הפרדה וזיהוי של מיקרופלסטיק קונבנציונלי מקרקעות חקלאיות

פרוטוקול זה מתאר דגימת מיקרופלסטיק קונבנציונלית ודגימה שנותחה מהאדמה. השיטה כוללת שבעה חלקים. הם דגימה והכנה של קרקע, ציפה בצפיפות, עיכול טומאה, צבע, סינון ואקום, תצפית מורפולוגית וזיהוי פולימרים.

כאן אנו מציגים שני תהליכים אנליטיים שונים של שני השלבים האחרונים, אשר יכולים להתבצע ללא תלות זה בזה בהתאם לזמינות המכשירים. אסוף דגימת קרקע מייצגת בשיטת דגימה של חמש נקודות בצורה כפולה על פני שטח יציב. השתמש במקדחת אדמה מנירוסטה בגודל 30 סנטימטרים לאיסוף.

אסוף והתקן את הדגימות במיכל שאינו מפלסטיק, למשל, נייר אלומיניום. יבש את האדמה בטמפרטורת החדר הרחק מאור שמש ישיר, או השתמש בתנור המכוון ל-40 מעלות צלזיוס וייבש את האדמה למשך 24 שעות לפחות עד לייבוש מלא. אם מייבש אדמה זמין, השתמש בו לעיבוד דגימות אדמה מרובות בו זמנית כאשר המסנן בתוך התאים הבודדים ממזער את הסיכון לזיהום צולב.

לאחר הייבוש, טוחנים את האדמה במידת הצורך. השתמש בכלים נקיים שאינם מפלסטיק. טוחנים ושומרים את האדמה היבשה.

השתמש במסננת מתכת של שניים עד חמישה מילימטרים. בעזרת קנה מידה קטן דו-צפוף, הניחו עדין פלוס מינוס 0.05 גרגר של דגימת האדמה על נייר שקילה נטול פלסטיק או נייר אלומיניום. ניתן לאחסן דגימות בתוספת שלושה מיכלים, למשל, בקבוקוני זכוכית.

העבירו את דגימת האדמה המיובשת הטחונה דק לכוס זכוכית נקייה של 600 מיליליטר א. הוסיפו 230 מיליליטר של תמיסת נתרן כלורי רווי לכוס א. הקפידו על תיוג מדויק של כל מיכלי האחסון והכוסות. הנח את הכוס A על צלחת ערבוב מגנטית במערבל מגנטי מזכוכית. מערבבים את התמיסה למשך 30 דקות ב -260 סיבובים לדקה.

לאחר ההומוגניות המלאה, הסר את המערבל המגנטי מהתמיסה ושטוף בתמיסת נתרן כלורי רוויה כדי למנוע הוצאת חלקיקי פלסטיק מהתמיסה. הניחו את הכוס על משטח ישר ללא אור שמש ישיר והשאירו אותה עומדת למשך הלילה עד להתרחשות הפרדה בצפיפות מלאה. לאחר שתכולת A נפרדה לחלוטין, העבירו בזהירות את הסופרנטנט לכוס זכוכית חדשה B.שטפו את הדפנות הפנימיות של A בתמיסת נתרן כלורי רוויה.

הוסף ארבע תמיסת נתרן הידרוקסיד מולרית לדגימה בכוס B כדי להגיע לנפח קבוע של 500 מיליליטר. מערבבים את התמיסה למשך 30 דקות ב -260 סיבובים לדקה. לאחר מכן הסר את מוט הערבוב המגנטי והנח את הכוס על משטח ישר הרחק מאור שמש ישיר והשאיר אותה עומדת למשך הלילה.

ברגע שהתוכן של אופה ב' נפרד לחלוטין. העבירו את הסופרנטנט מכוס B לכוס חדשה C.שטפו את הדופן הפנימית של B במים מזוקקים כדי להבטיח העברת חלקיקים מקסימלית. הוסף את התמיסה החדשה בגודל אדום שהוכנה בעבר לכוס C כדי להשיג ריכוז סופי של 0.5 טוחנת.

מערבבים את התמיסה עם מוט זכוכית עד להומוגניות מלאה. לאחר מכן הניחו לתמיסה לדגור במשך 30 דקות ברציף על ידי כיסוי הכוס בנייר אלומיניום. ראשית, הגדר את מערכת סינון הוואקום באופן הבא.

משפך זכוכית, מהדק מתכת, בסיס סינון ואקום, איסוף, צינור חיבור, מלכודת לחות ומשאבת ואקום. הסר בזהירות ממברנות חדשות ממיכל האחסון שלו באמצעות פינצטה. הנח את קרום המסנן במרכז ושטוח על החלק העליון של בסיס סינון הוואקום.

ודא חיבור מאובטח על ידי יישור בסיס סינון הוואקום עם משפך זכוכית, הידוקם עם מתכת clamp. הפעל את סינון הוואקום ושפך לאט את הנוזל מכוס C למשפך הזכוכית. שטפו את C מספר פעמים במים מזוקקים כדי למקסם את התאוששות החלקיקים.

מכסים את משפך הזכוכית בנייר אלומיניום כדי למזער את הזיהום. שטפו את צד משפך הזכוכית במים מזוקקים לאחר סינון הדגימה כדי להבטיח אובדן חלקיקים מינימלי. קרע את משאבת הוואקום והחזר בזהירות את קרום המסנן מהצלחת באמצעות הפינצטה.

ומניחים כל ממברנה בצלחת פטרי זכוכית אישית. מוסיפים את הממברנות יבשות לחלוטין לפני שסוגרים את צלחת הפטרי ועוטפים אותה בנייר אלומיניום. אחסן אותו במקום יבש וחשוך עד לניתוח נוסף.

אם המיקום המדויק של חלקיק פלואורסצנטי על הממברנות נדרש לזיהוי פולימרי מאוחר יותר, למשלample, באמצעות FTIR, עיין בשלבים הבאים. השתמש בעט ג'ל שחור כדי לסמן בעדינות את מיקום ההתחלה 10 סימנים על קרום המסנן בעקבות צורת T. הפעל את מכשיר הקרינה באופן הבא, המארח, מקורות פלורסנט, צג ומיקרוסקופ פלואורסצנטי.

הפעל את המכשיר והגדר את נורית המקורות לבהירות מקסימלית. השתמש בשדה הבהיר, ב-DF ובאור הפלורסנט, בלחצן מתג FL כדי לצלם תמונות DF ו-FL בהתאמה. תוכנת DP2-BSW להקלטת תצפית לדוגמה, אבל רק הגדרת המיקרוסקופ כדי להפוך את המסך לחד יותר.

צלם את תמונות השדה הבהיר מתחת למצב BF והפוך למצב FL ומסנן פלואורסצנטי כדי לצלם תמונות ברציף. ודא שרצף התצפית של שדה הראייה פועל מ-1 עד 10. ודא שיש לצלם את תמונות ה- BF וה- FL באותו מיקום.

לזיהוי פולימרים באמצעות LDIR, בצע את שלבי המיקרוסקופ כמפורט להלן. הגדר את מערכת המיקרוסקופ באופן הבא. המצלמה, המסננים, שלב ההגדלה והמיקרוסקופ והמחשב.

עטפו את מחזיקי קרום המסנן ברקמות נטולות אבק. לאחר מכן אבטח את הממברנות במחזיק והחלק אל המיקרוסקופ stage. ודא שהמצלמה מחוברת והגדלת המיקרוסקופ מתאימה לסוג הדגימה ועקבית בכל הדגימות מאותה קבוצה.

כדי לכמת את החלקיקים בתמונות המוקלטות, עקוב אחר ההוראות המפורטות בכתב היד. אם נעשה שימוש ב-FTIR לזיהוי חלקיקי פולימר, עיין בשלבים הבאים. הפעל את ספקטרומטר FTIR LUMOS ואת פוסט התוכנה המתאים, למשל, תצפית והקלטה.

מלאו בחנקן נוזלי כדי להפעיל את המכונה. נקה את הגשושית לפני שיקוף כל דגימה. זהה את החלקיקים לניטור באמצעות הקלטת מסך בזמן אמת.

התאם את המיקום והחדות על ידי מניפולציה של הנדנדה. הבא את פלטפורמת ההפעלה למרכז וללכוד את ספקטרום הרקע האווירי הנוכחי. מדוד שלוש עד חמש נקודות קבועות על שבר המטרה, ולאחר מכן מקם את הגשושית בהתאם למיקום הנקודות הקבועות הללו.

בדף התוצאות, שמור את הנתונים המקוריים. לפתור את הספקטרום, ולהשוות את הספקטרום עם ספקטרום פלסטי בספרייה הסטנדרטית כדי להעניק את מדד איכות החום של הדגימה. אם נעשה שימוש ב-LDIR לזיהוי חלקיקי פולימר, בצע את השלבים הבאים.

הנח את קרום המסנן לתוך בקבוקון זכוכית חדש של 20 מיליליטר. הוסף 20 מיליליטר אתנול טהור. סוגרים היטב את הבקבוקון ועוטפים את המכסה בפרפילם כדי למנוע דליפה.

דגימות סוניקט באמבט אולטראסוני למשך שעה אחת לפחות עד שכל החלקיקים מושעים מחדש. הממברנה עשויה לדלוף צבע, אך הדבר לא יפריע לזיהוי הפולימר. הסר והשליך את הממברנה.

הניחו את בקבוקון הזכוכית עם תמיסת האתנול על צמח ערבוב מגנטי, והוסיפו לבקבוקון מערבל זכוכית מגנטי קטן. תן לאתנול להתאדות לפחות מחמישה מיליליטר על ידי הגדרת הטמפרטורה ל-100 מעלות צלזיוס וערבוב במהירות נמוכה כדי לשמור על חלקיקים תלויים. כדי להכין את הדגימה לניתוח על ה-LDIR, יש לנער את הדגימות לאט עד שכל החלקיקים תלויים בצורה הומוגנית בתמיסה והכינו במהירות 10 מיקרוליטר מהדגימה על השקופית ותנו לאתנול להתאדות.

חזור על שלב זה פעמיים נוספות כדי לנתח שלושה שכפולים לכל דגימה בכל שקופית. שקופית ה-LDIR מוכנסת למכשיר ושם המדגם מוזן לתוכנה המחוברת. לאחר מכן, המכשיר יוזם סריקה אוטומטית.

הניתוח שהתקבל מספק נתונים מפורטים על ההרכב הכימי של חלקיקים בודדים, התפלגות הפולימרים השונים בתוך הדגימה, כמו גם גודל החלקיקים. עיבוד הנתונים הבא מפורט בסעיף 8 של הפרוטוקול, למשל, על ידי שימוש בתמונה J וכן בסעיף החישוב של התוצאה בכתב היד. כדי לאמת את טווח ההתאוששות של מתודולוגיה זו, דגימות משלושה מזרנים מוצקים שונים, סיליקון דו חמצני, SD, חימר בנטוניט, BT ואדמה, נותחו בקבוצות של שלושה שכפולים.

נניח שכל חלקיקי המיקרופלסטיק הם כדור אחיד. המשמעות היא שלכל חמישה גרם, דגימות יבשות ומוצקות כוללות כ-48,740 פריטים. בהתבסס על תוכנת image J, ניתן לסקור את המידע על מספר החלקיקים בדגימה בודדת, ולחשב את שלוש הנוסחאות הללו את קצב ההתאוששות הסופי של המיקרופלסטיק.

הנה כמה תוצאות של הניסוי הזה. הראשון הוא קצב ההתאוששות של מיקרופלסטיק ממטריצות מוצקות שונות. שיעורי ההתאוששות הממוצעים הם 84%83% ו-90% מ-BT, SD ואדמה בהתאמה.

ההפרעה של התוצאה מהדגימה הריקה והזיהוי הכימי בוטלו. בממוצע, 86% מחלקיקי ה-PE התאוששו בהצלחה. החלק התחתון הוא תוצאה של סוג הפולימר של דגימות אלה.

הוכח כי מלבד פוליאתילן, מתגלים גם השרף הפנולי, פוליוויניל כלוריד, פוליאמיד ופוליפרופילן. תוצאה זו עשויה לתרום למינון דגימה מינורי במהלך העברת סופרנטנט, סינון או זיהוי שגוי. זיהומים אלה יכולים לנבוע ממכשירי הסינון, ציוד המעבדה, התצהיר האטמוספרי או המים המזוקקים.

ישנן כמה תמונות שצולמו בשיטות זיהוי פולימרים שונות. שתי התמונות הללו מבוססות על שיטת FTIR, והן מצולמות באותו אזור של הממברנות באור היום ובאור הפלורסנט. חלקיקים שנראים שקופים באיור A בזמן שהם מהבהבים בירוק באיור B נחשבים כחומר פלסטי.

הנה מקרה טיפוסי המציג את השוואת הספקטרום בין החלקיק שזוהה לדיאגרמת הספקטרום הסטנדרטית. ספקטרום חלקיקי PE הותאם לספקטרום הספרייה הקרוב ביותר עם איכות התאמה מסוימת של 98%תמונה זו צולמה בשיטות LDIR. הדפוס וההתפלגות האמיתיים מוצגים באיור A ומידע מפורט כמו ההרכב הכימי של חלקיקים בודדים.

איכות ההתאמה כמו גם גודל החלקיקים מוצגים באיור B.זיהום מיקרופלסטיק בסביבה היבשתית הוא נושא מדעי שזכה לתשומת לב הולכת וגוברת בעשור האחרון. עם זאת, רק מערכת הקרקע האחרונה של לקיחת מיקרופלסטיק כומתה ושיטת הזיהוי של מיקרופלסטיק בקרקע לא תוקננה. פרוטוקול זה תיאר את המתודולוגיה לדגימה, הפרדה וזיהוי כימי של חלקיקי מיקרופלסטיק.

כדי לשפר את קלות התפעול והאימוץ הנרחב, השיטה זולה והחומרים זמינים בקלות. פרוטוקול זה מראה פוטנציאל כמסגרת מנחה, המציג גישה מקיפה המתאימה לסוגי קרקע שונים, ומבטיח כימות מדויק וניתוח של מיקרופלסטיק.