Separation and Identification of Conventional Microplastics from Farmland Soils(농지 토양에서 기존 미세 플라스틱의 분리 및 식별)

이 프로토콜은 기존의 미세 플라스틱 샘플링 및 토양에서 분석된 샘플을 설명합니다. 이 방법에는 7 개의 부분이 포함됩니다. 토양 샘플링 및 준비, 밀도 부유선광, 불순물 분해, 착색, 진공 여과, 형태학적 관찰 및 폴리머 식별입니다.

여기에서는 최종 두 단계의 두 가지 다른 분석 프로세스를 제시하며, 이는 기기 가용성에 따라 서로 독립적으로 수행할 수 있습니다. 5점 샘플링 방법을 사용하여 일정한 영역에 걸쳐 이중 형태로 대표적인 토양 샘플을 수집합니다. 수집을 위해 30cm 스테인리스 스틸 토양 오거를 사용하십시오.

샘플을 수집하여 플라스틱이 아닌 용기(예: 알루미늄 호일)에 설치합니다. 직사광선을 피해 실온에서 흙을 말리거나 섭씨 40도로 설정된 오븐을 사용하고 완전히 마를 때까지 최소 24시간 동안 흙을 건조시킵니다. 토양 건조기를 사용할 수 있는 경우 개별 챔버 내의 필터가 교차 오염의 위험을 최소화하는 동시에 여러 토양 샘플을 처리하는 데 사용하십시오.

건조되면 필요한 경우 흙을 갈아줍니다. 플라스틱이 아닌 깨끗한 도구를 사용하십시오. 마른 토양을 갈아서 저장하십시오.

2-5mm 금속 체를 사용하십시오. 2개의 밀도가 높은 작은 스케일을 사용하여 토양 샘플의 미세한 플러스 또는 마이너스 0.05 입자를 플라스틱이 없는 계량 종이 또는 알루미늄 호일에 놓습니다. 샘플은 예를 들어 유리 바이알과 같은 3개의 용기에 저장할 수 있습니다.

미세하게 분쇄된 건조 토양 샘플을 깨끗한 600밀리리터 유리 비커로 옮기십시오. A.비커에 230밀리리터의 포화 염화나트륨 용액을 추가하십시오. A.모든 저장 용기와 비커의 정확한 라벨링을 보장합니다. 비커 A를 유리 자기 교반기의 자기 교반판에 놓습니다. 용액을 분당 30회 회전하면서 260분 동안 저어줍니다.

완전히 균질화되면 용액에서 자기 교반기를 제거하고 포화 염화나트륨 용액으로 헹구어 플라스틱 입자가 용액에서 나오는 것을 방지합니다. 비커를 직사광선이 닿지 않는 평평한 표면에 놓고 전체 밀도 분리가 발생할 때까지 밤새 그대로 두십시오. 비커 A의 내용물이 완전히 분리되면 상층액을 새 유리 비커 B로 조심스럽게 옮깁니다. 비커 A의 내벽을 포화 염화나트륨 용액으로 헹굽니다.

비커 B의 샘플에 4몰의 수산화나트륨 용액을 추가하여 500밀리리터의 고정 부피에 도달합니다. 용액을 분당 30회 회전하면서 260분 동안 저어줍니다. 그런 다음 자기 교반 막대를 제거하고 비커를 직사광선을 피하는 평평한 표면에 놓고 밤새 그대로 두십시오.

일단 베이커 B의 내용이 완전히 분리되었습니다. 비이커 B의 상층액을 새 비커 C로 옮깁니다. 입자 전달을 극대화하기 위해 비커 b의 내벽을 증류수로 헹굽니다. 이전에 준비된 새로운 빨간색 크기 용액을 비커 C에 추가하여 최종 농도 0.5 어금니를 달성합니다.

완전히 균질화될 때까지 유리 막대로 용액을 저어줍니다. 그런 다음 비커를 알루미늄 호일로 덮어 도크에서 용액을 30분 동안 배양합니다. 먼저 다음과 같이 진공 여과 시스템을 설정합니다.

유리 깔때기, 금속 클램프, 진공 여과 베이스, 수집 비커, 연결 호스, 수분 트랩 및 진공 펌프. 핀셋을 사용하여 보관 용기에서 새 멤브레인을 조심스럽게 제거합니다. 필터 멤브레인을 진공 여과 베이스 상단의 중앙에 평평하게 놓습니다.

진공 여과 베이스를 유리 깔때기에 맞추고 금속 클램프로 고정하여 안전한 연결을 보장합니다. 진공 여과를 활성화하고 비커 C의 액체를 유리 깔때기에 천천히 붓습니다. 입자 회수를 최대화하기 위해 비커 C를 증류수로 여러 번 헹굽니다.

오염을 최소화하기 위해 유리 깔때기를 알루미늄 호일로 덮으십시오. 입자 손실을 최소화하기 위해 샘플 여과 후 유리 깔때기의 측면을 증류수로 헹굽니다. 진공 펌프를 떼어내고 핀셋을 사용하여 플레이트에서 필터 멤브레인을 조심스럽게 꺼냅니다.

그리고 각 멤브레인을 개별 유리 페트리 접시에 놓습니다. 페트리 접시를 닫고 알루미늄 호일로 싸기 전에 멤브레인을 완전히 건조시킵니다. 추가 분석이 있을 때까지 건조하고 어두운 곳에 보관하십시오.

예를 들어 FTIR을 사용하여 나중에 폴리머 식별을 위해 멤브레인의 형광 입자의 정확한 위치가 필요한 경우 아래 단계를 참조하십시오. 검은색 젤 펜을 사용하여 T 모양을 따라 필터 멤브레인의 시작 위치 10개 표시를 부드럽게 표시합니다. 형광 기기를 다음과 같이 활성화하고, 호스트, 형광 광원, 모니터 및 형광 현미경을 활성화합니다.

기기를 켜고 소스 LED를 최대 밝기로 설정합니다. 명시야, DF 및 형광등, FL 스위치 버튼을 활용하여 각각 DF 및 FL 이미지를 촬영합니다. 샘플 관찰 기록을 위한 DP2-BSW 소프트웨어이지만 화면을 더 선명하게 만들기 위한 현미경 정의일 뿐입니다.

BF 위치에서 명시야 사진을 촬영하고 FL 위치와 형광 필터로 전환하여 도크에서 사진을 촬영합니다. 시야각 관찰 순서가 1에서 10까지 실행되는지 확인합니다. BF 및 FL 사진이 같은 위치에서 촬영되어야 합니다.

LDIR을 사용한 고분자 식별을 위해 아래와 같이 현미경 단계를 수행합니다. 다음과 같이 현미경 시스템을 설정합니다. 카메라, 필터, 배율 및 현미경 스테이지, 컴퓨터.

필터 멤브레인 홀더를 먼지가 없는 티슈로 감쌉니다. 그런 다음 멤브레인을 홀더에 고정하고 현미경 스테이지로 밀어 넣습니다. 카메라가 연결되어 있고 현미경 배율이 샘플 유형에 적합하고 동일한 세트의 모든 샘플에서 일관되는지 확인합니다.

기록된 이미지의 입자를 정량화하려면 원고에 제공된 단계별 지침을 따르십시오. FTIR을 사용하여 고분자 입자를 식별하는 경우 아래 단계를 참조하십시오. FTIR 분광계 LUMOS 및 해당 소프트웨어 포스트(예: 관찰 및 기록)를 켭니다.

액체 질소를 채워 기계를 활성화하십시오. 각 샘플을 미러링하기 전에 프로브를 청소하십시오. 실시간 화면 녹화를 통해 모니터링할 입자를 식별합니다.

로커를 조작하여 위치와 선명도를 조정합니다. 작동 플랫폼을 중앙으로 가져오고 현재 공기 배경 스펙트럼을 캡처합니다. 대상 조각에서 3-5개의 고정점을 측정한 다음 이 고정점의 위치에 따라 프로브를 배치합니다.

결과 페이지에서 원본 데이터를 저장합니다. 스펙트럼을 풀고 스펙트럼을 표준 라이브러리의 플라스틱 스펙트럼과 비교하여 샘플의 열 품질 지수를 부여합니다. LDIR이 고분자 입자 식별에 사용되는 경우 아래 단계를 따르십시오.

필터 멤브레인을 새 20ml 유리 바이알에 넣습니다. 순수 에탄올 20ml를 넣으십시오. 바이알을 단단히 닫고 뚜껑을 파라필름으로 감싸 누출을 방지합니다.

모든 입자가 재현탁될 때까지 최소 1시간 동안 초음파 수조에서 샘플을 초음파 처리합니다. 멤브레인은 색상을 침출 할 수 있지만 이는 폴리머 식별을 방해하지 않습니다. 멤브레인을 제거하고 폐기합니다.

에탄올 용액이 든 유리 바이알을 자성 교반 식물에 놓고 작은 자성 유리 교반기를 바이알에 추가합니다. 온도를 섭씨 100도로 설정하고 입자가 부유하지 않도록 저속으로 저어 에탄올을 5ml 미만으로 증발시킵니다. LDIR에서 분석을 위해 샘플을 준비하려면 모든 입자가 용액에 균일하게 부유할 때까지 샘플을 천천히 흔들고 슬라이드에 10마이크로리터의 샘플을 빠르게 준비하고 에탄올이 증발하도록 합니다.

이 단계를 두 번 더 반복하여 각 슬라이드에서 샘플당 3개의 반복실험을 분석합니다. LDIR 슬라이드가 기기에 삽입되고 샘플 이름이 연결된 소프트웨어에 입력됩니다. 그 후 기기는 자동 스캔을 시작합니다.

결과 분석은 개별 입자의 화학적 조성, 샘플 내 다양한 폴리머의 분포 및 입자 크기에 대한 자세한 데이터를 제공합니다. 후속 데이터 처리는 예를 들어 이미지 J를 사용하여 프로토콜의 섹션 8과 원고에 있는 결과의 계산 섹션에 자세히 설명되어 있습니다. 이 방법론의 회수 범위를 검증하기 위해 이산화규소, SD, 벤토나이트 점토, BT 및 토양의 세 가지 고체 매트리스의 샘플을 3개의 반복 세트로 분석했습니다.

모든 미세 플라스틱 입자가 균일한 구라고 가정합니다. 이는 5g당 건조하고 단단한 샘플에 약 48,740개 이상의 품목이 포함된다는 것을 의미합니다. 이미지 J 소프트웨어를 기반으로 단일 샘플의 입자 수에 대한 정보를 검토할 수 있으며 이 세 가지 공식을 미세 플라스틱의 최종 회수율로 계산할 수 있습니다.

다음은 이 실험의 몇 가지 결과입니다. 첫 번째는 다양한 고체 매트릭스에서 미세 플라스틱의 회수율입니다. 평균 회수율은 BT, SD, 토양의 각각 84%83%와 90%입니다.

빈 샘플의 결과 및 화학적 식별의 간섭이 제거되었습니다. 평균적으로 PE 미립자의 86%가 성공적으로 회수되었습니다. 바닥은 이러한 샘플의 고분자 유형의 결과입니다.

폴리에틸렌 이외에도 페놀 수지, 폴리염화비닐, 폴리아미드, 폴리프로필렌도 검출되는 것을 알 수 있다. 이 결과는 상층액 이동, 여과 또는 잘못된 식별 중 소량의 시료 투여에 기인할 수 있습니다. 이러한 오염은 여과 장치, 실험실 장비, 대기 침전 또는 증류수에서 비롯되었을 수 있습니다.

다른 폴리머 식별 방법으로 찍은 사진이 있습니다. 이 두 사진은 FTIR 방법을 기반으로 하며 일광과 형광등의 멤브레인의 동일한 영역에서 촬영되었습니다. 그림 A에서는 투명하게 보이지만 그림 B에서는 녹색으로 깜박이는 입자는 플라스틱 재료일 가능성이 높은 것으로 간주됩니다.

다음은 검출되는 입자와 표준 스펙트럼 다이어그램 간의 스펙트럼을 비교한 일반적인 사례입니다. PE 입자 스펙트럼은 가장 가까운 라이브러리 스펙트럼과 일치했으며 일부 일치 품질은 98%입니다.이 사진은 LDIR 방법으로 촬영되었습니다. 실제 패턴과 분포는 그림 A와 개별 입자의 화학적 조성과 같은 몇 가지 자세한 정보에 나와 있습니다.

입자 크기뿐만 아니라 일치 품질은 그림 B에 나와 있습니다.육상 환경에서의 미세 플라스틱 오염은 지난 10년 동안 점점 더 많은 관심을 받고 있는 과학적 주제입니다. 그러나 최근의 미세플라스틱 채취 토양 시스템만 정량화되었으며 토양 미세플라스틱에 대한 검출 방법은 표준화되지 않았습니다. 이 프로토콜은 미세 플라스틱 입자의 샘플링, 분리 및 화학적 식별을 위한 방법론을 설명했습니다.

운영 용이성과 광범위한 채택을 향상시키기 위해 이 방법은 비용이 저렴하고 재료를 쉽게 구할 수 있습니다. 이 프로토콜은 다양한 토양 유형에 적합한 포괄적인 접근 방식을 제시하고 정확한 정량화 및 미세 플라스틱 분석을 보장하는 안내 프레임워크로서의 잠재력을 보여줍니다.