más sencilla consiste en detectar primero las partículas de interés mediante métodos visuales, y caracterizarlas luego punto por punto con ayuda del mapeo químico. Esta estrategia de tipo "punto por punto" es válida, pero puede requerir mucho tiempo si se realiza una búsqueda manual. Por ese motivo, la identificación visual automática representa un requisito clave para lograr un flujo de trabajo eficiente en el análisis de microplásticos mediante mapeo FT-IR. Tras la medición, se puede proceder directamente a la identificación inequívoca mediante las bibliotecas de referencia de espectros infrarrojos para todos los polímeros habituales.

Aunque la detección visual automática reduce el error humano, este método conlleva el riesgo de que no se detecten las partículas de pequeño tamaño con poco contraste. El tratamiento de imágenes FT-IR es el método más seguro para eliminar el factor humano casi por completo. El tratamiento de imágenes FT-IR o de matriz de plano focal (FPA) es la solución más avanzada para el análisis de microplásticos. Es más rápida y ofrece una mayor resolución espacial que el análisis de mapeo de puntos individuales.

Por lo general, el sistema de tratamiento de imágenes analiza en una sesión un filtro completo cargado con partículas de microplásticos. Al realizar la evaluación utilizando exclusivamente información química, se reduce significativamente la posibilidad de pasar por alto las partículas pequeñas con reducido contraste visual. Vea nuestro vídeo para conocer mejor el tratamiento de imágenes FT-IR de microplásticos.

Cuál es el mejor enfoque para el análisis FT-IR de partículas de microplásticos

Una vez más, es difícil encontrar una respuesta concluyente para esta pregunta. Los investigadores pioneros, tales como los del Alfred Wegener Institute y la Universidad de Aalborg, apuestan por la tecnología FPA. Sin embargo, cuando se pretenden caracterizar concentraciones reducidas de microplásticos, los experimentos de mapeo ofrecen una eficiencia superior.

Como expertos en (micro)espectroscopía vibratoria con una dilatada experiencia en el análisis de microplásticos mediante FT-IR, le ayudaremos a encontrar la solución idónea para sus requisitos de análisis de microplásticos. No dude en ponerse en contacto con nosotros si necesita más información.

Análisis de microplásticos en la sal marina mediante imágenes FT-IR

Slider LUMOS II
Polymer in database
ATR Spectra of natural cellulose

Análisis Raman de microplásticos

La microscopía Raman es capaz de detectar las microestructuras y partículas más pequeñas (>0.5 µm), capacidad generalmente deseable en el análisis de microplásticos. No obstante, aparte de sus buenas cualidades, esta técnica precisa que las muestras cumplan ciertos requisitos.

Requisitos y preparación de muestras Raman

Para el análisis de microplásticos mediante espectroscopía Raman, es esencial que ni las partículas examinadas ni el material del filtro presenten fluorescencia. Además, debido al calentamiento involuntario de la muestra, la tecnología Raman no es capaz de analizar plásticos y cauchos de color negro. El análisis Raman requiere más conocimientos especializados que el FT-IR, ya que es posible que haya que ajustar determinados parámetros de medición en función de las propiedades de la muestra individual.

Por lo demás, la preparación de las muestras Raman es bastante similar a la del análisis infrarrojo. El agua potable debe filtrarse a través un material filtrante adecuado (p. ej., policarbonato recubierto de oro), y los materiales no deseados, como la madera, la arena o las algas, deben retirarse previamente mediante separación por densidad, utilizando soluciones salinas con distintas concentraciones. Si los microplásticos están cargados con contaminantes orgánicos o biológicos (p. ej., plastificantes o algas), es posible que la muestra se deba someter a digestión enzimática o a un tratamiento con H2O2 antes de su filtración.

Medición y tratamiento de imágenes Raman de microplásticos

Por lo general, la muestra se analiza primero visualmente en busca de partículas de microplásticos individuales. Las herramientas de mejora del contraste (p. ej., la iluminación de campo oscuro) ayudan a detectar las partículas de microplásticos, aunque el método más rápido y seguro es el uso del análisis visual automático. Tras la localización, las partículas se miden y analizan automáticamente. La identidad de las partículas detectadas se determina fácilmente mediante el uso de bibliotecas de referencia de espectros Raman para todos los polímeros habituales.

No obstante, existe el riesgo de pasar por alto los microplásticos incoloros con bajo contraste. Si se desea eliminar el error humano, el tratamiento automatizado de imágenes Raman es clave para el éxito. En lugar de analizar partículas individuales en un filtro, se puede escanear el filtro completo con una rejilla de medición muy ajustada. Esto incrementa el tiempo necesario para el análisis, pero permite que la identificación se base exclusivamente en el contraste químico. Gracias a ello, los microplásticos se cuantificarán de manera fiable y se reducirá enormemente la probabilidad del error humano.

Cuál es el mejor enfoque para el análisis Raman de partículas de microplásticos

Una vez más, es difícil encontrar una respuesta concluyente para esta pregunta. El mapeo y el tratamiento de imágenes son enfoques adecuados para el análisis detallado de las MPP, y cada uno ofrece ventajas particulares. Si el tiempo apremia, el mapeo es el enfoque más indicado.

Como expertos en (micro)espectroscopía vibratoria con una dilatada experiencia en el análisis de MPP, le ayudaremos a encontrar la solución idónea para el análisis de microplásticos. No dude en ponerse en contacto con nosotros si necesita más información.

SENTERRA II ocular open workplace model 4

Más información sobre microplásticos

AN M144
PN M181
PN M184

Referencias de análisis de microplásticos

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