Primääristen mikromuovien karakterisointi yhdyskuntajätevedestä

Abstract

Mikromuovit ovat kooltaan alle 5 mm:n kokoisia muovipartikkeleita kaikissa dimensioissaan. Mikromuoveja päätyy yhdyskuntajäteveteen primäärisinä ja sekundäärisinä partikkeleina muun muassa kosmetiikkatuotteista ja hankaavista puhdistusaineista tai suurempien muovijätteiden hajotessa pienemmiksi partikkeleiksi. Yleisimpiä muovityyppejä ovat polyeteeni, polypropeeni, polystyreeni, poly(vinyylikloridi), polyamidi ja poly(eteenitereftaaatti). Primäärisissä mikromuoveissa, varsinkin kosmetiikkatuotteissa, käytetään eniten polyeteeniä.

Jätevedenpuhdistamoilla saadaan yhdyskuntajätevedestä poistettua jopa 99 % muovista, mutta mikromuovien pieni koko mahdollistaa niiden pääsyn ympäristöön. Muovin määrä nykyyhteiskunnassa on suuri, minkä takia pyritään löytämään entistä parempia menetelmiä muovipartikkelien analysoimiseksi ja sitä kautta niiden poistamiseksi yhdyskuntajätevedestä. Ympäristöön päässeet mikromuovit hajoavat yhä pienemmiksi ja siten haitallisemmiksi partikkeleiksi eliöille.

Tässä kandidaatintyössä perehdyttiin primäärisiin mikromuoveihin ja korkean erotuskyvyn nestekromatografiaan niiden karakterisointimenetelmänä. Työn tarkoituksena oli selvittää miten HPLC soveltuu primääristen mikromuovien karakterisointii ja minkälaisia kolonneja ja detektoreja karakterisoinnissa käytetään. Työ on kirjallisuuskatsaus.

Mikromuovien karakterisoinnissa on käytössä useita menetelmiä, joista korkean erotuskyvyn nestekromatografia (HPLC) (High performance liquid chromatography) on vielä laajoissa tutkimuksissa vähemmän käytetty. Analysointimenetelmien avulla voidaan tunnistaa muovipartikkeleita, jotka pääsevät jätevedenpuhdistamoilta luontoon ja sitä kautta tehostaa yhdyskuntajäteveden puhdistusta näiden partikkelien osalta. Karakterisoinnissa haasteita tuo mikromuovien pieni koko ja siitä aiheutuva kontaminaatiovaara. Karakterisointimenetelmän valintaan vaikuttavat tutkittavien partikkelien koko sekä muut ominaisuudet.

HPLC perustuu kromatografian tavoin siihen, että tutkittava seos joutuu vuorovaikutukseen kahden eri faasin kanssa. HPLC-laitteistossa on mukana pumppu, jonka avulla systeemiin saadaan luotua paine. Tutkittavan näytteen mukaan laitteistoon valitaan sopivat kolonnit ja detektorit. Yleisimmin HPLC:ssä käytettyjä detektoreja ovat massaspektrometri, UV-Visdetektori, fluoresenssidetektori ja infrapunadetektori. Kolonneista käytetään käänteisfaasikolonnia, normaalifaasikolonnia ja kokoekskluusiokolonnia.

Tutkimusaineiston perusteella todettiin, että korkean erotuskyvyn nestekromatografialla on useita hyviä ominaisuuksia primääristen mikromuovien ja niitä muodostavien polymeerien analysointiin. Menetelmän ongelmaksi muodostui, että HPLC:llä voidaan tunnistaa yhdisteitä vain, jos ne sisältävät funktionaalisia ryhmiä. Polyolefiinien tunnistaminen vaatii, että lämpötila nostetaan analysoitaessa polyolefiinin sulamispistettä korkeammaksi, jolloin laitteistoksi tarvitaan korkean lämpötilan kokoekskluusiokromatografi (HT-SEC) (High-temperature size exclusion chromatography). Ongelmakohtien vuoksi laajempi käyttöönotto ei vielä ole osoittautunut kannattavaksi, koska muut käytetyt menetelmät ovat osoittautuneet nopeammiksi tai halvemmiksi varsinkin esikäsittelyn osalta.