$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Topraktaki MP kontaminasyonunu ölçme yöntemleri, küresel topraklardaki plastik kontaminasyonununkapsamını 1, plastik kontaminasyon kaynaklarını2 ve potansiyel çözümleri3 anlamak için gereklidir. Tarım toprakları benzersiz bir şekilde plastik kirliliğine maruz kalmaktadır: 2021 itibariyle tarımda her yıl 15 milyon metrik tondan fazla plastik kullanılmaktadır4, 2,5 milyon ton plastik malç da dahil olmak üzere5. Plastik malç toprakla yakın temas halinde kullanılır, yılda bir veya daha fazla keztekrar uygulanır 6 ve kullanım ömürlerinden sonra topraktan tamamen çıkarılması zor olabilir7. MP ölçüm yöntemlerine ihtiyaç duyulan önemli bir alan, bitkisel sistemlerde kullanım için biyolojik olarak parçalanabilen plastik malçlar gibi biyolojik olarak parçalanabilen plastik ürünlerin değerlendirilmesidir8.
Toprakta biyolojik olarak parçalanabilen plastik ürünler, geleneksel tarım plastiklerine umut verici alternatiflerdir, çünkü amaçlandığı gibi çalışırlarsa plastik malçlama yoluyla toprağın plastik kirlenmesini ortadan kaldırabilirler. 2022'de küresel olarak 1 milyon metrik tondan az biyolojik olarak parçalanabilen plastik üretildi ve endüstri için hızlı bir büyüme bekleniyor9. Biyolojik olarak parçalanabilen en yaygın dört polimer, polilaktik asit (PLA), polimerize nişasta, polihidroksialkanoatlar (PHA) ve polibütilen adipat tereftalat (PBAT), tarımsal biyolojik olarak parçalanabilen plastik malçlarda ticari veya deneysel olarak kullanılmaktadır10. Vaatlerine rağmen, bu biyolojik olarak parçalanabilen plastik ürünlerin saha koşullarında bozunması değişkendir11. Sahada biyolojik olarak parçalanabilen plastik malç bozunması ile ilgili bazı çalışmalar makroplastik parçalara11 odaklanmış olsa da, plastik malzemelerin tamamen bozunmasının değerlendirilmesi, MP'leri ve NP'leri topraktan geri kazanma yeteneğini gerektirir. Topraktan mikroplastik miktarının belirlenmesi, MP kirliliğinden kaynaklanan toprak ekosistemleri üzerindeki olumsuz etki potansiyelini değerlendirmek için de önemlidir12.
MP tanımlama ve niceleme için yaygın olarak kullanılan bazı teknikler arasında görsel analiz, mikro-Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (μFTIR), mikro-Raman spektroskopisi (μRaman), gaz kromatografisi-kütle spektroskopisi (piroliz GCMS ve termal ekstraksiyon desorpsiyon GCMS dahil GCMS) ve termogravimetrik analiz13. Diğer geliştirme teknikleri arasında topraklarda14 yerinde MP ölçümü için yakın kızılötesi spektroskopisi, GCMS analizi15 için yağ asidi metil esterifikasyon ekstraksiyonu ve nükleer manyetik rezonans spektroskopisi16 yer alır. Topraktaki MP'leri ölçen çalışmaların% 90'ı plastik parçacıkları tanımlamak için görsel analiz (tek başına veya diğer tekniklerle eşleştirilmiş) kullanırken,% 77'si FTIR, Raman veya GCMS spektroskopi tekniklerini kullandı17. Çok çeşitli MP niceleme tekniklerinin geliştirilmesi ve uyumlaştırılması, bilim camiasının çeşitli mikroplastik araştırma sorularını yanıtlama yeteneğini genişletmeye yardımcı olabilir18. Mikroplastiklerin miktarını belirlemek için toprak numuneleri hazırlamak için üç genel yaklaşım mevcuttur: 1) değişmemiş tek tek mikroplastik parçacıkların topraktan ayrılması (örn. yoğunluk ayrımı ile), 2) dönüştürülmüş plastik veya polimer malzemenin ekstrakte edilmesi (örn. çözünme yoluyla) veya 3) dökme toprağın analiz edilmesi. Hem μFTIR hem de μRaman spektroskopisi, kimyasal olarak tanımlanmadan önce bireysel MP'lerin topraktan ayrılmasını gerektirir19 oysa piro-GCMS, topraktan veya dökme topraktan ayrılan izole plastik parçacıklarüzerinde gerçekleştirilebilir 20. Biyolojik olarak parçalanabilen MP'leri topraktan ayırmak zor olabilir, çünkü toprak organik maddesini uzaklaştırmak için kullanılan bazı çürütmeler, PBAT21 dahil olmak üzere biyolojik olarak parçalanabilen polimerleri bozabilir veya başka bir şekilde kimyasal olarak değiştirebilir. Mikro-Raman ve μFTIR spektroskopisinin her ikisinin de bir uzamsal çözünürlük sınırı vardır: parçacıklar μFTIR için 10-20 μm'den ve μRaman için 1 μm'den büyük olmalıdır (eğer bu kadar küçük tek parçacıklar analiz için hazırlanabilirse)19,22. Bu teknikler, MP polimerlerinin kimyasal olarak tanımlanmasını sağlayabilir ve MP boyutu22'yi ölçmek için spektroskopik görüntüleme kullanılabilir. Tüm piro-GCMS türleri, numunelerin analiz sırasında imha edilmesi bakımından sınırlıdır.
NMR, toprak bileşenlerini ve kirleticileri23 karakterize etmek, MP'leri 16,24,25,26 ölçmek ve PBAT ve başka bir polimer olan polistiren 27,28'in bozunmasını değerlendirmek için başarıyla kullanılmıştır. Kantitatif parametreler altında çalıştırıldığında, 1H-NMR spektroskopisi, her bir spektral tepe noktasının alanının numunedeki katkıda bulunan hidrojen sayısıyla doğru orantılı olduğu spektrumlar üretir; Bu, bir numunedeki bileşen bileşenlerin miktar tayinine izinverir 29. NMR, aynı anda miktar tayini ve tanımlamasına izin verdiği, karmaşık ve saf olmayan karışımlar için uygun olduğu ve kimyasal olarak aynı referans standartları30,31 gerektirmediği için toprak içinde PBAT da dahil olmak üzere bazı MP'lerin miktarını belirlemek için değerli bir analitik tekniktir. Bir çözücü ekstraktının NMR spektroskopisi, μFTIR, μRaman veya GCMS miktar tayini için işlenebilenlerden daha küçük MP'leri veya NP'leri ölçebilir. Bu avantajlara rağmen, kantitatif NMR yaklaşımları hala yıkıcı kütle spektroskopisi tabanlı yaklaşımlardan daha düşük duyarlılıklar sağlamaktadır32.
Şekil 1'de şematize edilen önerilen yöntem, nano boyutlu PBAT plastikleri de dahil olmak üzere PBAT içeren toprak örneklerini işlemek ve analiz etmek için bir iş akışını açıklamaktadır. Yöntemde, PBAT polimeri, toprağın kloroform ve metanol karışımı ile çalkalanmasıyla toprak örneklerinden ekstrakte edilir. PBAT içeren çözücü ekstraktları kurutulur ve daha sonra ilave bir iç kalibrant ile döteryumlu kloroform içinde yeniden çözülür. NMR spektroskopisi, kantitatif parametreler kullanılarak ekstraktlar üzerinde gerçekleştirilir. Elde edilen spektrumlar, PBAT'ın hidrojen atomlarına ve kalibrant moleküllerine karşılık gelen takılan tepe noktalarının alanını karşılaştırarak PBAT'ı ölçmek için analiz edilir. Bu yöntem, Nelson ve ark.33 tarafından gösterilen çözücü ekstraksiyonu ve proton nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (1H-NMR) yaklaşımını uygular. Amaç, çevresel ölçekli numuneleri (~ 100 g toprak) işlemek için uygun bir yöntem kullanmak ve özel ekstraksiyon ekipmanı olmadan bir dizi numuneyi paralel olarak işlemekti.