فصل وتحديد اللدائن الدقيقة التقليدية عن تربة الأراضي الزراعية
مارس 21, 2025
يتم تقديم طريقة لاستخراج اللدائن الدقيقة من التربة وتحديد أنواع البوليمر الخاصة بها. تم تحسين الطريقة للتنفيذ وقابلية التطبيق والفعالية من حيث التكلفة. إنه يضع أساسا علميا لتوحيد الطريقة التحليلية لتحديد اللدائن الدقيقة في التربة.
يصف هذا البروتوكول أخذ عينات البلاستيك الدقيق التقليدية وتحليل العينة من التربة. تتضمن الطريقة سبعة أجزاء. وهي أخذ عينات التربة وتحضيرها ، وتعويم الكثافة ، وهضم الشوائب ، والتلوين ، والترشيح الفراغي ، والمراقبة المورفولوجية ، وتحديد البوليمر.
هنا ، نقدم عمليتين تحليليتين مختلفتين للخطوتين الأخيرتين ، والتي يمكن تنفيذها بشكل مستقل عن بعضها البعض اعتمادا على توفر الأداة. اجمع عينة تربة تمثيلية باستخدام طريقة أخذ العينات المكونة من خمس نقاط بطريقة مزدوجة الشكل عبر منطقة ثابتة. استخدم مثقاب تربة من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاس 30 سم للتجميع.
اجمع العينات وقم بتثبيتها في حاوية غير بلاستيكية ، على سبيل المثال ، رقائق الألومنيوم. جفف التربة في درجة حرارة الغرفة بعيدا عن أشعة الشمس المباشرة ، أو استخدم فرنا مضبوطا على 40 درجة مئوية وجفف التربة لمدة 24 ساعة على الأقل حتى تجف تماما. إذا كان مجفف التربة متاحا ، فاستخدمه لمعالجة عينات متعددة من التربة في نفس الوقت الذي يقلل فيه المرشح داخل الغرف الفردية من مخاطر التلوث المتبادل.
بمجرد أن تجف ، قم بطحن التربة إذا لزم الأمر. استخدم أدوات نظيفة غير بلاستيكية. طحن وحفظ التربة الجافة.
استخدم منخل معدني من اثنين إلى خمسة ملليمترات. باستخدام مقياس صغير كثيف ، ضع حبة زائدة أو ناقصة 0.05 من عينة التربة على ورق وزن خال من البلاستيك أو رقائق الألومنيوم. يمكن تخزين العينات في ثلاث حاويات ، على سبيل المثال ، قوارير زجاجية.
انقل عينة التربة المجففة المطحونة إلى دورق زجاجي نظيف سعة 600 مل أ.أضف 230 مل من محلول كلوريد الصوديوم المشبع إلى الدورق أ. تأكد من وضع العلامات الدقيقة على جميع حاويات التخزين والأكواب. ضع الدورق A على لوح تقليب مغناطيسي عند محرك مغناطيسي زجاجي. قلب المحلول لمدة 30 دقيقة بمعدل 260 دورة في الدقيقة.
بمجرد تجانسها بالكامل ، قم بإزالة النمام المغناطيسي من المحلول واشطفها بمحلول كلوريد الصوديوم المشبع لمنع خروج الجسيمات البلاستيكية من المحلول. ضع الدورق على سطح مستو بدون أشعة الشمس المباشرة واتركه قائما طوال الليل حتى يحدث فصل كامل الكثافة. بمجرد فصل محتويات الدورق A تماما ، انقل المادة الطافية بعناية إلى دورق زجاجي جديد B. اشطف الجدران الداخلية للدورق A بمحلول كلوريد الصوديوم المشبع.
أضف أربعة محلول هيدروكسيد الصوديوم المولي إلى العينة في الدورق B للوصول إلى حجم ثابت يبلغ 500 ملليلتر. قلب المحلول لمدة 30 دقيقة بمعدل 260 دورة في الدقيقة. ثم قم بإزالة قضيب التحريك المغناطيسي وضع الدورق على سطح مستو بعيدا عن أشعة الشمس المباشرة واتركه واقفا طوال الليل.
بمجرد فصل محتوى الخباز B تماما. انقل المادة الطافية من الدورق B إلى دورق جديد C. اشطف الجدار الداخلي للدورق ب بالماء المقطر لضمان أقصى نقل للجسيمات. أضف المحلول الأحمر الجديد المعد مسبقا إلى الدورق C لتحقيق تركيز نهائي يبلغ 0.5 مولار.
حرك المحلول بقضيب زجاجي حتى يتجانس تماما. ثم اترك المحلول يحتضن لمدة 30 دقيقة في قفص الاتهام عن طريق تغطية الدورق بورق الألمنيوم. أولا ، قم بإعداد نظام الترشيح الفراغي على النحو التالي.
قمع زجاجي ، مشبك معدني ، قاعدة ترشيح فراغ ، دورق تجميع ، خرطوم توصيل ، مصيدة رطوبة ، ومضخة تفريغ. قم بإزالة الأغشية الجديدة بعناية من حاوية التخزين الخاصة بها باستخدام الملقط. ضع غشاء المرشح مركزيا ومسطحا أعلى قاعدة الترشيح الفراغية.
تأكد من الاتصال الآمن عن طريق محاذاة قاعدة الترشيح الفراغي مع قمع زجاجي ، وربطها بمشبك معدني. قم بتنشيط الترشيح الفراغي وصب السائل ببطء من الدورق C في القمع الزجاجي. اشطف الدورق C عدة مرات بالماء المقطر لزيادة استعادة الجسيمات.
قم بتغطية القمع الزجاجي بورق الألمنيوم لتقليل التلوث. اشطف جانب القمع الزجاجي بالماء المقطر بعد ترشيح العينة لضمان فقدان الحد الأدنى من الجسيمات. قم بتمزيق مضخة التفريغ واسترجع غشاء المرشح بعناية من اللوحة باستخدام الملقط.
ووضع كل غشاء في طبق بتري زجاجي فردي. أضيفي الأغشية حتى تجف تماما قبل إغلاق طبق بتري ولفه بورق الألمنيوم. قم بتخزينه في مكان جاف ومظلم حتى مزيد من التحليل.
إذا كان الموقع الدقيق لجسيمات الفلورسنت على الأغشية مطلوبا لتحديد البوليمر لاحقا ، على سبيل المثال ، باستخدام FTIR ، فيرجى الرجوع إلى الخطوات أدناه. استخدم قلم جل أسود لتمييز موضع البداية برفق 10 علامات على غشاء المرشح بعد شكل T. قم بتنشيط أداة التألق على النحو التالي ، المضيف ، ومصادر الفلورسنت ، والشاشة ، والمجهر الفلوري.
قم بتشغيل الجهاز واضبط مؤشر LED للمصادر على أقصى سطوع. استخدم المجال الساطع ، و DF ، وضوء الفلورسنت ، وزر مفتاح FL لالتقاط صور DF و FL على التوالي. برنامج DP2-BSW لتسجيل المراقبة العينة ، ولكن فقط تعريف المجهر لجعل الشاشة أكثر وضوحا.
التقط صور المجال الساطع أسفل موضع BF وقم بتحويله إلى موضع FL ومرشح الفلورسنت لالتقاط الصور في قفص الاتهام. تأكد من أن تسلسل مراقبة مجال الرؤية يمتد من واحد إلى 10. تأكد من التقاط صور BF و FL في نفس الموضع.
لتحديد البوليمر باستخدام LDIR ، قم بتنفيذ خطوات المجهر على النحو التالي. قم بإعداد نظام المجهر على النحو التالي. الكاميرا والفلاتر ومرحلة التكبير والمجهر والكمبيوتر.
لف حاملات أغشية المرشح بمناديل خالية من الغبار. ثم قم بتأمين الأغشية في الحامل وانزلق إلى مرحلة المجهر. تأكد من توصيل الكاميرا وأن تكبير المجهر مناسب لنوع العينة ومتسق عبر جميع العينات من نفس المجموعة.
لتحديد الجسيمات الموجودة على الصور المسجلة ، اتبع التعليمات خطوة بخطوة الواردة في المخطوطة. إذا تم استخدام FTIR لتحديد جزيئات البوليمر ، فيرجى الرجوع إلى الخطوات أدناه. قم بتشغيل مطياف FTIR LUMOS ومنشور البرنامج المقابل ، على سبيل المثال ، المراقبة والتسجيل.
املأ بالنيتروجين السائل لتنشيط الماكينة. قم بتنظيف المسبار قبل عكس كل عينة. تحديد الجسيمات للمراقبة من خلال تسجيل الشاشة في الوقت الفعلي.
اضبط الموضع والحدة عن طريق معالجة الراك. أحضر منصة التشغيل إلى المركز والتقط طيف الخلفية الهوائية الحالي. قم بقياس ثلاث إلى خمس نقاط ثابتة على الجزء المستهدف ، ثم ضع المسبار وفقا لموقع هذه النقاط الثابتة.
في صفحة النتيجة، احفظ البيانات الأصلية. قم بحل الطيف ، وقارن الطيف مع الطيف البلاستيكي في المكتبة القياسية لمنح مؤشر جودة الحرارة للعينة. إذا تم استخدام LDIR لتحديد جزيئات البوليمر ، فاتبع الخطوات أدناه.
ضع غشاء المرشح في قارورة زجاجية جديدة سعة 20 ملليلترا. أضف 20 مل من الإيثانول النقي. أغلق القارورة بإحكام ولف الغطاء بالبارافيلم لمنع التسرب.
عينات صوتية في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة ساعة واحدة على الأقل حتى يتم تعليق جميع الجسيمات. قد يتسرب لون الغشاء ، لكن هذا لن يتداخل مع تحديد البوليمر. قم بإزالة الغشاء والتخلص منه.
ضع القارورة الزجاجية مع محلول الإيثانول على محطة تقليب مغناطيسية ، وأضف أداة تقليب زجاجية مغناطيسية صغيرة إلى القارورة. دع الإيثانول يتبخر إلى أقل من خمسة ملليلتر عن طريق ضبط درجة الحرارة على 100 درجة مئوية والتقليب بسرعة منخفضة لإبقاء الجسيمات معلقة. لتحضير العينة للتحليل على LDIR ، قم بهز العينات ببطء حتى يتم تعليق جميع الجسيمات بشكل متجانس في المحلول وإعداد 10 ميكرولتر من العينة بسرعة على الشريحة واترك الإيثانول يتبخر.
كرر هذه الخطوة مرتين أخريين لتحليل ثلاث نسخ مكررة لكل عينة في كل شريحة. يتم إدخال شريحة LDIR في الجهاز ويتم إدخال اسم العينة في البرنامج المتصل. بعد ذلك ، تبدأ الأداة في إجراء فحص تلقائي.
يوفر التحليل الناتج بيانات مفصلة عن التركيب الكيميائي للجسيمات الفردية ، وتوزيع البوليمرات المختلفة داخل العينة ، بالإضافة إلى حجم الجسيمات. يتم تفصيل معالجة البيانات اللاحقة في القسم 8 من البروتوكول ، على سبيل المثال ، باستخدام الصورة J وكذلك في قسم الحساب للنتيجة في المخطوطة. للتحقق من صحة نطاق الاسترداد لهذه المنهجية ، تم تحليل عينات من ثلاث مراتب صلبة مختلفة ، ثاني أكسيد السيليكون ، SD ، طين البنتونيت ، BT ، والتربة ، في مجموعات من ثلاث نسخ مكررة.
افترض أن جميع جزيئات البلاستيك الدقيق عبارة عن كرة موحدة. وهذا يعني أنه لكل خمسة غرامات ، تشمل العينات الجافة والصلبة حوالي 48،740 عنصرا. استنادا إلى برنامج الصورة J ، يمكن مراجعة المعلومات حول عدد الجسيمات في عينة واحدة ، ويمكن حساب هذه الصيغ الثلاث معدل الاسترداد النهائي للجدائن الدقيقة.
فيما يلي بعض نتائج هذه التجربة. الأول هو معدل استرداد البلاستيك الدقيق من المصفوفات الصلبة المختلفة. متوسط معدلات الاسترداد هو 84٪ 83٪ و 90٪ من BT و SD والتربة على التوالي.
تم التخلص من تداخل النتيجة من العينة الفارغة والتحديد الكيميائي. في المتوسط ، تم استرداد 86٪ من جسيمات PE بنجاح. الجزء السفلي هو نتيجة نوع البوليمر لهذه العينات.
يتضح أنه باستثناء البولي إيثيلين ، يتم أيضا اكتشاف راتنج الفينول والبولي فينيل كلوريد والبولي أميد والبولي بروبلين. قد تساهم هذه النتيجة في جرعة عينة طفيفة أثناء نقل المادة الطافية أو الترشيح أو التحديد غير الصحيح. يمكن أن تكون هذه الملوثات قد نشأت من أجهزة الترشيح أو معدات المختبرات أو الترسيب الجوي أو الماء المقطر.
هناك بعض الصور التي تم التقاطها بطرق مختلفة لتحديد البوليمر. تستند هاتان الصورتان إلى طريقة FTIR ، ويتم التقاطهما في نفس المنطقة من الأغشية في وضح النهار وضوء الفلورسنت. تعتبر الجسيمات التي تظهر شفافة في الشكل أ بينما تومض باللون الأخضر في الشكل ب من المحتمل أن تكون مادة بلاستيكية.
فيما يلي حالة نموذجية توضح مقارنة الطيف بين الجسيم الذي يتم اكتشافه بمخطط الطيف القياسي. تطابق طيف جسيمات PE مع أقرب أطياف مكتبة بجودة تطابق 98٪ تم التقاط هذه الصورة باستخدام طرق LDIR. يظهر النمط الحقيقي والتوزيع في الشكل أ وبعض المعلومات التفصيلية مثل التركيب الكيميائي للجسيمات الفردية.
يتم عرض جودة المطابقة التي تم تشغيلها وكذلك حجم الجسيمات في الشكل B.يعد تلوث البلاستيك الدقيق في البيئة الأرضية موضوعا علميا حظي باهتمام متزايد على مدار العقد الماضي. ومع ذلك ، لم يتم تحديد كمية سوى نظام التربة الحديثة لأخذ البلاستيك الدقيق ولم يتم توحيد طريقة الكشف عن البلاستيك الدقيق للتربة. وصف هذا البروتوكول منهجية أخذ العينات والفصل والتحديد الكيميائي لجزيئات البلاستيك الدقيقة.
لتعزيز السهولة التشغيلية والاعتماد على نطاق واسع ، فإن الطريقة منخفضة التكلفة والمواد متاحة بسهولة. يظهر هذا البروتوكول الإمكانات كإطار توجيهي ، حيث يقدم نهجا شاملا مناسبا لأنواع التربة المختلفة ، مما يضمن القياس الكمي الدقيق وتحليل اللدائن الدقيقة.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تقدم هذه المقالة طريقة لاستخلاص البلاستيك المصغر من التربة وتحديد أنواع البوليمرات الخاصة بها. تم تحسين البروتوكول للتنفيذ والقابلية للتطبيق وفعالية التكلفة، مما يوفر أساسًا علميًا لتحديد طرق التحليل القياسية في تحديد البلاستيك المصغر في التربة.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- العلوم البيئية
- تحليل التربة
- بحث البلاستيك المصغر
الخلفية
- البلاستيك المصغر هو ملوث واسع الانتشار في العديد من النظم البيئية.
- إن تحديد البلاستيك المصغر في التربة أمر بالغ الأهمية لفهم تأثيره البيئي.
- تفتقر الطرق الحالية إلى التوحيد ويمكن أن تكون مكلفة.
- تهدف هذه الدراسة إلى معالجة هذه الفجوات من خلال بروتوكول محسّن.
غرض الدراسة
- لتطوير طريقة فعالة من حيث التكلفة لاستخلاص البلاستيك المصغر من التربة.
- لتوحيد العملية التحليلية لتحديد أنواع البوليمرات.
- لتعزيز قابلية تطبيق أبحاث البلاستيك المصغر في الدراسات البيئية.
الطرق المستخدمة
- أخذ عينات التربة والتحضير باستخدام طريقة أخذ عينات من خمس نقاط.
- التعويم بالكثافة لفصل البلاستيك المصغر عن التربة.
- هضم الشوائب لإزالة المواد العضوية.
- التلوين والترشيح بالفراغ لتحليل إضافي.
النتائج الرئيسية
- استخلاص ناجح للبلاستيك المصغر من عينات التربة.
- تحديد أنواع البوليمرات المختلفة الموجودة في العينات.
- تبرهن على فعالية التكلفة والكفاءة للطريقة.
- إمكانية التوحيد في أبحاث البلاستيك المصغر المستقبلية.
الاستنتاجات
- توفر الطريقة المطورة نهجًا موثوقًا لتحليل البلاستيك المصغر في التربة.
- قد يؤدي توحيد هذه الطريقة إلى تعزيز قابلية المقارنة في البحث.
- تحتاج الدراسات الإضافية إلى التحقق من صحة الطريقة عبر أنواع التربة المختلفة.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Standardized microplastic extraction and identification from soil addresses a critical gap in environmental risk assessment for agricultural and biopharma R&D. Reliable quantification and polymer profiling of microplastics enable cross-study comparability, supporting translational research on environmental contaminants and their biological impacts. This protocol enhances predictive confidence for downstream toxicology, exposure modeling, and regulatory science portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables hypothesis-driven investigation of microplastic exposure effects on biological systems.
- Supports mechanistic de-risking by clarifying contaminant profiles in preclinical models.
- Facilitates functional validation of environmental targets relevant to soil and crop health.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible sample preparation for downstream bioassays.
- Delivers quantitative microplastic recovery rates to benchmark assay sensitivity.
- Enables platform reuse across soil types and contaminant classes for scalable screening.
Translational & Preclinical Research
- Aligns environmental sample analysis with translational biomarker discovery for exposure studies.
- Ensures continuity from environmental sampling to preclinical toxicology workflows.
- Supports risk-adjusted advancement of environmental health hypotheses.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates at the interface of environmental sampling, analytical chemistry, and preclinical exposure modeling, supporting workflows from early discovery through translational research.
- Discovery Biology: Enables robust hypothesis testing on microplastic exposure and biological response.
- Screening: Standardizes sample input for reproducible, quantitative downstream assays.
- Analytics: Provides particle counts, polymer identification, and recovery rates for comparative analysis.
- Translational Research: Bridges environmental contaminant profiling with preclinical exposure and biomarker studies.
- Enterprise Reuse: Offers a cost-effective, adaptable protocol for diverse soil matrices and research settings.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces ambiguity in environmental exposure studies.
- Operational Value: Promotes standardization, reproducibility, and scalability across research teams.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for environmental risk and toxicology portfolios.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of environmental health research initiatives.
Implementation Considerations
- Requires expertise in environmental sampling and analytical chemistry.
- Needs access to fluorescence microscopy, FTIR, or LDIR instrumentation for polymer identification.
- Demands rigorous cross-team standardization to minimize contamination and ensure comparability.
- Adaptable to various soil types and solid matrices with validated recovery rates.
- Potential limitations include contamination risks from laboratory equipment and sample handling.
