農地土壌からの従来のマイクロプラスチックの分離と同定

このプロトコルは、従来のマイクロプラスチックサンプリングと土壌から分析されたサンプルを説明しています。この方法には 7 つの部分があります。それらは、土壌のサンプリングと調製、密度浮選、不純物分解、着色、真空ろ過、形態学的観察、およびポリマーの同定です。

ここでは、最後の2つのステップのうち、装置の利用可能性に応じて互いに独立して実行できる2つの異なる分析プロセスを紹介します。代表的な土壌試料を5点サンプリング法を用いて、定常領域を横切って二重に採取します。収集には30センチメートルのステンレス製ソイルオーガーを使用してください。

サンプルをアルミホイルなどの非プラスチック容器に収集して設置します。直射日光を避けて室温で土壌を乾燥させるか、40°Cに設定したオーブンを使用して、完全に乾くまで最低24時間土壌を乾燥させます。ソイルドライヤーが利用可能な場合は、個々のチャンバー内のフィルターが交差汚染のリスクを最小限に抑えるため、複数の土壌サンプルを同時に処理するために使用します。

乾いたら、必要に応じて土を挽きます。清潔なプラスチック以外の器具を使用してください。乾燥した土を挽いて保存します。

2〜5ミリメートルの金属ふるいを使用してください。2密の小さなスケールを使用して、土壌サンプルの細かいプラスマイナス0.05粒をプラスチックフリーの計量紙またはアルミホイルに広げます。サンプルは、ガラスバイアルなどの3つの容器に保存できます。

細かく挽いた乾燥土壌サンプルをきれいな600ミリリットルのガラスビーカーに移しますA.ビーカーA.すべての貯蔵容器とビーカーの正確なラベル付けに230ミリリットルの飽和塩化ナトリウム溶液を追加します。ビーカーAをガラスマグネチックスターラーのマグネチックスターリングプレートに置きます。溶液を毎分260回転で30分間攪拌します。

完全に均質化したら、マグネチックスターラーを溶液から取り出し、飽和塩化ナトリウム溶液ですすいで、プラスチック粒子が溶液から排出されるのを防ぎます。ビーカーを直射日光の当たらない平らな面に置き、全密度の分離が発生するまで一晩放置します。ビーカーAの内容物が完全に分離したら、上清を新しいガラスビーカーB.ビーカーAの内壁を飽和塩化ナトリウム溶液ですすいでください。

ビーカーBのサンプルに4モルの水酸化ナトリウム溶液を加えて、500ミリリットルの固定容量に到達します。溶液を毎分260回転で30分間攪拌します。次に、磁気攪拌バーを取り外し、ビーカーを直射日光の当たらない平らな面に置き、一晩放置します。

パン屋Bの中身が完全に分離したら。ビーカーBから新しいビーカーCに上清を移しますビーカーBの内壁を蒸留水ですすぎ、最大の粒子移動を確保します。以前に調製した新しい赤色サイズの溶液をビーカーCに加えて、最終濃度0.5モルを達成します。

完全に均質になるまで、ガラス棒で溶液を攪拌します。次に、ビーカーをアルミホイルで覆うことにより、溶液をドック内で30分間インキュベートします。まず、真空ろ過システムを次のようにセットアップします。

ガラス漏斗、金属クランプ、真空ろ過ベース、収集ビーカー、接続ホース、水分トラップ、真空ポンプ。ピンセットを使用して、保管容器から新しいメンブレンを慎重に取り出します。フィルターメンブレンを真空ろ過ベースの上部の中央かつ平らに置きます。

真空ろ過ベースをガラス漏斗に合わせ、金属クランプで固定することにより、確実な接続を確保します。真空ろ過を作動させ、ビーカーCから液体をガラス漏斗にゆっくりと注ぎます。ビーカーCを蒸留水で数回すすぎ、粒子の回収を最大化します。

ガラス漏斗をアルミホイルで覆い、汚染を最小限に抑えます。サンプルのろ過後、ガラス漏斗の側面を蒸留水ですすいで、粒子の損失を最小限に抑えます。真空ポンプをはがし、ピンセットを使用してプレートからフィルター膜を慎重に取り出します。

そして、各メンブレンを個々のガラスシャーレに入れます。ペトリ皿を閉じてアルミホイルで包む前に、メンブレンを完全に乾かします。さらに分析するまで、乾燥した暗い場所に保管してください。

メンブレン上の蛍光粒子の正確な位置が、FTIRを使用するなどして、後でポリマーを同定する必要がある場合は、以下の手順を参照してください。黒のゲルペンを使用して、T字型に従ってフィルターメンブレンの開始位置10マークをそっとマークします。次のように蛍光装置、ホスト、蛍光源、モニター、および蛍光顕微鏡をアクティブにします。

機器の電源を入れ、ソースLEDを最大輝度に設定します。明視野、DF、蛍光灯、FLスイッチボタンを利用して、それぞれDFとFLの画像を撮影します。DP2-BSWソフトウェアはサンプル観察記録用ですが、画面をより鮮明にするための顕微鏡定義のみです。

BF位置で明視野写真を撮り、FL位置と蛍光フィルターに変えてドックで写真を撮ります。視野の観測シーケンスが 1 から 10 まで実行されることを確認します。BFとFLの写真を同じ位置で撮影してください。

LDIRによるポリマー同定には、以下の手順で顕微鏡の手順を実行します。顕微鏡システムを次のようにセットアップします。カメラ、フィルター、倍率と顕微鏡ステージ、そしてコンピューター。

フィルターメンブレンホルダーをほこりのないティッシュで包みます。次に、メンブレンをホルダーに固定し、顕微鏡ステージにスライドさせます。カメラが接続され、顕微鏡の倍率がサンプルの種類に適切であり、同じセットのすべてのサンプルで一貫していることを確認してください。

記録された画像上の粒子を定量化するには、原稿に記載されているステップバイステップの指示に従ってください。FTIRを使用してポリマー粒子を同定する場合は、以下の手順を参照してください。FTIR分光計LUMOSと対応するソフトウェアポスト(観察や記録など)をオンにします。

液体窒素を充填して、機械をアクティブにします。各サンプルをミラーリングする前に、プローブを清掃してください。リアルタイムの画面記録を通じて監視する粒子を特定します。

ロッカーを操作して位置とシャープネスを調整します。操作プラットフォームを中央に持ってきて、現在の空気背景スペクトルをキャプチャします。ターゲットフラグメント上の3〜5つの固定点を測定し、この固定点の位置に従ってプローブを配置します。

結果ページで、元のデータを保存します。スペクトルを解き、そのスペクトルを標準ライブラリのプラスチックスペクトルと比較して、サンプルの熱品質指数を付与します。LDIRをポリマー粒子の同定に使用する場合は、以下の手順に従ってください。

フィルターメンブレンを新しい20ミリリットルのガラスバイアルに入れます。純粋なエタノールの20ミリリットルを追加します。バイアルをしっかりと閉じ、漏れを防ぐために蓋をパラフィルムで包みます。

すべての粒子が再懸濁されるまで、超音波浴でサンプルを最低1時間超音波処理します。メンブレンは色を浸出させる場合がありますが、これはポリマーの識別を妨げることはありません。メンブレンを取り外して廃棄します。

エタノール溶液の入ったガラスバイアルを磁気攪拌プラントに置き、バイアルに小さな磁気ガラス攪拌器を追加します。温度を摂氏100度に設定し、低速で攪拌して粒子を懸濁させたままにして、エタノールを5ミリリットル未満に蒸発させます。LDIRで分析するサンプルを準備するには、すべての粒子が溶液中に均一に懸濁するまでサンプルをゆっくりと振とうし、スライド上にサンプルの10マイクロリットルをすばやく調製してエタノールを蒸発させます。

この手順をさらに 2 回繰り返して、各スライド上のサンプルごとに 3 回の繰り返しを分析します。LDIRスライドが装置に挿入され、サンプル名が接続されたソフトウェアに入力されます。その後、装置は自動スキャンを開始します。

結果として得られる分析は、個々の粒子の化学組成、サンプル内のさまざまなポリマーの分布、および粒子サイズに関する詳細なデータを提供します。その後のデータ処理は、プロトコールのセクション8で、例えば、画像Jを使用することによるほか、原稿の結果の計算セクションで詳しく説明されています。この分析法の回収範囲を検証するために、3 種類の固体マットレス、二酸化ケイ素、SD、ベントナイト粘土、BT、土壌からのサンプルを 3 回の繰り返しセットで分析しました。

すべてのマイクロプラスチック粒子が均一な球体であると仮定します。つまり、5グラムあたり、乾燥した固体サンプルには約48、740以上のアイテムが含まれています。image Jソフトウェアに基づいて、1つのサンプル中の粒子の数に関する情報を確認し、この3つの式でマイクロプラスチックの最終的な回収率を計算できます。

この実験の結果の一部をご紹介します。まず、さまざまな固体マトリックスからのマイクロプラスチックの回収率です。平均回復率は、BT、SD、土壌のそれぞれ84%83%と90%です。

ブランクサンプルからの結果の干渉と化学的同定が排除されました。平均して、PE微粒子の86%が正常に回収されました。底面は、これらのサンプルのポリマータイプの結果です。

ポリエチレン以外のフェノール樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリプロピレンも検出されることが示されている。この結果は、上清の移送、ろ過、または誤った同定中のサンプル投与量の軽微さに寄与する可能性があります。これらの汚染は、ろ過装置、実験装置、大気中の堆積物、または蒸留水に起因している可能性があります。

異なるポリマー同定方法で撮影された写真がいくつかあります。これらの2つの写真はFTIR法に基づいており、日光と蛍光灯の膜の同じ領域で撮影されています。図Aでは透明に見え、図Bでは緑色に点滅している粒子は、プラスチック材料である可能性が高いと考えられています。

これは、検出される粒子間のスペクトルと標準のスペクトル図との比較を示す典型的なケースです。PE粒子スペクトルは、最も近いライブラリスペクトルと一致し、98%の一致品質でこの写真はLDIR法で撮影されました。実際のパターンと分布は、図Aと、個々の粒子の化学組成などの詳細な情報に示されています。

実行した一致品質と粒子サイズは図Bに示されています.陸域環境におけるマイクロプラスチック汚染は、過去10年間でますます注目を集めている科学的なトピックです。しかし、近年のマイクロプラスチック採取土壌システムのみが定量化されており、土壌マイクロプラスチックの検出方法は標準化されていません。このプロトコルでは、マイクロプラスチック粒子のサンプリング、分離、化学的同定の方法論について説明しています。

運用の容易さと広範な採用を強化するために、この方法は低コストで、材料は簡単に入手できます。このプロトコルは、さまざまな土壌タイプに適した包括的なアプローチを提示し、マイクロプラスチックの正確な定量化と分析を保証する、指針となるフレームワークとしての可能性を示しています。