הפקת חומרי הדברה אורגנוכלורינים מפלסטיק וגלגול סוג פלסטיק
Summary
Microplastics לפעול כמו וקטור של מזהמים אורגניים רעילים פוטנציאליים עם השפעות בלתי צפויות. פרוטוקול זה מתאר מתודולוגיה חלופית להערכת רמות של חומרי הדברה organochlorine adsorbed על כדורי פלסטיק וזיהוי המבנה הכימי הפולימר. ההתמקדות היא על מיצוי נוזל בלחץ ו מוחלש סך ההחזרה פורייה להפוך ספקטרוסקופית אינפרא אדום.
Abstract
כדורי שרף פלסטיק, מסווגים כמו microplastics (≤ 5 מ"מ קוטר), הם גרגירים קטנים שיכולים להשתחרר שלא בכוונה לסביבה במהלך הייצור וההובלה. בגלל ההתמדה הסביבתית שלהם, הם מופצים באופן נרחב באוקיינוסים ובחופים בכל רחבי העולם. הם יכולים לפעול בתור וקטור של תרכובות אורגניות רעילות ( למשל, biphenyls polychlorinated) ועלול כתוצאה מכך להשפיע לרעה על אורגניזמים ימיים. ההשפעות האפשריות שלהם לאורך שרשרת המזון עדיין לא הבינו היטב. כדי להעריך את הסיכונים הקשורים להתרחשות של כדורי פלסטיק בסביבה ימית, יש צורך לפתח מתודולוגיות המאפשרים קביעת מהירה של רמות זיהום אורגני הקשורים. הפרוטוקול הנוכחי מתאר את השלבים השונים הנדרשים עבור כדורי שרף דגימה, ניתוח adorbedbed חומרי הדברה (OCPs) וזיהוי סוג הפלסטיק. המוקד פועלמיצוי של OCPs מכדורי פלסטיק באמצעות חלץ נוזלי בלחץ (PFE) ובניתוח כימי של פולימרים החלים על ספקטרוסקופיית Fourier Transform-InfraRed (FT-IR). המתודולוגיה המפותחת מתמקדת ב -11 OCPs ובתרכובות קשורות, כולל Dichlorodiphenylichloroethane (DDT) ושני המטבוליטים העיקריים שלה, לינדאן ושני איזומרים לייצור, כמו גם שני האיזומרים הפעילים ביולוגית של אנדוסולפן טכני. פרוטוקול זה מהווה חלופה פשוטה ומהירה המתודולוגיה הקיימת להערכת ריכוז של מזהמים אורגניים adsorbed על חתיכות פלסטיק.
Introduction
הייצור הגלובלי של פלסטיק עולה בהתמדה מאז 1950 של להגיע 311 מיליון טון בשנת 2014 עם כ 40% בשימוש באריזה 1 . במקביל, כמויות גוברות של חומרים אלה מצטברות בסביבה, דבר שעלול להוות איום רציני על המערכות האקולוגיות. למרות שכבר דווח על 1970, את המופע של פסולת פלסטיק בסביבה ימית קיבל רק תשומת לב רבה יותר בעשור האחרון. במיוחד microplastics, שברי פלסטיק בקוטר של ≤ 5 מ"מ, מוכרים כיום כאחד הנושאים העיקריים מים ימית איכות 3 .
כדורי שרף פלסטיק הם גרגירים קטנים בדרך כלל בצורת גליל או דיסק עם קוטר של כמה מ"מ ( למשל, 2 עד 5 מ"מ) 4 , 5 . הם נופלים בקטגוריה של microplastics. אלה הם גרגרי פלסטיקחומר גלם תעשייתי שממנו מוצרים פלסטיים הסופי מיוצרים באמצעות re-melting ו דפוס ב טמפרטורה גבוהה 6 . הם יכולים להיות משוחררים בשוגג לסביבה במהלך הייצור וההובלה. לדוגמה, הם יכולים להיות ישירות הציג את האוקיינוס באמצעות נשפך מקרי במהלך המשלוח 4 , 7 , 8 . הם יכולים להינשא מאדמה לאוקיינוסים על ידי זרימת קרקע, נחלים ונהרות. בגלל ההתמדה הסביבתית שלהם, כדורי פלסטיק מופצים באופן נרחב באוקיינוסים ומצא על החופים בכל רחבי העולם 4 . הם יכולים להשפיע לרעה על אורגניזמים ימיים יכול להיכנס שרשרת המזון, שם ההשפעות שלהם הם בלתי צפויים 6 , 7 . יתר על כן, כמה מחקרים חשפו את נוכחותם של מזהמים סביבתיים adsorbed על גבי כדורי פלסטיק שנאספו החוףL סביבה, אשר פועלים כמו וקטור של כימיקלים אלה רעילים 4 , 9 , 10 . למעשה, יש ראיות מעבדה המציעים כי כימיקלים אלה יכולים bioaccumulate ברקמות של אורגניזמים לאחר ששוחרר מן שברי פלסטיק לבלוע 11 , 12 .
על מנת להעריך טוב יותר את הסיכונים הקשורים להתרחשות של כדורי פלסטיק בסביבה ימית, יש צורך לפתח מתודולוגיות שיכולות לקבוע מזוהמים אורגניים מזהמים. צעד חשוב הוא החילוץ של הכימיקלים מן המטריצות הפלסטיות, אשר יכול להציג מאפיינים פיזיים כימיים הטרוגנית בהתאם סוג פולימר, שלב השפלה שלה, טרום טיפולים. רוב החקירות שדווחו בספרות משתמשות בטכניקות סצינה 4 ,5 , 6 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , אשר ממס ו / או זמן רב. לגבי העניין הגובר בנושא זה, חלופות יש לפתח, להערכה מהירה יותר של מזהמים אורגניים adsorbed על חתיכות פלסטיק. בנוסף, ניתוח כימי פלסטיק מספק מידע על המבנה הכימי של microplastics. כתוצאה מכך, סוגים עיקריים של פולימרים קופולימרים הנוכחים בסביבה ניתן להעריך. למרות שברי פלסטיק הם בדרך כלל עשויים פוליאתילן (PE) ופוליפרופילן (PP) 5 , כמה מיקומי הדגימה יכול להציג פרופיל מסוים שבו קטגוריות אחרות מיוצגים באופן משמעותי ( למשל, אתילן / ויניל אצטט קופולימרו פוליסטירן (PS)). FT-IR ספקטרוסקופיה היא טכניקה אמינה וידידותית למשתמש עבור זיהוי פולימר נפוץ לזהות microplastics 19 , 20 .
המטרה העיקרית של העבודה הנוכחית היא להציע אפשרות מהירה ופשוטה לחילוץ OCPs ותרכובות קשורות של כדורי פלסטיק באמצעות PFE. עם זאת, העיצוב של הפרוטוקול כולל את כל השלבים המוביל לקביעת OCPs סרוקים, מן הדגימה של כדורי שרף לניתוח של תרכובות. השיטה של זיהוי סוג הפלסטיק מתואר גם. המתודולוגיה המפותחת מתמקדת ב -11 OCP ותרכובות קשורות: i) DDT (2,4'- ו- 4,4'-dichlorodiphenyltrichlorethane) ושני המטבוליטים העיקריים של DDE (2,4'- ו- 4,4'-dichlorodiphendlorichloroethylene) ו- DDD (2,4'- ו 4,4'-dichlorodiphenldichlorichloroethane); Ii) האיזומר gamma-hexachlorocyclohexane (γ-HCH) כמרכיב העיקרי oF לינדאן הדברה ואת שני איזומרים α-HCH ו β-HCH שוחרר במהלך הייצור שלה 15 ; Iii) ואת שני האיזומרים פעיל ביולוגית endosulfan אני (Endo I) ו II (Endo II) הנוכחי endosulfan טכנית. חומרי ההדברה הנחקרים הם חומרי הדברה רחבים, יציבים מבחינה כימית, הידרופובי ומסווגים כמזהמים אורגניים מתמשכים (POPs) על ידי אמנת שטוקהולם.
Protocol
Representative Results
Discussion
רוב המחקרים המתמקדים מזהמים אורגניים הקשורים כדורי פלסטיק יש הסתמכה על שיטות מיצוי קלאסית של כימיקלים adsorbed. מנגנון Soxhlet הוא הטכניקה הנפוצה ביותר עם פעמים מיצוי טיפוסי החל 12 עד 24 שעות ועם צריכת גבוהה של ממיסים אורגניים ( כלומר, מ 100 ל 250 מ"ל לכל מיצוי) <sup class="xref…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו מומנה על ידי IPA אדריאטי שיתוף פעולה חוצה גבולות 2007-2013, במסגרת הפרויקט DeFishGear (1 ° str / 00010).
Materials
| Alpha–HCH | Dr. Ehrenstorfer, Augsburg, Germany | DRE-C14071000 | H301, H351, H400, H410, H312 |
| Beta–HCH | Fluka, Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 33376-100MG | H301, H312, H351, H410 |
| Lindane | Fluka, Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 45548-250MG | H301, H312, H332, H362, H410 |
| Endosufan I | Supleco, Sigma-Aldrich Bellefonte, PA, USA | 48576-25MG | H301, H410 |
| Endosulfan II | Supleco, Sigma-Aldrich, Bellefonte, PA, USA | 48578-25MG | H301, H410 |
| 2,4'–DDD | Fluka, Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 35485-250MG | H351 |
| 4,4’–DDD | Dr. Ehrenstorfer, Augsburg, Germany | DRE-C12031000 | H301, H351, H400, H410, H312 |
| 2,4’–DDE | Dr. Ehrenstorfer, Augsburg, Germany | DRE-C12040000 | H351, H400, H410, H302 |
| 4,4’-DDE | Fluka , Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 35487-250MG | H302, H351, H410 |
| 2,4’–DDT | Dr. Ehrenstorfer, Augsburg, Germany | DRE-C12081000 | H301, H311, H330, H351, H400, H410 |
| 4,4’–DDT | National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, USA | RM8469-4,4'-DDT | H301, H311, H351, H372, H410 |
| n-Hexane | VWR International GmbH, Graumanngasse, Viena, Austria | 83992.320 | H225, H315, H336, H373, H304, H411 |
| Acetone for HPLC | J.T.Baker, Avantor performance Materials B.V., Teugseweg, Netherlands | 8142 | H225, H319, H 336 |
| FL-PR Florisil 1000mg/6mL | Phenomenex, Torrance, CA, USA | 8B-S013-JCH | |
| Fat free quartz sand 0.3-0.9 mm | Buchi, Flawil, Switzerland | 37689 | |
| Gas chromatograph Hawlett Packard HP 6890 Series gas chromatograph with GERSTEL MultiPurpose Sampler MPS 2XL with ECD and FID detector | Agilent technologies, Santa Clara USA | ||
| Presure fluid extractor, Speed Extractor E-916 | Buchi, Flawil, Switzerland | ||
| Solid phase extractor | Supleco, Sigma-Aldrich Bellefonte, PA, USA | ||
| Concentrator miVac DUO | Genevac SP Scientific, Suffolk UK | ||
| GC capillary column Zebron ZB-XLB (30 x 0.25 x 0.25) | Phenomenex, Torrance, CA, USA | 122-1232 | |
| ATR FT-IR Spectrometer, Spectrum-Two | Perkin Elmer |
References
- Plastic Europe. . Plastics – the Facts 2015. An analysis of European plastics production, demand and waste data. , (2017).
- Wang, J., Tan, Z., Peng, J., Qiu, Q., Li, M. The behaviors of microplastics in the marine environment. Mar Environ Res. 113, 7-17 (2016).
- UNEP. . Marine plastic debris and microplastics – Global lessons and research to inspire action and guide policy change. , (2016).
- Ogata, Y., et al. International Pellet Watch: Global monitoring of persistent organic pollutants (POPs) in coastal waters. 1. Initial phase data on PCBs, DDTs, and HCHs. Mar Pollut Bull. 58 (10), 1437-1446 (2009).
- Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment. Mar Pollut Bull. 62 (8), 1596-1605 (2011).
- Antunes, J. C., Frias, J. G. L., Micaelo, A. C., Sobral, P. Resin pellets from beaches of the Portuguese coast and adsorbed persistent organic pollutants. Estuarine Coastal Shelf Sci. 130, 62-69 (2013).
- Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T. S. Microplastics as contaminants in the marine environment: A review. Mar Pollut Bull. 62 (12), 2588-2597 (2011).
- Takada, H. Call for pellets! International Pellet Watch Global Monitoring of POPs using beached plastic resin pellets. Mar Pollut Bull. 52 (12), 1547-1548 (2006).
- Teuten, E. L. Transport and release of chemicals from plastics to the environment and to wildlife. Phil Trans R Soc B. 364, 2027-2045 (2009).
- Heskett, M., et al. Measurement of persistent organic pollutants (POPs) in plastic resin pellets from remote islands: Toward establishment of background concentrations for International Pellet Watch. Mar Pollut Bull. 64 (2), 445-448 (2012).
- Besseling, E., Wegner, A., Foekema, E., Van Den Heuvel-Greve, M., Koelmans, A. A. Effects of microplastic on fitness and PCB bioaccumulation by the lugworm Arenicola marina (L.). Environ Sci Technol. 47 (1), 593-600 (2013).
- Rochman, C. M., Hoh, E., Kurobe, T. The SJ Ingested plastic transfers hazardous chemicals to fish and induces hepatic stress. Sci Rep. 3, 3263 (2013).
- Endo, S., et al. Concentration of polychlorinated biphenyls (PCBs) in beached resin pellets: Variability among individual particles and regional differences. Mar Pollut Bull. 50 (10), 1103-1114 (2005).
- Frias, J. P. G. L., Sobral, P., Ferreira, A. M. Organic pollutants in microplastics from two beaches of the Portuguese coast. Mar Pollut Bull. 60 (11), 1988-1992 (2010).
- Karapanagioti, H. K., Endo, S., Ogata, Y., Takada, H. Diffuse pollution by persistent organic pollutants as measured in plastic pellets sampled from various beaches in Greece. Mar Pollut Bull. 62 (2), 312-317 (2011).
- Mizukawa, K., et al. Monitoring of a wide range of organic micropollutants on the Portuguese coast using plastic resin pellets. Mar Pollut Bull. 70 (1-2), 296-302 (2013).
- Gauquie, J., Devriese, L., Robbens, J., De Witte, B. A qualitative screening and quantitative measurement of organic contaminants on different types of marine plastic debris. Chemosphere. 138, 348-356 (2015).
- Yeo, B. G., et al. POPs monitoring in Australia and New-Zealand using plastic resin pellets, and International Pellet Watch as a tool for education and raising public awareness on plastic debris and POPs. Mar Pollut Bull. 101 (1), 137-145 (2015).
- Kovač Viršek, M., Palatinus, A., Koren, &. #. 3. 5. 2. ;., Peterlin, M., Horvat, P., Kržan, A. Protocol for microplastics sampling on the sea surface and sample analysis. J Vis Exp. (118), e55161 (2016).
- Löder, M. G. J., Kuczera, M., Mintenig, S., Lorenz, C., Gerdts, G. Focal plane array detector- based micro-Fourier-transform infrared imaging for the analysis of microplastics in environmental samples. Environ Chem. 12 (5), 563-581 (2015).
- . . Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants (POPs) as amended in 2009 . , (2017).
- EPA – Environmental protection Agency. . Method 3620C: Florisil Cleanup, part of Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/Chemical Methods (2014). , (2017).
- Hirai, H., et al. Organic micropollutants in marine plastics debris from the open ocean and remote and urban beaches. Mar Pollut Bull. 62 (8), 1683-1692 (2011).
