Natürlich oder künstlich? ForscherInnen bestimmen erstmals eindeutig Herkunft von Nanopartikeln

16.02.2017

Neben natürlich vorkommenden Kleinstpartikeln (Kolloide oder natürliche Nanopartikel) finden sich auch immer mehr synthetische Nanopartikel in der Umwelt, wie sie z.B. in Sonnencremes, als Schleifmittel oder als Pestizide zur Anwendung kommen. Bisher war es nicht möglich, eindeutige Aussagen über die Herkunft der Teilchen zu tätigen. Wiener UmweltgeowissenschafterInnen haben in Zusammenarbeit mit Schweizer KollegInnen nun ein neuartiges Verfahren vorgestellt, welches eine Unterscheidung von natürlichen und künstlichen Nanopartikeln ermöglicht.

Damit gelang auch weltweit erstmals der eindeutige Nachweis von künstlichem und natürlichem Cerdioxid in Bodenproben, wobei die Konzentrationen der technischen Partikel mehrere Größenordnungen unterhalb ihrer natürlichen Pendants liegen können. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Environmental Science: Nano in dieser Woche vorgestellt.

Bisher fehlten analytische Möglichkeiten

Die Umweltgeowissenschafter Thilo Hofmann und Frank von der Kammer von der Universität Wien untersuchen seit langem natürliche Nanopartikel und ihre Rolle in der Umwelt. Seit einigen Jahren konzentrieren sich nun ihre Arbeiten auf künstlich hergestellte Nanopartikel (1 Nanometer = ein milliardstel Meter). Für die eindeutige Unterscheidung von künstlichen Nanopartikel, die in die Umwelt eingetragen werden, und natürlichen Nanopartikeln fehlten bisher die analytischen Möglichkeiten.

Die Wiener Gruppe hat in Zusammenarbeit mit ForscherInnen der ETH Zürich ein spezielles Verfahren entwickelt, die sogenannte Einzelpartikel-Mehrelementanalytik, um diese Unterscheidung vornehmen zu können. Zur Anwendung kam dabei auch ein innovatives Massenspektrometer (ICP-TOFMS). Über das Verfahren können die ForscherInnen bei Einzelpartikeln im Nanomaßstab mehrere Elemente simultan messen und damit ihre genaue Zusammensetzung bestimmen.

Am Beispiel von Cerdioxid nachgewiesen

Dass die Methode funktioniert, wurde am Beispiel von Cerdioxid-Nanopartikeln demonstriert – einem potenziellen Zusatzstoff von Kraftstoffen und Schleifmittel bei der Halbleiterproduktion. Das Metall Cer tritt in natürlichen Proben praktisch immer zusammen mit Lanthan auf. Technische Partikel sind hingegen hochgradig rein. Mit Hilfe des neuen Verfahrens lassen sich die chemische Zusammensetzung der Partikel sehr effizient erheben.

Man hat bereits begonnen, die Ergebnisse in eine Wissensdatenbank einfließen zu lassen. Diese soll nun kontinuierlich weiter entwickelt werden und später als Referenz dienen, den Ursprung von Nanopartikeln in unserer Umwelt zu klären.

Neues Gerät zur Einzelpartikel-Mehrelementanalytik

Ein entsprechendes Gerät zur Einzelpartikel-Mehrelementanalytik wird 2017 auch an der Uni Wien zur Verfügung stehen – es handelt sich um eine gemeinsame Anschaffung der Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie und der Fakultät für Chemie der Universität Wien (Investitionssumme 500.000 EUR).

Der Artikel ist unter dem Titel Single-particle multi-element fingerprinting (spMEF) using inductively-coupled plasma time-of-flight mass spectrometry (ICP-TOFMS) to identify engineered nanoparticles against the elevated natural background in soils ist in der Fachzeitschrift Environmental Science: Nano erschienen: DOI 10.1039/c6en00455e (bis 16.3.2017 frei zugänglich)

Bodensediment und Hacke
Es finden sich immer mehr synthetische Nanopartikel in der Umwelt. (Copyright: CC0 Creative Commons, pixabay.com)