Multimodale analyse van microplastics in drinkwater met behulp van een pijplijn voor siliciumnanomembraananalyse

Onze onderzoeksdoelen zijn het verbeteren van de analyse van microplastics die aanwezig zijn in meerdere soorten monsters, en het verbeteren van de gegevens die worden gegenereerd uit die interessante deeltjes. De huidige analysemethoden voor microplastics zijn vatbaar voor de introductie van extrinsieke vervuiling. De methoden die we hier beschrijven, elimineren overdrachtsstappen en verlichten dit besmettingsprobleem.

We bieden een protocol dat gebruikmaakt van een silicium nanomembraan waarmee onderzoekers multimodale analyses van hun interessante deeltjes kunnen uitvoeren met verhoogde efficiëntie en minder vervuiling. De analyse van microplastics is slechts zo effectief als de gebruikte methoden, waarbij optische, elektronen- en spectroscopische beeldvormingstechnieken worden gecombineerd voor een volledig beeld. Silicium nanomembranen maken deze meervoudige analyses mogelijk.

[Verteller] Trek om te beginnen een 100% katoenen laboratoriumjas en nitrilhandschoenen aan. Spuit met 99% isopropylalcohol de nitril handschoenen, wrijf de handen grondig tegen elkaar en spoel af met ongeveer 18 megohm 0,22 micrometer gefilterd water. Vouw een delicate doekje van natuurlijke vezels in vieren en spuit vervolgens met 70% isopropylalcohol. Veeg het oppervlak van de kap van achteren naar voren en met lange bewegingen. Het delicate veegje om de twee slagen opnieuw vouwen op een ongebruikt oppervlak. Rol nu een siliconenmat over het oppervlak van de kap om eventuele resterende deeltjes op te nemen. Spuit de siliconen roller in met 99% isopropylalcohol en schrob met een gehandschoende hand. Spoel de roller af met gefilterd water. Nadat u het reinigingsproces drie keer hebt herhaald, laat u de roller aan de lucht drogen in de kap. Om ultrapuur water en isopropylalcohol te genereren, vult u een bekerglas van een liter met het 18 megohm water onder de kap. Maak een spuit van 60 millimeter klaar en bevestig het filter van de spuit met een cutoff van 0.22 micrometer door ten minste 200 milliliter gefilterd water door de spuit en de filtereenheid te duwen. Spoel vervolgens een glazen schroefdopcontainer drie keer af met gefilterd water en vul de container met een spuit gefilterd 18 megohm 0.22 micrometer gefilterd water. Herhaal de stappen voor het vullen van de beker, de spuit en het spoelen van de container met het gewenste percentage isopropylalcohol in plaats van water om ultrazuivere isopropylalcohol te verkrijgen. Trek persoonlijke beschermingsmiddelen en nitrilhandschoenen aan. Spuit een siliconen pakking in met ultrazuivere 99% isopropylalcohol en schrob de pakking met gehandschoende vingers. Spoel de pakking vervolgens af met ultrapuur water. Genereer eerst het proces leeg. Door gebruik te maken van de geprepareerde spuit wordt 30 milliliter ultrapuur water en 30 milliliter lucht in de spuit van 60 milliliter opgenomen. Schroef een spuitfilter erop. Schud de spuit krachtig en laat de vloeistof en lucht door het filter lopen. Na drie keer spoelen, monteert u het filterapparaat volgens de visuele montageafbeelding. Zet het vacuüm naar het filterapparaat aan om een negatieve stroom door de filterschijfstapel te creëren. Om de achtergrondverontreiniging van de procesblanco te meten, doseert u langzaam 50 milliliter ultrapuur water over het nanomembraan in het midden van de bovenste schijf met behulp van de gespoelde spuit. Laat het ultrazuivere water doorfiltreren. Zodra het monster droog is, schakelt u het vacuüm uit. Verwijder met een schoon pincet voorzichtig de filterschijven uit de pakkingen en plaats ze in een schoon geëtiketteerde container, zoals een glazen petrischaaltje of een verduisterde doos. Beeld de filterschijven af onder microscopie voor optische analyse en deeltjestelling. Herhaal voor experimentele vloeistofmonsters het spoelproces van de spuit met een extra gereinigde pakking en spuitfiltereenheid. Neem vervolgens de gewenste hoeveelheid van het nieuwe monster op en verdeel het monster langzaam over het nanomembraan in het midden van de bovenste schijf. Zodra de monsterfiltratie is voltooid, spoelt u het membraan drie keer af met een milliliter ultrapuur water. Spoel twee glazen containers met schroefdop drie keer af met ultrapuur water. Bereid een oplossing van 0,1 milligram per milliliter Nijlrood in ultrazuivere 99% isopropylalcohol in een schone glazen container. Keer de container 10 keer voorzichtig om om de oplossing te mengen. Filtreer de Nijlroodoplossing in de tweede glazen schroefdopcontainer. Plaats de te bevlekken filterschijf op de steunfrit van de vacuümopvangkolf en pipetteer 20 microliter van de 0.1 milligram per milliliter Nijlrode oplossing op het nanomembraan in het midden van de filterschijf. Incubeer de vlek vijf minuten op het nanomembraan en filter vervolgens de vlek vacuüm. Spoel de filterschijf driemaal af met één milliliter ultrazuivere 99% isopropylalcohol. Om overtollige Nijlrode vlek te verwijderen. Laat de filterschijf twee minuten op de steunfritte zitten met het vacuüm aan om eventuele resterende vloeistof te filteren en te drogen. Als het na twee minuten nog steeds niet droog is, zet het dan twee tot vijf minuten in een oven van 70 graden Celsius met behulp van een schone glazen petrischaal. Voor het kwantificeren van deeltjes, immobiliseert u de filterschijf op een microscoopglaasje met behulp van een siliconenpakking en verplaatst u deze naar de microscooptafel. Beeld het nanomembraan af met behulp van helderveldverlichting, zodat het maximale aantal gedetecteerde tellingen ongeveer 90% van het maximale bereik van de detectorcamera is. Beeld het nanomembraan af met behulp van fluorescentieverlichting, zodat de maximale pixelintensiteiten ongeveer 25% van het maximale bereik van de detectorcamera zijn. Sla ten slotte de verkregen afbeeldingen op als een 16-bits samengesteld TIFF-bestand. Kale siliciumnitride en goud gecoate siliciumnitride nanomembranen waren geschikt voor specifieke soorten analyses. Blank siliciumnitride was geschikt voor optische technieken op basis van transmissie en spectroscopie, terwijl met goud beklede siliciumnanomembranen geschikt waren voor op reflectie gebaseerde technieken. Er wordt een ideale cascade van gegevens getoond die is gegenereerd uit een enkel silicium nanomembraan. Vermoedelijke microplastic deeltjes gekleurd met Nijlrood gaven aan dat de geteste kraanwatermonsters een significant hoger aantal deeltjes van meer dan 20 micron hadden in vergelijking met de subfractie van 8 tot 20 micron. Raman-spectra verzameld met een laser van 830 nanometer hadden een hoge correlatiecoëfficiënt op hetzelfde deeltje dat met optische microscopie was geanalyseerd. Spectra onthulden dat het deeltje bestond uit polyethyleen. Scanning-elektronenmicroscopie onthulde gedetailleerde morfologische kenmerken van deeltjes die op het siliciumnanomembraan zijn gevangen. Energiedispersieve röntgenspectroscopie-analyse toonde aan dat de belangrijkste deeltjessamenstelling voornamelijk uit koolstof en stikstof bestond. Dit, samen met een opname van een trypanblauwe kleuring, suggereert dat het deeltje waarschijnlijk van organische oorsprong is. Suboptimale monstervoorbereiding leverde onduidelijke gegevens op. Onjuist gespoelde Nijlrode kleuring maakt de identificatie van deeltjes moeilijk en er werden suboptimale Raman-spectra met een lage correlatiecoëfficiënt verkregen, wat suggereert dat de chemische identiteit van het deeltje niet betrouwbaar kan worden bevestigd.