بروتوكول للجزيئات البلاستيك الصغيرة أخذ العينات على سطح البحر وتحليل عينة
December 16th, 2016
يصف بروتوكول أدناه منهجية: جزيئات البلاستيك أخذ العينات على سطح البحر، والفصل بين تحديد microplastic والكيميائي للجزيئات. هذا البروتوكول هو تمشيا مع توصيات لرصد جزيئات البلاستيك الصغيرة التي نشرتها الفرعي التقني MSFD على القمامة البحرية.
يصف هذا البروتوكول أخذ عينات من البلاستيك الدقيق وتحليل العينات على سطح البحر. أخذ عينات سطح البحر. انشر شبكة شيطان البحر من جانب السفينة باستخدام ذراع الرافعة المغزل ، أو A-Frame ، باستخدام الخطوط والكارابينر.
انشر شبكة شيطان البحر خارج منطقة الاستيقاظ لمنع تجميع المياه المتأثرة بالاضطرابات داخل منطقة الاستيقاظ. اكتب إحداثيات GPS الأولية والوقت الأولي في ورقة البيانات المقدمة. ابدأ في التحرك في اتجاه واحد مستقيم بسرعة 2-3 عقدة تقريبا لمدة ثلاثين دقيقة وابدأ في قياس الوقت.
بعد ثلاثين دقيقة ، أوقف القارب واكتب إحداثيات GPS النهائية وطول الطريق ومتوسط سرعة القارب في ورقة البيانات المقدمة. التقط شبكة شيطان البحر من الماء. اشطف شبكة مانتا جيدا من خارج الشبكة بمياه البحر باستخدام مضخة غاطسة أو ماء من خزان مياه القارب.
اشطفها في الاتجاه من فم شيطان البحر إلى نهاية سمك القد من أجل تركيز جميع الجسيمات الملتصقة بالشبكة في نهاية سمك القد. ملاحظة: لا تشطف العينة أبدا من خلال فتحة الشبكة لمنع التلوث. قم بإزالة نهاية سمك القد بأمان وغربلة العينة في نهاية سمك القد من خلال غربال شبكي بحجم 300 ميكرومتر أو أقل.
شطف نهاية سمك القد جيدا من الخارج وصب بقية العينة من خلال غربال. كرر هذه الخطوة حتى تختفي أي جزيئات داخل نهاية سمك القد. ركز جميع المواد على المنخل في جزء واحد من الغربال.
باستخدام قمع ، اشطف المنخل في وعاء زجاجي أو زجاجة بلاستيكية باستخدام 70٪ من الإيثانول. أغلق الزجاجة وامسحها بالمناشف الورقية وقم بتسمية الغطاء وخارج البرطمان باسم العينة والتاريخ. فصل البلاستيك الدقيق عن عينات سطح البحر.
إذا كانت العينة لا تحتوي على أي عناصر أكبر من 25 مم ويبدو أنها نظيفة، فتابع الخطوة 3 مباشرة. خلاف ذلك ، صب العينة من خلال الغربال وإزالة جميع أجسام القمامة الطبيعية أو الاصطناعية التي يزيد حجمها عن 5 مم من العينة باستخدام التعريف البصري والملاقط. احرص على شطف كل شيء تمت إزالته بعناية بالماء المقطر لإزالة أي فضلات بلاستيكية دقيقة ملتصقة به.
قم بتخزين جميع الأشياء الطبيعية والاصطناعية في حاويات منفصلة. جفف جميع الأشياء الطبيعية والاصطناعية في مجفف ، أو في الهواء الطلق ولكن في طبق مغلق ، ووزنها. حدد جميع أجسام القمامة التي يزيد حجمها عن 25 مم وفقا للقائمة الرئيسية لفئات عناصر القمامة.
بعد إزالة جميع الأشياء الكبيرة ، ركز جميع القطع المتبقية في جزء واحد من المنخل باستخدام زجاجات بخاخ أو ماء الصنبور. صب العينة في وعاء زجاجي باستخدام كمية لا تقل عن 70٪ من الإيثانول بمساعدة قمع. خذ كمية صغيرة من العينة واسكبها في طبق بتري زجاجي.
قم بتحليل العينة باستخدام المجهر المجسم وابحث عن جزيئات البلاستيك الدقيقة. عند العثور على كل جسيم من البلاستيك الدقيق ، قم بتصنيفه إلى إحدى الفئات وفقا للفئات الموجودة في الجدول 1 وضعه في طبق بتري أو قوارير زجاجية أخرى تحمل اسم الفئة. يجب إغلاق طبق بتري في جميع الأوقات.
ضع طبق بتري تحت المجهر باستخدام معدات القياس وقم بقياس حجم كل جسيم. قم بقياس أطول قطري ، باستثناء الخيوط ، ولاحظ لونه. قم بوزن جزيئات البلاستيك الدقيق لكل فئة على حدة.
يجب تجفيف جزيئات البلاستيك الدقيق مسبقا. كيفية التعرف على البلاستيك الدقيق؟ لا يوجد هيكل خلية.
سمك موحد غير متساو. ألوان مميزة عند فصل اللدائن الدقيقة عن عينتك ، كن متحفظا وقم بإزالة أكثر من أقل. لا يزال بإمكاننا تحديد التركيب الكيميائي الحقيقي للجسيمات لاحقا.
التوصيف الكيميائي. التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه للانعكاس الموهن ، أو ATR FT-IR ، هو تقنية شائعة الاستخدام لتوصيف البلاستيك. ويمكن تحديد تركيب المواد وفي بعض الحالات أيضا مدى التدهور.
قبل التحليل ، يجب تنظيف نظام الكشف بالكحول وقطعة قماش خالية من النسالة ، ويتم وضع لوحة خاصة للجزيئات الصغيرة على حامل العينة. ثم يتم تسجيل طيف الخلفية. ثم يتم وضع العينة على حامل العينة وتشديدها.
عند بدء جمع طيف العينة ، يرسل الكاشف شعاعا من ضوء الأشعة تحت الحمراء عبر بلورة ATR بطريقة تنعكس على العينة الملامسة للعينة. يخترق هذا الانعكاس قليلا العينة مما يسمح بتسجيل الطيف. ثم يتم جمع الشعاع بواسطة كاشف أثناء خروجه من البلورة ويتم الحصول على طيف في النهاية.
الأطياف مميزة لكل مادة ، لذلك يتم تحديدها عن طريق المقارنة الآلية للطيف الذي تم الحصول عليه مع الأطياف في قاعدة البيانات. مجهر ATR FT-IR. يجمع مجهر FT-IR بين وظيفة المجهر ومطياف الأشعة تحت الحمراء.
يسمح ذلك بتسجيل طيف على مساحة صغيرة جدا مناسبة لتحليل اللدائن الدقيقة الأصغر من 1 مم. غالبا ما يستخدم المجهر في وضع ATR ، على الرغم من أن أوضاع الإرسال والانعكاس ممكنة. يبدأ التحليل بوضع العينة على مرشح زجاجي.
يمكن استخدام مرشحات أخرى ، لكن طبيعتها البوليمرية يمكن أن تتداخل مع التوصيف. يتم وضع المرشح مع العينة على طاولة المسح التلقائي ويتم استخدام عصا التحكم لتحديد موقع العينة وتسجيل صورة بصرية. في هذه الصورة ، نحتفل بمساحة 20 × 20 ميكرون حيث سيتم تمييز العينة.
ثم يتم إجراء قياس للخلفية ، متبوعا بتجميع الطيف في الموقع المحدد. يتم الحصول على طيف ATR FT-IR الذي تتم مقارنته بالأطياف الموجودة في قاعدة البيانات لتحديد تكوين العينة. النتائج. يوفر البروتوكول الموصوف نتائج أساسية مع جزيئات اللدائن الدقيقة المصنفة في 6 فئات وفقا لميزاتها المرئية.
الفئة الأولى ، وعادة ما تكون الأكثر وفرة ، هي الشظايا. هذه صلبة وسميكة وذات حواف ملتوية حادة وأشكال غير منتظمة. تظهر في مجموعة متنوعة من الألوان المختلفة.
الفئة الثانية هي الأفلام. تظهر هذه أيضا في أشكال غير منتظمة ، ولكن بالمقارنة مع الشظايا ، فهي رقيقة ومرنة وعادة ما تكون شفافة. الفئة الثالثة هي الكريات التي تنشأ عادة من صناعة البلاستيك.
أشكالها غير منتظمة ومستديرة وعادة ما تكون أكبر حجما ، قطرها حوالي 5 مم. عادة ما تكون مسطحة من جانب واحد ويمكن أن تكون بألوان مختلفة. الفئة الرابعة هي الحبيبات.
بالمقارنة مع الكريات, تظهر في شكل دائري منتظم وعادة ما تكون بأحجام أصغر, قطرها حوالي 1 مم. تظهر بألوان طبيعية. الفئة الخامسة هي الخيوط.
هم ، بجانب الشظايا ، أكثر أنواع جزيئات البلاستيك الدقيق وفرة. يمكن أن تكون قصيرة إلى طويلة ، بسماكة وألوان مختلفة. الفئة الأخيرة هي الرغوة.
غالبا ما تنشأ من جزيئات كبيرة من الستايروفوم. إنها ناعمة وغير منتظمة الشكل ، ولونها أبيض إلى أصفر. النتيجة الرئيسية المكتسبة هي عدد جزيئات البلاستيك الدقيق لكل عينة.
يمكن تطبيع هذه البيانات لكل كيلومتر مربع. الصيغة المستخدمة للتطبيع هي جزيئات البلاستيك الدقيق لكل عينة ، مقسومة على منطقة أخذ العينات ، حيث يتم حساب المساحة بضرب مسافة أخذ العينات بعرض شيطان البحر. هنا يمكنك رؤية مثال واحد على البيانات الطبيعية المعروضة في الجدول 3 والشكل 1.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحليل الجسيمات باستخدام برنامج تحليل الصور. تتضمن النتائج الحد الأقصى لطول ومساحة كل جسيم. في النهاية ، يوصى بالتحليل الكيميائي لإجمالي أو أكبر عدد ممكن من الجسيمات لكل عينة.
باستخدام التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء Forier Transform ، يتم الحصول على طيف من جسيمات مختارة كما هو موضح في هذا الرسم البياني. ثم تتم مقارنة هذا الطيف مع الأطياف من مكتبة البرامج. تظهر النتائج النهائية ما إذا كان الجسيم الواحد من البلاستيك أم لا ، ونوع البلاستيك فيما يتعلق بتركيبه الكيميائي. استنتاج.
باستخدام هذا البروتوكول ، يتم الحصول على نتائج دقيقة وموثوقة لوفرة البلاستيك الدقيق على سطح البحر ويمكن مقارنتها بالدراسات الأخرى الموجودة.
نظرة عامة
يحدد هذا البروتوكول منهجية أخذ عينات البلاستيك الدقيق على سطح البحر وتحليلها اللاحق. يلتزم بالإرشادات التي وضعها المجموع الفني الفرعي لتوجيه التخلص من القمامة البحرية.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأحياء البحرية
- علم البيئة
- مراقبة التلوث
الخلفية
- البلاستيك الدقيق يشكل مصدر قلق بيئي كبير.
- بروتوكولات المراقبة ضرورية لتقييم القمامة البحرية.
- الطرق المعيارية تعزز قابلية مقارنة البيانات.
- فهم توزيع البلاستيك الدقيق يساعد في الإدارة البيئية.
هدف الدراسة
- لتأسيس طريقة موثوقة لأخذ عينات البلاستيك الدقيق.
- تسهيل التعرف والتصنيف لجزيئات البلاستيك الدقيق.
- المساهمة في جهود مراقبة القمامة البحرية.
الطرق المستخدمة
- نشر شبكة ماندا لأخذ عينات السطح.
- فصل البلاستيك الدقيق عن المواد الأخرى باستخدام المناخل.
- التعرف البصري والتصنيف لجزيئات البلاستيك الدقيق.
- التوصيف الكيميائي باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء بتقنية ATR FT-IR.
النتائج الرئيسية
- تم تصنيف جزيئات البلاستيك الدقيق إلى ست مجموعات متميزة.
- أظهرت النتائج وجود أنواع مختلفة من البلاستيك الدقيق.
- ثبت أن المنهجية فعالة في تحليل العينات.
- تسهم البيانات في فهم تلوث البلاستيك الدقيق.
الاستنتاجات
- يوفر البروتوكول طريقة معيارية لمراقبة البلاستيك الدقيق.
- تدعم النتائج الأبحاث الجارية حول القمامة البحرية.
- يمكن للدراسات المستقبلية البناء على هذه المنهجية لتطبيقات أوسع.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
This protocol enables standardized environmental monitoring of microplastic pollution, supporting risk assessment in pharmaceutical supply chains and aquatic toxicology studies. It provides reproducible sampling and analytical methods that enhance data comparability across global marine monitoring programs, informing preclinical safety evaluations of drug formulations and excipients. The methodology aligns with regulatory frameworks for environmental impact assessment, contributing to sustainable R&D practices in the biopharma sector.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of microplastic-induced biological pathways and toxicity mechanisms in aquatic models.
- Operational Value: Provides standardized sample preparation for consistent toxicological screening.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Supports development of assays to evaluate microplastic bioavailability and cellular uptake.
- Operational Value: Ensures reproducible particle isolation and quantification for high-throughput screening.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates disease-relevant modeling of microplastic exposure in preclinical systems.
- Operational Value: Enables longitudinal tracking of microplastic accumulation in environmental compartments.
Pipeline & Workflow Integration
The protocol integrates into environmental safety workflows, supporting early discovery toxicity screening and preclinical risk assessment for pharmaceutical compounds and delivery systems exposed to marine environments.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on microplastic interactions with biological systems and mechanistic de-risking of excipient safety.
- Screening: Delivers standardized particle separation and quantification for reliable compound-microplastic interaction studies.
- Analytics: Provides quantitative size, shape, and chemical composition data via ATR-FTIR for comparative analysis across conditions.
- Translational Research: Connects environmental monitoring data to preclinical continuity in ecotoxicology and safety pharmacology.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable sampling and analytical platform for ongoing environmental surveillance programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in environmental risk assessment through standardized microplastic characterization.
- Operational Value: Reproducible sampling and analysis workflows ensure data consistency across sites and studies.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions on formulation sustainability and reduces late-stage environmental liability risks.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of green chemistry initiatives and eco-friendly drug delivery systems.
Implementation Considerations
- Expertise in marine sampling techniques and microplastic visual identification.
- Access to manta net deployment equipment and vessel operations.
- Availability of stereomicroscopes, sieves, and ATR-FTIR instrumentation.
- Standardization of sample handling protocols across research teams.
- Adaptation considerations for varying sea states and sampling durations.
