Study of the use of laser ablation coupled with SP-ICP-MS for the analysis of microplastics

Abstract

Plastics and microplastics are one of the most important emergent contaminants in our society. They are present in aquatic ecosystems and are ingested by marine organisms, consequently, entering into the human food chain. These microplastics are known to be very harmful for human health and the environment, hence it is crucial to have fast methods of screening to understand their origin, impact and interaction with our surroundings. The study of the analysis of MPs using LA-SP-ICP-MS is essential to quickly provide information on the size and number of microplastics in a sample. This technique does not need a nebulizer which allows the elimination of MP size limitations. Moreover, MPs can be analysed directly on solid substrates e.g. collected in a filter, without other pretreatment. In this project, several instrumental parameters were evaluated to improve the analysis of microplastics using LA-SP-ICP-MS. For the LA system, spot size and laser energy showed a great influence on the ablation efficiency, meanwhile scan speed and repetition rate did not show impact. For the SP-ICP-MS system, dwell time and carrier gas flow rate were crucial for minimizing the background signal, important for the detection of smaller MPs. Polyethylene powder and latex polystyrene spheres of certified sizes were used in the experiments. No significant difference was observed when evaluating suspensions in water or methanol. Moreover, fiberglass filters as substrate showed an improvement in retention of MPs compared to microscope slides. Finally, the precision and the limit of detection of the method were also determined.Os plásticos e os microplásticos están entre os contaminantes emerxentes máis importantes da nosa sociedade. Están presentes nos ecosistemas acuáticos e son inxeridos polos organismos mariños, entrando así na cadea alimentaria humana. Estes microplásticos son moi prexudiciais para a saúde e o medio ambiente, polo que é importante contar con métodos rápidos de cribado para comprender a súa orixe, impacto e interacción co noso contorno. O estudo da análise de microplásticos mediante LA-SP-ICP-MS é esencial para obter información rápida sobre o tamaño e a cantidade de microplásticos nunha mostra. Esta técnica non require un nebulizador, o que elimina as limitacións de tamaño dos microplásticos. Ademais, os microplásticos pódense analizar directamente en substratos sólidos, por exemplo, en filtros, sen ningún pretratamento. Neste proxecto, avaliáronse varios parámetros instrumentais para mellorar a análise de microplásticos mediante LA-SP-ICP-MS. En LA, o tamaño e a enerxía do láser mostraron unha influencia significativa na eficiencia da ablación, mentres que a velocidade de escaneo e a taxa de repetición non mostraron ningún impacto. En SP-ICP-MS, o tempo de residencia e o caudal do gas portador foron cruciais para minimizar o sinal do fondo, que é importante para a detección de microplásticos máis pequenos. Empregáronse po de polietileno e esferas de látex de poliestireno de tamaños certificados. Non se observaron diferenzas significativas ao avaliar as suspensións en auga ou metanol. Os filtros de fibra de vidro como substrato mostraron unha mellor retención de MPs comparado cos portaobxectos. Finalmente, determináronse a precisión e o límite de detección do método.