Das Protokoll unten beschreibt die Methodik für: Mikroplastik Probenahme auf der Meeresoberfläche, die Trennung von mikro und chemische Identifizierung von Partikeln. Dieses Protokoll ist in Einklang mit den Empfehlungen für Mikroplastik Überwachung durch die MSFD Technical Subgroup am Marine Litter veröffentlicht.
Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of scientific publications address microplastic pollution of the sea surface. The protocol below describes the methodology for sampling, sample preparation, separation and chemical identification of microplastic particles. A manta net fixed on an »A frame« attached to the side of the vessel was used for sampling. Microplastic particles caught in the cod end of the net were separated from samples by visual identification and use of stereomicroscopes. Particles were analyzed for their size using an image analysis program and for their chemical structure using ATR-FTIR and micro FTIR spectroscopy. The described protocol is in line with recommendations for microplastics monitoring published by the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) Technical Subgroup on Marine Litter. This written protocol with video guide will support the work of researchers that deal with microplastics monitoring all over the world.
Microplastic pollution in the sea represents a growing concern to contemporary society, due to the constant increase in plastic production and its subsequent disposal and accumulation in the marine environment1. Even if plastic macro litter would no longer enter the seas, microplastic pollution would continue to grow due to fragmentation of already existing plastic litter in the sea2. The majority of microplastic pollution studies were carried out in marine and fresh water ecosystems and mainly addressed sea surface pollution3.
The term microplastic refers to plastic particles smaller than 5 mm in size4. This term describes a heterogeneous mixture of particles, which can differ in size (from a few microns to several millimeters), color and shape (from very different shapes of fragments to long fibers). Microplastic particles can be of a primary or secondary origin5. Microplastic of primary origin is manufactured as small particles used in the cosmetics industry (pilling crème etc.) or chemical industry as precursor for other plastic products (e.g. plastic pellets used in plastic industry). Microplastic of secondary origin arise via the degradation of larger plastic pieces in the environment due to physical and chemical processes, induced by light, heat, oxygen, water and organisms6. In 2015, four types of microplastic sources were defined: larger plastic litter, cleaning products, medicines and textiles6. The main source (80 %) of larger plastic litter is assumed to be land based7. Microplastic from cosmetic products, medicines and textile enters water ecosystems through sewage and storm waters6. Microplastic particles most frequently found in water ecosystems are fragments from larger plastic litter and textile fibers8.
Microplastics have several negative effects on the environment. Their small size allows them to enter the food web through ingestion by marine organisms9, 10. Ingested particles can cause physical damage or block the digestive system of animals11. Particles can also be carriers of persistent organic pollutants (POPs). Their hydrophobic surface and favorable ratio of large surface area to small volume, enables POPs to adsorb onto the microplastics12. In the environment or digestive systems of animals who ingest them, POPs and other plastic additives can be leached from microplastic particles13.
Previous studies reported the ubiquitous presence of microplastics in the marine environment3, from the water column to the bottom sediments. The threat of microplastic pollution was already identified by the Marine Strategy Framework Directive in the EU and, consequently, mandatory monitoring of microplastics was advised14. Accordingly, the EU Technical Subgroup on Marine Litter (TSG-ML) prepared recommendations for monitoring of microplastics in the European seas15. Thus, the video guidelines for microplastics sampling are of high importance, as they support comparative monitoring and a coherent management process all over the world.
This protocol was developed within the DeFishGear project for the first monitoring of microplastic pollution in the Adriatic Sea. Recommendations from the document “Guidance on Monitoring of Marine Litter in European Seas” by TSG-ML15 were taken into account. This protocol describes the methodology for microplastics sampling on the sea surface, separation of microplastics from the samples, and chemical analysis of microplastic particles to confirm that particles are from plastic material and to identify the type of plastic. Sampling was done by the use of a manta net, which is the most suitable equipment for sampling in calm waters16. Separation of microplastics from the samples was carried out by visual identification using a stereomicroscope. Isolated particles were later chemically identified using Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and micro FTIR spectroscopy.
Mikroplastik Probenahme an der Meeresoberfläche von Mantas net ist eine weit verbreitete Methode für die Probenahme von Mikroplastik auf der Meeresoberfläche, aber es hat bisher keine einheitliche Methodik gewesen. Ein großes Volumen an Wasser kann durch den manta Netz gefiltert werden, so dass die Möglichkeit, eine entsprechende Anzahl von Mikroplastik des Einfangens ist hoch, und die Ergebnisse werden wahrgenommen als zuverlässig. Die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zwischen den verschiedenen Proben wird durch Normalisierung gewährleistet. In unserem Fall wurden die Konzentrationen auf das abgetastete Bereich im Zusammenhang mit Schleppabstand durch die horizontale Breite der Netzöffnung multipliziert wird. Eine weitere Möglichkeit ist es, einen Durchflussmesser zu verwenden, an der Netzöffnung befestigt. Die Verwendung eines Strömungsmessers ist möglich, da die manta Netz mit seinen seitlichen Flügel auf der Meeresoberfläche sehr stabil ist und daher auf den Wellen-Hopping ist minimal. Ein Durchflussmesser erfasst das Volumen des gefilterten Wassers und ermöglicht somit die Normalisierung der Ergebnisse pro Volumen von abgetasteten Wasser 16.
<p class="jove_content"> Die am häufigsten verwendeten manta Netze haben etwa 300 & mgr; m Maschenweite und 3-4,5 m lang. Diese Abmessungen wurden optimiert Verstopfen des Netzes zu vermeiden und um das Abtasten eines Wassermenge so groß wie möglich zu ermöglichen. Trawling Geschwindigkeit wird empfohlen, zwischen 2 bis – 3 Knoten, aber es ist abhängig von Wellenhöhe, Windgeschwindigkeit und Meeresströmungen. Es ist sehr wichtig, dass die manta Netz unter Aufsicht ist die ganze Zeit während der Probenahme und wenn es Hopping beginnt, muss die Geschwindigkeit Schleppen reduziert werden. Die Schleppzeit wird empfohlen etwa 30 min zu sein, sondern hängt von seston Konzentrationen. Es kann vorkommen, dass seston manchmal die manta Netz verstopft. In diesem Fall hat der Schlepp sofort gestoppt werden, da sonst die Mikroplastikpartikel verloren gehen kann und das Netz beschädigt werden kann. Manta net ist, die am häufigsten von der Seite des Schiffes befestigt. Dies ist auch der am besten geeignete Option, während der manta Netz sicher aus der Wake Zone ist. In einigen Umfragen wurde manta Netz aus dem Heck des Schiffes befestigt17, 18, aber in diesem Fall , dass Sie sicher sein , haben , dass das Netz aus dem Wach – Zone ist. Der Abstand, auf dem das Schleppnetz wird für die Abtastung eingestellt, sollte individuell festgelegt werden, da die Zone der Turbulenz durch den Behälter verursacht variiert von der Größe des Behälters und von der Geschwindigkeit des Bootes 19, 20.Die Trennung von Mikroplastikpartikel von der Meeresoberfläche Proben wird meist nur durch eine visuelle Identifizierung 21 getan. Partikel größer als 1 mm durch das bloße Auge leicht identifiziert werden, während Teilchen kleiner als 1 mm die Verwendung eines Stereomikroskops erforderlich. die Möglichkeit der Verwechslung der nicht-Kunststoff-Teilchen mit solche aus Kunststoff zu reduzieren, wird die Polarisationslicht auf Stereomikroskopen mit empfohlen. Die Möglichkeit einer falschen Identifizierung von Kunststoffpartikeln wird mit kleineren Partikeln höher. Somit Partikel> 0,5 mm nur visuell 21, durch die Verwendung von Stereomikroskop identifiziert werden. Für Partikel, die kleiner als 0,5 mmeine zusätzliche, genauere Methode ist zB Mikro ATR-FTIR – Spektroskopie 21 erforderlich.
Während des Prozesses der Mikroplastik Trennung von der Probe die Möglichkeit einer Probenverunreinigung mit den airborne Filamente ist sehr hoch. Aus diesem Grund kontrollieren Petrischalen auf dem Arbeitstisch offen gelassen werden für die Identifizierung von potentiellen Kontaminanten Schwebeteilchen dringend empfohlen. Nämlich hängt die Qualität der Daten stark von: 1) die Genauigkeit der Person mit der Probe arbeiten, 2) die Qualität und die Vergrößerung des Stereomikroskops und 3) die Menge an organischer Substanz in der Probe 16. Nach visuelle Identifizierung wird dringend empfohlen , die sortierten Partikel mit einer der verfügbaren Techniken zur chemischen Identifizierung des Materials 8 zu analysieren.
Es gibt mehrere Verfahren für die Polymer Identifizierung, unter denen die FTIR-Spektroskopie und Raman-Spektroskopie die meisten frequen sindtly 22 verwendet. FTIR und Raman-Spektroskopie sind ergänzende Techniken und ihre Genauigkeit ist ähnlich. In unserem Protokoll, das FTIR und Mikro FTIR-Spektroskopie mit "abgeschwächte Totalreflexion" (ATR) vorgestellt. Sie sind einfach zu bedienen und sie ermöglichen eine schnelle und präzise Ergebnisse. Kunststoffpolymere besitzen hochspezifischen Infrarot (IR) Spektren mit unterschiedlichen Bandmuster, wodurch die IR – Spektroskopie eine optimale Technik zur Identifizierung von Mikroplastik 21. Die Energie des IR – Strahlung regt eine spezifische molekulare Schwingung , wenn sie mit einer Probe in Wechselwirkung, die die Messung von charakteristischen IR – Spektren 22 ermöglicht. FTIR – Spektroskopie können auch zusätzliche Informationen über Partikel liefern, wie der Intensität der Oxidation 23 und Abbaugrad 24. Während ATR-FTIR zur chemischen Identifizierung von größeren Teilchen (> 0,5 mm), Mikro ATR-FTIR-Spektroskopie geeignet ist, kann & # Informationen über die chemische Struktur von Partikeln bereitzustellen60; 0,5 mm, da es die Funktion eines Mikroskops und einem Infrarot-Spektrometer kombiniert.
Vor der Verwendung von FTIR und Mikro FTIR – Spektroskopie, haben Mikroplastikpartikel zuvor getrocknet zu werden, da Wasser stark IR – Strahlung 22 und gereinigt, im Falle absorbiert werden sie mit Biofilmen bedeckt und / oder anderen organischen und anorganischen Haft-, welche die IR – Spektren beeinflussen können. Die meisten nicht-invasive Weise Proben zu reinigen ist durch Rühren und Spülen mit Frischwasser 25. Ist dies nicht genug ist, dann ist die Verwendung von 30% igem Wasserstoffperoxid zu empfehlen. Alle anderen Methoden können negative Auswirkungen auf die Mikroplastikpartikel (zB Ultraschallreinigung kann weiter Partikel brechen, stark sauren oder alkalischen Lösungen können mehrere Kunststoff-Polymere beschädigen, etc.) und damit deren Verwendung wird nicht empfohlen. Versprechender ist die Verwendung eines sequenziellen enzymatischen Verdau als Kunststoff freundlichen Reinigungsschritt. Die Reinigung verschiedener technischer Enzyme (zB Lipase, einmylase, Proteinase, Chitinase, Cellulase, Proteinase-K) wurde zur Reduktion einer biologischen Matrix von Plankton erfolgreich angewendet und erwies sich somit als eine wertvolle Technik zu sein Matrix – Artefakte während der FTIR – Spektroskopie – Messungen 22 zu minimieren.
Die Trennung von Mikroplastik durch visuelle Identifizierung und chemische Identifizierung von ausgewählten Teilchen sind beide extrem zeitaufwändige Prozesse. Diese Arbeit muss durch eine genaue und geduldige Person durchgeführt werden, die Erfahrung mit Stereomikroskopen hat, nicht nur die Kunststoffpartikel zu erkennen, sondern auch biologische Materie zu erkennen. Selbst ein erfahrener Mensch kann nicht alle möglichen Mikroplastikpartikel eindeutig aus Chitin oder Diatomeen – Fragmente 22 unterscheiden. Daher reicht die Fehlerrate der visuellen Sortierung von 20% 26-70% 21 und nimmt mit abnehmender Korngröße.
The authors have nothing to disclose.
Die Entwicklung dieses Protokoll wurde von IPA Adria grenzüberschreitende Kooperationsprogramm gegründet 2007-2013, innerhalb des DeFishGear Projekt (1 ° str / 00010).