Extraktion von Organochlor-Pestiziden aus Kunststoff-Pellets und Kunststoff-Typ-Analyse
Summary
Mikroplastiken wirken als Vektor potenziell toxischer organischer Verunreinigungen mit unvorhersehbaren Wirkungen. Dieses Protokoll beschreibt eine alternative Methode zur Beurteilung der Konzentrationen von Organochlor-Pestiziden, die an Kunststoff-Pellets adsorbiert sind, und die Identifizierung der chemischen Polymerstruktur. Der Schwerpunkt liegt auf der Druckfluid-Extraktion und der abgeschwächten Totalreflexion Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie.
Abstract
Kunststoff-Harz-Pellets, kategorisiert als Mikroplastik (≤5 mm im Durchmesser), sind kleine Granulate, die unbeabsichtigt in die Umwelt während der Herstellung und Transport freigegeben werden können. Wegen ihrer ökologischen Beharrlichkeit sind sie weit verbreitet in den Ozeanen und an Stränden auf der ganzen Welt. Sie können als Vektor von potentiell toxischen organischen Verbindungen ( zB polychlorierte Biphenyle) fungieren und könnten folglich sein Negativen Einfluss auf marine Organismen. Ihre möglichen Auswirkungen entlang der Nahrungskette sind noch nicht gut verstanden. Um die Gefahren, die mit dem Auftreten von Plastikpellets in der Meeresumwelt verbunden sind, zu beurteilen, ist es notwendig, Methoden zu entwickeln, die eine rasche Bestimmung der damit verbundenen organischen Verunreinigungsniveaus ermöglichen. Das vorliegende Protokoll beschreibt die verschiedenen Schritte, die für die Probenahme von Harzpellets erforderlich sind, die Analyse von adsorbierten Organochlor-Pestiziden (OCPs) und die Identifizierung des Plastiktyps. Der Fokus liegt aufDie Extraktion von OCPs aus Kunststoff-Pellets mittels eines unter Druck stehenden Fluid-Extraktors (PFE) und der polymerchemischen Analyse, die die Fourier-Transform-InfraRed (FT-IR) -Spektroskopie anwendet. Die entwickelte Methodik konzentriert sich auf 11 OCPs und verwandte Verbindungen, darunter Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT) und seine beiden Hauptmetaboliten, Lindan und zwei Produktionsisomere sowie die beiden biologisch aktiven Isomeren des technischen Endosulfans. Dieses Protokoll stellt eine einfache und schnelle Alternative zur bestehenden Methodik zur Bewertung der Konzentration von organischen Verunreinigungen dar, die an Kunststoffstücken adsorbiert sind.
Introduction
Die weltweite Produktion von Kunststoffen steigt seit den 1950er Jahren kontinuierlich auf 311 Millionen Tonnen im Jahr 2014 mit etwa 40% in der Verpackung 1 . Parallel dazu sammeln sich zunehmende Mengen dieser Materialien in der Umwelt an, was eine ernste Bedrohung für die Ökosysteme darstellen könnte 2 . Obwohl bereits in den 1970er Jahren berichtet, hat das Auftreten von Plastikschutt in der Meeresumwelt in den letzten zehn Jahren nur eine größere Aufmerksamkeit erhalten. Besonders Mikroplastik, Kunststofffragmente mit einem Durchmesser von ≤ 5 mm, werden heute als eines der wichtigsten Wasserqualitätsprobleme erkannt 3 .
Kunststoffharzpellets sind kleine Körner, die in der Regel in Form eines Zylinders oder einer Scheibe und mit einem Durchmesser von wenigen mm ( zB 2 bis 5 mm) 4 , 5 sind . Sie fallen in die Kategorie der Mikroplastik. Diese Kunststoffgranulate sindIndustrieller Rohstoff, aus dem die endgültigen Kunststoffprodukte durch erneutes Schmelzen und Formen bei hoher Temperatur hergestellt werden 6 . Sie können während der Herstellung und des Transports unabsichtlich in die Umwelt freigegeben werden. Zum Beispiel können sie direkt in den Ozean durch versehentliche Verschüttungen während der Schifffahrt 4 , 7 , 8 eingeführt werden . Sie können von Land zu Ozeanen durch Oberflächenabfluss, Bäche und Flüsse getragen werden. Wegen ihrer ökologischen Beharrlichkeit sind Plastikpellets weit verbreitet in den Ozeanen und fanden auf Stränden auf der ganzen Welt 4 . Sie können die Meeresorganismen negativ beeinflussen und können in die Nahrungskette gelangen, wo ihre Wirkungen unvorhersehbar sind 6 , 7 . Darüber hinaus haben mehrere Studien die Anwesenheit von Umweltverunreinigungen, die an Plastikpellets adsorbiert wurden, die in einer Küstenlage gesammelt wurden, aufgedecktL Umwelt, die als Vektor dieser potenziell toxischen Chemikalien 4 , 9 , 10 dienen . Tatsächlich gibt es Laboruntersuchungen, die darauf hindeuten, dass diese Chemikalien in Geweben von Organismen bioakkumulieren können, nachdem sie von den verschlossenen Plastikfragmenten 11 , 12 freigesetzt wurden.
Um die Gefahren, die mit dem Auftreten von Plastikpellets in der Meeresumwelt verbunden sind, besser zu beurteilen, ist es notwendig, Methoden zu entwickeln, die sorbierte organische Verunreinigungen bestimmen können. Ein wichtiger Schritt ist die Extraktion der Chemikalien aus den Kunststoffmatrizen, die je nach Polymertyp, deren Abbaustufe und Vorbehandlungen heterogene physikalisch-chemische Eigenschaften aufweisen können. Die meisten Untersuchungen, die in der Literatur berichtet wurden, verwenden Mazeration oder Soxhlet-Techniken 4 ,5 , 6 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , die lösungsmittel- und / oder zeitaufwendig sind. In Bezug auf das wachsende Interesse für dieses Thema sollten Alternativen entwickelt werden, um eine schnellere Bewertung von organischen Verunreinigungen, die an Kunststoffstücken adsorbiert sind, zu entwickeln. Darüber hinaus informiert die plastische chemische Analyse über die chemische Struktur der Mikroplastik. Als Ergebnis können die vorherrschenden Typen von in der Umgebung vorhandenen Polymeren und Copolymeren ausgewertet werden. Obwohl Kunststofffragmente üblicherweise aus Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) 5 bestehen , können einige Probenahmestellen ein besonderes Profil aufweisen, bei dem andere Kategorien signifikant dargestellt sind ( z. B. Ethylen / Vinylacetat-CopolymerUnd Polystyrol (PS)). Die FT-IR-Spektroskopie ist eine zuverlässige und benutzerfreundliche Technik zur Polymeridentifizierung, die üblicherweise zur Identifizierung von Mikroplastiken verwendet wird 19 , 20 .
Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist es, eine schnelle und einfache Möglichkeit zur Gewinnung von OCPs und verwandten Verbindungen aus Kunststoff-Pellets mittels PFE zu bieten. Der Entwurf des Protokolls umfasst jedoch alle Schritte, die zur Bestimmung von sorbierten OCPs führen, von der Probenahme der Harzpellets bis zur Analyse der Verbindungen. Das Verfahren zur Identifizierung des Plastiktyps wird ebenfalls beschrieben. Die entwickelte Methodik konzentriert sich auf 11 OCPs und verwandte Verbindungen: i) DDT (2,4'- und 4,4'-Dichlordiphenyltrichlorethan) und seine beiden Hauptmetaboliten DDE (2,4'- und 4,4'-Dichlordiphenyldichlorethylen) und DDD (2,4'- und 4,4'-Dichlordiphenyldichlorethan); Ii) das Isomer Gamma-Hexachlorcyclohexan (γ-HCH) als Hauptbestandteil oF das Pestizid-Lindan und die beiden Isomeren α-HCH und β-HCH, die während ihrer Herstellung freigesetzt wurden; Iii) und die beiden biologisch aktiven Isomere Endosulfan I (Endo I) und II (Endo II) im technischen Endosulfan. Die untersuchten Pestizide sind breitbandige Insektizide, chemisch stabil, hydrophob und klassifiziert als persistente organische Schadstoffe (POPs) nach dem Stockholmer Übereinkommen 21 .
Protocol
Representative Results
Discussion
Die meisten Studien, die sich auf organische Verunreinigungen im Zusammenhang mit Kunststoff-Pellets konzentrieren, haben sich auf klassische Extraktionsmethoden der adsorbierten Chemikalien verlassen. Der Soxhlet-Apparat ist die am weitesten verbreitete Technik mit typischen Extraktionszeiten von 12 bis 24 h und mit hohem Verbrauch an organischen Lösungsmitteln ( dh von 100 bis 250 ml pro Extraktion) 23 . Mazerationsextraktionen erfordern eine lange Kontaktzeit zwischen der Probe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde im Rahmen des Programms "DeFishGear" (1 ° str / 00010) im Rahmen des Programms für grenzüberschreitende Zusammenarbeit 2007-2013 im Rahmen des Programms für grenzübergreifende Zusammenarbeit 2007-2013 gefördert.
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 |
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