Multimodalna analiza mikroplastiku w wodzie pitnej przy użyciu rurociągu do analizy nanomembran krzemowych

Nasze cele badawcze to poprawa analizy mikrodrobin plastiku obecnych w wielu typach próbek, a także poprawa danych generowanych z tych cząstek, które są przedmiotem zainteresowania. Obecne metody analityczne dotyczące mikrodrobin plastiku są podatne na wprowadzanie zanieczyszczeń zewnętrznych. Metody, które tutaj opisujemy, eliminują etapy transferu i łagodzą ten problem zanieczyszczenia.

Udostępniamy protokół wykorzystujący nanomembranę krzemową, który umożliwia naukowcom przeprowadzanie multimodalnych analiz interesujących ich cząstek ze zwiększoną wydajnością i mniejszym zanieczyszczeniem. Analiza mikroplastiku jest tylko na tyle skuteczna, na ile zastosowane metody, połączenie technik obrazowania optycznego, elektronowego i spektroskopowego pozwala na uzyskanie najpełniejszego obrazu. Nanomembrany krzemowe umożliwiają te wielokrotne analizy.

[Narrator] Na początek załóż laboratoryjny fartuch wykonany w 100% z bawełny i rękawice nitrylowe. Za pomocą 99% alkoholu izopropylowego spryskaj rękawice nitrylowe, dokładnie przetrzyj dłonie i spłucz przefiltrowaną wodą o stężeniu około 18 megaomów 0,22 mikrometra. Złóż delikatną chusteczkę z naturalnego włókna na ćwiartki, a następnie spryskaj 70% alkoholem izopropylowym. Wytrzyj powierzchnię maski od tyłu do przodu i długimi pociągnięciami. Składanie delikatnej chusteczki roboczej na nieużywaną powierzchnię co dwa pociągnięcia. Teraz przetocz silikonową matę po powierzchni kaptura, aby zebrać wszelkie pozostałe cząsteczki. Spryskaj silikonowy wałek 99% alkoholem izopropylowym i wyszoruj dłonią w rękawiczce. Opłucz wałek przefiltrowaną wodą. Po trzykrotnym powtórzeniu procesu czyszczenia pozostaw wałek do wyschnięcia na powietrzu wewnątrz okapu. Aby wytworzyć ultraczystą wodę i alkohol izopropylowy, napełnij jednolitrową zlewkę 18 megaomami wody pod maską. Zalać strzykawkę o średnicy 60 milimetrów i założyć filtr strzykawkowy o średnicy 0,22 mikrometra, przepychając co najmniej 200 mililitrów przefiltrowanej wody przez strzykawkę i zespół filtra. Następnie trzykrotnie przepłucz szklany pojemnik z zakrętką przefiltrowaną wodą i napełnij pojemnik strzykawką przefiltrowaną wodą o strzykawce 18 megaomów 0,22 mikrometra. Powtórzyć etapy napełniania zlewki, zalewania strzykawki i płukania pojemnika, używając pożądanego stężenia procentowego alkoholu izopropylowego zamiast wody, aby wytworzyć ultraczysty alkohol izopropylowy. Załóż środki ochrony osobistej i rękawice nitrylowe. Spryskaj uszczelkę silikonową ultraczystym 99% alkoholem izopropylowym i wyszoruj uszczelkę palcami w rękawiczkach. Następnie spłucz uszczelkę ultraczystą wodą. Najpierw wygeneruj pusty proces. Wykorzystując zalaną strzykawkę, wlej 30 mililitrów ultraczystej wody i 30 mililitrów powietrza do 60-mililitrowej strzykawki. Przykręcić filtr strzykawkowy. Energicznie wstrząsnąć strzykawką i dozować płyn oraz powietrze przez filtr. Po trzykrotnym spłukaniu zmontuj aparat filtracyjny zgodnie z grafiką montażu wizualnego. Włącz podciśnienie w aparacie filtrującym, aby wytworzyć ujemny przepływ przez stos tarcz filtra. Aby zmierzyć zanieczyszczenie tła ślepej próby procesowej, należy powoli dozować 50 mililitrów ultraczystej wody na nanomembranę pośrodku górnej tarczy za pomocą przepłukanej strzykawki. Pozwól, aby ultraczysta woda się przefiltrowała. Gdy próbka wyschnie, wyłącz próżnię. Za pomocą czystej pęsety ostrożnie wyjmij krążki filtra z uszczelek i umieść je w czystym pojemniku, takim jak szklana szalka Petriego lub zaciemnione pudełko. Zobrazuj dyski filtracyjne pod mikroskopią w celu analizy optycznej i zliczania cząstek. W przypadku eksperymentalnych próbek cieczy należy powtórzyć proces płukania strzykawki z dodatkowo oczyszczoną uszczelką i filtrem strzykawkowym. Następnie pobierz żądaną ilość nowej próbki i powoli dozuj próbkę przez nanomembranę pośrodku górnego dysku. Po zakończeniu filtracji próbki przepłucz membranę trzykrotnie jednym mililitrem ultraczystej wody. Wypłucz trzy razy dwa szklane pojemniki z zakrętką ultraczystą wodą. Przygotuj 0,1 miligrama na mililitr roztworu czerwieni nilowej w ultraczystym 99% alkoholu izopropylowym w czystym szklanym pojemniku. Delikatnie odwróć pojemnik 10 razy, aby wymieszać roztwór. Przefiltrować roztwór czerwieni nilowej do drugiego szklanego pojemnika z zakrętką. Umieścić krążek filtra, który ma być zabarwiony, na frycie nośnym kolby próżniowej i odpipetować 20 mikrolitrów roztworu czerwieni nilowej o stężeniu 0,1 miligrama na mililitr na nanomembranę w środku krążka filtra. Inkubuj plamę na nanomembranie przez pięć minut, a następnie przefiltruj próżniowo plamę. Przepłucz dysk filtra trzy razy jednym mililitrem ultraczystego 99% alkoholu izopropylowego. Aby usunąć nadmiar czerwonej plamy Nilu. Pozostaw dysk filtra na frycie nośnej z włączonym próżnią przez dwie minuty, aby przefiltrować i wysuszyć resztki cieczy. Jeśli po dwóch minutach nadal nie wyschnie, przenieś go do piekarnika o temperaturze 70 stopni Celsjusza na dwie do pięciu minut, używając czystej szklanej szalki Petriego. W celu ilościowego określenia cząstek unieruchomij dysk filtra na szkiełku mikroskopowym za pomocą silikonowej uszczelki i przenieś go na stolik mikroskopu. Zobrazuj nanomembranę za pomocą oświetlenia jasnego pola, tak aby maksymalne wykryte liczby wynosiły około 90% maksymalnego zasięgu kamery detektora. Zobrazuj nanomembranę za pomocą oświetlenia fluorescencyjnego tak, aby maksymalne natężenie pikseli wynosiło około 25% maksymalnego zasięgu kamery detektora. Na koniec zapisz uzyskane obrazy jako 16-bitowy kompozytowy plik TIFF. Nieosłonięte nanomembrany z azotku krzemu i pokryte złotem nabłonki z azotku krzemu nadawały się do określonych typów analiz. Nieosłonięty azotek krzemu nadawał się do technik optycznych opartych na transmisji, a także do spektroskopii, podczas gdy nanomembrany krzemowe pokryte złotem nadawały się do technik opartych na odbiciu. Pokazana jest idealna kaskada danych, która została wygenerowana z pojedynczej nanomembrany krzemowej. Podejrzane cząstki mikroplastiku zabarwione czerwienią nilową wskazywały, że badane próbki wody z kranu miały znacznie wyższą liczbę cząstek większych niż 20 mikronów w porównaniu z podfrakcją od 8 do 20 mikronów. Widma Ramana zebrane za pomocą lasera o długości fali 830 nm miały wysoki współczynnik korelacji na tej samej cząstce analizowanej za pomocą mikroskopii optycznej. Spectra ujawniła, że cząstka składała się z polietylenu. Skaningowa mikroskopia elektronowa ujawniła szczegółowe cechy morfologiczne cząstek wychwyconych na nanomembranie krzemowej. Analiza spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii wykazała, że głównym składem cząstek był przede wszystkim węgiel i azot. To, wraz z wychwytem niebieskiego barwnika trypanowego, sugeruje, że cząstka jest prawdopodobnie pochodzenia organicznego. Nieoptymalne przygotowanie próbki przyniosło niejasne dane. Niewłaściwie wypłukana czerwona plama Nilu utrudnia identyfikację cząstek i uzyskano nieoptymalne widma Ramana o niskim współczynniku korelacji, co sugeruje, że nie można wiarygodnie potwierdzić tożsamości chemicznej cząstki.