高悬浮泥沙荷载和大型漂浮碎屑水生环境中 Microplastics 的取样、分类和表征

Summary

迄今为止, 大多数 microplastic 研究都发生在海洋系统中, 悬浮固体水平相对较低。重点现在转移到淡水系统, 这可能具有高泥沙负荷和漂浮的碎片。该协议涉及收集和分析含有高悬浮固体负荷的水生环境中的 microplastic 样品。

Abstract

在海洋中普遍存在的塑料碎片被公众、科学界和政府机构广泛认可。然而, 只有最近才在淡水系统, 如河流和湖泊中 microplastics, 被量化。Microplastic 抽样在表面通常包括部署漂移网在一个固定或移动的小船之后, 它限制取样对低水平悬浮的沉淀物和漂浮或被淹没的残骸的环境。以前的研究, 利用漂移网收集 microplastic 碎片通常使用网与≥300µm 网格大小, 允许塑料碎片 (颗粒和纤维) 低于这个大小, 通过网络和逃避量化。此处详述的协议使: 1) 在高悬浮荷载和漂浮或浸没碎片的环境中采集样本, 2) 对 microplastic 颗粒和纤维 < 300 µm 的捕获和定量. 用一种蠕动泵在低密度聚乙烯 (PE) 容器中储存, 然后在实验室进行过滤和分析。过滤是由一个定制的 microplastic 过滤装置, 其中包含了尼龙网状筛和混合纤维素酯膜过滤器可拆卸的联合关节。用显微镜对网筛和膜过滤器进行了定量和分离 microplastic 微粒和纤维的研究。然后用微衰减的全反射傅里叶变换红外光谱仪 (microplastic) 对这些材料进行了检测, 以确定聚合物的类型。采用蓝色 PE 微粒和绿色尼龙纤维对样品进行了峰值检测;测定颗粒物的回收率为 100%, 纤维含量为92%。该议定书将指导类似的研究 microplastics 在高浓度的河流泥沙。通过对蠕动泵和过滤装置的简单修改, 用户可以收集和分析各种样品体积和颗粒尺寸。

Introduction

最早在二十世纪三十年代¹, 塑料首次在海洋中被观测到。最近对海洋塑料碎片的估计范围从海洋表面的塑料超过24.3万公吨 (mt) 到 4.8-1270万吨塑料, 每年从陆地来源进入大洋^2,3。早期对海洋塑料碎片的研究侧重于 macroplastics (> 5 毫米直径), 因为它们很容易看到和量化。然而, 最近发现, macroplastics 代表 < 10% 的塑料碎片, 计数, 在海洋中, 表明绝大多数的塑料碎片是 microplastic (< 5 毫米直径)²。

Microplastics 分为两组: 初级和二级 Microplastics。主要 microplastics 由直径 < 5 毫米制造的塑料组成, 包括塑料球, 用于制造消费品的原料, 微球用作个人护理产品中的 exfoliants (例如,洗脸、身体磨砂、牙膏), 以及在工业中的磨料或润滑剂。次级 microplastics 是在环境中创建的, 因为较大的塑料碎片被光解、磨损和微生物分解^4,5碎片。合成纤维也是次要的 microplastics 并且是越来越....

Protocol

1. 水样采集

1. 收集水样本和水质量数据的利益乘船的河流是良好的混合, 理想的地方, 河流阶段或排放已知 (例如,美国地质调查 (USGS) 测量站)。²⁰要保证水是混合的, 用手持式仪表在河中浸泡, 在电导率保持相对恒定的地方引导小船。
2. 在取样点, 记录位置坐标和深度。要找到0.6 深度, 只需将总深度乘以0.6。使用手持式仪表测量感兴趣的水质参数 (如浊度、温度、电导率、pH 值和溶解氧)。要测量参数, 将所需深度的取样水泵入宽口容器, 使用蠕动泵, 并立即进行测量 (步骤 1.5)。
3. 使用带有油管的蠕动泵从表面和0.6 深度获取样品。将正确的油管长度连接到泵上, 以获得给定的深度。
   1. 由于在河流系统的强大电流, 连接一个6.4 毫米焊接链到泵油管使用 zip 领带, 以帮助重量的油管。在链条的末端, 放置一个重量或水泥块进一步重量的链条和油管总成。
      警告:不要将重量或水泥块直接附着在泵油管上。
4. 把油管的出水端放在船的边缘, 远离可能脱落纤维的衣物。慢慢降低油管进水端到所需深度 (即,表面或0.6 深度)。然后, 运行在反向泵, 以空气中的油管清洗至少三十年代。在空气净化后, 反转泵的方向, 并从所需深度的样品水冲洗油管, 同时允许水排出船或废物容器。在油管冲洗至少三十年....

Results

为了验证此协议的恢复率, 三个样本 (v₁-v₃) 从 Oso 湾, 科珀斯克里斯蒂, 得克萨斯州 (毗邻得克萨斯州 A & M 大学科珀斯克里斯蒂校区), 与10蓝色 PE 微粒 (范围从50-100 µm直径) 和50种不同长度的绿色尼龙纤维 (图 3)。计算了样本的 TSS (2 节), 然后用3-5 节中概述的方法对样品进行过滤。蓝色 PE 微粒和绿色尼龙纤维然后被分离和定量 (表 1)。其他纤维和微粒在网筛和膜过滤器被观察了, 可能从 Oso 海湾水样品获得。平均, 100% 的 PE 微粒和92% 的尼龙纤维被回收。纤维的损耗可能是由于在过滤或不正确的识别过程中少量的样品损耗所致。

通过过滤1000毫升的 DI 水, 从过滤装置中收集了设备空白。用100µm 和50µm 网筛和0.45 µm 膜过.......

Discussion

Microplastic 收集使用漂移网是传统的方法, 在海洋环境, 如泥沙和塑料浓度低, 因此需要大量的样本量。然而, 在高泥沙荷载和大型漂浮或淹没的河流中, 漂移网并不总是切实可行或安全的。此外, 在试图彻底捕获和量化 microplastic 材料 (尤其是纤维) 时, 使用漂移网是不可行的, 因为大多数用于塑料测量的网都有网格尺寸≥300µm。本文所描述的协议允许在含有高泥沙负荷的水体中进行取样, 同时允许捕获 microplastics < 300 µm 直径。该方法和相关的过滤装置是多才多艺的, 可以适应特定的项目需要。此外, 通过本议定书获得的数据将有助于制定缓解战略, 以改善水质, 并衡量这些战略的有效性, 例如最近的 microbead 禁令²⁶。

这种方法能够控制采样采集深度、体积输入和 microplastics 的分离, 同时还可以对多个污染源进行核算。使用蠕动泵允许用户通过调整泵管的长度来收集任何所需深度的样品。用户可以很容易地控制样品体积, 使用过滤装置, 而可拆卸的联合配件允许调整过滤材料和孔径大小, 以.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1L Cubitainer 容器，低密度聚乙烯	VWR	89094-140	用于收集和储存样品的容器。
2-1/2" 透明 Schedule 40 硬质 PVC 管	美国塑料公司	34138	用于制造该设备的 PVC 管是一根 2.43 m 的管。然后将管道切割成由活接头分隔的每个部分的所需长度。截面长度是通过预测较小的孔径会更快地堵塞设备来确定的。将较长的部分放置在较小孔径的上方，以收集和保持水，以防止在样品留在装置中时需要拆卸装置以更换过滤器。对于一个过滤装置，需要一个 18 英寸、一个 12 英寸和两个 6 英寸。
2-1/2" PVC SCH 40 插座接头	供应室	457-025	活接头被粘在 PVC 管上，以容纳尼龙筛和混合纤维素膜。
尼龙 6 编织网片，不透明米白色，12 英寸宽，12 英寸长，500 微米网孔尺寸，38% 开口面积（5 件装）	小零件通过亚马逊	CMN-0500-C/5PK-05	网片被切成圆圈，以匹配 PVC 管外径的直径。边缘被粘上以确保不会发生磨损。胶水的直径不应延伸到 PVC 的内径，以免在过滤过程中受到影响。
尼龙 6 编织网片，不透明白色，12 英寸宽，12 英寸长，100 微米网孔尺寸，44% 开口面积（5 件装）	小零件通过亚马逊	B0043D1TB4	网片被切成圆圈，以匹配 PVC 管的外径。边缘被粘上以确保不会发生磨损。胶水的直径不应延伸到 PVC 的内径，以免在过滤过程中受到影响。
尼龙 6 编织网片，不透明白色，12 英寸宽，12 英寸长，50 微米网孔尺寸，37% 开口面积（5 件装）	小零件通过 Amazon	B0043D1SGA	片被切成圆圈，以匹配 PVC 管的外径。边缘被粘上以确保不会发生磨损。胶水的直径不应延伸到 PVC 的内径，以免在过滤过程中受到影响。
混合纤维素酯膜，0.45 微米，142 毫米，25 个/包	VWR	10034-914	使用 0.45 um 的混合纤维素膜过滤器作为最后一个过滤器。使用大直径将过滤器折叠成锥形，以增加过滤器的表面积以防止堵塞。
金属网篮茶叶过滤器茶壶过滤器 76mm 直径 3 件	Uxcell 通过亚马逊	a15071600ux0260	网篮用于为膜过滤器提供额外支撑，以防止在真空泵施加压力时撕裂。
1/2" PVC 倒钩插入公头适配器	供应室	1436-005	添加了真空适配器，以便在由于沉积物浓度高而过滤缓慢的情况下进行真空过滤。
1/2 英寸外径 x 3/8 英寸内径 x 10 英尺 PVC 透明乙烯基管	家得宝	702229	用于将真空泵连接到过滤装置的管材。
YSI Professional Plus 多参数仪器，带四电缆	YSI	6050000	手持式仪表，用于测量其他水质参数参数（例如浊度、温度、电导率、pH 值和溶解氧 （DO））。
2100P 便携式浊度计	Hach	4650000	手持式仪表，用于测量浊度。
FEP 内衬 PE 管	Geotech	87050529	与柱状泵一起使用，从所需深度收集水样。
Geopump 蠕动泵系列 II	Geotech	91350123	泵用于收集水样。
明治科技 EMZ-8TR 显微镜	Microscope.com	EMZ8TR-PLS2	显微镜用于分析筛网和膜过滤器来定量可疑的微塑料。
Nicolet iS10 FTIR 光谱仪	Thermo Electron North America	912A0607	FTIR 用于分析可疑的塑料微粒。
Nicolet iN5 FTIR 显微镜	Thermo Electron North America	912A0895	FTIR 显微镜，用于分析可疑的塑料微粒。
锗 （Ge） ATR	热电子 北美	869-174400	天竺葵 ATR 附件与 Nicolet iN5 FTIR 显微镜一起使用，用于分析可疑的塑料微粒。
铝制 EZ-Spot 微型支架（每包 5 个）	Thermo Electron North America	0042-545	显微镜载玻片与 Nicolet iN5 FTIR 显微镜一起使用，用于分析可疑的塑料微粒。
镀铝玻璃样品载玻片	Thermo Electron North America	0042-544	显微镜载玻片与 Nicolet iN5 FTIR 显微镜一起使用，用于分析可疑的塑料微粒。