يصف البروتوكول إجراءات التشغيل القياسية لاختبار المواد الاصطناعية والطبيعية القابلة للتحلل البيولوجي في ظل الظروف الهوائية باستخدام لقاح مياه البحر الطبيعي ونظام قياس التنفس الآلي مغلق الحلقة.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
اختبار التحلل البيولوجي الهوائي للمواد باستخدام لقاح مياه البحر البحرية الطبيعية ومقياس التنفس المغلق
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
يعتمد التقييم الصحيح للمواد القابلة للتحلل الحيوي على الاعتماد الواسع لطرق الاختبار القياسية. على الرغم من وجود مثل هذه الأساليب ، لا تزال قدرة الاختبار محدودة ، مقيدة بالتكلفة ووقت بدء إنشاء مختبرات جديدة. يعتمد بروتوكول الفحص المعدل هذا على ASTM International D6691-24a ، طريقة الاختبار القياسية لتحديد التحلل البيولوجي الهوائي للمواد البلاستيكية في البيئة البحرية بواسطة اتحاد ميكروبي محدد أو لقاح مياه البحر الطبيعي. يقيم التحلل البيولوجي للمواد في بيئة بحرية ، ويقارن النتائج بالضوابط الإيجابية والسلبية ، ويستخدم لقاح مياه البحر الطبيعي المكمل بالأمونيوم والفوسفات لمنع الحد من المغذيات. تتعرض المواد لمياه البحر الغنية بالمغذيات وتحضنها عند 30 درجة مئوية. يقيس مقياس التنفس Micro-Oxymax إنتاج الغاز الحيوي (ثاني أكسيد الكربون ، ثاني أكسيد الكربون2) بمرور الوقت. يتم تحديد درجة التمعدن (التحلل البيولوجي) عن طريق حساب نسبة الكربون المشتق من المواد المحول إلى الغاز الحيوي والكربون. يتم الإبلاغ عن النسبة المئويةلإنتاج ثاني أكسيد الكربون 2 ، معبرا عنها كجزء من محتوى الكربون المقاس أو النظري ، كدالة للوقت. يستوعب نظام قياس التنفس ذو الحلقة المغلقة مجموعة من أوعية المفاعلات ، المعدة في ثلاث نسخ لكل مادة ، وتحكم سلبي (لقاح مياه البحر فقط) ، وتحكم إيجابي (سليلوز كروماتوغرافيا رقيقة الطبقة). هذه الطريقة مهمة لتقييم المواد في البيئة البحرية وتعالج منع التلوث العالمي.
المقدمة
تشكل النفايات البلاستيكية تهديدا للنظم البيئية البحرية وصحة الإنسان1. ويؤكد القلق المتزايد بشأن التلوث البلاستيكي، إلى جانب الحطام البحري من أي مواد في المحيطات، الحاجة إلى حلول مستدامة، مثل تحسين إدارة النفايات المنتهية الصلاحية والمواد القابلة للتحلل البيولوجي التي تتحلل بيولوجيا بسهولة في البيئة البحرية. على عكس البلاستيك الاصطناعي التقليدي ، الذي يستمر لعقود إلى قرون ويولد اللدائن الدقيقة التي تتراكم في شبكات الغذاء2،3،4 ، يمكن استقلاب المواد القابلة للتحلل الحيوي ، والمكونات العضوية للكربون ، إلى ثاني أكسيد الكربو....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
1. جمع وتوصيف مياه البحر
- حدد موقعا لتجميع مياه البحر غير متأثر بمياه الصرف الصحي أو المواد الكيميائية أو بقع الزيت أو تأثير المياه العذبة القوي.
- في موقع التجميع ، سجل المصدر (الموقع ، خطوط الطول والعرض ، عمق التجميع ، العمق الكلي ، ودرجة الحرارة) ، وتاريخ جمع العينات ، وظروف المياه المرصودة.
- جمع عينات مياه البحر ودمجها من أعماق متعددة ومواقع مواقع وأحداث أخذ العينات لتعزيز تكوين مجتمع ميكروبي متنوع.
- في 20 لترا من الورق المتدفق بالحمض ، اجمع 10 لترات إلى 20 لترا من مياه البحر باستخدام زجاجة Niskin كبيرة ، ثم انقله مرة أخرى إلى المختبر.
- من الكاربوي ، انقل 1 لتر من عينة....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
يتم تقديم نتائج اختبارات التحلل البيولوجي البحري. تم تقييم التحلل البيولوجي لكل عينة عن طريق قياس نسبة الكربون المحول إلى ثاني أكسيد الكربون. عادة ما تظهر مخططات التحلل البيولوجي التراكمي والمعدل والنسبة المئوية مرحلة تأخر ، تليها مرحلة نمو ، وفي النهاية هضبة. يعتمد توقيت وحجم هذه المراحل على مادة العينة والظروف التجريبية وتكوين لقاح مياه البحر.
تظهر مياه البحر التي يتم جمعها على مدار العام من الخليج المعتدل تباينا في مكونات جودة المياه. على سبيل المثال ، يختل.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
يحدد أداء التحكم الإيجابي صلاحية الاختبار. مطلوب ما لا يقل عن 70٪ من التحلل البيولوجي لركيزة التحكم الإيجابية البحرية القابلة للتحلل الحيوي بسهولة (مثل السليلوز التحليلي ، ورق الكرافت ، إلخ) ، بناء على إنتاجها النظري الأقصى للغاز. يتحقق هذا المعيار من الظروف المواتية والنشاط الميكروبي الكافي في مياه البحر الطبيعية أثناء الحضانة. يشير الفشل في تلبية هذه العتبة إلى وجود مشكلة محتملة في تحضير النسخ المتماثل ، أو التعامل مع لقاح مياه البحر (أي موت المجتمع الميكروبي) ، أو وظيفة نظام قياس التن.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح مالية متنافسة.
شكر وتقدير
يشكر المؤلفون شركة Columbus Instruments ومختبر التحلل البيولوجي في كلية علوم وتكنولوجيا البحار بجامعة ماساتشوستس دارتموث على الدعم الفني والوصول إلى المرافق. تم توفير التمويل لنظام قياس التنفس Micro-Oxymax Columbus Instruments وبدء تشغيل المختبر من قبل PrimaLoft و Massachusetts Technology Collaborative.
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 0.2 & M، فلتر أسيتات السليلوز بقطر 47 مم | جيوتكيك جيوفلتر | 83100056 | فلتر مياه البحر |
| ماصة حجمية بسعة 100 مل | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشربراند | 13-650-2U | الفئة أ؛ تم تسريب الحمض وشطفه بماء منزوع الأيونات |
| كؤوس زجاجية بسعة 100-600 مل | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشربراند | 50-194-5690 | الفئة أ؛ تم تسريب الحمض وشطفه بماء منزوع الأيونات |
| كرات الطحن بقطر 20 مم | ريتش | 53680062 | الفولاذ المقاوم للصدأ. يستخدم مع برطمان الطحن في الطحن المبرد للبوليمر |
| برطمانات الطحن بسعة 50 مل | ريتش | 14620216 | الفولاذ المقاوم للصدأ. يستخدم مع كرات الطحن بحجم 400 و20 مم في الطحن المبرد للبوليمر |
| ماصة حجمية بحجم 75 مل | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشربراند | 13-650-2T | الفئة أ؛ تم تسريب الحمض وشطفه بماء منزوع الأيونات |
| مضخة الهواء ونظام الفقاعات | تترا | 77846 | تهوية مياه البحر أثناء التوازن قبل الحضانة |
| رقائق الألمنيوم | فيشربراند | 01-213-100 | غطاء للنظام اليدوي والتخزين النظيف |
| كلوريد الأمونيوم (NH4Cl) | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشر كيميكال | A661-500 | ارتفاع مغذيات مياه البحر |
| التوازن التحليلي | ميتلر | AT201 | وزن الركائز التجريبية والضابطة |
| الأوتوكلاف | توتناور | MFI-TTN-3870EA | لتعقيم الأوعية ومجموعات الأغطية |
| قناة واحدة أساسية Micro-Oxymax 120VAC | كولومبوس إنسترومنتس | 0135-8000 | يستخدم لتخزين أدوات التحكم الإيجابية والبوليمر |
| غاز المعايرة | إيرغاز | X03NI92P3000001 | خلطات الغاز القياسية الأولية؛ 2.7٪ ثاني أكسيد الكربون، 4.5٪ ميثان، النيتروجين الباقي |
| جهاز كمبيوتر مونيتور | ديل | 210-BMKK | شاشة Dell Pro 24 Plus Hub USB-C. يستخدم مع الكمبيوتر لتشغيل برنامج Micro-Oxymax |
| قفازات التبريد | ثيرمو فيشر ساينتيفيك، تمبشيلد، قفازات التجمد | 11-394-306 | يستخدم للتعامل مع النيتروجين السائل |
| مقياس الحرارة الديالي | ثيرمو فيشر ساينتفيك، H-B instrument Durac | 13-201-433 | مقياس حرارة معاير لدرجة حرارة مياه البحر وقت الجمع |
| الماصات ذات الاستخدام الواحد | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشربراند | 13-711-7M | شطف جوانب الوعاء لتحرير المادة |
| حاوية ENC52 للتحكم في درجة الحرارة والضوء | كولومبوس إنسترومنتس | 4740-4054 | الحفاظ على درجة الحرارة وظروف الإضاءة |
| ملقط القارورة | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشربراند | S07387 | يستخدم للتعامل مع برطمانات الطحن في النيتروجين السائل |
| قوارير، 250 مل | علوم الحياة DWK | 14395-250 | أوعية مفاعلات عينات |
| قوارير الغلاف الزجاجي مع إغلاق على شكل سدادات | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشربراند | 03-339-26D | تخزين العينات |
| جهاز تحديد الأعماق المحمول H22PX | ويست مارين، نوركروس مارين | 6849368 | تحديد عمق موقع جمع مياه البحر |
| جهاز GPS 73 المحمول | جارمين | 10-01504-00 | يستخدم لتحديد موقع جمع مياه البحر |
| مقلاة HDPE | ثيرمو ساينتيفيك، نالجين | 13-359-26 | اعتدت على تسريب الحمض لأدوات الزجاج في محلول 10٪ HCl |
| حمض الهيدروكلوريك (محلول ماء حمضي) | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشر كيميكال | A144-212 | ACS Plus المعتمد، 36.5 إلى 38.0٪. فحص مستشعر CO2 وأدوات زجاجية تتسرب الحمض |
| غطاء التدفق الطبقي | علوم الهواء | فلو-48-أ | تقليل الملوثات المحمولة جوا أثناء تحضير العينة |
| نيسكين الكبير؛ زجاجة بيتا بلس فقط - 8.2 لتر أفقية، PVC | العلم أولا | 3-1980-H65 | لجمع مياه البحر من الرصيف أو القارب |
| مقلاة النيتروجين السائل | ثيرمو فيشر ساينتفيك، بيل آرت ماجيك تاتش 2 | 11-999-063 | هولد ليكليد نيتروجين |
| وعاء نقل النيتروجين السائل، 10 لتر | ثيرمو ساينتفيك | TY509X2 | تخزين وتوزيع النيتروجين السائل للعمل بالتبريد |
| النيتروجين السائل، درجة صناعية، 22 PSI | إيرغاز | NI 180LT22 | يستخدم لطحن وطحن البوليمرات |
| هز المنخل الميكانيكي | هومبولت، غرينجر | 5DPL6 | تحليل الغربال لتوزيع حجم الجسيمات |
| ميكرو-أوكسيماكس | كولومبوس إنسترومنتس | 7395-113-D64 | حلقة O مختومة بالسيليكون وفتحة معدنية مع 3 وصلات، وغطاء برغي GL45 |
| واجهة التوسع ب 10 قنوات Micro-Oxymax | كولومبوس إنسترومنتس | 0135-8101 | مكون نظام قياس التنفس |
| مقياس التنفس Micro-Oxymax (3٪ CO2) | كولومبوس إنسترومنتس | 0135-8403 | الأشعة تحت الحمراء غير التشتتية |
| مطحنة الخلط 400 | ريتش | 207450001 | مطحنة الخلاط 400. يستخدم في الطحن البارد للبوليمر |
| وحدة تحكم الماصات الآلية | إبندورف | 4430000018 | نقل مياه البحر إلى سفن المفاعلات العينات |
| زجاجة مختبر HDPE ذات الفم الضيق، 1 لتر | ثيرمو ساينتيفيك، نالجين | 02-923-5 | عينة منفصلة من مياه البحر الكاملة |
| شبكة النايلون 20 ميكرون | شركة ELKO للترشيح | 41718 | يستخدم لغربال مياه البحر الخام لإزالة الجسيمات الأكبر غير المتجانسة |
| هزاز مداري في الهواء الطلق | ثيرمو فيشر العلمي | SK4000 | الحفاظ على حركة المدارات لأوعية المفاعل أثناء الحضانة |
| كمبيوتر OptiPlex 5090 صغير الحجم | ديل | C0SL03 | كمبيوتر ديسكتوم المستخدم لتشغيل برنامج Micro-Oxymax |
| مقياس الرقم الهيدروجين/المقاومة | ميتلر توليدو، سيفن إكسلنس S470-بيسكان | 30046252 | مقياس الرقم الهيدروجيني/التوصيل على سطح الطاولة لقياس اللقاح الأولي والنهائي لمياه البحر |
| زجاجة بولي إيثيلين، 60 مل | قورباك | PLC-03564 | عينة من مياه البحر المصفاة بشكل منفصل |
| فوسفات البوتاسيوم أحادي البازي (KH2(PO4)) | ثيرمو فيشر العلمي، فيشر بيولوجيا | BP362-500 | ارتفاع مغذيات مياه البحر |
| توازن الدقة | سارتوريوس | Practum2102-1S | لوزن القطر والوزن الكامل للأوعية |
| راوند كاربوي، 20 لتر | ثيرمو فيشر العلمي | 02961A | يتم تنظيفه بحمض لتخزين مياه البحر |
| نظارات السلامة | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشربراند | 19-181-513 | |
| سكوبولا | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشربراند، سكوبولا | 01-257-567 | سكوبولا مختبرية من الفولاذ المقاوم للصدأ |
| غربال | أدفانتيك، غراينجر | 40PR18-40PR55 | مناخل من الفولاذ المقاوم للصدأ. عدد المصلاة والأحجام يعتمد على المادة التي يتم اختبارها. |
| سليلوز سيغماسيل، النوع 101 | سيغما-ألدرتش | 435236-250G | البودرة، ركيزة التحكم الإيجابي |
| بيكربونات الصوديوم | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشر كيميكال | S233-500 | فحص مستشعر CO2 |
| كبريتات الصوديوم، لا مائية، 98٪ | ثرمو فيشر العلمي، كيميائيات ثيرمو ساينتيفية | AAA1793336 | فحص مستشعر CO2 |
| مقياس الحرارة/مسبار الحرارة | فيشربراند | 15-079-700 | تحقق من درجة حرارة الحاضنة |
| بارومتر القرص الدقيق القابل للتتبع | فيشربراند | 14-648-51 | سجل ضغط الغلاف الجوي عند بداية التجربة |
| هيدروجين فيكتور متوسط الخدمة، منظم الميثان ذو مرحلتين، CGA - 350 | غاز | VIC0781-3559 | منظم الغازات المعايرة |
| قوارير حجمية، 2 لتر | ثيرمو فيشر ساينتفيك، فيشربراند | FB4002000 | الفئة أ؛ تم تسريب الحمض وغسلته بماء منزوع الأيون. يستخدم لتحضير مياه البحر المغذية. |
| أواني الوزن | ثيرمو فيشر العلمي | 02-202-101 | البولي إيثيلين |
المراجع
- Avio, C. G., Gorbi, S., Regoli, F. Plastics and microplastics in the oceans: From emerging pollutants to emerged threat. Marine Environ Res. 128, 2-11 (2017).
- Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T. S. Microplastics as contaminants in the ma....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
