Cuantificación de micro y nanoplásticos a base de tereftalato de adipato de polibutileno del suelo mediante espectroscopía de resonancia magnética nuclear de protones

Desarrollamos este método para poder aprender más sobre la biodegradación de plásticos biodegradables y suelo. Los productos de plástico biodegradables están diseñados para degradarse completamente después de ser enterrados en el suelo, pero necesitábamos una forma de medir los pequeños fragmentos de plástico que podrían permanecer en el suelo. Los métodos de cuantificación de microplásticos se han desarrollado rápidamente en los últimos años y no están estandarizados entre grupos.

Los microplásticos se han cuantificado a partir del suelo utilizando una variedad de tecnologías diferentes. Creemos que el desarrollo de métodos para la espectroscopia de RMN es importante para diversificar el acceso a la cuantificación de microplásticos. La RMN se ha utilizado anteriormente para cuantificar el PBAT de los productos plásticos en el suelo.

Creamos y compartimos este protocolo con el fin de adaptar esta técnica a una herramienta que los científicos ambientales y otros pueden usar para cuantificar rápidamente PBAT a partir de numerosas muestras de suelo en paralelo, lo que permite el monitoreo ambiental a gran escala. Nuestro protocolo consiste en recuperar el polímero PBAT en un disolvente. Debido a que el método no se centra en aislar partículas de plástico individuales, no está limitado por el tamaño de los micro o nanoplásticos.

Hay algunas compensaciones, pero esto nos permite aprender sobre la biodegradación de nanoplásticos en el suelo. Ahora que podemos cuantificar el plástico de tamaño micro y nanométrico en el suelo, queremos aprender más sobre cómo interactúan los nanoplásticos con los constituyentes del suelo, como la materia orgánica y los minerales del suelo. Estas interacciones podrían ser un factor importante, protegiendo los plásticos de la biodegradación por enzimas microbianas.

Para comenzar, recoja y prepare el suelo antes del procedimiento de extracción. En una campana extractora, prepare una mezcla de cloroformo y metanol de 100 mililitros de 90 a 10 volúmenes por volumen para cada muestra que se vaya a extraer. Agregue 100 gramos de tierra seca, 100 mililitros de la solución de metanol y cloroformo y 20 perlas de vidrio en un frasco de extracción de vidrio.

Selle herméticamente el frasco con tapas revestidas de PTFE para evitar que se escape el vapor del solvente. Coloque el frasco de extracción en una mesa agitadora y agite a 200 revoluciones por minuto durante ocho horas. Después de agitar, deje que la tierra en el frasco de extracción se asiente durante al menos cuatro horas.

Ahora, destape un frasco de extracción en una campana extractora. Con una pipeta, cargue el extracto líquido en un filtro de papel cualitativo con un tamaño de poro de 11 micrómetros y recoja el filtrado en un frasco de vidrio limpio etiquetado. Registre el volumen del disolvente recuperado.

Deje que el extracto en el suelo se seque completamente en la campana extractora, lo que puede tardar hasta 24 horas. Luego, deseche de manera segura la tierra seca. Una vez que el extracto esté seco, tape el frasco de muestra y guárdelo en un lugar fresco, oscuro y seco para su uso posterior.

Para comenzar, obtenga extracto de suelo seco que contenga tereftalato de adipato de polibutileno o PBAT. Agregue un miligramo del calibrante interno 1, 4-dimetoxibenceno en cada frasco de muestra que contenga el extracto seco. Vuelva a suspender la muestra en 500 microlitros de cloroformo deuterado en una campana extractora.

Tape el frasco y golpéelo suavemente contra una mano o una mesa de trabajo aproximadamente 10 veces a cada lado. A continuación, utilice una punta de pipeta limpia para transferir la muestra disuelta a un tubo de RMN. Repita el paso de resuspensión con otros 500 microlitros de cloroformo deuterado y extraiga la muestra.

Tape el tubo de RMN y guárdelo durante tres días antes de recolectar los espectros de RMN. El espectro de suelo franco sombreado enriquecido con 63 miligramos por kilogramo de PBAT mostró los cinco picos característicos de PBAT claramente resueltos. Las curvas de calibración mostraron fuertes correlaciones entre la cantidad de PBAT agregada y medida en marga sombreada, marga arenosa de Elkhorn y marga de Los Osos, con marga sombreada logrando la mayor eficiencia de extracción con un 76%La eficiencia de extracción de PBAT de marga sombreada fue mayor para los microplásticos que para los nanoplásticos.