Summary
Mikroplastlar, öngörülemeyen etkileri olan potansiyel olarak toksik organik kirleticilerin vektörü gibi davranır. Bu protokol, plastik topaklara adsorbe edilen organochlorine böcek ilacı düzeylerini değerlendirmek ve polimer kimyasal yapısını belirlemek için alternatif bir metodoloji anlatmaktadır. Odaklı, basınçlı sıvı özütleme ve zayıflatılmış toplam yansıma Fourier dönüşümü kızıl ötesi spektroskopisi üzerine odaklanmaktadır.
Abstract
Mikro plastik (çap ≤5 mm) olarak sınıflandırılan plastik reçine pelletleri, imalat ve nakliye esnasında çevreye istenmeden bırakılabilecek küçük granüllerdir. Çevresel sebatlarından dolayı, tüm dünyadaki okyanuslarda ve plajlarda yaygın bir şekilde dağılmıştır. Potansiyel olarak toksik organik bileşiklerden ( örneğin, poliklorlu bifeniller) oluşan bir vektör gibi davranabilirler ve dolayısıyla Deniz organizmalarını olumsuz yönde etkilemektedir. Besin zinciri boyunca olası etkileri henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Deniz çevresindeki plastik topakların oluşumuyla ilişkili tehlikeleri değerlendirmek için, ilişkili organik kirletici seviyelerin hızlı bir şekilde tespit edilmesine izin veren metodolojilerin geliştirilmesi gereklidir. Bu protokol, reçine pelletlerinin numunelenmesi, adsorbe edilmiş organik klorür pestisitlerin (OCP'ler) analiz edilmesi ve plastik türün belirlenmesi için gerekli olan farklı aşamaları açıklamaktadır. Odak noktası açıkBasınçlı sıvı özütleyici (PFE) vasıtasıyla plastik topaklardan OCP'lerin çıkartılması ve Fourier Transform-InfraRed (FT-IR) spektroskopisini uygulayarak polimer kimyasal analizi. Geliştirilen metodoloji, teknik endosülfanın iki biyolojik açıdan aktif izomeri yanı sıra diklorodifenil trikloroetan (DDT) ve onun iki ana metaboliti lindan ve iki üretim izomeri de dahil olmak üzere 11 OCP'ye ve ilgili bileşiklere odaklanmaktadır. Bu protokol, plastik parçalara adsorbe edilen organik kirleticilerin konsantrasyonunu değerlendirmek için mevcut metodolojiye basit ve hızlı bir alternatif oluşturmaktadır.
Introduction
Küresel plastik üretimi, 1950'lerden bu yana sürekli artmakta ve 2014 yılında 311 milyon tona ulaşmakta ve yaklaşık% 40'ı ambalajlamada kullanılmaktadır 1 . Buna paralel olarak, bu materyallerin miktarları artmakta ve bu da ekosistemler için ciddi bir tehdit oluşturmaktadır 2 . 1970'lerde daha önce bildirilmiş olmasına rağmen, deniz çevresindeki plastik pisliklerin oluşumu son on yılda yalnızca daha fazla ilgi görmüştür. Özellikle mikroplastikler, ≤ 5 mm çapında plastik parçalar, ana deniz suyu kalitesi sorunlarından biri olarak kabul edilmektedir 3 .
Plastik reçine pelletleri, genellikle silindir veya disk şeklinde küçük granüller olup, birkaç mm çapında ( örneğin 2 ila 5 mm) 4 , 5 çapındadır. Mikroplastikler kategorisine girerler. Bu plastik granüllerNihai plastik ürünlerin yüksek sıcaklıkta yeniden eritme ve kalıplama yoluyla üretildiği endüstriyel hammadde 6 . Üretim ve nakliye sırasında istemeden çevreye salınabilirler. Örneğin, nakliyat sırasında kaza sonucu dökülmeler yoluyla okyanusa doğrudan gönderilebilirler 4 , 7 , 8 . Yüzey akışı, akarsuları ve nehirleri ile karadan okyanusa taşınabilirler. Çevresel sebatlarından ötürü, plastik topaklar okyanuslarda yaygın olarak dağılır ve tüm dünyada plajlarda bulunur 4 . Deniz organizmalarını olumsuz yönde etkileyebilir ve etkilerinin önceden belirlenemediği besin zincirine girebilirler 6 , 7 . Dahası, bir takım çalışmalar, bir kıyı şeridinde toplanan plastik peletlere adsorbe edilen çevresel kirleticilerin varlığını ortaya çıkarmıştırL çevre, bu potansiyel olarak toksik kimyasalların vektörü gibi davranır 4 , 9 , 10 . Aslında, bu kimyasalların yutulan plastik parçalardan 11 , 12 serbest bırakıldıktan sonra organizmaların dokularında biyolojik olarak birikebileceğini düşündüren laboratuar bulguları vardır.
Deniz ortamında plastik topakların oluşması ile ilişkili tehlikeleri daha iyi değerlendirmek için, emilen organik kirleticileri belirleyebilen yöntemlerin geliştirilmesi gereklidir. Polimerin türüne, bozunma evresine ve ön işlemlere bağlı olarak heterojen fiziksel-kimyasal özelliklere sahip olabilen plastik matrislerden kimyasalların çıkarılması önemli bir adımdır. Literatürde bildirilen araştırmaların çoğunda maserasyon veya Soxhlet teknikleri 4 ,5 , 6 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , çözücü ve / veya zaman alıcıdır. Bu sayının artan ilgisi ile ilgili olarak, plastik parçalara adsorbe edilen organik kirleticilerin daha hızlı değerlendirilmesi için alternatifler geliştirilmelidir. Buna ek olarak, plastik kimyasal analiz, mikro plastiğin kimyasal yapısı hakkında bilgi sağlar. Sonuç olarak, ortamda bulunan baskın polimerler ve kopolimerler türleri değerlendirilebilir. Plastik parçalar çoğunlukla polietilen (PE) ve polipropilen (PP) 5'den yapılmış olmasına rağmen, bazı örnekleme yerleri, diğer kategorilerin önemli ölçüde temsil edildiği belirli bir profil sunabilir ( örn., Etilen / vinil asetat kopolimeriVe polistiren (PS)). FT-IR spektroskopisi, mikroplastı tanımlamak için yaygın olarak kullanılan polimer tanımlama için güvenilir ve kullanıcı dostu bir tekniktir 19,20 .
Mevcut çalışmanın temel amacı, bir PFE vasıtasıyla plastik topaklardan OCP'leri ve ilgili bileşikleri çıkarmak için hızlı ve basit bir seçenek sunmaktır. Bununla birlikte, protokolün tasarımı, reçine pelletlerinin örneklenmesinden bileşiklerin analizine kadar sorbed OCP'lerin saptanmasına yol açan tüm aşamaları kapsar. Plastik türünü belirleme yöntemi de açıklanmaktadır. Geliştirilen metodoloji, 11 OCP ve ilgili bileşiklere odaklanmaktadır: i) DDT (2,4'- ve 4,4'-diklorodifenil trikloroetan) ve iki ana metaboliti DDE (2,4'- ve 4,4'-diklorodifenildikloroetilen) ve DDD (2,4'- ve 4,4'-diklorodifenildikloroetan); Ii) ana madde o izomer gamma-heksachlorosikloheksan (γ-HCH)Pestisit lindane ve üretimi sırasında serbest bırakılan iki izomer α-HCH ve β-HCH; Iii) ve iki teknik olarak endosulfan I (Endo I) ve II (Endo II) biyolojik olarak aktif izomerleri. Çalışılan böcek ilacı geniş spektrumlu böcek ilaçları, kimyasal olarak kararlı, hidrofobik ve Stokholm Konvansiyon 21'in kalıcı organik kirleticiler (POP'ler) olarak sınıflandırılmış.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Plastik Pelet Örnekleme
- Sahaya gitmeden önce, gerekli tüm numune malzemelerini ( örn. Cımbız ve alüminyum folyo) üçer kez aseton veya etanol (% 99) ile durulayın. Malzemenin çözücü ile durulanması mümkün değilse, bir fırında ( örn . Cam eşyalar) gece boyunca 450 ° C'de ısıtın.
NOT: Turistik bölgelerde, deniz temizliği maddesinin çoğunu mikroplastı da içine alacak olası plaj temizleme faaliyetleri hakkında bilgi edinin. Mümkünse, numuneyi bu işlemin öncesinde planlayın. Temizleme mevsiminde numune alımı yapılırsa, kimlik formundaki bu aktivitenin ayrıntılarını belirtin ( örneğin, tarihler, kullanılan temizleme yöntemi vb. ) - Eldiven takarak, solvent püskürtülmüş paslanmaz çelik cımbızla sahilden plastik topaklar toplamak.
- Yer başına 50 ila 100 pelet örneği, yer başına 5 ila 10 kopya karşılık gelir (çoğaltma başına 10 pelet). Gerekli pelet sayısı obta olamazsaMümkün olan en fazla peleti toplamak ve kimliğini sahil formunda belirtmek.
- Numunenin sonunda, toplanan topakları çözücü ile durulanmış alüminyum folyo ile sarın. Cam şişeler alternatif veya hatta kağıt torba olarak kullanılabilir.
- Seçilen kanın kimlik formunu eksik bilgi ile doldurun ( örn. Plaj yeri, hava koşulları, pelletlerde ayrıntılar vb. ).
- Ortam sıcaklığı 25 ° C'yi aşarsa numuneleri buz kutusunda laboratuara nakledin. Kısa adım atma durumunda bu adım atlanabilir ( örn., <1 saat).
- Laboratuvara girdikten sonra peletlerin çıkarılabilir parçacıklarını ( örn. Kum) yavaşça silin. Depolamadan önce bir desikatörde gerekirse numuneleri kurutun (karanlık, T <25 ° C). OCP'lerin kullanılabileceği odalardan kaçının ( örn . Standart çözümlerin depolanması).
- Peletleri buzdolabında (4 ° C) kısa süre saklayın ( yani, birkaç gün) veyaÇözücüyle durulanmış alüminyum folyo içinde daha uzun süre dondurucuda (-18 ° C).
- Örneklerin suni ışığa veya güneş ışığına maruz kalmasını önleyin. Kirlenme riskini azaltmak için örnekleri analizden önce mümkün olduğunca az tutun.
2. Plastik Peletlerden OCP'lerin Çıkarılması
- Kirlenme riskini azaltmak için, dikkatle yıkanmış cam eşyaları aşağıdaki gibi kullanarak temiz bir laboratuarda çalışın: analitik dereceli aseton, diklorometan ve n-hekzan ile 2 durulama. Camı azot akışı altında kurutun ve ortam havasıyla temasından koruyun ( örn . Temizlenmiş alüminyum folyo ile örtün). Bu temizleme prosedürünü protokolün diğer adımlarında uygulayın ( örn., Bölüm 3 ve 4).
- Çözücüyle yıkanmış cımbız kullanarak peletleri aşağıdaki kategorilerde renklere göre sıralayın: beyaz / şeffaf, beyaz / sarımsı, sarı / turuncu, kehribar / kahverengi ve pigmentli ( örneğin kırmızı, yeşil, mavi vb. )
- Topak 10 toplaBenzer rengin rastgele ( yani plastik tip dikkate alınmaz), bu da bir tekrarı oluşturacaktır.
- Numuneyi analitik bir denge üzerine tartın ve kütleyi kaydedin. Bu aşamada, numuneler buzdolabına veya dondurucuya geri konabilir.
- Arka plan kirliliğini göz önünde bulundurmak için, her kopyanın seti ile boş bir örnek gerçekleştirin ( örn., 5 kopya için 1 boşluk). Bu amaçla, yukarıda açıklanan protokolü uygulayın, ancak ekstraksiyon hücresine plastik topaklar eklemeyin. Bu boş örnek, protokolün diğer aşamalarını geçecek ve numuneler ile birlikte analiz edilecektir.
- PFE'yi açın. Çıkarma yöntemini indirin ve cihazı 60 ° C'ye ısıtın. Yöntemin ayrıntıları aşağıdaki gibidir:
- Sıcaklığı 60 ° C'ye ve basıncı 100 bar'a ayarlayın.
- Isıtma süresi 1 dk, tutma süresi 25 dk ve boşaltma süresi 2 dk ile bir devir seçin.
- Çözücüyü ayarlaVe gaz (N2) yıkama sürelerini her birinden 3 dakikaya çıkarın.
- Ekstraksiyon solventi olarak n-heksan seçin.
- Alet ısınırken, aşağıda açıklandığı gibi ekstraksiyon hücresini hazırlayın. Gerekirse, protokolü tedarikçinizin cihazınızın talimatlarına göre uyarlayın:
- Alt filtreyi ve friti ekstraksiyon hücresine yerleştirin. Kapatın ve çevirin.
- Huni kullanarak temizlenmiş kuvartz kumu ile hücrenin yaklaşık yarısını doldurun.
- Tartılan numuneyi ekleyin ( yani, 10 peletten bir kopya). Dondurulmuş plastik peletler ekstraksiyon öncesinde buzdolabında bir gece yerleştirilmelidir.
- Hücrenin üstünden 1 cm kadar kuvars kumu ekleyin. Ultra temiz kuvars kumu (veya alternatif olarak cam boncuklar), numunelerle aynı ekstraksiyon koşullarına maruz bırakıldığından özel dikkat gösterin. Kumu temizlemek için, analitik dereceli diklorometan ve n-hekzan içinde ard arda PFE içinde çıkarın, 2 veyaÇözücü başına daha fazla döngü ( örneğin, 100 bar'da 100 ° C'de 30 dakika). Alternatif olarak, bir ultrasonik banyo ve / veya döner buharlaştırıcı kullanın. Gerekirse temizleme prosedürünü tekrarlayın.
- Üst filtreyi hücrenin içine yerleştirin ve hücrenin içine yerleştirin.
- Toplama kablarını cihaza yerleştirin ve ekstraksiyon yöntemini başlatın (toplam süre yaklaşık 35 dk).
- Yöntem tamamlandığında, temizlenmiş bir cam kabın ( örn. , Cam kabı, cam hücre kültürü çanağı) boşaltma hücresini boşaltın ve kumdaki 10 pelleti alın. Plastik kimlik bilgileri için daha fazla analiz yapılıncaya kadar ( örneğin, fermuarlı çanta veya cam flakon) bir kapta saklayın.
3. Ekstraktın Konsantrasyonu ve Temizlenmesi
- Elde edilen ekstraktı (yaklaşık 40 mL) toplayıcı kaptan bir cam boruya aktarın ve 20 dakika boyunca 35 ° C'ye ayarlanmış dönen bir konsantratörde 1 mL'ye kadar buharlaştırın. Alternatif yöntemler su ile kullanılabilirCh, azot akışı veya döner buharlaştırıcı altında buharlaştırma olarak kullanılır. Sıcaklık ve süre buna göre optimize edilmelidir.
- Bu arada, bir katı atık özütleyiciyi (SPE), rafın içine atık boru yerleştirin ve manifolda kapalı valf konumunda aktif magnezyum silikat sorbent (1 g) ile dolu bir kartuş yerleştirin. Temizlik, EPA yöntemi 3620C 22'ye göre aşağıdaki şekilde yapılır:
- Kaynağı vakum açın ve sorbent etkinleştirmek için kartuş 4 mL heksan ekleyin.
- Valfi açın ve çözücünün tüm sorbent yatağından geçmesine izin verin. Ardından valfi kapatın ve sorbentin 5 dakika boyunca hekzan içine emdirmesine izin verin.
- Valfi açın ve solventin geçmesine izin verin, ancak sorbent kurumadan önce vanayı kapatın.
- Numune konsantre hale getirildiğinde, cam bir Pasteur pipetiyle kartuşa aktarın. Valfi yavaşça açın ve yavaş yavaş geçmesine izin verin. Saniyede 1-2 damlaUygun bir hız.
- Ekstraktı içeren cam tübü 0,5 mL hekzan ile durulayın ve özü geçtiğinde kartuşa ekleyin.
- Solventin tamamı geçtiğinde valfi kapatın ve vakumu kapatın.
- Atık borusunu toplama borusu ile değiştirin ve temiz bir solvent kılavuz iğnesi kullanın.
- Kartuşa 9 mL aseton / heksan (10/90, v / v) ilave edin ve kaynağı vakum açın. Çözeltinin çözücüye 1 dakika kadar ısınmasına izin verin.
- Valfi açın ve toplama tüpündeki eluatın tamamını toplayın.
- Toplama tüpünü yoğunlaştırıcıya yerleştirin ve 1 mL eluat'a erişmek için çözücüyü 35 ° C'de 9 dakika boyunca buharlaştırın.
- Konsantre edilen eluatı, cam bir Pasteur pipetiyle kehribar rengarenk otozimser şişeye aktarın. Bu aşamada, numuneler analiz öncesinde dondurucuda saklanabilir.
4. Temizlenmiş ve Konsantralı AnalizlerTed Extract
- Analitik yöntemi, GC-μECD cihazının kontrol yazılımı (bir mikro elektron yakalama dedektörü ile donatılmış gaz kromatografisi) üzerine indirin. Yöntemin ayrıntıları aşağıdaki gibidir:
- Enjektörü bölünmez moda, sıcaklığı 250 ° C'ye ve temizleme süresini 1 dakikaya ayarlayın.
- Taşıyıcı gazın akışını (He) 1.5 mL / dak'a ayarlayın .
- Kolon fırını aşağıdaki sıcaklık gradyeniyle programlayın: 1 dakika için 60 ° C tutun, 30 ° C min -1 ila 200 ° C rampa, 5 ° C min -1 ila 230 ° C rampa, 3 ° C min. Rampa -1 , 250 ° C'ye erişmek için bu sıcaklığı 5 dakika tutun.
- Dedektör sıcaklığını 300 ° C'ye ve yedek gaz akışı (N2) 60 mL / dak'a ayarlayın .
- Numuneyi ihtiva eden flakonu (temizlenmiş ve konsantre edilmiş) otomatik örnekleyici bölmesine yerleştirin ve yöntemi çalıştırın (çalışma süresi 23.3 dak.). ben Numuneyi 2 μL numara ile doldurun.
- Analiz sonrasında, kromatogramdaki farklı bileşikleri tutma sürelerine göre tanımlayın ve ilgili zirve alanlarını kaydedin.
- Geri kazanımları (R) ve zirve alanlarını (A 1 ) göz önüne alarak, kalibrasyon eğrilerinin denklemlerini kullanarak aşağıdaki ekstraktaki her OCP'nin konsantrasyonunu (C 1 ) hesaplayın:
Burada b , orijin üzerindeki kesişim noktası ve a kalibrasyon denkleminin eğimi,
- Nihai ekstraktın ( yani, 1 mL) hacmi (V) olan kopyanın kütlesini (m) ( yani, 10 pelet; bkz. Bölüm 2.4) dikkate alarak , adsorbe edilen her OCP'nin konsantrasyonunu (C2) hesaplayın Plastik topaklar ( örn . Plastik topağın gramı başına OCP'nin ng'si):
/ftp_upload/55531/55531eq3.jpg "/>
5. Plastik Tip Tanımlaması
- Peletleri cam bir Petri kabına aktarın ve plastik torbaya koyun.
- Bir pelleti cımbızla tutun ve pelet dilimini bir bisturi ile kesin. Plastik torba, kesme işlemi sırasında pelet kaybını önler.
- FT-IR enstrümanının zayıflatılmış toplam yansıma (ATR) kristalini etanol ile temizleyin.
- Arka planda bir spektrum kaydedin.
- Parçayı ATR kristaline yerleştirin ve numune tutacağını vidalayın. Parçanın iç tarafı kristalle temas halinde olmalıdır.
- Numuneyi tarayın ve spektrum kaydedin.
- Elde edilen spektrumun bir spektrum kütüphanesine kıyasla plastik topağı oluşturan polimeri tanımlayın. Daha zaman alıcı olmakla birlikte, elde edilen spektrumların yorumu elle de yapılabilir, ancak büyük olasılıkla bir kütüphane deniziyle elde edilen özgüllük derecesine ulaşmadanrch.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Plastik peletler genelde kumlu plajların yüksek ve alçalmış çizgileri boyunca bulunur ( Şekil 1A ). Örneğin, fırtınadan sonra plajlarda yeni kurulmuş deniz çayırlarına da yapışabilirler. Bazen karaya oturmuş malzemelerin birikim alanlarındaki çakıllı ve taşlı plajlarda bulunurlar.
Plastik topaklar şekil 1B'de görüldüğü gibi şekli, boyutu ve rengi ile kolayca tanınabilir (bkz. Iki orta sütun). Küçük çakıllar (bkz. Sütun 5 ve 6), küçük biyolojik parçacıklar veya farklı kökenli parçacıklar (bkz. Sütun 1 ve 2) için yanlış olabilirler. Laboratuara vardığınızda, şüpheli maddeler atılabilir. Şüphe durumunda, numunelerin iki kat distile suda yüzebilirliğini kontrol etmek mümkündür. Çakıllar batacak, oysa plastik topaklar çoğunlukla yüzecektir. Bir plastik topak numunesiŞekil 1C'de gösterilmek üzere bir kumsalda toplanmıştır. Sahada doldurulacak kimlik plaj formunun bir örneği Şekil 1D'de verilmiştir .
Şekil 1 : ( A ) Gelgit hattında kumlu bir kumsalda sıkışan plastik reçine peletleri. ( B ) Plastik reçine pelletleri ile çakıl ve diğer telli malzemeler. Soldan 1. ve 2. sütunlarda farklı kökenden gelen parçalar görülmektedir. Küçük çakıl parçacıkları sütun 5 ve 6'ya hizalanmıştır. Plastik peletler orta sütunlardır. ( C ) Plastik reçine pelletleri örneği. ( D ) Bir kimlik plaj formunun örneği. Lütfen cl Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayın.
Beyazımsı ve sarımsı peletler genelde diğer peletlere, özellikle pigmentli pelletlere oranla baskındır. Bununla birlikte, bazı numune alma siteleri özel bir profil sunmaktadır ve bu nedenle, plastik parçaları ekstraksiyon öncesinde renkle (görsel değerlendirme) sınıflandırmaları tavsiye edilmektedir. Şekil 2'de (soldan sağa: beyaz / şeffaf, beyazımsı / sarımsı, sarı / turuncu, kehribar / kahverengi ve pigmentli) sunulan peletlerin sıralanmasına yardımcı olmak için görsel bir referans oluşturulabilir.
Şekil 2 : Plastik peletlerin renkten soldan sağa doğru sınıflandırılması: beyaz / şeffaf, beyaz / sarımsı, sarı / turuncu, kehribar / kahverengi ve pigmentli. Files / ftp_upload / 55531 / 55531fig2large.jpg "target =" _ blank "> Bu figürden daha büyük sürümünü görmek için lütfen tıklayınız.
Bazı pelletlerin ekstraksiyon işlemi sırasında erimesine neden olabilir. Böylece, kuvartz kum partikülleri, ekstraksiyon işleminden sonra yüzeylerine yapışacaktır. Örneğin, Şekil 3A'da , Petri kabının solundaki izole edilmiş pelet, eriyime bağlı olarak yüzeyine yapışan kum parçacıklarına sahiptir. Bu genellikle etilen / vinil asetat kopolimerleri ile PE ve PP gibi diğer plastik polimerlere kıyasla düşük erime noktaları nedeniyle oluşur. İstisnai olarak, eritme işlemi çok ağır olabilir ve özüt sümüksü görünecektir ( Şekil 3B ). Bu durumda, numunenin özümden hemen sonra atılması önerilir. Bu ekstrakt SPE kartuşunun sorbentini tıkayabilir.
Figimg "src =" / dosyalar / ftp_upload / 55531 / 55531fig3.jpg "/>
Şekil 3 : ( A ) Petri kabının solundaki izole edilmiş pelet erime nedeniyle kum parçacıkları yüzeyine yapışmaktadır. ( B ) Polimer ile ekstraksiyon aşağı kırılır. Eritme işlemi, özütünün sutun görünmesine neden olabilir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Birinci yaklaşım olarak, çakıltılı bakır taneleri, ekstraksiyon aşamasını optimize etmek ve tekrarlanabilirliğini değerlendirmek için hazırlandı. Şekil 4A'dan görülebileceği gibi, tarif edilen protokol uygulanarak tüm 11 OCP çıkarılmıştır. Buna ek olarak, Şekil 4B , Adriyatik kıyısındaki bir sahilde örneklenen peletlerden çıkarılan OCP'lerin analiz sonuçlarını göstermektedir. benBu durumda, 11 OCP'den 8 OCP tespit edildi. Kromatografik tepe tanımlaması, OCP'lerin tek tek standart çözeltilerin enjeksiyonundan elde edilen alıkonma sürelerine dayanır. Standart pik tutma süresinin% 0.1'lik bir sapma, maksimum olarak kabul edilir. OCP konsantrasyonlarının hesaplanması standart çözümlerin analizine dayanır. Kalibrasyon denklemleri ve SPE'den alınan geri kazanımlar ve konsantrasyon adımları, numune analizinden önce incelenen her bileşik için belirlenmelidir ( Tablo 1 ).
Şekil 4 : ( A ) Kıvırılmış bakire PE peletlerinden alınan OCP'lerin kromatogramı. ( B ) Adriyatik kıyısında örneklenen peletlerden elde edilen OCP'lerin kromatogramı. Lütfen buraya tıklayınızBu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için.
| Bileşikler | Tr (dak.) | Kalibrasyon eğrisi denklemi | R2, | Kurtarma (%) |
| a-HCH | 9.25 | Y = 1836x - 315 | 0,9992 | 99 |
| g-HCH | 9.92 | Y = 2055x - 158 | 0,9996 | 96 |
| B-HCH | 10,45 | Y = 772x + 58 | 0,9993 | 78 |
| 24 DDE | 13.90 | Y = 2611x + 262 | 0,9999 | 76 |
| Ben Endosulphan | 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 = 962x - 93 | 0,9965 | 75 |
| 44-DDD | 17.11 | Y = 2617x + 44 | 0,9992 | 86 |
| II. Endosülfan | 17,30 | Y = 2212x + 123 | 0,9995 | 102 |
| 44-DDT | 18.32 | Y = 725x - 80 | 0,9955 | 96 |
Tablo 1: Çalışılan 11 OCP için elde edilen kalibrasyon ve toparlanma sonuçları örneği.
Temsili bir konsantrasyon, her bir numune alma yeri için, 10 topaktan en az 3 kopyayı analiz ederek ve medyan değeri alarak tespit edilir. İkincisi tercih edilirSonuç dağılımından dolayı ortalama değere 4 . Şekil 5 , 5 tekrarlamaya dayanan bir sonuç örneğini göstermektedir.
Şekil 5 : Adriyatik kıyısında örneklenen peletlerden elde edilen OCP'lerin ortalama konsantrasyonu. Veriler, 5 tekrarlamaya dayanan bir sonuç örneğini göstermektedir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Plastikin kimyasal analizi bir ATR-FT-IR spektrometresi üzerinde gerçekleştirilir. Ölçüm bir pellet diliminin iç tarafında yapılır. Plastik parçalar, biyofilmler ve / veya yapışan tabaka (lar) tarafından kaplanır ve IR'ye müdahale edebilirÖrneklemin spektrumları. Böylece, pelletlerin kesilmesi, kesilmemiş parçaların işlenmesinden daha kolay polimer tanımlamasına izin verir, çünkü ATR kristali daha az kirlenmiş malzeme ile temas halindedir. Kesilmemiş bir peletin kimyasal bileşim analizi sonuçları Şekil 6A'da gösterilmektedir. Madde, en çok% 66 olasılıkla lastik olarak tanımlandı. Şekil 6B aynı pelletin bir diliminden elde edilen sonuçların sonuçta% 99 ihtimalle PE'den yapıldığı gösterilmektedir. İkinci ölçüm, parçanın iç tarafında yapıldı.
Şekil 6 : ( A ) Kesilmemiş pelletin FT-IR spektrumu ve spektrum kitaplığından en iyi isabet sonuçları. ( B ) FT-IR spektrumM pellet dilimi ve spektrum kitaplığından en iyi isabet sonuçları. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 7A'da tanımlandığı gibi PE, plastik pelletlerde bulunan en yaygın polimer türüdür ve onu PP ( Şekil 7B ) takip eder. Etilen / vinil asetat kopolimer genellikle tanımlanan en yaygın 3. plastik türüdür ( Şekil 7C ). PS'den yapılmış peletler de bazen bulunabilir ( Şekil 7D ). 10 topaktan bir çoğaltma için plastik tip tanımlamaya bir örnek Tablo 2'de verilmektedir. Görüldüğü gibi, örnek PE'den% 70'dir.
<Br /> Şekil 7 : FT-IR spektrumu ve ( A ) olarak tanımlanan bir peletin en iyi vuruş sonuçları PE (% 99.0); ( B ) PP (% 98.9); ( C ) etilen / vinil asetat kopolimeri (% 97.0); Ve ( D ) PS (% 99.6). Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
| Örnek Adı | Arama Skoru | En İyi Hit Ara | En İyi Hit Açıklama |
| Örnek 1-1 | 0.990764 | P01034 | P1034.SP Darbeye Dayanıklı UHMW POLİETİLEN ÇUBUK |
| Örnek 1-2 | 0.992768 | P00508 | P0508.SP POLYETHYLENE, MN = 1100, 9002-88-4 |
| Örnek 1-3 | P01037 | P1037.SP Neme Dayanıklı LDPE POLİETİLEN ÇUBUK | |
| Örnek 1-4 | 0.956303 | P00561 | P0561.SP POLİSTİREN, MONOCARBOXY TERMINATED, MW = 200000, 9003-53-6 |
| Örnek 1-5 | 0.988493 | P00147 | P0147.SP ETİLEN / VİNİL ACETAT KOPOLİMER,% 18 VA BY WT., 24937-78-8 |
| Örnek 1-6 | 0.990185 | P01046 | P1046.SP RIGID YYPE POLİETİLEN ÇUBUK |
| Örnek 1-7 | 0.988167 | P01034 | P1034.SP Darbeye Dayanıklı UHMW POLİETİLEN ÇUBUK |
| Örnek 1-8 | 0.969821 | P00546 | P0546.SP POLİPROPİLEN, İZOTAKTİK, TG = -26, 9003-07-0 |
| Örnek 1-9 | 0.991779 | P01036 | P1036.SP METAL DEDEKTÖR GRADU UHMW POLİETİLEN ÇUBUK |
| Örnek 1-10 0.988388 | P01046 | P1046.SP RIGID YYPE POLİETİLEN ÇUBUK |
Tablo 2: 10 topaklık havuzunun polimer tanımlama sonuçları.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Plastik topaklarla ilişkili organik kirleticilere odaklanan çoğu çalışma, adsorbe edilen kimyasalların klasik ekstraksiyon yöntemlerine dayanıyordu. Soxhlet aparatı, tipik ekstraksiyon süreleri 12 ila 24 saat arasında ve organik çözücülerin yüksek tüketimi ile ( yani ekstraksiyon başına 100 ila 250 mL arasında) en çok kullanılan tekniktir 23 . Maceration ekstraksiyonu, numune ile organik çözücü ( örn., 6 gün) arasında uzun bir temas zamanı gerektirir ve bir ultrasonication basamak eklenerek hızlandırılabilir. Buna karşın, bu çalışmada tarif edildiği gibi basınçlı sıvı özütleme, analitleri yüksek basınç ve sıcaklık altında katı veya yarı katı matristen az miktarda bir çözücü ( örn., 40 mL) kullanarak hızla özümlemek için etkili bir yoldur. Soxhlet yöntemine alternatif olarak yaygın olarak kullanılmasına rağmen, bu teknik nadiren mikro plastikler alanında kullanılmaktadır"Xref"> 14. Bu tekniğin plastik parçaların analizine uygulanmasına ilişkin sınırlamalardan birisi, polimerlerin potansiyel olarak erimesidir ve bu da özden çıkarılamaz ve genellikle analizini imkansız hale getirir. Homojen matrislerden organik madde çıkarırken bu sorunla karşılaşılmadı. Bu durumda, ekstraksiyon sıcaklığı plastik numunenin polimer türüne göre ayarlanır. Mikroplastik numuneler, farklı bozulma hallerinde çeşitli polimer türlerinden yapılmış, çoğunlukla plastiklerin erken erimesine neden olan heterojen bir karışım karışımından oluşur. Bu nedenle, PFE hücresindeki sıcaklık, polimer türü ve parçalanma durumu ne olursa olsun, OCP'lerin ekstraksiyonuna izin verecek şekilde optimize edilmelidir. Bu çalışmada, 60 ° C'lik bir sıcaklığın ve uzun bir bekletme süresinin, ekstraksiyon verimliliği ve eritme konuları arasında iyi bir uzlaşma olduğu bulundu. Sadece kauçuk ve yaşlandırılmış etilen / vinil asetat kopolimer erime eğilimi gösterir, bBu polimerler ekstraksiyonu etkilemediği için numunede genellikle bu kadar düşük miktarda bulunurlar.
Birçok çalışmada 4 , 8 , 13 , 16 , 18 yaşlarında sadece yaşlandırılmış PE topakları adsorbe edilen organik kirletici madde içeriği açısından analiz edilmiştir. Yüzey özelliklerinden dolayı, bu polimer kategorisi, diğer pelet tiplerine göre çevre kirleticilerinin adsorbe edilmesi için daha büyük bir afiniteye sahiptir ve baskın polimer sınıfı 4'tür . Bununla birlikte, bazı numune alma yerleri , yaygın olarak bulunandan daha az yaşlandırılmış pelet ( yani, beyaz veya şeffaf) ve / veya polimer türlerinde daha yüksek çeşitlilik içeren özel bir profil sunmaktadır. Bu nedenle, organik kirletici seviyelerinin muhtemel bir aşırı tahminin önlenmesi için burada farklı bir yaklaşım önerilmektedir. Plastik topakların sınıflandırılması renk sıçanına dayanırPolimer tipli türe göre. Dahası, plastik türünün belirlenmesi ekstraksiyon adımından sonra da yapılabilir. Bu sırada ilerleyerek, polimer kimyasal analizi sırasında numunenin kirlenmesi riski azaltılır ve daha önce açıklandığı gibi peletlerin kesilmesi ile plastik tanımlama işlemi kolaylaştırılabilir. Plastik topaklarla karıştırılan maddelerden organik kirleticilerin çıkarılması bu metodolojinin temel sınırlamaları olacaktır. Bununla birlikte, numunelenmiş peletlerin sadece önemsiz bir fraksiyonunun ( yani, % 0.5'den daha azı) kimyasal analizden sonra plastik polimerden yapılmadığı gösterilmektedir.
Bu protokol, plastik topaklara adsorbe OCP'lerin belirlenmesi için geliştirilmiştir. Bununla birlikte, genellikle poliklorlu bifeniller (PCB) veya polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAHs) gibi mikro plastiklerle ilişkili bulunan organik kirleticilerin diğer kategorilerinin tespiti için uyarlanabildiği gibi plAstik yumuşatıcılar veya katkılar. Bu amaçla, temizleme basamağı, sorbenti, farklı polariteli 4 , 10'luk birkaç ardışık çözücü ile yıkayarak daha da optimize edilmelidir. Ekstraksiyon solventi kompozisyonu bir dereceye kadar, örneğin heksana bir miktar diklorometan ve / veya aseton eklenerek değiştirilebilir. Son olarak, araştırılacak bileşikler için özel olarak yeni analitik yöntemler geliştirilmelidir. Gas Chromatography-Electron Capture Detector (GC-ECD) hassas bir teknik olmasına rağmen, halojenli bileşikler için seçiciliği, diğer sınıf bileşiklerine uygulanmasını sınırlar. Dahası, zirve tespiti sadece tutma sürelerine dayanır ve bu da kromatogramların yanlış yorumlanmasına neden olabilir. Yanlış tanımlama riskini azaltmak için, standart çözelti alıkoyma sürelerinden sadece% 0.1'lik bir sapma kabul edilmektedir. Bir kütle spektrometresi (GC-MS) ile donatılmış gaz kromatografisi,Zirve tanımlamasını doğrulamak için. GC-ECD'ye paralel olarak çalıştırılabilir veya hassasiyeti, iz konsantrasyonlarının nicelenmesine izin veriyorsa, tek bir analiz yöntemi olarak kullanılabilir.
Bu metodoloji reçine peletlerine odaklanır, ancak diğer mikroplastik kategorilerin analizi için daha da optimize edilebilir. Bununla birlikte, çevresel numunelerdeki ( örneğin, deniz yüzeyi, tortu veya biyotadan) plastik parçaların sınıflandırılması peletlerden daha zorlayıcıdır ve görsel bir tanımlama uygun değildir. Bu nedenle, polimerlerin kimyasal analizleri ekstraksiyon öncesinde yapılmalıdır. Mikroplastik boyutların 5 mm'den birkaç yüz mikrona ( örneğin 300 μm) kadar olduğunu bilerek, analiz, küçük parçacıkların 19 , 20 ölçümleri için uyarlanmış bir mikro ATR-FTIR spektrometresi üzerinde gerçekleştirilmelidir. Üstelik, çevresel örneklerden mikroplastıkların ayrılmasıParçacıklarla bağlantılı organik kirleticileri desorbe edebilen ve / veya parçalayabilen çözücülerin ( örn., Etanol) ve / veya güçlü asitler veya bazların ( örneğin, dokuların asit sindirimi) kullanılmasını gerektirir. Böylece kimyasalları koruyacak alternatif ayırma teknikleri geliştirilmelidir. Ek olarak, deniz yüzeyinde ve biyotada tespit edilen mikroplastiklerin miktarının, organik bileşiklerin kantitatif analizleri yapmak için yetersiz olduğu altı çizilmelidir. Bu protokol, çıplak gözle görülebilen ve sert polimerlerden yapılmış plastik parçaların işlenmesi için uyarlanmıştır. Yumuşak materyal veya aşırı derecede küçük ürünler ( örn. <1 mm) üzerinde çalışmak olası değildir. Bu nedenle, filmlerin, filamentlerin ve köpüklerin mikroplastik kategorileri numunelerden atılmalıdır. Bununla birlikte, küçük mikroplastik parçalar, organik kirletici içeriği ve polimer türü açısından analiz edilebilir. Bu durumda, birkaç tanesinin küçük parçacıklarla parçalanması tavsiye edilirMm veya FT-IR analizi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Acknowledgments
Bu çalışma IPA Adriyatik Sınır Ötesi İşbirliği Programı 2007-2013 tarafından DeFishGear projesi (1 ° str / 00010) kapsamında finanse edildi.
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 |
References
- Plastic Europe. Plastics - the Facts 2015. An analysis of European plastics production, demand and waste data. , Available on the website: http://www.plasticseurope.org (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. , United Nations Environment Programme. Nairobi. Available on the website: http://www.unep.org (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, Š, 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 . , available on the website: http://chm.pops.int/Home/tabid/2121/Default.aspx (2017).
- EPA - Environmental protection Agency. Method 3620C: Florisil Cleanup, part of Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/Chemical Methods (2014). , available on the website: https://www.epa.gov (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).
