کشف نشت نامرئی مواد شیمیایی از میکروپلاستیکها در آب تحت نور خورشید
برای دههها، تمرکز اصلی تحقیقات بر میکروپلاستیکها روی تأثیرات فیزیکی آنها بود: چگونه توسط جانداران بلعیده میشوند و در اندامها تجمع مییابند. با این حال، یک سوال بزرگ و نسبتاً نادیده گرفتهشده این بود: «آیا خود ذرات پلاستیک، در حین شناور بودن در آب، مانند یک "بسته شیمیایی با رهش آهسته" عمل میکنند و ترکیبات نامرئی را به اکوسیستم نشت میدهند؟»
به گزارش اقتصاد سرآمد به نقل از روابط عمومی پژوهشگاه اقیانوس شناسی، فرضیه محققان این بود که نور خورشید، به عنوان یک نیروی فرساینده قدرتمند در طبیعت، میتواند این فرآیند نشت را تسریع و ترکیب شیمیایی آن را تغییر دهد. هدف آنان نه مشاهده ذرات، بلکه دیدن نامرئیها بود.
چگونه تحقیق انجام شد؟ این تحقیق یک مطالعه آزمایشگاهی کنترلشده و دقیق بود که مراحل زیر را دنبال کرد:
الف) انتخاب مدلهای مطالعاتی: چهار نوع پلاستیک پرکاربرد در محیطزیست انتخاب شدند: - پلیاتیلن (PE): نماد پلاستیکهای یکبارمصرف بستهبندی. - پلیاتیلن ترفتالات (PET): مصرف غالب در صنعت بطری. - پلیلاکتیک اسید (PLA): نماینده پلاستیکهای زیستتخریبپذیر جدید. - پلیبوتیلن آدیپات کو-ترفتالات (PBAT): پلاستیک زیستتخریبپذیر دیگر
. ب) شبیهسازی شرایط محیطی: ذرات ریز هر پلاستیک در آب قرار داده شدند و تحت دو شرایط قرار گرفتند: - شرایط تاریکی: به عنوان گروه شاهد یا کنترل، برای اندازهگیری نشت پایه. - شرایط تابش نور ماوراءبنفش (UV): برای شبیهسازی دقیق اثر نور خورشید در طبیعت. دوره آزمایش تا ۹۶ ساعت (۴ روز) ادامه یافت.
ج) اندازهگیری و آنالیز با تکنیکهای پیشرفته: پس از دوره مواجهه، آب اطراف ذرات (حالا احتمالا حاوی مواد آلی حلشده مشتقشده از میکروپلاستیکها) با استفاده از ترکیبی قدرتمند از تکنیکها آنالیز شد:
۱. طیفسنجی جرمی با وضوح بالا (HRMS): - کاربرد: مانند یک "شناسنامه مولکولی فوقحساس". - دستاورد: شناسایی دقیق هزاران ترکیب. این دستگاه موفق به شناسایی سه دسته اصلی ترکیبات شد: - افزودنیهای صنعتی: مانند فتالاتها (نرمکنندهها) که پیوند ضعیفی با ساختار پلیمر دارند. - الیگومرها و مونومرها: قطعات کوچک و ناقص از زنجیره پلیمری اصلی. - محصولات اکسیداسیون نوری: مولکولهای جدیدی که در اثر تابش UV و واکنش با اکسیژن تشکیل شده بودند
. ۲. طیفسنجی فلورسانس سهبعدی (EEM): - کاربرد: بررسی ویژگیهای عملکردی مواد آلی. - دستاورد کلیدی: مشخص شد که الگوی فلورسانس مواد آلی حلشده مشتقشده از میکروپلاستیکها بیشترین شباهت را به مواد آلی تولیدشده توسط میکروبها (زیستتوده میکروبی) دارد و کمترین شباهت را به مواد آلی طبیعی مشتقشده از گیاهان (هومیک و فولویک) که عمدتاً در رودخانهها یافت میشود، نشان میدهد. این یعنی پلاستیک در حال تقلید یک منبع کاملاً متفاوت از کربن آلی در آب است.
۳. طیفسنجی مادونقرمز (FTIR): - کاربرد: شناسایی گروههای عاملی شیمیایی. - دستاورد: تأیید کرد که با افزایش تابش نور، شدت پیوندهای مربوط به گروههای حاوی اکسیژن (مثل C=O در کربوکسیلیک اسیدها و کتونها) افزایش مییابد. این شاهدی مستقیم بر اکسیداسیون نوری پلاستیکها بود.
۴. مدلسازی سینتیک (بررسی سرعت): - با استفاده از دادههای کمی، مدل ریاضی حاکم بر سرعت نشت ساخته شد. - نتیجه: نشت از سینتیک درجه صفر پیروی میکند. یعنی سرعت آن بیشتر به خواص سطح پلاستیک و شدت نور وابسته است تا به غلظت مواد در آب. همچنین مشخص شد که در شرایط نوری، عامل محدودکننده سرعت، انتشار (دیفیوژن) مواد از لایه نازک مجاور سطح پلیمر به حجم آب است. چه نتایج کلیدی به دست آمد؟ - نور خورشید یک شتابدهنده قوی است: در تمام پلاستیکها، تابش UV میزان نشت مواد آلی حلشده مشتقشده از میکروپلاستیکها (اندازهگیری شده به صورت کربن آلی محلول) را به طور چشمگیری (چندین برابر) افزایش داد. - هر پلاستیک یک امضای شیمیایی منحصربهفرد دارد: PET و PBAT (به دلیل داشتن حلقههای آروماتیک) ترکیبات پیچیدهتر و بیشتری نسبت به PE آزاد کردند. - پلاستیکهای "تجزیهپذیر" نشتکنندههای قویتری هستند: PLA و PBAT، با وجود برچسب سبز، به دلیل ساختار شیمیایی که برای تجزیهپذیری طراحی شده، تحت نور خورشید مواد آلی حلشده بیشتری تولید کردند. - ترکیب نشتیافته پویا و در حال تغییر است: با گذشت زمان، ترکیبات از مولکولهای سادهتر به سمت مولکولهای اکسیدشده و پیچیدهتر سوق مییابند. - این مواد با مواد طبیعی تفاوت اساسی دارند: مواد آلی حلشده مشتقشده از میکروپلاستیکها از نظر شیمیایی بیشتر شبیه به زبالههای میکروبی است تا مواد گیاهی. این میتواند برای میکروبهای آب یک منبع کربن غیرعادی و احتمالاً سمی محسوب شود.