Summary
इस अध्ययन में माइक्रोप्लास्टिक संग्रह और प्लास्टिक उत्पादों के दैनिक उपयोग से पता लगाने के लिए एक विश्वसनीय और लागत प्रभावी प्रोटोकॉल विस्तृत है।
Abstract
माइक्रोप्लास्टिक (सांसद) मानव स्वास्थ्य के लिए संभावित जोखिम के कारण वैश्विक चिंता का विषय बनता जा रहा है । प्लास्टिक उत्पादों (यानी, प्लास्टिक एकल उपयोग कप और केतली) के केस अध्ययन से संकेत मिलता है कि दैनिक उपयोग के दौरान एमपी रिलीज बहुत अधिक हो सकता है। ठीक एमपी रिलीज स्तर का निर्धारण करने के लिए पहचान और जोखिम स्रोत की मात्रा और आकलन/इस जोखिम से उपजी इसी जोखिम को नियंत्रित करने के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है । हालांकि समुद्री या मीठे पानी में सांसद के स्तर को मापने के लिए प्रोटोकॉल अच्छी तरह से विकसित किया गया है, घरेलू प्लास्टिक उत्पादों द्वारा अनुभवी शर्तों व्यापक रूप से भिंन हो सकते हैं । कई प्लास्टिक उत्पादों को लगातार उच्च तापमान (100 डिग्री सेल्सियस तक) के संपर्क में रखा जाता है और दैनिक उपयोग के दौरान कमरे के तापमान पर वापस ठंडा किया जाता है। इसलिए एक नमूना प्रोटोकॉल विकसित करना महत्वपूर्ण है जो प्रत्येक विशेष उत्पाद के लिए वास्तविक दैनिक उपयोग परिदृश्य की नकल करता है। यह अध्ययन व्यापक रूप से इस्तेमाल किया पॉलीप्रोपाइलीन आधारित बच्चे को खिलाने की बोतलों पर ध्यान केंद्रित करने के लिए कई प्लास्टिक उत्पादों के सांसद रिलीज अध्ययन के लिए एक लागत प्रभावी प्रोटोकॉल विकसित करने के लिए । यहां विकसित प्रोटोकॉल सक्षम बनाता है: 1) नमूना और पता लगाने के दौरान संभावित संदूषण की रोकथाम; 2) दैनिक उपयोग परिदृश्यों का यथार्थवादी कार्यान्वयन और डब्ल्यूएचओ के दिशा-निर्देशों के आधार पर बेबी फीडिंग बोतलों से जारी सांसदों का सटीक संग्रह; और 3) लागत प्रभावी रासायनिक निर्धारण और सांसदों की भौतिक स्थलाकृति मानचित्रण बच्चे को खिलाने की बोतलों से जारी किया । इस प्रोटोकॉल के आधार पर, मानक पॉलीस्टीरिन एमपी (2 माइक्रोन का व्यास) का उपयोग करके वसूली प्रतिशत 92.4-101.2% था जबकि पता लगाया गया आकार डिजाइन किए गए आकार का लगभग 102.2% था। यहां विस्तृत प्रोटोकॉल एमपी नमूना तैयार करने और पता लगाने के लिए एक विश्वसनीय और लागत प्रभावी तरीका प्रदान करता है, जो प्लास्टिक उत्पादों से एमपी रिलीज के भविष्य के अध्ययनों को काफी हद तक लाभ पहुंचा सकता है।
Introduction
अधिकांश प्रकार के प्लास्टिक गैर - बायोडिग्रेडेबल होते हैं लेकिन रासायनिक और भौतिक प्रक्रियाओं जैसे ऑक्सीकरण और यांत्रिक घर्षण 1,2के कारण छोटे टुकड़ों में टूटसकतेहैं। 5 मिमी से छोटे प्लास्टिक के टुकड़ों को माइक्रोप्लास्टिक (सांसद) के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। सांसद सर्वव्यापी हैं और दुनिया के लगभग हर कोने में पाए जाते हैं । मनुष्यों औरवन्यजीवोंके लिए संभावित जोखिम के कारण वे वैश्विक चिंता का विषय बन गएहैं. आज तक, सांसदों के महत्वपूर्ण संचय मछली,पक्षियों, कीड़े5,6 के साथ-साथ स्तनधारियों (माउस, आंत में, गुर्दे और यकृत7,8)में पाए गए हैं। अध्ययनों में पाया गया कि सांसदों के संपर्क और संचय से चूहों के लिपिड मेटाबॉलिज्म को नुकसान पहुंच सकता है7,8. मछली पर ध्यान केंद्रित करने वाले एक जोखिम आकलन में पाया गया कि उप-माइक्रोन सांसद रक्त-से-मस्तिष्क बाधा में प्रवेश कर सकते हैं और मस्तिष्क को नुकसान पहुंचा सकते हैं9। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि आज तक सभी सांसद जोखिम परिणाम पशु अध्ययन से प्राप्त किए गए हैं जबकि मानव स्वास्थ्य के लिए विशिष्ट जोखिम अभी भी अज्ञात है।
पिछले 2 वर्षों में सांसदों के लिए मानव जोखिम के स्तर की पुष्टि के साथ मानव स्वास्थ्य के लिए सांसद खतरे के बारे में चिंताओं में काफी वृद्धि हुई । सांसदों का संचय मानव कोलन10, गर्भवती महिलाओं की नाल11 और वयस्क मल12में पाया गया है । एक्सपोजर स्रोतों की पहचान करने, स्वास्थ्य जोखिम का आकलन करने और किसी भी संभावित नियंत्रण उपायों की दक्षता का मूल्यांकन करने के लिए सांसद रिलीज स्तरों का सटीक निर्धारण महत्वपूर्ण है । पिछले कुछ सालों में कुछ केस स्टडीज में बताया गया था कि रोजाना इस्तेमाल होने वाले प्लास्टिक(यानी प्लास्टिक केतली 13 और सिंगल यूज कप14)बेहद ज्यादा मात्रा में सांसद रिलीज कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, डिस्पोजेबल पेपर कप (पॉलीथीन-पीई या कोपॉलिमर फिल्मों के साथ टुकड़े टुकड़े के साथ), लगभग 250 माइक्रोन आकार के सांसदों और 102 मिलियन उप-माइक्रोन आकार के कणों को तरल के प्रत्येक मिलीलीटर में 85-90 डिग्री सेल्सियस गर्म पानी14के संपर्क में आने के बाद जारी किया गया। पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) खाद्य कंटेनरों के एक अध्ययन में बताया गया है कि एक ही उपयोग15के दौरान कंटेनर से 7.6 मिलीग्राम तक प्लास्टिक के कण छोड़े जाते हैं। यहां तक कि पॉलीथीन टेरेफ्थेलेट (पीईटी) और नायलॉन से बने टीबैग से भी उच्च स्तर दर्ज किए गए, जिसने लगभग ११,६००,०,० सांसदों और ३,१००,०,० नैनो आकार के सांसदों को पेय16के एक कप (10 एमएल) में जारी किया । यह देखते हुए कि इन दैनिक उपयोग प्लास्टिक उत्पादों खाद्य और पेय तैयार करने के लिए डिजाइन किए हैं, सांसदों की उच्च मात्रा की रिहाई की संभावना है और उनकी खपत मानव स्वास्थ्य के लिए एक संभावित खतरा है ।
घरेलू प्लास्टिक उत्पादों से एमपी रिलीज पर अध्ययन (यानी, प्लास्टिक केतली13 और एकल उपयोग कप14)शुरुआती चरण में हैं, लेकिन उम्मीद है कि इस विषय पर शोधकर्ताओं और आम जनता से ध्यान बढ़ाना प्राप्त होगा। इन अध्ययनों में आवश्यक तरीके कमरे के तापमान समुद्री या मीठे पानी के अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले तरीकों से काफी अलग हैं जहां अच्छी तरह से स्थापित प्रोटोकॉल पहले से ही मौजूद हैं17। इसके विपरीत, घरेलू प्लास्टिक उत्पादों के दैनिक उपयोग से जुड़े अध्ययनों में बहुत अधिक तापमान (100 डिग्री सेल्सियस तक) शामिल है, कई मामलों में कमरे के तापमान पर वापस साइकिल चलाना दोहराया जाता है। पिछले अध्ययनों में बताया गया था कि गर्म पानी के संपर्क में प्लास्टिक16,18के लाखों सांसदों को छोड़ सकता है । इसके अलावा, प्लास्टिक उत्पादों के दैनिक उपयोग समय के साथ प्लास्टिक के गुणों को बदल सकते हैं। इसलिए एक नमूना प्रोटोकॉल विकसित करना महत्वपूर्ण है जो सबसे आम दैनिक उपयोग परिदृश्यों की सटीक नकल करता है। सूक्ष्म आकार के कणों का पता लगाना एक और बड़ी चुनौती है। पिछले अध्ययनों में बताया गया था कि प्लास्टिक उत्पादों से निकलने वाले सांसद 20 माइक्रोन16,19,20से छोटेहोतेहैं . इस प्रकार के सांसदों का पता लगाने के लिए छोटे ताकना आकार के साथ चिकनी झिल्ली फिल्टर के उपयोग की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, फिल्टर द्वारा कैप्चर किए गए संभावित संदूषकों से सांसदों को अलग करना आवश्यक है। उच्च संवेदनशीलता रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग रासायनिक संरचना विश्लेषण के लिए किया जाता है, जिसमें उच्च लेजर शक्ति की आवश्यकता से बचने का लाभ होता है जो छोटे कणों को आसानी से नष्ट करने के लिए जाना जाता है20। इसलिए, प्रोटोकॉल को इष्टतम झिल्ली फिल्टर के उपयोग के साथ और एक लक्षण वर्णन विधि के लिए संदूषण-मुक्त हैंडलिंग प्रक्रियाओं को जोड़ना चाहिए जो तेज और सटीक एमपी पहचान की अनुमति देता है।
अध्ययन यहां पीपी आधारित बच्चे को खिलाने की बोतल (BFB), दैनिक जीवन में सबसे अधिक इस्तेमाल किया प्लास्टिक उत्पादों में से एक पर ध्यान केंद्रित की सूचना दी । यह पाया गया कि फॉर्मूला तैयार करने के दौरान प्लास्टिक बीएफबी से अधिक संख्या में सांसदों को छोड़ाजाताहै । दैनिक प्लास्टिक से एमपी रिलीज के आगे के अध्ययन के लिए, बीएफबी के लिए नमूना तैयार करने और पता लगाने की विधि यहां विस्तृत है। नमूना तैयार करने के दौरान, डब्ल्यूएचओ21 द्वारा अनुशंसित मानक फार्मूला-तैयारी प्रक्रिया (सफाई, नसबंदी और मिश्रण) का सावधानीपूर्वक पालन किया गया। डब्ल्यूएचओ के दिशा-निर्देशों के आसपास प्रोटोकॉल डिजाइन करके, हमने यह सुनिश्चित किया कि बीएफबी से सांसद की रिहाई ने माता-पिता द्वारा उपयोग की जाने वाली बेबी फॉर्मूला तैयारी प्रक्रिया की नकल की। फिल्टर प्रक्रिया को बीएफबी से जारी सांसदों को सही ढंग से इकट्ठा करने के लिए डिजाइन किया गया था । सांसदों की रासायनिक पहचान के लिए रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए काम करने की स्थिति को अनुकूलित किया गया ताकि सांसदों के स्वच्छ और आसानी से पहचाने गए स्पेक्ट्रा प्राप्त किए जा सकें, जबकि साथ ही लक्ष्य कणों को जलाने की संभावना से बचा जा सके । अंत में, परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) का उपयोग करके सांसदों के सटीक 3-आयामी स्थलाकृति मानचित्रण की अनुमति देने के लिए इष्टतम परीक्षण प्रक्रिया और लागू बल विकसित किया गया था। यहां विस्तृत प्रोटोकॉल(चित्रा 1)एमपी नमूना तैयार करने और पता लगाने के लिए एक विश्वसनीय और लागत प्रभावी तरीका प्रदान करता है, जो प्लास्टिक उत्पादों के भविष्य के अध्ययन को काफी हद तक लाभ पहुंचा सकता है।
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Protocol
1. गर्म पानी की तैयारी
- नमूनों के संपर्क में आने वाले सभी हार्डवेयर के लिए, किसी भी संभावित प्रदूषण को रोकने के लिए बोरोसिलिकेट 3.3 से बने स्वच्छ ग्लास का उपयोग करें। सभी कांच के बर्तनों को अच्छी तरह से साफ करें।
सावधानी:कांच के बर्तनों पर पहले से मौजूद खरोंच या अपूर्णता स्पॉट हीटिंग और मिलाते हुए प्रक्रिया के दौरान कणों को जारी कर सकते हैं। हमारा सुझाव है कि उपयोगकर्ता कांच के बर्तनों की जांच करें और खरोंच वाले ग्लासवेयर के उपयोग से बचें। विभिन्न चश्मे (जैसे सोडा-चूने और बोरोसिलिकेट) से बने कांच के बर्तनों की हमारी तुलना से पता चला है कि बोरोसिलिकेट 3.3 कांच के कणों की सबसे कम मात्रा को जारी करता है (रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा जांचा जा सकता है), और हम सभी परीक्षणों में बोरोसिलिकेट 3.3 ग्लासवेयर के उपयोग की सलाह देते हैं। - एक गिलास बीकर में डीआई पानी के 360 एमएल डालो। बीकर को साफ ग्लास डिस्क से ढक कर रखें। फिर इसे एक नए माइक्रोवेव ओवन में ले जाएं और पूर्ण ओवन पावर पर 2.5 मिनट के लिए गर्मी करें। असमान हीटिंग के कारण किसी भी संभावित तापमान ढाल को हटाने के लिए धीरे-धीरे मिलाने के बाद, बीकर के अंदर पानी का तापमान 70 डिग्री सेल्सियस है और नमूना तैयार करने के लिए तैयार है।
- कांच के बर्तनों में डीआई पानी के 1 एल डालने और माइक्रोवेव ओवन में 14 मिनट तक गर्म करके बीएफबी नसबंदी के लिए 95 डिग्री सेल्सियस पानी तैयार करें।
सावधानी-गर्म पानी तैयार करने के लिए कभी भी प्लास्टिक केतली का इस्तेमाल न करें। प्लास्टिक की केतली ही उबलते प्रक्रिया के दौरान लाखों सांसदों को गर्म पानी में छोड़ती है13.
2. फॉर्मूला तैयार करने के दौरान सांसद का विमोचन
नोट: डब्ल्यूएचओ21द्वारा अनुशंसित मानक फार्मूला-तैयारी प्रक्रिया (सफाई, नसबंदी और मिश्रण) का सावधानीपूर्वक पालन करते हुए, फॉर्मूला तैयारी के दौरान बीएफबी से जारी सांसदों को निम्नलिखित 3 चरणों में नकल की जाती है।
- फार्मेसी स्टोर से ब्रांड-नए बीएफबी उत्पादों को इकट्ठा करें और उत्पाद को अपनी पैकेजिंग से हटाने के बाद उन्हें अच्छी तरह से साफ करें। डिटर्जेंट पानी का उपयोग करके प्रत्येक बीएफबी को धोएं (कमरे के तापमान-RT पर 3 बार दोहराएं) और आसुत पानी (दोहराया गया 3 बार, आरटी)। अंत में, आरटी में डीआई पानी का उपयोग करके बीएफबी को 3 बार कुल्ला।
सावधानी-सोनीशन का उपयोग करके बीएफबी को साफ न करें। हालांकि सोनीशन का व्यापक रूप से मिश्रण और सफाई के लिए प्रयोगशालाओं में उपयोग किया जाता है, बीएफबी का सोनीशन बोतल की सतह को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचा सकता है और 1 मिनट के भीतर पीपी उत्पादों से एमपी रिलीज का कारण बन सकता है। - बोतल को स्टरलाइज करने के लिए बीएफबी को 95 डिग्री सेल्सियस डीआई पानी (सेक्शन 1.3) में भिगो दें। बीएफबी के तैरने से बचने के लिए, स्टेनलेस-स्टील चिमटी का उपयोग करके बीएफबी के बाहरी हिस्से को थोड़ा दबाएं और यह सुनिश्चित करें कि पूरी बोतल शरीर पानी में विसर्जित हो जाए।
- 5 मिनट के बाद, बोतल को बाहर निकालें और इसे एक साफ ग्लास डिस्क में ले जाएं। हवा सुखाने के कदम के दौरान, कांच की डिस्क पर बोतल को उलटें जब तक कि बूंदों का कोई सबूत नहीं है।
- हवा में सूखे की बोतल में गर्म डीआई पानी (70 डिग्री सेल्सियस, धारा 1.2 से, डब्ल्यूएचओ दिशानिर्देशों के अनुरूप) की 180 मिलीएल डालें। फिर एक ग्लास पेट्री डिश का उपयोग करके तुरंत बोतल को कवर करें और इसे एक मिलाते हुए बिस्तर में रखें।
- फॉर्मूला मिक्सिंग प्रक्रिया को अनुकरण करने के लिए, बोतल को 180 आरपीएम की गति से 60 सेकंड तक हिलाएं। मिलाने के बाद बोतल को साफ ग्लास प्लेट में ले जाएं और उसे ठंडा होने दें।
3. एमपी पहचान और परिमाणीकरण के लिए नमूना तैयार करना
- सोनीकेट और अच्छी तरह से डीआई पानी का उपयोग करके ग्लास फिल्टर (25 मिमी का व्यास, ग्लास फ़नल, फ्रिटेड ग्लास सपोर्ट बेस और रिसीवर फ्लास्क) के सभी हिस्सों को अच्छी तरह से कुल्ला।
- ग्लास बेस के बीच में सोने के लेपित पॉलीकार्बोनेट-पीसी झिल्ली फिल्टर (पोर आकार 0.8 माइक्रोन, एयू कोटिंग लेयर मोटाई 40 एनएम) का एक टुकड़ा रखें।
- झिल्ली फिल्टर को ठीक करने के लिए ग्लास कीप और स्टेनलेस-स्टील क्लैंप को इकट्ठा करें। अंत में इकट्ठे हुए ग्लास फिल्टर को वैक्यूम पंप(चित्रा 2) सेकनेक्ट करें।
सावधानी:यह सुनिश्चित करने के लिए कि झिल्ली कांच के आधार की सतह पर आसानी से चिपक जाती है, कांच के आधार को गीला रखना महत्वपूर्ण है। यदि आवश्यक हो, तो झिल्ली फिल्टर को नीचे रखने से पहले ग्लास बेस की सतह पर डीआई पानी की 1-2 बूंदें गिराई जानी चाहिए।
- बीएफबी (धारा 2.3 से) में ठंडा पानी के नमूने को सावधानीपूर्वक मिलाएं, और फिर ग्लास पिपेट का उपयोग करके पानी के नमूने की एक निश्चित मात्रा को ग्लास कीप में स्थानांतरित करें। वैक्यूम पंप पर स्विच करें ताकि पानी के नमूने को झिल्ली फिल्टर के माध्यम से धीरे-धीरे फ़िल्टर करने की अनुमति दी जा सके।
- फ़िल्टर करने के बाद, डीआई पानी का उपयोग करके ग्लास फ़नल के इंटीरियर को धोएं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि फ़नल पर कोई कण चिपके हुए नहीं हैं।
सावधानी:झिल्ली फिल्टर की सतह पर कणों के ओवरलैप से बचने के लिए, फिल्टर के माध्यम से पारित पानी की सही मात्रा को सावधानीपूर्वक चुनना महत्वपूर्ण है। बीएफबी बड़ी संख्या में कणों को छोड़ते हैं, ताकि पानी के नमूने की पूरी मात्रा को फ़िल्टर करने के लिए 3-5 झिल्ली फिल्टर की आवश्यकता हो।
- फ़िल्टर करने के बाद, डीआई पानी का उपयोग करके ग्लास फ़नल के इंटीरियर को धोएं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि फ़नल पर कोई कण चिपके हुए नहीं हैं।
- वैक्यूम पंप डिस्कनेक्ट करें और ग्लास फिल्टर को अलग करें। फिर ध्यान से एक स्टेनलेस स्टील चिमटी का उपयोग कर झिल्ली फिल्टर बाहर ले और यह एक साफ कवर गिलास के लिए ले जाते हैं । कागज टेप के एक छोटे से टुकड़े का उपयोग कर कवर ग्लास पर झिल्ली फिल्टर को ठीक करें। तुरंत एक साफ ग्लास पेट्री डिश में नमूना स्टोर करें।
4. एएफएम स्थलाकृति लक्षण वर्णन के लिए नमूना तैयारी
- एक साफ सिलिकॉन वेफर तैयार करें। सिलिकॉन वेफर की सतह पर 50 माइक्रोन पानी का नमूना (धारा 2.3 से) छोड़ दें और इसे लगभग 103 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर ओवन में सुखा लें। पानी के सैंपल में एमपी लेवल कम होने पर इस प्रक्रिया को दोहराएं।
- 1 घंटे सुखाने के बाद वेफर को साफ ग्लास पेट्री डिश में ले जाएं और इसे एक डेसीकेटर में ठंडा होने दें।
- वेफर ठंडा होने के बाद सैंपल को ड्राई और क्लीन ग्लास पेट्री डिश में स्टोर करें।
5. रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग कर सांसद पहचान और परिमाणीकरण
- शून्य क्रम सुधार और सिलिकॉन वेफर का उपयोग करके रमन प्रणाली को कैलिब्रेट करें। सुनिश्चित करें कि सिलिकॉन वेफर का शिखर स्थान 520.7 सेमी-1 पर है और लेजर तीव्रता 100% पर होने पर चोटी की तीव्रता 6000 से अधिक है।
- सांसदों को जलाने से बचते हुए हाई सिग्नल टू नॉमिनेशन एमपी स्पेक्ट्रा हासिल करने के लिए रमन सिस्टम के पैरामीटर तय करें। सिस्टम को इस प्रकार सेट करें: 532 एनएम उत्तेजन लेजर, कॉस्मिक रे, 10% की लेजर तीव्रता (0.18 मेगावाट की लेजर शक्ति), 1.5 सेमी-1का स्पेक्ट्रल रेजोल्यूशन, 10-20 सेकंड का एक्सपोजर टाइम, 10-40 गुना का संचय और 200-3200 सेमी-1की स्पेक्ट्रल रेंज। चित्रा 3 1 एस से ४०० एस के संचय समय के साथ सांसदों के ठेठ स्पेक्ट्रा दिखाया ।
सावधानी-तेजी से जलने से बचने के लिए सीधे 100% लेजर का उपयोग करके कणों का परीक्षण न करें (यदि कण छोटा है तो 1 मिनट में जलाया जा सकता है)। कम तीव्रता का उपयोग करें (10-50%) पहले परीक्षा कराने के लिए। - रमन नमूना चरण के बीच में फिल्टर नमूना (धारा 3.3 से) रखें। चार प्रतिनिधि स्पॉट चुनें (2 स्पॉट मध्य क्षेत्र में हैं, जबकि अन्य 2 स्पॉट परीक्षण (कुल परीक्षण क्षेत्र 1.5 मिमी2के आसपास) का संचालन करने के लिए झिल्ली फ़िल्टर पर कार्य क्षेत्र के किनारे के करीब हैं।
- एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप (100x) का उपयोग करके झिल्ली फिल्टर की सतह पर कणों का निरीक्षण और फोटोग्राफ करें और इसके बाद रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके रासायनिक पहचान करें।
- संदर्भ मानक बहुलक स्पेक्ट्रा (बीएफबी और पिछले प्रकाशन22की थोक सामग्री से) से प्राप्त रमन स्पेक्ट्रम की तुलना करें।
- 2780-2980, 1400-1640 और 709-850सेमी-1की सीमा में गहन चोटियों का उपयोग कर कणों की रासायनिक संपत्ति का निर्धारण करें, जो पॉलीमर सामग्री(चित्रा 3)से जुड़े CH/CH2/CH3 और सी-सी समूहों के खींचने वाले कंपन के अनुरूप है ।
- इमेजजे का उपयोग करके पहचाने गए सांसदों के आकार और मात्रा का विश्लेषण करें।
- परीक्षण क्षेत्र, कुल कार्य क्षेत्र (227 मिमी2)और ज्ञात फ़िल्टर किए गए नमूने की मात्रा के आधार पर पानी के नमूने में सांसदों की एकाग्रता प्राप्त करें।
- पुष्टि किए गए सांसदों को आकार के संदर्भ में 5 समूहों में वर्गीकृत करें: 0.8-5 माइक्रोन, 5-20 माइक्रोन, 20-50 माइक्रोन, 50-100 माइक्रोन और > 100 माइक्रोन।
- अंत में, छंटित नमूने की मात्रा, झिल्ली फिल्टर के दर्ज और परीक्षण क्षेत्र के सांसदों की संख्या के आधार पर पानी के नमूने के एक लीटर में सांसदों की मात्रा निर्धारित करें ।
6. एएफएम का उपयोग करके एमपी स्थलाकृतिक लक्षण वर्णन
- एएफएम सिस्टम (एनटी-एमडीटी) को टैपिंग मोड जांच से लैस करें। एक कदम ऊंचाई मानक (एसएचएस) का उपयोग करके सिस्टम को कैलिब्रेट करें। इष्टतम कार्य स्थितियों के भीतर सिस्टम सेट करें: स्कैन दर 1 हर्ट्ज है, स्कैन का आकार 10-50 माइक्रोन है, ट्यूनिंग फ्रीक्वेंसी लगभग 160 किलोहर्ट्ज है, और स्कैन लाइन 512 पिक्सल है।
- एएफएम नमूना चरण पर सिलिकॉन वेफर (धारा 4.3 से) को ठीक करें। सिलिकॉन वेफर की सतह पर लक्षित कणों का निरीक्षण और फोटोग्राफ, इसके बाद धारा 5 में विधि का उपयोग करके रासायनिक पहचान करें।
- सिस्टम को एएफएम मोड में स्विच करें (रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी और एएफएम को एक सिस्टम में इकट्ठा किया जाता है) और चिन्हित सांसदों की स्थलाकृति का परीक्षण करें ।
- Gwyddion 2.54 सॉफ्टवेयर का उपयोग कर 3डी डेटा का विश्लेषण करें। 3डी संरचना प्राप्त करने के लिए 3D दृश्य के दौरान कण आयामों और औसत ऊंचाइयों को प्राप्त करने के लिए प्रोफ़ाइल के विकल्प का उपयोग करें।
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Representative Results
इस प्रोटोकॉल को मान्य करने के लिए, पानी का नमूना मानक पॉलीस्टीरिन माइक्रोप्लास्टिक क्षेत्रों (डीआई पानी में 2.0 ± 0.1 माइक्रोन) का व्यास जोड़कर तैयार किया गया था। एमपी क्वांटिटी ने ४,५००,००० कणों/एल के अनुरूप जोड़ा, जो बीएफबी से एमपी रिलीज लेवल के समान है । प्रोटोकॉल धारा 2-3 के बाद, सांसदों को सफलतापूर्वक एकत्र किया गया(चित्रा 4A)और वसूली दर 92.4-101.2% थी । यह वसूली दर सांसदों के पिछले अध्ययनकेबराबर है . इमेजजे का उपयोग करके, मानक सांसदों का पता लगाया गया व्यास 2.04±0.08 माइक्रोन (जहां ± मतलब मूल्य की मानक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करता है), जो डिजाइन किए गए आकार का लगभग 102.2% है (2.0 ± 0.1 माइक्रोन)। इस बीच, पीपी और पीई जैसे अन्य प्रकार के सांसदों से संभावित हस्तक्षेप का भी परीक्षण किया गया लेकिन इन मानक पीएस पानी के नमूनों में कोई नहीं पाया गया । इसलिए, विकसित प्रोटोकॉल संदूषण से बचा जाता है और बीएफबी से एमपी रिलीज का एक विश्वसनीय परीक्षण है।
इस प्रोटोकॉल का इस्तेमाल आठ लोकप्रिय बीएफबी उत्पादों से एमपी रिलीज का परीक्षण करने के लिए किया गया था। चित्रा 4B ने झिल्ली फिल्टर की सतह पर एकत्र किए गए विशिष्ट सांसदों को दिखाया । रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी(चित्रा 3)का उपयोग कर रासायनिक निर्धारण के दौरान, 2830-2970सेमी-1 की सीमा में चोटियों में वृद्धि हुई संचय समय के साथ अधिक से अधिक महत्वपूर्ण हो गया । ये चोटियां CH/CH2/CH 3 समूहों के खींचते कंपन को दर्शाती हैं, जिसका उपयोग सांसदों की पहचान करने के लिए किया जा सकता है । बीएफबी के इस्तेमाल के दौरान सांसदों की संख्या अधिक जारी की गई । सांसदों का स्तर 1.31 मिलियन से लेकर 16.20 मिलियन कण प्रति लीटर(चित्रा 5) तक था। यह परिणाम पीने के पानी में सांसदों के पहले सूचित स्तर 24 की तुलना में परिमाण के3-5आदेश अधिक है । यह स्पष्ट है कि बच्चों की संभावना सांसदों जोखिम के उच्च स्तर का अनुभव है ।
चित्रा 6 प्रोटोकॉल अनुभाग 1, 2, 4 और 6 का उपयोग कर दर्ज सांसदों के ठेठ स्थलाकृति नक्शे से पता चलता है । पार्श्व आकार में लगभग 8 माइक्रोन (चित्रा 6में पी 1) के बड़े सांसदों के लिए, औसत मोटाई 0.82 माइक्रोन है। पार्श्व आकार (चित्रा 6में पी 2) में 3 माइक्रोन के आसपास छोटे सांसदों के लिए, मोटाई 0.25 माइक्रोन के करीब है। आमतौर पर बीएफबी से जारी सांसदों की मोटाई पार्श्व आकार के दसवें हिस्से के आसपास होती है। यह भी ध्यान देने योग्य है कि सांसदों की सतह बनावट नैनो आकार के धक्कों और घाटियों से समृद्ध है, जो उनकी अवशोषण क्षमता को काफी हद तक बढ़ा सकती है । पिछले अध्ययनों में पाया गया कि सांसद प्रदूषकों के लिए प्रभावी वाहक हैं, जैसे कीटनाशक25,26। यहां पाए जाने वाले सांसदों की देखी गई स्थलाकृति में सांसदों की उच्च वहन क्षमता का महत्वपूर्ण योगदान होने की संभावना है ।
चित्रा 1:नमूना तैयार करने और परीक्षण का आरेख। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 2:ग्लास फिल्टर और पंप की विधानसभा। 1-BFB में ठंडा पानी का नमूना; 2-इकट्ठे ग्लास फिल्टर; 3-ग्लास ट्रांसफर पिपेट; 4-वैक्यूम पंप; 5- पारस्परिक शेखर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 3:सांसदों के निर्धारण के लिए ठेठ रमन स्पेक्ट्रा । (क) बीएफबी, झिल्ली फिल्टर और झिल्ली फिल्टर पर सांसदों से एक थोक टुकड़ा के रमन स्पेक्ट्रा, क्रमशः । (ख) अलग-अलग अधिग्रहण समय (1 एस, 10 एस, 100 एस, 400 एस) के साथ एक संभावित सांसद का रमन स्पेक्ट्रा। (ग) प्रतिनिधि स्पॉट का परीक्षण किया गया । फिल्टर झिल्ली का कुल व्यास 17 मिमी व्यास वास्तविक कार्य क्षेत्र के साथ व्यास में 25 मिमी है। चार सफेद बक्से रमन परीक्षण के लिए पूर्ण प्रतिनिधि स्थानों का संकेत देते हैं । 2 स्पॉट मिडिल एरिया में हैं जबकि अन्य 2 स्पॉट वर्किंग एरिया के किनारे के करीब हैं। कुल मिलाकर, चार स्थानों का परीक्षण क्षेत्र 1.5 मिमी2है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 4:मानक पीएस सांसदों और सांसदों की विशिष्ट ऑप्टिकल छवि क्रमशः बीएफबी से जारी है। (क) मानक पीएस सांसदों की ऑप्टिकल छवि । लाल बॉक्स के अंदर कण ठेठ पीएस सांसद के रूप में पुष्टि की थी । (ख) बीएफबी से मप्र की ऑप्टिकल इमेज रिलीज। लाल बॉक्स के अंदर कण एक ठेठ सांसद के रूप में पुष्टि की थी । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 5-प्लास्टिक बीएफबी उत्पादों से जारी सांसदों की मात्रा। 8 लोकप्रिय उत्पादों को अध्ययन में चुना गया। त्रुटि बार मतलब मूल्य की मानक त्रुटि को इंगित करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 6:सांसदों की विशिष्ट 3डी छवि बीएफबी से जारी है। (क) बीएफबी से विशिष्ट सांसदों की एएफएम छवि जारी की गई है । (ख) सांसदों की निकाली गई क्रॉस-सेक्शन प्रोफाइल । (C) जारी सांसदों की 3डी स्थलाकृतिक छवि । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
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Discussion
हालांकि समुद्री और मीठे पानी में सांसदों के अध्ययन की व्यापक रूप से सूचना दी गई है और प्रासंगिक मानक प्रोटोकॉल17विकसित किया गया है, दैनिक उपयोग प्लास्टिक उत्पादों का अध्ययन एक महत्वपूर्ण उभरते अनुसंधान क्षेत्र है । घरेलू प्लास्टिक उत्पादों द्वारा अनुभव की गई विभिन्न पर्यावरणीय स्थितियों का मतलब है कि विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करने के लिए अतिरिक्त देखभाल और प्रयासों की आवश्यकता है। अध्ययन प्रोटोकॉल वास्तविक दैनिक उपयोग परिदृश्यों के अनुरूप होना चाहिए। उदाहरण के लिए, नमूनों को साफ करने के लिए प्रयोगशाला-परीक्षणों में सोनीशन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालांकि, यह पाया गया कि 1 मिनट के सोनीशन बीएफबी की सतह को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचा सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एमपी का स्तर परिमाण का एक आदेश जारी करता है। सोनीफिकेशन के कारण इसी तरह के पॉलीमर टूटना भी पहले27रिपोर्ट किया गया था, जो इंगित करता है कि सोनीशन एमपी अध्ययन में प्लास्टिक नमूना तैयार करने के लिए एक उपयुक्त सफाई विधि नहीं है।
इसके अलावा, संभावित संदूषण स्रोतों की पहचान की जानी चाहिए और समाप्त किया जाना चाहिए । गर्म पानी तैयार करने के लिए केटल्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जो बीएफबी परीक्षण के लिए आवश्यक है। हालांकि, एक प्लास्टिक केतली13में प्रति लीटर 30 मिलियन कणों को एक फोड़ा उत्पन्न कर सकता है। माइक्रोवेव ओवन एक गैर संपर्क विधि गर्म पानी तैयार करने के लिए एक बार देखभाल स्थानीय हीटिंग को खत्म करने के लिए लिया जाता है । निस्पंदन के लिए, प्लास्टिक के बजाय एक ग्लास ट्रांसफर पिपेट की सिफारिश की जाती है (आमतौर पर पीपी से बना)। ब्रांड के नए पीपी उत्पादों के लिए, यह बताया गया है कि सांसदों की एक उच्च मात्रा विनिर्माण प्रक्रिया के कारण सतह से जुड़ा हुआ है 15 तो देखभाल के लिए ठीक से परीक्षण शुरू होने से पहले सभी उत्पादों को साफ करने के लिए लिया जाना चाहिए । संक्षेप में, शोधकर्ता को किसी भी प्रक्रिया से बचने के लिए सतर्क रहना चाहिए जो बीएफबी से एमपी रिलीज के मापा स्तरों को प्रतिकूल रूप से प्रभावित कर सकता है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रोटोकॉल सभी प्रकार के सांसद रिलीज के लिए खाते में नहीं कर सकते । 0.8 माइक्रोन पोर आकार वाले फ़िल्टर के उपयोग के कारण, 0.8 माइक्रोन से छोटे नैनोकण इस विधि के दायरे से बाहर हैं। इसके अलावा, व्यक्तिगत माता-पिता डब्ल्यूएचओ के दिशा-निर्देशों का पालन नहीं कर सकते हैं, जिन पर प्रोटोकॉल आधारित है ताकि वास्तविक जीवन में तैयार फार्मूले में सांसदों का स्तर यहां रिपोर्ट किए गए लोगों से काफी अलग हो सके ।
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Disclosures
लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है । इस प्रकाशन में सामग्री की प्रस्तुति विशिष्ट कंपनियों या कुछ निर्माताओं के उत्पादों के बारे में ट्रिनिटी कॉलेज डबलिन की ओर से किसी भी राय की अभिव्यक्ति का मतलब नहीं है और इसका मतलब यह नहीं है कि वे समर्थन कर रहे हैं, की सिफारिश की, आलोचना की या अंयथा ट्रिनिटी कॉलेज डबलिन द्वारा एक समान प्रकृति के दूसरों को वरीयता में । त्रुटियों और चूक को छोड़कर । इस प्रकाशन में निहित जानकारी को सत्यापित करने के लिए सभी उचित सावधानियां बरती गई हैं । हालांकि, प्रकाशित सामग्री किसी भी प्रकार की वारंटी के बिना वितरित की जा रही है, या तो व्यक्त या निहित । सामग्री की व्याख्या और उपयोग की जिम्मेदारी पाठक के पास है। किसी भी घटना में ट्रिनिटी कॉलेज डबलिन इसके उपयोग से उत्पन्न होने वाले नुकसान के लिए उत्तरदायी नहीं होगा ।
Acknowledgments
लेखकों उद्यम आयरलैंड (अनुदान संख्या CF20180870) और विज्ञान फाउंडेशन आयरलैंड (अनुदान संख्या: 20/FIP/PL/8733, 12/RC/2278_P2 और 16/आईए/4462) वित्तीय सहायता के लिए सराहना करते हैं । हम ट्रिनिटी कॉलेज डबलिन और चाइना स्कॉलरशिप काउंसिल (201506210089 और 201608300005) में स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग स्कॉलरशिप से वित्तीय सहायता भी स्वीकार करते हैं । इसके अलावा, हम ट्रिनिटी सिविल, स्ट्रक्चरल और पर्यावरण विभाग और एंबर रिसर्च सेंटर के प्रो सारा मैक कॉर्मैक और तकनीशियन टीमों (डेविड ए मैकाले, मैरी ओ शेया, पैट्रिक एलके वेले, रॉबर्ट फिजपैट्रिक और मार्क गिललिगन आदि) से पेशेवर मदद की सराहना करते हैं ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AFM cantilever | NANOSENSORS | PPP-NCSTAuD-10 | To obtain three-dimensional topography of PP MPs |
| Atomic force microscope | Nova | NT-MDT | To obtain three-dimensional topography of PP MPs |
| Detergent | Fairy Original | 1015054 | To clean the brand-new product |
| Gold-coated polycarbonate-PC membrane filter-0.8 um | APC, Germany | 0.8um25mmGold | To collect microplastics in water and benefit for Raman test |
| Gwyddion software | Gwyddion | Gwyddion2.54 | To determine MPs topography |
| ImageJ software | US National Institutes of Health | No, free for use | To determine MPs size |
| Microwave oven | De'longhi, Italy | 815/1195 | Hot water preparation |
| Optical microscope, x100 | Mitutoyo, Japan | 46-147 | To find and observe the small MPs |
| Raman spectroscopy | Renishaw | InVia confocal Raman system | To checmically determine the PP-MPs |
| Shaking bed-SSL2 | Stuart, UK | 51900-64 | To mimic the mixing process during sample preparaton |
| Standard polystyrene microplastic spheres | Polysciences, Europe | 64050-15 | To validate the robusty of current protocol |
| Tansfer pipette with glass tip | Macro, Brand | 26200 | To transfer water sample to glass filter |
| Ultrasonic cleaner | Witeg, Germany | DH.WUC.D06H | To clean the glassware |
| Vacuum pump | ILMVAC GmbH | 105697 | To filter the water sample |
References
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