协议塑料微粒采样的海面和样品分析
2016年12月16日
以下协议描述的方法:海面上的塑料微粒采样，颗粒的微型和化学鉴定分离。该协议是由MSFD技术小组对海洋垃圾公布了塑料微粒监测的建议。
该协议描述了海面上的微塑料采样和样品分析。海面采样。使用大三角帆吊杆或 A 型框架，使用绳索和登山扣从船的侧面展开蝠鲼网。
将蝠鲼网部署在尾流区之外，以防止在尾流区内收集受湍流影响的水。在提供的数据表中记下初始 GPS 坐标和初始时间。开始以大约 2-3 节的速度沿一个直线方向移动 30 分钟，然后开始时间测量。
30 分钟后，停船并将最终的 GPS 坐标、路线长度和平均船速记入提供的数据表中。从水中捡起蝠鲼网。使用潜水泵从网外用海水或船水箱中的水彻底冲洗蝠鲼网。
沿从蝠鲼口到鳕鱼端的方向冲洗，以便将所有粘附在网上的颗粒浓缩到鳕鱼端。注意：切勿通过网口冲洗样品，以防止污染。安全地取出鳕鱼端，并通过 300 微米或更小网孔尺寸的筛子筛分鳕鱼端的样品。
从外面彻底冲洗鳕鱼末端，然后将剩余的样品倒入筛子中。重复此步骤，直到鳕鱼末端内不再有任何颗粒。将所有材料集中在筛子
的一部分中。使用漏斗，使用 70% 乙醇将筛子冲洗到玻璃罐或塑料瓶中。盖上瓶子，用纸巾擦拭，并在瓶盖和罐子外面贴上样品名称和日期。从海面样品中分离出微塑料。
如果样品中不包含任何大于 25 mm 的物品并且看起来很干净，请直接继续步骤 3。否则，将样品倒入筛子中，并使用目视识别和镊子从样品中去除所有尺寸大于 5 mm 的天然或人工垃圾。小心地用蒸馏水仔细冲洗每个被移除的物体，以去除粘附在其上的任何微塑料垃圾。
将所有天然和人工垃圾物品存放在单独的容器中。在干燥器中干燥所有天然和人工垃圾，或在露天但封闭的盘子中干燥，并称重。根据垃圾分类主清单识别所有大于 25 毫米的垃圾物体。
去除所有较大的物体后，使用喷瓶或自来水将所有剩余的碎片集中在筛子的一部分中。在漏斗的帮助下，使用最少量的 70% 乙醇将样品倒入玻璃容器中。取少量样品，倒入玻璃培养皿中。
使用立体显微镜分析样品并寻找微塑料颗粒。在查找每个微塑料颗粒时，根据表 1 中的类别将其分类为其中一个类别，然后将其放入标有类别名称的培养皿或其他玻璃瓶中。培养皿需要始终关闭。
将培养皿放在带有测量设备的显微镜下，并测量每个颗粒的大小。测量除细丝外最长的对角线，并记下其颜色。分别称量每个类别的微塑料颗粒。
微塑料颗粒需要事先干燥。如何识别微塑料？无细胞结构。
不均匀 厚度均匀。独特的颜色 从样品中分离塑料微粒时，请保守地去除，多去除多多不少。我们稍后仍然可以确定粒子的真实化学结构。
化学表征。衰减反射傅里叶变换红外光谱法 （ATR FT-IR） 是一种常用的塑料表征技术。可以确定材料成分，在某些情况下，还可以确定降解的程度。
分析前必须用酒精和无绒布清洁检测系统，并在样品架上放置一个用于小颗粒的专用板。然后记录背景光谱。然后将样品放在样品架上并拧紧。
当开始收集样品光谱时，检测器通过 ATR 晶体发送一束红外光，使其从与样品接触的样品上反射。这种反射略微渗透到样品中，从而可以记录光谱。然后，光束在离开晶体时被检测器收集，最终获得光谱。
光谱是每种材料的特征，因此可以通过将获得的光谱与数据库中的光谱自动比较来识别。ATR FT-IR 显微镜。FT-IR 显微镜结合了显微镜和红外光谱仪的功能。
这允许在非常小的区域上记录光谱，适用于分析小于 1 mm 的塑料微粒。显微镜最常在 ATR 模式下使用，尽管可以使用透射和反射模式。分析首先将样品放在玻璃过滤器上。
可以使用其他滤波器，但它们的聚合物性质会干扰表征。将装有样品的滤光片放在自动扫描台上，使用纵杆定位样品并记录光学图像。在此图像上，我们标记了一个 20x20 微米的区域，样品将在其中进行表征。
然后进行背景测量，然后在定义的位置收集光谱。获得 ATR FT-IR 光谱，将其与数据库中的光谱进行比较，以确定样品的成分。结果。所描述的协议提供了根据其视觉特征分为 6 类的微塑料颗粒的基本结果。
第一类，通常是最丰富的一类，是 Fragments。这些是刚性的、厚的、具有锋利弯曲的边缘和不规则的形状。它们以各种不同的颜色出现。
第二类是电影。这些也以不规则的形状出现，但与碎片相比，它们又薄又灵活，通常是透明的。第三类是通常源自塑料工业的颗粒。
它们的形状不规则且呈圆形，通常较大，直径约为 5 毫米。它们通常在一侧是平坦的，并且可以有不同的颜色。第四类是颗粒。
与颗粒相比，它们呈规则的圆形，通常尺寸较小，直径约为 1 毫米。它们以自然色出现。第五类是细丝。
它们是仅次于碎片的塑料微粒类型。它们可以由短到长，具有不同的厚度和颜色。最后一类是泡沫。
它们通常来自聚苯乙烯泡沫塑料的大颗粒。它们柔软且形状不规则，呈白色至黄色。获得的主要结果是每个样品的微塑料颗粒数量。
此数据可以按每平方公里进一步归一化。用于归一化的公式是每个样品的微塑料颗粒除以采样面积，其中面积是通过将采样距离乘以蝠鲼宽度来计算的。在这里，您可以看到表 3 和图 1 中所示的标准化数据示例。
此外，可以使用图像分析软件分析颗粒。结果包括每个粒子的最大长度和面积。最后，建议对每个样品中的颗粒总数或最大颗粒数进行化学分析。
通过使用 Forier 变换红外光谱法，可以获得来自选定颗粒的光谱，如图所示。然后将该频谱与软件库中的频谱进行比较。最终结果显示一个颗粒是否为塑料，以及塑料的化学结构类型。结论。
通过使用该协议，可以获得海面上微塑料丰度的准确可靠的结果，并且可以与其他现有研究进行比较。
概览
本协议概述了海面微塑料取样及其后续分析的方法。它遵循了海洋垃圾技术小组关于海洋垃圾的指南。
关键研究组成部分
科学领域
- 海洋生物学
- 环境科学
- 污染监测
背景
- 微塑料是一个重大的环境问题。
- 监测协议对评估海洋垃圾至关重要。
- 标准化方法提高数据可比性。
- 了解微塑料分布有助于环境管理。
研究目的
- 建立微塑料取样的可靠方法。
- 促进微塑料颗粒的识别和分类。
- 为海洋垃圾监测工作做出贡献。
使用的方法
- 使用幽灵网进行表面采样。
- 使用筛子将微塑料与其他材料分离。
- 通过目视识别和分类微塑料颗粒。
- 使用ATR FT-IR光谱进行化学表征。
主要结果
- 微塑料颗粒被分类为六个不同的组。
- 结果表明存在各种类型的微塑料。
- 方法对于样本分析证明是有效的。
- 数据有助于理解微塑料污染。
结论
- 该协议为微塑料监测提供了标准化方法。
- 研究结果支持对海洋垃圾的持续研究。
- 未来的研究可以在这种方法的基础上进行更广泛的应用。
常见问题
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.
