Количественное определение микро- и нанопластика на основе полибутиленадипаттерефталата из почвы с помощью протонной ядерной магнитно-резонансной спектроскопии

Мы разработали этот метод, чтобы узнать больше о биоразложении биоразлагаемого пластика и почвы. Биоразлагаемые пластиковые изделия предназначены для полного разложения после того, как они закопаны в почву, но нам нужен был способ измерения небольших пластиковых фрагментов, которые могут остаться в почве. Методы количественного определения микропластика быстро развивались в течение последних нескольких лет и не стандартизированы между группами.

Микропластик был количественно определен из почвы с использованием различных технологий. Мы считаем, что разработка методов ЯМР-спектроскопии важна для диверсификации доступа к количественному определению микропластика. ЯМР ранее использовался для количественного определения PBAT из пластиковых изделий в почве.

Мы создали и распространили этот протокол, чтобы адаптировать этот метод в качестве инструмента, который ученые-экологи и другие специалисты могут использовать для быстрого количественного определения PBAT из многочисленных образцов почвы параллельно, что позволяет проводить крупномасштабный мониторинг окружающей среды. Наш протокол включает в себя восстановление полимера PBAT в растворителе. Поскольку метод не ориентирован на выделение отдельных пластиковых частиц, он не ограничен размером микро- или нанопластика.

Есть некоторые компромиссы, но это позволяет нам узнать о биоразложении нанопластика в почве. Теперь, когда мы можем количественно оценить микро- и наноразмерный пластик в почве, мы хотим узнать больше о том, как нанопластик взаимодействует с компонентами почвы, такими как органические вещества и минералы почвы. Эти взаимодействия могут быть важным фактором, защищающим пластик от биоразложения микробными ферментами.

Для начала соберите и подготовьте почву перед процедурой экстракции. В вытяжном шкафу приготовьте 100 миллилитров смеси хлороформа и метанола в соотношении 90 к 10 объему для каждого извлекаемого образца. Добавьте 100 грамм сухой почвы, 100 миллилитров раствора хлороформа метанола и 20 стеклянных шариков в стеклянную банку для экстракции.

Плотно закройте банку крышками с покрытием из ПТФЭ, чтобы предотвратить утечку паров растворителя. Поместите банку для экстракции на столик для шейкера и встряхивайте со скоростью 200 оборотов в минуту в течение восьми часов. После встряхивания дайте почве в экстракционной банке отстояться не менее четырех часов.

Теперь откройте крышку вытяжной банки в вытяжном шкафу. С помощью пипетки загрузите жидкий экстракт на качественный бумажный фильтр с размером пор 11 микрометров, и соберите фильтрат в промаркированную чистую стеклянную банку. Запишите объем восстановленного растворителя.

Дайте экстракту в почве полностью высохнуть в вытяжном шкафу, что может занять до 24 часов. Затем смело выбрасывайте подсохшую почву. Как только экстракт высохнет, закройте банку с образцом крышкой и храните ее в прохладном, темном, сухом месте для последующего использования.

Для начала приобретите высушенный почвенный экстракт, содержащий полибутиленадипаттерефталат или ПБАТ. Добавьте один миллиграмм внутреннего калибра 1,4-диметоксибензола в каждую баночку с образцом, содержащую высушенный экстракт. Повторно суспендируйте образец в 500 микролитрах дейтерированного хлороформа в вытяжном шкафу.

Закройте банку крышкой и осторожно постучите ею по руке или столешнице примерно 10 раз с каждой стороны. Затем с помощью чистого наконечника для пипетки перенесите растворенный образец в ЯМР-пробирку. Повторите этап ресуспендирования еще с 500 микролитрами дейтерированного хлороформа и вытяните образец.

Закройте пробирку ЯМР и храните ее в течение трех дней, прежде чем собирать спектры ЯМР. Спектр тенистой суглинистой почвы с 63 миллиграммами на килограмм PBAT показал четкое разрешение всех пяти характерных пиков PBAT. Калибровочные кривые показали сильную корреляцию между количеством добавленного и измеренного количества PBAT в тенистом суглинке, супеси Элкхорн и суглинке Лос-Осос, при этом теневой суглинок достиг наивысшей эффективности экстракции на уровне 76%. Эффективность экстракции PBAT из теневого суглинка была выше для микропластика, чем для нанопластика.