Quantificazione di micro e nanoplastiche a base di polibutilene adipato tereftalato dal suolo mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare protonica

Abbiamo sviluppato questo metodo in modo da poter saperne di più sulla biodegradazione delle plastiche biodegradabili e del suolo. I prodotti in plastica biodegradabile sono progettati per degradarsi completamente dopo essere stati sepolti nel terreno, ma avevamo bisogno di un modo per misurare piccoli frammenti di plastica che potrebbero rimanere nel terreno. I metodi di quantificazione delle microplastiche si sono sviluppati rapidamente negli ultimi anni e non sono standardizzati tra i gruppi.

Le microplastiche sono state quantificate dal suolo utilizzando una varietà di tecnologie diverse. Riteniamo che lo sviluppo di metodi per la spettroscopia NMR sia importante per diversificare l'accesso alla quantificazione delle microplastiche. La risonanza magnetica mobile è stata precedentemente utilizzata per quantificare il PBAT dai prodotti in plastica nel suolo.

Abbiamo creato e condiviso questo protocollo per adattare questa tecnica in uno strumento che gli scienziati ambientali e altri possono utilizzare per quantificare rapidamente il PBAT da numerosi campioni di suolo in parallelo, consentendo il monitoraggio ambientale su larga scala. Il nostro protocollo prevede il recupero del polimero PBAT in un solvente. Poiché il metodo non si concentra sull'isolamento di singole particelle di plastica, non è limitato dalle dimensioni delle micro o nanoplastiche.

Ci sono alcuni compromessi, ma questo ci permette di conoscere la biodegradazione delle nanoplastiche nel suolo. Ora che siamo in grado di quantificare la plastica di dimensioni micro e nanometriche nel suolo, vogliamo saperne di più su come le nanoplastiche interagiscono con i costituenti del suolo come la materia organica e i minerali del suolo. Queste interazioni potrebbero essere un fattore importante, proteggendo la plastica dalla biodegradazione da parte degli enzimi microbici.

Per iniziare, raccogli e prepara il terreno prima della procedura di estrazione. In una cappa aspirante, preparare una miscela da 100 millilitri di cloroformio e metanolo da 100 millilitri in volume da 90-10 volumi per ogni campione da estrarre. Aggiungere 100 grammi di terreno asciutto, 100 millilitri di soluzione di metanolo cloroformio e 20 perle di vetro in un barattolo di estrazione di vetro.

Sigillare ermeticamente il barattolo con coperchi rivestiti in PTFE per evitare la fuoriuscita di vapori di solvente. Posizionare la giara di estrazione su un tavolo vibrante e agitare a 200 giri al minuto per otto ore. Dopo aver agitato, lasciare riposare il terreno nel barattolo di estrazione per almeno quattro ore.

Ora, stappate un barattolo di estrazione in una cappa aspirante. Utilizzando una pipetta, caricare l'estratto liquido su un filtro di carta di qualità con una dimensione dei pori di 11 micrometri e raccogliere il filtrato in un barattolo di vetro pulito etichettato. Registrare il volume del solvente recuperato.

Lasciare asciugare completamente l'estratto nel terreno nella cappa aspirante, operazione che può richiedere fino a 24 ore. Quindi, scartare in modo sicuro il terreno essiccato. Una volta che l'estratto è asciutto, tappare il barattolo del campione e conservarlo in un luogo fresco, buio e asciutto per un uso successivo.

Per iniziare, procurati un estratto di terriccio essiccato contenente polibutilene adipato tereftalato o PBAT. Aggiungere un milligrammo del calibrante interno 1,4-Dimetossibenzene in ogni barattolo di campionamento contenente l'estratto essiccato. Risospendere il campione in 500 microlitri di cloroformio deuterato in una cappa aspirante.

Tappate il barattolo e picchiettatelo delicatamente contro una mano o un piano di lavoro circa 10 volte su ciascun lato. Quindi, utilizzare una punta di pipetta pulita per trasferire il campione disciolto in una provetta NMR. Ripetere la fase di risospensione con altri 500 microlitri di cloroformio deuterato ed estrarre il campione.

Tappare la provetta NMR e conservarla per tre giorni prima di raccogliere gli spettri NMR. Lo spettro del terreno argilloso ombroso con 63 milligrammi per chilogrammo di PBAT ha mostrato che tutti e cinque i picchi caratteristici di PBAT sono stati chiaramente risolti. Le curve di calibrazione hanno mostrato forti correlazioni tra la quantità di PBAT aggiunta e misurata nel terriccio ombreggiato, nel terriccio sabbioso Elkhorn e nel terriccio di Los Osos, con il terriccio ombroso che ha raggiunto la massima efficienza di estrazione al 76%L'efficienza di estrazione del PBAT dal terriccio ombreggiato era più alta per le microplastiche che per le nanoplastiche.