Hoe bewaak je jarenlang nauwkeurig de hoeveelheid microplastics in een rivier? Om een realistisch beeld te krijgen is een betrouwbare bemonstering- en analysemethode nodig. Ivo Freriks en Christa van Oversteeg combineren een tijd-geïntegreerde bemonsteringsopstelling met pyrolyse en GC-MS om er achter te komen hoeveel microplastics Nederland via de grote rivieren in komen en weer uit gaan.

shutterstock_249426157

Beeld: Ivonne Wierink (Shutterstock)

Rijkswaterstaat (RWS) bewaakt de kwaliteit van het oppervlaktewater van de grote rivieren, het IJsselmeer, de Waddenzee en de Noordzee. Toekomstig onderdeel van die kwaliteit is mogelijk de hoeveelheid microplastics in het water. Al het plastic dat sinds 1960 in de natuur terecht is gekomen breekt af en komt in het oppervlaktewater terecht en de resulterende micro- en nanoplastics zouden schadelijk kunnen zijn voor het ecosysteem. Daarom heeft het ontwikkelen, harmoniseren en standaardiseren van bemonsterings- en analysemethoden hoge prioriteit voor RWS.

Helaas is zowel het bemonsteren als het meten van de hoeveelheid microplastic in een rivier niet zo simpel. Ivo Freriks, projectleider microplastics bij RWS, werkt samen met collega Christa van Oversteeg, onderzoeker, aan een methode om de microdeeltjes in oppervlaktewater te monitoren. Dat begint met bemonstering, gevolgd door analyse van het verkregen zwevend sediment.

Afbeelding1

Opstelling voor gelijktijdige bemonstering: in de korf bevinden zich twee pompen, waarvan de hoogtes onafhankelijk van elkaar ingesteld worden. Gelijktijdig op dezelfde hoogte bemonsteren maakt het mogelijk om de herhaalbaarheid van de bemonstering vast te stellen. Gelijktijdig bemonsteren op verschillende dieptes geeft informatie over de verticale distributie van microplastics in de rivier.

‘We kunnen probleemloos een kwart miljoen liter water door de kist heen laten stromen, zodat we een representatief monster over een maand kunnen nemen.’

Hun uitgangspunt is een bemonsteringsmethode uit Duitsland, die gebruik maakt van een kist waar wekenlang water doorheen stroomt en dat een deel van het zwevend sediment uit de rivier opvangt. Freriks legt uit: ‘We kunnen probleemloos een kwart miljoen liter water door de kist heen laten stromen, zodat we van een maand een gemiddeld, representatief monster kunnen nemen.’ Een alternatieve bemonsteringsmethode, met zeven, bleek minder robuust en minder nauwkeurig. De zeven raakten soms al binnen vijftien minuten verstopt en dat leverde geen bruikbare monsters op.

Thermische extractie-desorptie

Vervolgens moet je voorafgaand aan de analyse – in dit geval gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS) – het plastic zien te scheiden van organisch materiaal en zandkorrels. Het risico van een clean-up of een sedimentatiescheiding voorafgaand aan de analyse is dat je tijdens deze stappen materiaal verliest. Daarom kozen Freriks en Van Oversteeg in navolging van collega’s uit Duitsland voor een specifieke pyrolysemethode, thermische extractie-desorptie (TED), waarna ze de hoeveelheid plastics direct kunnen meten. Freriks: ‘We vriesdrogen en vermalen het monster, zodat we het verkregen poeder op ieder moment kunnen analyseren. Dan verwarmen we het tot 600°C in de afwezigheid van zuurstof. Onder de 300°C ontleden de organische stoffen, daarboven de plastics. We scheiden de plastic pyrolyseproducten van andere stoffen, door alleen de fractie vanaf 290°C op te vangen.’

‘Doordat we geen clean-up of scheidingsstappen uitvoeren voorafgaand aan de analyse verliezen we geen microplastics.’

Zowel de bemonstering als de analysemethode waren voor RWS volledig nieuw. De organisatie startte in januari 2021 met meten. Na zes maanden bereikten de onderzoekers een voorlopige herhaalbaarheid (spreiding van analyses die kort na elkaar zijn uitgevoerd) van 15%, een reproduceerbaarheid (spreiding van analyseresultaten met een tussenliggende termijn van maanden of jaren) onder de 30% en een recovery van 100%. Freriks: ‘Die hoge recovery komt doordat we geen clean-up of scheidingsstappen uitvoeren voorafgaand aan de analyse. We hopen nog verbeteringen te realiseren, maar deze prestatiekenmerken zijn al bruikbaar voor een lange-termijnproject zoals monitoring.’

Er staan nog een aantal praktische vragen open, waarop Rijkswaterstaat met kortlopende ‘guerrilla-onderzoeken’ een antwoord hoopt te vinden. ‘We moeten ook laten zien dat de prestatiekenmerken over de periode van een jaar en met variatie in locaties gehandhaafd blijven en dat de gekozen methodes robuust zijn. Wat gebeurt er bijvoorbeeld als het gaat vriezen? Hoe lang blijft onze opstelling goed werken? Pas als we de bemonstering en analysemethode hebben gevalideerd, kunnen we de hoeveelheid microplastics die ons land via de rivieren binnenkomt en weer verlaat nauwgezet in de gaten houden.’

TED-GCMS RWS Lelystad

TED-GCMS RWS Lelystad

Beeld: Rijkswaterstaat