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Extracción de plaguicidas organoclorados de pellets de plástico y análisis de tipos de plástico

doi: 10.3791/55531 Published: July 1, 2017

Summary

Los microplásticos actúan como vector de contaminantes orgánicos potencialmente tóxicos con efectos impredecibles. Este protocolo describe una metodología alternativa para evaluar los niveles de plaguicidas organoclorados adsorbidos en los gránulos de plástico e identificar la estructura química del polímero. El foco está en la extracción de fluido presurizado y en la reflectancia total atenuada de la transformada de Fourier espectroscopía infrarroja.

Abstract

Los gránulos de resina plástica, categorizados como microplásticos (≤ 5 mm de diámetro), son pequeños gránulos que pueden liberarse involuntariamente al medio ambiente durante la fabricación y el transporte. Debido a su persistencia ambiental, están ampliamente distribuidos en los océanos y en las playas de todo el mundo. Pueden actuar como un vector de compuestos orgánicos potencialmente tóxicos ( por ejemplo, bifenilos policlorados) y, en consecuencia, podrían Afectan negativamente a los organismos marinos. Sus posibles repercusiones a lo largo de la cadena alimentaria aún no se conocen bien. Con el fin de evaluar los peligros asociados con la aparición de pellets de plástico en el medio marino, es necesario desarrollar metodologías que permitan una rápida determinación de los niveles de contaminantes orgánicos asociados. El presente protocolo describe los diferentes pasos requeridos para el muestreo de gránulos de resina, el análisis de plaguicidas organoclorados adsorbidos (OCP) e identificación del tipo de plástico. El foco está enLa extracción de OCP de gránulos de plástico por medio de un extractor de fluido presurizado (PFE) y sobre el análisis químico de polímeros aplicando la espectroscopía de Fourier Transform-InfraRed (FT-IR). La metodología desarrollada se centra en 11 OCPs y compuestos relacionados, incluyendo el diclorodifeniltricloroetano (DDT) y sus dos principales metabolitos, el lindano y dos isómeros de producción, así como los dos isómeros biológicamente activos del endosulfán técnico. Este protocolo constituye una alternativa simple y rápida a la metodología existente para evaluar la concentración de contaminantes orgánicos adsorbidos en piezas de plástico.

Introduction

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La producción mundial de plásticos está aumentando continuamente desde los años 50 para llegar a 311 millones de toneladas en 2014, con alrededor del 40% en envases 1 . Paralelamente, se están acumulando cantidades cada vez mayores de estos materiales en el medio ambiente, lo que podría suponer una grave amenaza para los ecosistemas 2 . Aunque ya se informó en la década de 1970, la aparición de desechos plásticos en el medio marino sólo ha recibido una mayor atención en la última década. Especialmente los microplásticos, fragmentos de plástico con un diámetro de ≤ 5 mm, se reconocen ahora como uno de los principales problemas de calidad del agua marina 3 .

Los gránulos de resina plástica son pequeños gránulos generalmente en forma de cilindro o disco y con un diámetro de unos pocos mm ( por ejemplo, de 2 a 5 mm) 4 , 5 . Caen en la categoría de microplásticos. Estos gránulos de plásticoMateria prima industrial a partir de la cual se fabrican los productos finales de plástico mediante refundición y moldeado a alta temperatura 6 . Pueden liberarse involuntariamente al medio ambiente durante la fabricación y el transporte. Por ejemplo, pueden ser introducidos directamente al océano a través de derrames accidentales durante el envío 4 , 7 , 8 . Pueden ser llevados de la tierra a los océanos por la escorrentía superficial, los arroyos y los ríos. Debido a su persistencia ambiental, los pellets de plástico están ampliamente distribuidos en los océanos y se encuentran en las playas de todo el mundo 4 . Pueden afectar negativamente a los organismos marinos y pueden entrar en la cadena alimentaria, donde sus efectos son impredecibles 6 , 7 . Además, varios estudios han revelado la presencia de contaminantes ambientales adsorbidos sobre los gránulos de plástico recogidos en una coastaL ambiente, que actúan como vector de estos productos químicos potencialmente tóxicos 4 , 9 , 10 . De hecho, existen pruebas de laboratorio que sugieren que estos productos químicos pueden bioacumularse en tejidos de organismos después de haber sido liberados de los fragmentos de plástico ingeridos 11 , 12 .

Con el fin de evaluar mejor los peligros asociados con la aparición de pellets de plástico en el medio marino, es necesario desarrollar metodologías que puedan determinar contaminantes orgánicos sorbidos. Un paso importante es la extracción de las sustancias químicas de las matrices plásticas, que pueden presentar características físico-químicas heterogéneas dependiendo del tipo de polímero, su etapa de degradación y pretratamientos. La mayoría de las investigaciones reportadas en la literatura usan maceración o técnicas de Soxhlet 4 ,5 , 6 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , que son disolventes y / o consumen tiempo. En cuanto al creciente interés por este tema, se deben desarrollar alternativas para una evaluación más rápida de contaminantes orgánicos adsorbidos en piezas de plástico. Además, el análisis químico de plástico proporciona información sobre la estructura química de los microplásticos. Como resultado, se pueden evaluar los tipos predominantes de polímeros y copolímeros presentes en el medio ambiente. Aunque los fragmentos de plástico están habitualmente hechos de polietileno (PE) y polipropileno (PP) 5 , algunas ubicaciones de muestreo pueden presentar un perfil particular en el que otras categorías están representadas de manera significativa ( por ejemplo, copolímero de etileno / acetato de viniloY poliestireno (PS)). La espectroscopia FT-IR es una técnica fiable y fácil de usar para la identificación de polímeros comúnmente utilizada para identificar microplásticos 19 , 20 .

El objetivo principal del presente trabajo es ofrecer una opción rápida y sencilla para la extracción de OCPs y compuestos relacionados a partir de pellets de plástico mediante un PFE. Sin embargo, el diseño del protocolo incluye todas las etapas que conducen a la determinación de OCPs sorbidas, desde el muestreo de los gránulos de resina hasta el análisis de los compuestos. También se describe el método de identificación del tipo de plástico. La metodología desarrollada se centra en 11 OCPs y compuestos relacionados: i) DDT (2,4'- y 4,4'-diclorodifeniltricloroetano) y sus dos principales metabolitos DDE (2,4'- y 4,4'-diclorodifenildicloroetileno) y DDD (2,4'- y 4,4'-diclorodifenildicloroetano); Ii) el isómero gamma-hexaclorociclohexano (γ-HCH) como ingrediente principal oF el plaguicida lindano y los dos isómeros α-HCH y β-HCH liberados durante su producción 15 ; Iii) y los dos isómeros biológicamente activos endosulfán I (Endo I) y II (Endo II) presentes en el endosulfán técnico. Los plaguicidas estudiados son insecticidas de amplio espectro, químicamente estables, hidrófobos y clasificados como contaminantes orgánicos persistentes (COP) por el Convenio de Estocolmo 21 .

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Protocol

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1. Muestreo de pellets de plástico

  1. Antes de ir al campo, enjuague tres veces todos los materiales de muestreo requeridos ( por ejemplo, pinzas y papel de aluminio) con acetona o etanol (99%). En caso de que el material no pueda ser enjuagado con disolvente, caliéntelo a 450 ° C durante la noche en un horno ( por ejemplo, cristalería).
    NOTA: En áreas turísticas, obtenga información sobre posibles actividades de limpieza de playas que eliminen la mayor parte de la basura marina incluyendo microplásticos. Si es posible, planifique el muestreo antes de esta operación. Si el muestreo durante la temporada de limpieza, especifique los detalles de esta actividad en el formulario de identidad ( por ejemplo, fechas, método de limpieza utilizado, etc. )
  2. Usando guantes, recoja bolitas de plástico de la playa con pinzas de acero inoxidable con enjuague con disolvente.
  3. Muestra de 50 a 100 gránulos por ubicación, lo que corresponde a 5 a 10 repeticiones por ubicación (10 gránulos por repetición). Si el número requerido de pellets no puede ser obtaRecoger el máximo de pellets posible y especificarlo en la forma de playa de identidad.
  4. Al final del muestreo, envuelva los gránulos recogidos en papel de aluminio lavado con disolvente. Las botellas de vidrio se pueden utilizar como una alternativa o incluso bolsas de papel.
  5. Rellene el formulario de identidad de la playa seleccionada con la información que falta ( es decir, la ubicación de la playa, las condiciones meteorológicas, detalles sobre pellets, etc. ).
  6. Transportar las muestras al laboratorio en una nevera si la temperatura ambiente supera los 25 ° C. Este paso se puede omitir en el caso de viajes cortos ( por ejemplo, <1 h).
  7. Una vez en el laboratorio, limpie suavemente las partículas removibles ( por ejemplo, arena) de los gránulos. Secar las muestras si es necesario en un desecador antes del almacenamiento (oscuridad, T <25 ° C). Evite las salas en las que se puedan utilizar OCP ( por ejemplo, almacenamiento de soluciones estándar).
  8. Guarde los gránulos en el frigorífico (4 ° C) por períodos cortos ( es decir, unos pocos días) oEn el congelador (-18 ° C) durante períodos más largos en papel de aluminio lavado con disolvente.
  9. Evite la exposición de las muestras a luz artificial o luz solar. Maneje las muestras lo menos posible antes del análisis para disminuir el riesgo de contaminación.

2. Extracción de OCPs de Pellets de Plástico

  1. Para reducir el riesgo de contaminación, trabaje en un laboratorio limpio usando cristalería cuidadosamente lavada de la siguiente manera: 2 enjuagues con acetona de grado analítico, diclorometano y n-hexano. Secar los cristales bajo flujo de nitrógeno y protegerlos del contacto con el aire ambiente ( por ejemplo, cubrir con papel de aluminio limpiado). Aplique este procedimiento de limpieza en los pasos adicionales del protocolo ( es decir, las secciones 3 y 4).
  2. Utilizando pinzas con enjuague con disolvente, clasifique los gránulos por color en las siguientes categorías: blanco / transparente, blanquecino / amarillento, amarillo / naranja, ámbar / marrón y pigmentado ( por ejemplo, rojo, verde, azul, etc. )
  3. Reúna 10 pelletsS de color similar aleatoriamente ( es decir, tipo plástico no considerado), que constituirán una réplica.
  4. Pesar la muestra sobre una balanza analítica y registrar la masa. En esta etapa, las muestras se pueden volver a colocar en la nevera o en el congelador.
  5. Para tener en cuenta la contaminación de fondo, realice una muestra en blanco con cada conjunto de repeticiones ( por ejemplo, 1 en blanco para 5 repeticiones). Para ello, aplique el mismo protocolo que el descrito anteriormente, pero no añada pastillas de plástico en la celda de extracción. Esta muestra en blanco experimentará las etapas adicionales del protocolo y se analizará junto con las muestras.
  6. Encienda el PFE. Descargue el método de extracción y caliente el instrumento a 60 ° C. Los detalles del método son los siguientes:
    1. Ajuste la temperatura a 60 ° C y la presión a 100 bar.
    2. Seleccione un ciclo con tiempo de calentamiento de 1 min, un tiempo de espera de 25 min y un tiempo de descarga de 2 min.
    3. Establecer el disolventeY el gas (N $ $) durante 3 min cada uno.
    4. Seleccione n-hexano como disolvente de extracción.
  7. Mientras el instrumento se está calentando, prepare la celda de extracción como se describe a continuación. Si es necesario, adapte el protocolo a las instrucciones del proveedor de su instrumento:
    1. Coloque el filtro inferior y la frita en la celda de extracción. Cierre y vuelva a girar.
    2. Llenar aproximadamente la mitad de la celda con arena de cuarzo limpiada utilizando un embudo.
    3. Añadir la muestra pesada ( es decir, una repetición de 10 gránulos). Las pastillas de plástico congeladas deben colocarse en la nevera durante la noche antes de la extracción.
    4. Añadir arena de cuarzo hasta 1 cm desde la parte superior de la celda. Tenga especial cuidado de utilizar arena de cuarzo limpio de ultra (o alternativamente perlas de vidrio), ya que está expuesta a las mismas condiciones de extracción como las muestras. Para limpiar la arena, sucesivamente extraerlo en el PFE en diclorometano de grado analítico y n-hexano, la aplicación de 2 oMás ciclos por disolvente ( por ejemplo, 30 min a 100ºC bajo 100 bar). Alternativamente, utilice un baño de ultrasonidos y / o un evaporador rotatorio. Repita el procedimiento de limpieza, si es necesario.
    5. Inserte el filtro superior en la celda y coloque la celda en el instrumento.
  8. Colocar los recipientes de recogida en el instrumento e iniciar el método de extracción (duración total de aproximadamente 35 minutos).
  9. Cuando el método se haya completado, vacíe la celda de extracción en un recipiente de vidrio limpiado ( por ejemplo, un vaso de precipitados, un recipiente de cultivo de células de vidrio) y recupere los 10 gránulos en la arena. Guárdelos en un recipiente hasta que se analice más para la identificación de plástico ( por ejemplo, una bolsa de cremallera o vial de vidrio).

3. Concentración y limpieza del extracto

  1. Transferir el extracto obtenido (aproximadamente 40 ml) del recipiente colector a un tubo de vidrio y evaporarlo a 1 ml en un concentrador rotatorio fijado a 35ºC durante 20 min. Se podrían utilizar métodos alternativosCh como evaporación bajo flujo de nitrógeno o evaporador rotativo. La temperatura y la duración deben ser optimizadas en consecuencia.
  2. Mientras tanto, prepare el extractor de fase sólida (SPE) colocando un tubo de desecho en la rejilla y un cartucho lleno con sorbente de silicato de magnesio activado (1 g) en el colector en la posición de válvula cerrada. La limpieza se basa en el método EPA 3620C 22 como sigue:
    1. Encienda el vacío en la fuente y agregue 4 mL de hexano en el cartucho para activar el sorbente.
    2. Abra la válvula y deje que el disolvente pase a través de todo el lecho sorbente. Luego, cierre la válvula y deje que el sorbente se remoje en hexano durante 5 min.
    3. Abra la válvula y deje pasar el disolvente, pero cierre la válvula antes de que el sorbente se seque.
    4. Cuando la muestra esté concentrada, transfiérala al cartucho con una pipeta Pasteur de vidrio. Abra suavemente la válvula y déjela pasar lentamente. 1-2 gotas por segundo esUna velocidad adecuada.
    5. Enjuague el tubo de vidrio que contiene el extracto con 0,5 ml de hexano y agréguelo al cartucho cuando el extracto haya pasado.
    6. Cuando todo el disolvente haya pasado, cierre la válvula y apague el vacío.
    7. Reemplace el tubo de desecho por un tubo colector y utilice una aguja de guía solvente limpia.
    8. Añadir 9 mL de acetona / hexano (10/90, v / v) al cartucho y activar el vacío en la fuente. Dejar que el sorbente se remoje en el disolvente durante 1 min.
    9. Abra la válvula y recoja todo el eluido en el tubo colector.
  3. Colocar el tubo de recogida en el concentrador y evaporar el disolvente durante 9 minutos a 35 ° C con el fin de alcanzar 1 ml de eluido.
  4. Transferir el concentrado de eluato en un frasco ampolla autoamplificador con una pipeta Pasteur de vidrio. En esta etapa, las muestras pueden almacenarse en el congelador antes del análisis.

4. Análisis de la limpieza y concentraciónExtracto

  1. Descargue el método analítico en el software de control del instrumento GC-μECD (cromatógrafo de gases equipado con un detector de captura de microelectrones). Los detalles del método son los siguientes:
    1. Ponga el inyector en modo splitless, su temperatura a 250 ° C, y el tiempo de purga a 1 min.
    2. Ajuste el flujo del gas portador (He) a 1,5 ml min -1 .
    3. Programar el horno de columna con el siguiente gradiente de temperatura: 60 ° C durante 1 min, rampa de 30 ° C min -1 a 200 ° C, rampa de 5 ° C min -1 a 230 ° C, rampa de 3 ° C min -1 para alcanzar 250 ° C, mantenga esta temperatura durante 5 min.
    4. Ajuste la temperatura del detector a 300 ° C y el flujo de gas de respaldo (N2) a 60 ml min -1 .
  2. Coloque el vial que contiene la muestra (limpiado y concentrado) en el bastidor automático y ejecute el método (tiempo de funcionamiento de 23,3 min). yo Inyectar 2 μl de muestra.
  3. Después del análisis, identificar los diferentes compuestos en el cromatograma por sus tiempos de retención y registrar las áreas de los picos correspondientes.
  4. Teniendo en cuenta las recuperaciones (R) y las áreas de los picos (A 1 ), calcule la concentración (C 1 ) de cada OCP en el extracto usando las ecuaciones de las curvas de calibración como sigue:
    Ecuación 1
    Donde b es la intersección en el origen y a es la pendiente de la ecuación de calibración,
    Ecuación 2
  5. Teniendo en cuenta la masa (m) del replicado ( es decir, 10 gránulos, ver sección 2.4) y el volumen (V) del extracto final ( es decir, 1 ml), calcule la concentración (C 2 ) de cada OCP adsorbida en Los gránulos de plástico ( es decir, ng de OCP por g de pellet de plástico):
    /ftp_upload/55531/55531eq3.jpg "/>

5. Identificación de tipo de plástico

  1. Transferir los pellets en una placa de Petri de vidrio y colocarlo en una bolsa de plástico.
  2. Sostenga un pellet con pinzas y corte una rebanada del pellet con un bisturí. La bolsa de plástico evita la pérdida de pellets durante el proceso de corte.
  3. Limpie el cristal de reflectancia total atenuada (ATR) del instrumento FT-IR con etanol.
  4. Registre un espectro de fondo.
  5. Coloque el fragmento en el cristal ATR y atornille el soporte de la muestra. El lado interior de la pieza debe estar en contacto con el cristal.
  6. Escanee la muestra y grabe el espectro.
  7. Identificar el polímero que constituye la pastilla de plástico comparando el espectro obtenido con una biblioteca de espectros. Aunque con mayor tiempo, la interpretación de los espectros obtenidos podría llevarse a cabo manualmente también, pero muy probablemente sin llegar al grado de especificidad logrado con un mar de bibliotecaRch

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Representative Results

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Los pellets de plástico suelen encontrarse a lo largo de las líneas de marea alta y baja de las playas arenosas ( Figura 1A ). También pueden pegarse a la hierba marina recién trenzada en las playas, después de una tormenta, por ejemplo. En ocasiones se pueden encontrar en playas de guijarros y piedras en áreas de acumulación de material trenzado.

Los gránulos de plástico suelen ser fácilmente reconocibles por su forma, tamaño y color como se muestra en la Figura 1B (ver las dos columnas del medio). Pueden ser confundidos con pequeñas gravas (ver columnas 5 y 6), pequeños fragmentos biológicos o partículas de diferentes orígenes (véanse las columnas 1 y 2). Una vez en el laboratorio, los elementos sospechosos pueden ser desechados. En caso de duda, es posible comprobar la flotabilidad de las muestras en agua bidestilada. Las gravas se hundirán mientras que los gránulos de plástico flotarán sobre todo. Una muestra de pellets de plásticoRecogida en una playa se muestra en la Figura 1C para ilustración. Se proporciona un ejemplo de la forma de playa de identidad a llenar en el campo.

Figura 1
Figura 1 : ( A ) Pastillas de resina plástica trenzadas en una playa arenosa en la línea de la marea. ( B ) Pellets de resina de plástico contra grava y otros materiales trenzados. Fragmentos de diferentes orígenes se presentan en la 1 ª y 2 ª columnas de la izquierda. Las pequeñas partículas de grava están alineadas en las columnas 5 y 6. Los gránulos de plástico están en las columnas medias. ( C ) Muestra de gránulos de resina plástica. ( D ) Ejemplo de una forma de playa de identidad. Por favor cl Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Los gránulos blanquecinos y amarillentos son usualmente predominantes sobre otros gránulos, especialmente los pigmentados. Sin embargo, algunos sitios de muestreo presentan un perfil particular y por lo tanto se aconseja clasificar las piezas de plástico por color (evaluación visual) antes de la extracción. Se puede crear una referencia visual para ayudar a clasificar los gránulos tal como se presentan en la Figura 2 (de izquierda a derecha: blanco / transparente, blanquecino / amarillento, amarillo / naranja, ámbar / marrón y pigmentado).

Figura 2
Figura 2 : Clasificación de los gránulos de plástico por color, de izquierda a derecha: blanco / transparente, blanquecino / amarillento, amarillo / naranja, ámbar / marrón y pigmentado. Files / ftp_upload / 55531 / 55531fig2large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Puede suceder que algunos gránulos empiecen a fundirse durante el proceso de extracción. Así, las partículas de arena de cuarzo se pegarán en su superficie después de la extracción. Por ejemplo, en la figura 3A , el gránulo aislado a la izquierda de la placa de Petri tiene partículas de arena que se pegan en su superficie debido a la fusión. Esto ocurre a menudo con copolímeros de etileno / acetato de vinilo debido a su bajo punto de fusión comparado con otros polímeros plásticos tales como PE y PP. Excepcionalmente, el proceso de fusión puede ser demasiado severo y el extracto parecerá lechoso ( Figura 3B ). En este caso, se aconseja desechar la muestra inmediatamente después de la extracción. Este extracto obstruiría el sorbente del cartucho SPE.

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Figura 3 : ( A ) El gránulo aislado a la izquierda de la placa de Petri tiene partículas de arena pegadas en su superficie debido a la fusión. ( B ) Extracción con polimerización. El proceso de fusión puede hacer que el extracto aparezca lechoso. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Como primera aproximación, se prepararon gránulos virgenes con punta para optimizar la etapa de extracción y evaluar su repetibilidad. Como se puede ver en la Figura 4A , se extrajeron los 11 OCPs aplicando el protocolo descrito. Además, la Figura 4B ilustra el resultado del análisis de OCP extraídos de pellets muestreados en una playa en la costa adriática. yoEn este caso, se detectaron 8 OCP de 11. La identificación del pico cromatográfico se basa en los tiempos de retención obtenidos de la inyección de soluciones patrón individuales de OCP. Se acepta una desviación del tiempo de retención de pico estándar de 0,1% como máximo. El cálculo de las concentraciones de OCPs se basa en el análisis de soluciones estándar. Las ecuaciones de calibración y las recuperaciones de la SPE y las etapas de concentración deben determinarse para cada compuesto estudiado antes del análisis de la muestra ( Tabla 1 ).

Figura 4
Figura 4 : ( A ) Cromatograma de OCPs extraıdos de pellets de PE vírgenes con punta. ( B ) Cromatograma de OCP extraídos de pellets muestreados en la costa adriática. Haga clic aquíPara ver una versión más grande de esta figura.

Compuestos Tr (min) Ecuación de la curva de calibración R2 Recuperación (%)
A-HCH 9,25 Y = 1836x - 315 0.9992 99
G HCH 9,92 Y = 2055x - 158 0,9996 96
Bhch 10.45 Y = 772x + 58 0.9993 78
24-DDE 13,90 Y = 2611x + 262 0,9999 76
Endosulfano I 14,50 Y = 2015x + 280 0,9999 74
44-DDE 15,16 Y = 3942x - 427 0,9988 82
24-DDD 15,52 Y = 1822x + 157 0,9999 94
24-DDT 16,64 Y = 962 x 93 0,9965 75
44-DDD 17,11 Y = 2617x + 44 0.9992 86
Endosulfano II 17,30 Y = 2212x + 123 0,9995 102
44-DDT 18,32 Y = 725 x 80 0.9955 96

Tabla 1: Ejemplo de los resultados de calibración y recuperación obtenidos para los 11 OCPs estudiados.

Se determina una concentración representativa para cada lugar de muestreo analizando al menos 3 repeticiones de 10 gránulos y tomando el valor mediano. Este último es preferidoAl valor medio debido a la dispersión de los resultados 4 . La Figura 5 muestra un ejemplo de resultados basados ​​en 5 repeticiones.

Figura 5
Figura 5 : Concentración media de OCPs extraídos de pellets muestreados en la costa adriática. Los datos muestran un ejemplo de resultados basados ​​en 5 repeticiones. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

El análisis químico del plástico se lleva a cabo en un espectrómetro ATR-FT-IR. La medición se realiza en el lado interior de una rebanada de pellets. Las piezas de plástico están cubiertas por biofilms y / o por capa (s) adherente (s), que pueden interferir en el IREspectros de la muestra. Por lo tanto, el corte de los gránulos permite una identificación más fácil del polímero que el procesamiento de elementos no cortados, porque el cristal ATR está en contacto con material menos contaminado. Los resultados del análisis de la composición química de un gránulo no cortado se muestran en la Figura 6A . El artículo fue identificado como caucho con una probabilidad de alrededor de 66% al más alto. La Figura 6B presenta los resultados obtenidos a partir de una rebanada de la misma pastilla, que finalmente se demostró que estaba hecha de PE con una probabilidad del 99%. La segunda medición se realizó en el lado interno del fragmento.

Figura 6
Figura 6 : ( A ) FT-IR de la pastilla sin cortar y los mejores resultados de golpe de la biblioteca de espectros. ( B ) FT-IR spectruM de la rebanada de pellets y los mejores resultados de golpe de la biblioteca de espectros. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

El PE, como se identifica en la Figura 7A , es el tipo de polímero más común encontrado en los gránulos de plástico, seguido de PP ( Figura 7B ). El copolímero de etileno / acetato de vinilo es el tercer tipo de plástico más comúnmente identificado ( Figura 7C ). También se pueden encontrar ocasionalmente gránulos de PS ( Figura 7D ). En la Tabla 2 se da un ejemplo de identificación de tipo plástico para una replicación de 10 gránulos. Como se ha visto, la muestra consta de un 70% de PE.

Figura 7 <Br /> Figura 7 : espectro FT-IR y mejores resultados de éxito de un pellet identificado como ( A ) PE (99,0%); ( B ) PP (98,9%); ( C ) copolímero de etileno / acetato de vinilo (97,0%); Y ( D ) PS (99,6%). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Nombre de la muestra Resultado de la búsqueda Buscar Mejor Resultado Buscar Best Hit Descripción
Muestra 1-1 0.990764 P01034 P1034.SP RODA DE POLIETILENO UHMW RESISTENTE AL IMPACTO
Muestra 1-2 0,992768 P00508 P0508.SP POLIETILENO, MN = 1100, 9002 - 88 - 4
Muestra 1-3 P01037 P1037.SP RODILLO DE POLIETILENO LDPE RESISTENTE A LA HUMEDAD
Muestra 1-4 0.956303 P00561 P0561.SP POLIESTIRENO, TERMINADO EN MONOCARBOXIA, MW = 200000, 9003-53-6
Muestra 1-5 0.988493 P00147 P0147.SP COPOLÍMERO DE ETILO / ACETATO DE VINILO, 18% VA POR WT., 24937-78-8
Muestra 1-6 0,990185 P01046 P1046.SP RODILLA RIGIDA DE POLIETILENO DE HDPE
Muestra 1-7 0.988167 P01034 P1034.SP RODA DE POLIETILENO UHMW RESISTENTE AL IMPACTO
Muestra 1-8 0.969821 P00546 P0546.SP POLIPROPILENO, ISOTÁCTICO, TG = -26, 9003-07-0
Muestra 1-9 0.991779 P01036 P1036.SP RODILLA DE POLIETILENO UHMW METAL-DETECTOR-GRADE
Muestra 1-10 0.988388 P01046 P1046.SP RODILLA RIGIDA DE POLIETILENO DE HDPE

Tabla 2: Resultados de identificación de polímero de un conjunto de 10 gránulos.

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Discussion

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La mayoría de los estudios centrados en los contaminantes orgánicos asociados a los gránulos de plástico se han basado en métodos clásicos de extracción de los productos químicos adsorbidos. El aparato Soxhlet es la técnica más utilizada, con tiempos de extracción típicos de 12 a 24 h y con alto consumo de disolventes orgánicos ( es decir, de 100 a 250 ml por extracción) 23 . Las extracciones de maceración requieren un largo tiempo de contacto entre la muestra y el disolvente orgánico ( por ejemplo, 6 días) 4 y pueden acelerarse añadiendo una etapa de ultrasonicación. Por el contrario, la extracción de fluido presurizado, como se describe en este estudio, es una manera eficiente de extraer rápidamente analitos de matrices sólidas o semisólidas a alta presión y temperatura usando una cantidad reducida de disolvente ( por ejemplo, 40 ml). Aunque se utiliza comúnmente como una alternativa al método de Soxhlet, esta técnica rara vez se ha empleado en el campo de los microplásticos"Xref"> 14. Una de las limitaciones vinculadas a la aplicación de esta técnica al análisis de fragmentos de plástico es la fusión potencial de polímeros, que son entonces difíciles de eliminar del extracto y, a menudo, hacen imposible su análisis. Este problema no se encuentra al extraer los orgánicos de matrices homogéneas. En este caso, la temperatura de extracción se ajusta según el tipo de polímero de la muestra de plástico. Las muestras microplásticas se componen de una mezcla heterogénea de artículos de diversos tipos de polímeros en diferentes estados de degradación, que a menudo causan la fusión temprana del plástico. Por lo tanto, la temperatura en la célula PFE debe optimizarse para permitir la extracción de OCP independientemente del tipo de polímero y su estado de degradación. En este trabajo, se encontró que una temperatura de 60ºC junto con un tiempo de retención largo era un buen compromiso entre la eficiencia de extracción y los problemas de fusión. Sólo el caucho y el copolímero de etileno / acetato de vinilo envejecido son propensos a fundirse, bEstos polímeros están normalmente presentes en cantidades tan bajas en la muestra que no afectan a la extracción.

En muchos estudios 4 , 8 , 13 , 16 , 18 , sólo se analizan los pellets de PE envejecidos para determinar su contenido de contaminante orgánico adsorbido. Debido a sus propiedades superficiales, esta categoría de polímeros tiene una mayor afinidad para adsorber contaminantes ambientales que otros tipos de pellets y son la clase de polímero predominante 4 . Sin embargo, algunos sitios de muestreo presentan un perfil especial con una gran cantidad de pellets menos viejos ( es decir, blancos o transparentes) y / o una mayor variedad en tipos de polímeros de lo comúnmente encontrado. Por lo tanto, aquí se sugiere un enfoque diferente para evitar una posible sobrestimación de los niveles de contaminantes orgánicos. La clasificación de los pellets de plástico se basa en color rataQue en el tipo de polímero. Además, la identificación del tipo plástico puede llevarse a cabo después de la etapa de extracción. Procediendo en este orden, se reduce el riesgo de contaminación de la muestra durante el análisis químico del polímero y se facilita el proceso de identificación del plástico cortando los gránulos, como se ha explicado anteriormente. La principal limitación de esta metodología sería la extracción de contaminantes orgánicos de artículos que se confundan con pellets de plástico. Sin embargo, puede subrayarse que sólo se demuestra que una fracción insignificante ( es decir, menos del 0,5%) de los gránulos muestreados no está hecha de polímero plástico después de un análisis químico.

Este protocolo fue desarrollado para la determinación de los OCP adsorbidos en los gránulos de plástico. Sin embargo, puede adaptarse para la detección de otras categorías de contaminantes orgánicos usualmente encontrados asociados a microplásticos tales como bifenilos policlorados (PCB) o hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), así como plSuavizantes asıticos o aditivos. Con este fin, el paso de limpieza tendría que ser optimizado aún más eluyendo el sorbente con varios disolventes sucesivos de diferentes polaridades 4 , 10 . En cierta medida, la composición de disolvente de extracción también podría modificarse, añadiendo una fracción de diclorometano y / o acetona a hexano, por ejemplo. Finalmente, se deben desarrollar nuevos métodos analíticos especialmente para los compuestos a investigar. Aunque la Cromatografía de Gas-Detector de Captura de Electrones (GC-ECD) es una técnica sensible, su selectividad para compuestos halogenados limita su aplicación a otras clases de compuestos. Además, la identificación del pico sólo se basa en los tiempos de retención, lo que puede conducir a una mala interpretación de los cromatogramas. Para reducir el riesgo de identificación errónea, se acepta una desviación de los tiempos de retención de solución estándar de sólo el 0,1%. La cromatografía de gases equipada con un espectrómetro de masas (GC-MS) es una técnica apropiadaE para validar la identificación del pico. Podría ejecutarse en paralelo con GC-ECD o utilizarse como un único método de análisis si su sensibilidad permite la cuantificación de las concentraciones de trazas.

Esta metodología se centra en los gránulos de resina, pero podría optimizarse para el análisis de otras categorías microplásticas. Sin embargo, la clasificación de fragmentos de plástico de muestras ambientales ( por ejemplo, superficie del mar, sedimento o biota) es más difícil que la de los pellets y una identificación visual no es apropiada. Por lo tanto, el análisis químico de los polímeros debe realizarse antes de la extracción. Sabiendo que los tamaños microplásticos oscilan entre 5 mm y unos pocos cientos de μm ( por ejemplo, 300 μm), el análisis debe realizarse en un micro espectrómetro ATR-FTIR, que está adaptado para las mediciones de partículas pequeñas 19 , 20 . Además, la separación de microplásticos de muestras ambientales nos(Por ejemplo, etanol) y / o ácidos o bases fuertes ( por ejemplo, digestión ácida de tejidos), que pueden desorber y / o degradar los contaminantes orgánicos asociados a las partículas. Por lo tanto, deben desarrollarse técnicas de separación alternativas que preserven los productos químicos. Además, debe subrayarse que la cantidad de microplásticos detectados en la superficie del mar y la biota es a menudo insuficiente para realizar análisis cuantitativos de compuestos orgánicos. Este protocolo está adaptado para procesar fragmentos de plástico visibles a simple vista y hechos de polímeros duros. No es probable que funcione en materiales blandos o artículos extremadamente pequeños ( es decir, <1 mm). Por lo tanto, las categorías microplásicas de películas, filamentos y espumas deben ser desechadas de las muestras. Sin embargo, las pequeñas piezas microplásticas pueden ser analizadas por su contenido de contaminantes orgánicos y su tipo de polímero. En este caso, se aconseja cortar los artículos en pequeñas partículas de unos pocosMm antes de la extracción o análisis FT-IR.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo fue financiado por el Programa de Cooperación Transfronteriza Adriática del IPA 2007-2013, dentro del proyecto DeFishGear (1 ° str / 00010).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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Extracción de plaguicidas organoclorados de pellets de plástico y análisis de tipos de plástico
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Pflieger, M., Makorič, P., Kovač Viršek, M., Koren, Š. Extraction of Organochlorine Pesticides from Plastic Pellets and Plastic Type Analysis. J. Vis. Exp. (125), e55531, doi:10.3791/55531 (2017).More

Pflieger, M., Makorič, P., Kovač Viršek, M., Koren, Š. Extraction of Organochlorine Pesticides from Plastic Pellets and Plastic Type Analysis. J. Vis. Exp. (125), e55531, doi:10.3791/55531 (2017).

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