Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

הפקת חומרי הדברה אורגנוכלורינים מפלסטיק וגלגול סוג פלסטיק

Published: July 1, 2017 doi: 10.3791/55531
Automatic Translation
1, 1, 2, 2
1Laboratory for Environmental Research, University of Nova Gorica, 2Sector for Marine Waters, Institute for Water of the Republic of Slovenia

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. פלסטיק דגימת גלולה

  1. לפני הולך לשדה, משולש לשטוף את כל חומרי הדגימה הנדרשים ( למשל, פינצטה רדיד אלומיניום) עם אצטון או אתנול (99%). במקרה החומר לא יכול להיות ממס ממסך, לחמם אותו ב 450 מעלות צלזיוס במשך הלילה בתנור ( למשל, כלי זכוכית).
    הערה: באזורים תיירותיים, לקבל מידע על פעילויות ניקוי החוף אפשרי כי יסיר את רוב המלטה הימית כולל microplastics. אם אפשר, לתכנן את הדגימה לקראת המבצע הזה. אם דגימה במהלך עונת הניקיון, פרט את פרטי הפעילות בטופס הזהות ( למשל, תאריכים, שיטת ניקוי וכו ' ).
  2. לובש כפפות, לאסוף כדורי פלסטיק מהחוף עם פינצטה משטף נירוסטה מלקחיים.
  3. לדוגמא 50 עד 100 כדורי לכל מיקום, אשר מתאים 5-10 משכפל לכל מיקום (10 כדורי לשכפל). אם המספר הנדרש של כדורי לא יכול להיות obtaIn, לאסוף את כדורי המרבי האפשרי ולציין אותו בצורת החוף זהות.
  4. בסוף הדגימה, לעטוף את כדורי שנאספו אלומיניום לסכל לשטוף אלומיניום. בקבוקי זכוכית יכול לשמש כתחליף או אפילו שקיות נייר.
  5. מלא את טופס הזהות של החוף שנבחר עם המידע החסר ( כלומר, מיקום החוף, תנאי מזג האוויר, פרטים על כדורי, וכו ' ).
  6. העברת דגימות למעבדה בקרח אם טמפרטורת הסביבה עולה על 25 ° C. ניתן לדלג על שלב זה במקרה של טיולים קצרים ( לדוגמה, <1 h).
  7. פעם במעבדה, בעדינות לנגב את החלקיקים נשלפים ( למשל, חול) של כדורי. יבש את הדגימות במידת הצורך ב desiccator לפני האחסון (החושך, T <25 ° C). הימנע מחדרים שבהם OCPs עשויים להיות בשימוש ( לדוגמה, אחסון של פתרונות סטנדרטיים).
  8. אחסן את הכדורים במקרר (4 ° C) לתקופות קצרות ( כלומר, כמה ימים) אובמקפיא (-18 מעלות צלזיוס) לתקופות ארוכות יותר בנייר אלומיניום משוטף ממס.
  9. הימנע מחשיפה של דגימות לאור מלאכותי או לאור השמש. לטפל בדגימות כמה שיותר לפני הניתוח כדי להפחית את הסיכון של זיהום.

2. מיצוי של OCPs מ כדורי פלסטיק

  1. כדי להפחית את הסיכון של זיהום, לעבוד במעבדה נקייה תוך שימוש בזהירות זכוכית שטף בזהירות כדלקמן: 2 שטיפות עם אצטון כיתה אנליטי, dichloromethane ו n- הקסאן. יבש את כלי הזכוכית תחת זרימת חנקן להגן מפני מגע עם אוויר הסביבה ( למשל, לכסות בנייר אלומיניום ניקה). החל הליך זה ניקוי בשלבים נוספים של הפרוטוקול ( כלומר, סעיפים 3 ו - 4).
  2. באמצעות פינצטה משטף ממס, למיין את כדורי לפי צבע בקטגוריות הבאות: לבן / שקוף, לבנבן / צהבהב, צהוב / כתום, ענבר / חום, פיגמנט ( למשל, אדום, ירוק, כחול, וכו ' )
  3. לאסוף 10 גלולהS של צבע דומה באופן אקראי ( כלומר, סוג פלסטיק לא נחשב), אשר תהווה שכפול אחד.
  4. לשקול את המדגם על האיזון האנליטי ולתעד את המסה. בשלב זה, דגימות ניתן להחזיר את המקרר או מקפיא.
  5. כדי לקחת בחשבון את הזיהום ברקע, לבצע מדגם ריק עם כל קבוצה של משכפל ( למשל, 1 ריק עבור 5 משכפל). לשם כך, להחיל אותו פרוטוקול כפי שתואר לעיל, אבל לא להוסיף כדורי פלסטיק בתא החילוץ. זה מדגם ריק יעברו את השלבים הבאים של הפרוטוקול להיות מנותח יחד עם דגימות.
  6. הפעל את ה- PFE. הורד את שיטת החילוץ והתחממות המכשיר עד 60 ° C. להלן פרטי השיטה:
    1. הגדר את הטמפרטורה עד 60 ° C ואת הלחץ 100 בר.
    2. בחר מחזור אחד עם זמן חימום עד 1 דקות, זמן אחיזה של 25 דקות, וזמן פריקה של 2 דקות.
    3. הגדר את הממסוגז (N 2 ) פעמים עד 3 דקות כל אחד.
    4. בחר n-hexane כמו ממיס החילוץ.
  7. בעוד המכשיר מתחמם, להכין את התא מיצוי כמתואר להלן. במידת הצורך, התאימו את הפרוטוקול להנחיות הספק של המכשיר שלכם:
    1. מניחים את המסנן התחתון ואת frit בתא החילוץ. לסגור אותו ולהפוך אותו.
    2. ממלאים כחצי מהתא עם חול קוורץ נקי באמצעות משפך.
    3. הוסף את המדגם שקל ( כלומר, שכפול אחד של 10 כדורי). כדורי פלסטיק קפואים צריך להיות ממוקם במקרר לילה לפני החילוץ.
    4. הוסף חול קוורץ עד 1 ס"מ מהחלק העליון של התא. קח טיפול מיוחד להשתמש בחול קוורץ אולטרה נקי (או לחילופין חרוזי זכוכית) שכן הוא נחשף התנאים החילוץ אותו כמו דגימות. כדי לנקות את החול, לחלופין לחלץ אותו PFE ב dichloromethane כיתה אנליטית n-hexane, החלת 2 אומחזורי יותר לכל ממס ( למשל, 30 דקות ב 100 מעלות צלזיוס תחת 100 בר). לחלופין, להשתמש באמבט קולי ו / או מסתובב evaporator. חזור על הליך הניקוי, במידת הצורך.
    5. הכנס את המסנן העליון בתא והניח את התא במכשיר.
  8. מניחים את כלי איסוף המכשיר ולהתחיל את שיטת החילוץ (לרוץ סך של כ 35 דקות).
  9. כאשר השיטה הושלמה, לרוקן את תא החילוץ בכלי זכוכית ניקה ( למשל, כוס, זכוכית תא תרבות צלחת) ולאחזר את 10 כדורי בחול. אחסן אותם במיכל עד ניתוח נוסף עבור זיהוי פלסטיק ( למשל, תיק zip או בקבוקון זכוכית).

3. ריכוז וניקוי של חלץ

  1. מעבירים את התמצית שהתקבלו (כ 40 מ"ל) מן איסוף כלי כדי צינור זכוכית להתאדות אותו ל 1 מ"ל ב concentrator מסתובב להגדיר 35 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות. שיטות חלופיות ניתן להשתמש suCh כמו אידוי תחת זרימת חנקן או מסתובב evaporator. הטמפרטורה ומשך הזמן צריך להיות מותאם בהתאם.
  2. בינתיים, להכין את מוצק פאזה חולץ (SPE) על ידי הנחת צינור פסולת במעמד ואת מחסנית מלא מגנזיום מופעל מגנזיום סיליקט (1 גרם) על סעפת במצב שסתום סגור. הניקוי מבוסס על שיטת EPA 3620C 22 כדלקמן:
    1. הפעל את הוואקום על המקור ולהוסיף 4 מ"ל של הקסאן במחסנית כדי להפעיל את המרכיב.
    2. פתחו את השסתום והניחו לממס לעבור את כל המיטה הסורגת. ואז, לסגור את השסתום ולאפשר את המרכיב להשרות hexane במשך 5 דקות.
    3. פתח את שסתום ולתת הממס לעבור, אבל לסגור את השסתום לפני מייבש יבש.
    4. כאשר המדגם מרוכז, להעביר אותו למחסנית עם פיפטה פסטר זכוכית. פתח בעדינות את השסתום והנח לו לעבור לאט. 1-2 טיפות לשנייהמהירות הולמת.
    5. שוטפים את צינור הזכוכית המכיל את תמצית עם 0.5 מ"ל של הקסאן ולהוסיף אותו מחסנית כאשר התמצית עבר.
    6. כאשר הממס כולו עבר, לסגור את השסתום ולכבות את הוואקום.
    7. החלף את שפופרת הפסולת עם צינור איסוף ולהשתמש מחט מדריך נקי ממס.
    8. הוסף 9 מ"ל של אצטון / הקסאן (10/90, V / V) אל מחסנית ולהדליק את ואקום במקור. אפשר sorbent להשרות ממס במשך 1 דקות.
    9. פתח את השסתום ולאסוף את eluate כולו בצינור איסוף.
  3. מניחים את צינור איסוף concentrator להתאדות ממס למשך 9 דקות ב 35 ° C כדי להגיע 1 מ"ל של eluate.
  4. מעבירים את eluate מרוכז לתוך בקבוקון autosampler ענבר עם פיפטה פסטר זכוכית. בשלב זה, הדגימות ניתן לאחסן במקפיא לפני הניתוח.

4. ניתוח של ניקה ו Concentraטד חלץ

  1. הורד את השיטה האנליטית על תוכנת הבקרה של המכשיר GC-μECD (כרומטוגרף גז מצויד גלאי אלקטרונים ללכוד מיקרו). להלן פרטי השיטה:
    1. הגדר את המזרק למצב spllic, הטמפרטורה שלה 250 מעלות צלזיוס, ואת זמן הטיהור דקות.
    2. הגדר את זרימת הגז המוביל (הוא) ל 1.5 מ"ל min -1 .
    3. תוכנית התנור טור עם הטמפרטורה הבאה: 60 מעלות צלזיוס להחזיק 1 דקות, הרמפה של 30 מעלות צלזיוס -1 דקות עד 200 מעלות צלזיוס, הרמפה של 5 מעלות צלזיוס דקות -1 עד 230 ° C, הרמפה של 3 מעלות צלזיוס -1 להגיע 250 ° C, להחזיק את הטמפרטורה במשך 5 דקות.
    4. הגדר את הטמפרטורה גלאי ל -300 מעלות צלזיוס ואת גיבוי גז גיבוי (N 2 ) ל 60 מ"ל דקות -1 .
  2. מניחים את הבקבוקון המכיל את המדגם (ניקה מרוכז) במעמד autosampler ולהפעיל את השיטה (זמן ריצה של 23.3 דקות). אני 2 דגימת μL של המדגם.
  3. לאחר הניתוח, לזהות את תרכובות שונות על chromatogram לפי זמני השמירה שלהם להקליט את אזורי השיא המתאים.
  4. אם ניקח בחשבון את ההתאוששות (R) ואת אזורי השיא (A 1 ), לחשב את הריכוז (C 1 ) של כל OCP בתמצית באמצעות המשוואות של עקומות כיול כדלקמן:
    משוואה 1
    כאשר b הוא ליירט במקור ו הוא המדרון של משוואת כיול,
    משוואה 2
  5. אם ניקח בחשבון את המסה (m) של שכפול ( כלומר, 10 כדורי, ראה סעיף 2.4) ואת נפח (V) של תמצית הסופי ( כלומר, 1 מ"ל), לחשב את הריכוז (C 2 ) של כל OCP adsorbed ב את כדורי פלסטיק ( כלומר, ng של OCP לכל גרם של פלסטיק גלולה):
    /ftp_upload/55531/55531eq3.jpg "/>

5. זיהוי סוג פלסטיק

  1. מעבירים את כדורי בתוך צלחת פטרי זכוכית ומניחים אותו בשקית ניילון.
  2. החזק גלולה אחת עם פינצטה לחתוך פרוסה של גלולה עם אזמל. שקית הפלסטיק מונעת את אובדן הכדורים במהלך תהליך החיתוך.
  3. נקה את גביש מוחלש הכולל (ATR) גביש של מכשיר FT-IR עם אתנול.
  4. הקלט רקע ספקטרום.
  5. מניחים את החלק על גבי קריסטל ATR ו בורג בעל הדגימה. הצד הפנימי של היצירה חייב להיות במגע עם הגביש.
  6. סרוק את המדגם ורשום את הספקטרום.
  7. לזהות את הפולימר המהווה את גלולה פלסטיק על ידי השוואת ספקטרום שהושג לספריית ספקטרה. אף כי זמן רב יותר, הפרשנות של הספקטרום המתקבל יכול להתבצע באופן ידני גם כן, אך ככל הנראה בלי להגיע למידת הספציפיות המושגת עם ים הספרייהRch.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

כדורי פלסטיק נמצאים בדרך כלל לאורך קווי הגאות גבוה ונמוך של חופים חוליים ( איור 1 א ). הם יכולים גם לדבוק seagrass טרי על גבי החופים, לאחר סערה למשל. הם יכולים לעתים להימצא על חלוקי אבן וחצץ באזורים הצטברות של חומר תקוע.

כדורי פלסטיק הם בדרך כלל בקלות לזיהוי על ידי הצורה שלהם, גודל וצבע כפי שמוצג באיור 1B (ראה את שני העמודים האמצעיים). הם יכולים לטעות בחצץ זעיר (ראה עמודות 5 ו -6), שברי ביולוגי קטנים, או חלקיקים ממוצא שונה (ראה עמודות 1 ו -2). לאחר המעבדה, את הפריטים החשודים ניתן להשליך. במקרה של ספק, ניתן לבדוק את flatability של דגימות במים מזוקקים פעמיים. חצץ יהיה לשקוע בעוד כדורי פלסטיק יהיה בעיקר לצוף. מדגם של כדורי פלסטיקשנאספו על חוף מוצג באיור 1C להמחשה. דוגמה של טופס זהות החוף להתמלא בשדה מסופק איור 1 ד .

איור 1
איור 1 : ( א ) כדורי שרף פלסטיק תקועים על חוף חולי על קו הגאות. ( ב ) כדורי שרף פלסטיק לעומת חצץ וחומרים תקועים אחרים. בחלקים 1 ו -2 בצד שמאל מוצגים שברי מקורות שונים. חלקיקי חצץ קטנים מיושרים בעמודות 5 ו -6. כדורי פלסטיק נמצאים בעמודה האמצעית. ( ג ) דוגמה של כדורי שרף פלסטיק. ( ד ) דוגמה טופס חוף זהות. נא cl Ick כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

כדורי לבנבן צהבהב הם בדרך כלל דומיננטי על פני כדורי אחרים, במיוחד אלה פיגמנט. עם זאת, כמה אתרי הדגימה להציג פרופיל מסוים ולכן מומלץ לסווג את חתיכות פלסטיק לפי צבע (הערכה חזותית) לפני החילוץ. ניתן ליצור התייחסות ויזואלית על מנת לסייע למיון הכדורים כפי שמוצג באיור 2 (משמאל לימין: לבן / שקוף, לבנבן / צהבהב, צהוב / כתום, ענבר / חום ופיגמנט).

איור 2
איור 2 : סיווג של כדורי פלסטיק לפי צבע, משמאל לימין: לבן / שקוף, לבנבן / צהבהב, צהוב / כתום, ענבר / חום פיגמנט. קבצים / ftp_upload / 55531 / 55531fig2large.jpg "target =" _ blank "> אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

זה יכול לקרות כי כמה pellets להתחיל להמיס במהלך תהליך החילוץ. לפיכך, חלקיקי חול קוורץ ידבק על פני השטח שלהם לאחר החילוץ. לדוגמה, באיור 3A , גלולה מבודדת בצד שמאל של צלחת פטרי יש חלקיקי חול דבק על פני השטח שלה בגלל ההיתוך. זה קורה לעיתים קרובות עם קופולימרים אתילן / ויניל אצטט בשל נקודת ההתכה הנמוכה שלהם לעומת פולימרים פלסטיק אחרים כגון PE ו PP. באופן יוצא מן הכלל, תהליך ההיתוך יכול להיות חמור מדי תמצית יופיע חלבי ( איור 3 ב ). במקרה זה, מומלץ למחוק את המדגם מיד לאחר החילוץ. זה תמצית היה לסתום את sorbent של מחסנית SPE.

Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55531 / 55531fig3.jpg "/>
איור 3 : ( א ) גלולה מבודדת בצד שמאל של צלחת פטרי יש חלקיקי חול דבק על פני השטח שלה בגלל ההיתוך. ( ב ) מיצוי עם פולימר לשבור down.The תהליך ההיתוך יכול להפוך את תמצית להופיע חלבי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

כגישה הראשונה, כדורי בתולה ממוסמר הוכנו על מנת לייעל את שלב החילוץ להעריך את הדירות שלה. כפי שניתן לראות בתרשים 4A , כל 11 OCPs חולצו החלת פרוטוקול המתואר. בנוסף, איור 4 ב ממחיש את תוצאת הניתוח של OCPs שחולצו כדורי שנדגמו על חוף בחוף הים האדריאטי. אניבמקרה זה, אותרו 8 OCPs מתוך 11. זיהוי שיא chromatographic מבוססת על זמני השמירה המתקבלים הזרקת OCPs פתרונות סטנדרטיים בודדים. סטייה משעת שמירת שיא סטנדרטית של 0.1% מקובלת כמקסימום. חישוב ריכוזי OCP מבוסס על ניתוח של פתרונות סטנדרטיים. משוואות כיול והחלפות מ SPE ורכיבי הריכוז יש לקבוע עבור כל מתחם למד לפני ניתוח המדגם ( טבלה 1 ).

איור 4
איור 4 : ( א ) Chromatogram של OCPs שחולצו מן כדוריות PE בתולה. ( B ) Chromatogram של OCPs שחולצו כדורי שנדגמו על החוף האדריאטי. בבקשה לחץ כאןכדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

תרכובות Tr (דקות) משוואת עקומת כיול R2 התאוששות (%)
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
אנדוסולפן אני 14.50 Y = 2015x + 280 0.9999 74
44-DDE 15.16 Y = 3942x - 427 0.99 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
Endosulphan II 17.30 Y = 2212x + 123 0.9995 102
44-DDT 18.32 Y = 725x - 80 0.9955 96

טבלה 1: דוגמה לתוצאות כיול והתאוששות שהתקבלו עבור 11 OCP שנחקרו.

ריכוז נציג נקבע עבור כל מיקום הדגימה על ידי ניתוח לפחות 3 משכפל של 10 כדורי ולקחת את החציון ערך. האחרון הוא המועדףלערך הממוצע עקב פיזור התוצאות 4 . איור 5 מציג דוגמה לתוצאות המבוססות על 5 משכפלים.

איור 5
איור 5 : ריכוז חציון של OCPs שחולצו מן כדורי שנדגמו על החוף האדריאטי. הנתונים מראים דוגמה לתוצאות המבוססות על 5 משכפלים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

הניתוח הכימי של הפלסטיק מתבצע על ספקטרומטר ATR-FT-IR. המדידה מבוצעת בצד הפנימי של פרוסת גלולה. חלקי פלסטיק מכוסים על ידי biofilms ו / או על ידי שכבה חסיד (ים), אשר יכול להפריע IRהספקטרום של המדגם. לפיכך, חיתוך גלולות מאפשר זיהוי קל יותר של פולימר מאשר עיבוד פריטים לא חתוכים, כי קריסטל ATR נמצא במגע עם חומר מזוהם פחות. ההרכב הכימי של ניתוח התוצאות של גלולה uncut מוצגים באיור 6A . הפריט זוהה כמו גומי עם הסתברות של כ 66% הגבוה ביותר. איור 6 ב מציג את התוצאות המתקבלות פרוסה של גלולה אותו, אשר הוצגה בסופו של דבר להיות PE עם הסתברות של 99%. המדידה השנייה בוצעה בצד הפנימי של השבר.

איור 6
איור 6 : ( א ) FT-IR ספקטרום של גלולה uncut ואת התוצאות פגע מיטב בספריית ספקטרה. ( B ) FT-IR spectroמ 'של פרוסת גלולה ואת התוצאות הטובות ביותר פגע ספריית ספקטרה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

PE, כפי שזוהה בתרשים 7A , הוא סוג הפולימר הנפוץ ביותר שנמצאו כדורי פלסטיק, ואחריו PP ( איור 7 ב ). אתילן / קופולימר ויניל אצטט הוא 3 rd סוג הפלסטיק הנפוץ ביותר מזוהה בדרך כלל ( איור 7 ג ). כדורים עשויים PS יכול לפעמים למצוא גם ( איור 7 ד ). דוגמה של זיהוי סוג פלסטיק עבור שכפול של 10 כדורי נתון בטבלה 2 . כפי שניתן לראות, המדגם מורכב של 70% על ידי PE.

איור 7 <Br /> איור 7 : ספקטרום FT-IR ואת התוצאות הטובות ביותר של גלולה מזוהה כ ( א ) PE (99.0%); ( ב ) PP (98.9%); ( ג ) קופולימר אתילן / ויניל אצטט (97.0%); ו ( D ) PS (99.6%). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

שם לדוגמה ציון חיפוש חיפוש הטוב ביותר Hit חיפוש הטוב ביותר Hit תיאור
לדוגמא 1-1 0.990764 P01034 P1034.SP IMPACT עמיד בפני UHMW פוליאתילן רוד
דוגמה 1-2 0.992768 P00508 P0508.SP פוליאתילן, MN = 1100, 9002-88-4
דוגמה 1-3 P01037 P1037.SP פוליאתילן פוליאתילן עמיד לחות
דוגמה 1-4 0.956303 P00561 P0561.SP פוליסטירן, מונוקרבוקסי מסומנת, MW = 200000, 9003-53-6
דוגמה 1-5 0.988493 P00147 P0147.SP אתילן / ויניל אצטט קופולימר, 18% VA לפי WT., 24937-78-8
דוגמה 1-6 0.990185 P01046 P1046.SP RIGID HDPE פוליאתילן רוד
דוגמה 1-7 0.988167 P01034 P1034.SP IMPACT עמיד בפני UHMW פוליאתילן רוד
דוגמה 1-8 0.969821 P00546 P0546.SP POLYPROPYLENE, ISOTACTIC, TG = -26, 9003-07-0
דוגמה 1-9 0.991779 P01036 P1036.SP METAL-DECTECTOR-GRADE UHMW פוליאתילן רוד
דוגמה 1-10 0.988388 P01046 P1046.SP RIGID HDPE פוליאתילן רוד

טבלה 2: תוצאות זיהוי פולימר של מאגר של 10 כדורים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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) 23 . תמציות מיצירה דורשות זמן מגע ארוך בין המדגם לבין הממס אורגני ( למשל, 6 ימים) 4 והוא יכול להיות ממהר על ידי הוספת שלב ultrasonication. לעומת זאת, מיצוי נוזלים בלחץ, כמתואר במחקר זה, הוא דרך יעילה לחלץ במהירות analytes מ מטריצות מוצק או מוצק למחצה תחת לחץ גבוה וטמפרטורה באמצעות כמות מופחתת של ממס ( למשל, 40 מ"ל). למרות שזה משמש בדרך כלל כחלופה לשיטה Soxhlet, טכניקה זו יש לעתים נדירות מועסקים בתחום microplastics"Xref"> 14. אחת המגבלות הקשורות ביישום של טכניקה זו לניתוח של שברי פלסטיק הוא פוטנציאל ההיתוך של פולימרים, אשר לאחר מכן קשה להסיר מן תמצית ולעיתים להפוך את הניתוח שלה בלתי אפשרי. בעיה זו אינה נתקלת בעת חילוץ אורגני מ matrices הומוגניות. במקרה זה, טמפרטורת החילוץ נקבעת לפי סוג הפולימר של המדגם הפלסטיק. דגימות microplastic מורכבים תערובת הטרוגנית של פריטים עשויים סוגים שונים פולימר במדינות השפלה שונים, אשר לעתים קרובות לגרום להיתוך מוקדם של הפלסטיק. לכן, הטמפרטורה בתא PFE חייב להיות מותאם כדי לאפשר את החילוץ של OCPs ללא קשר לסוג הפולימר ואת מצב השפלה שלה. בעבודה זו, טמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס יחד עם זמן להחזיק ארוך נמצאו להיות פשרה טובה בין יעילות החילוץ בעיות ההיתוך. רק גומי ואתילן בגילאי / קופולימר ויניל אצטט נוטים להמיס, בUt אלה פולימרים נמצאים בדרך כלל כמויות נמוכות כאלה במדגם כי הם לא משפיעים על החילוץ.

במחקרים רבים 4 , 8 , 13 , 16 , 18 , רק גלולות PE בגילאים מנותחים עבור תוכן זיהום אורגני שלהם adsorbed. בגלל תכונות השטח שלהם, קטגוריה זו של פולימרים יש זיקה גדולה יותר לספוג מזהמים סביבתיים מאשר סוג אחר של כדורי והם בכיתה פולימר השלטת 4 . עם זאת, כמה מיקומי הדגימה מציגים פרופיל מיוחד עם שפע של כדורי גיל פחות ( כלומר, לבן או שקוף) ו / או מגוון גבוה יותר של פולימרים סוגים מאשר נפוץ. לכן, גישה שונה מוצעת כאן כדי למנוע הערכה יתר של רמות זיהום אורגני. הסיווג של כדורי פלסטיק מבוסס על עכברוש צבעשלה מאשר על סוג פולימר. יתר על כן, זיהוי של סוג פלסטיק עדיין יכול להתבצע לאחר שלב החילוץ. על ידי ביצוע בסדר זה, הסיכון של זיהום מדגם במהלך ניתוח כימי פולימר הוא הוריד את תהליך הזיהוי הפלילי ניתן להקל על ידי חיתוך כדורי, כפי שהוסבר בעבר. חילוץ מזהמים אורגניים מפריטים בטעות עבור כדורי פלסטיק תהיה המגבלה העיקרית של מתודולוגיה זו. עם זאת, ניתן להדגיש כי רק חלק זעיר ( כלומר, פחות מ 0.5%) של כדורי שנדגמו מוצג לא להיות עשוי פולימר פלסטיק לאחר ניתוח כימי.

פרוטוקול זה פותח לקביעת OCPs adsorbed על כדורי פלסטיק. עם זאת, זה יכול להיות מותאם לזיהוי של קטגוריות אחרות של מזהמים אורגניים בדרך כלל נמצא הקשורים microplastics כגון biphenyls polychlorinated (PCBs) או polycyclic ארומטיים פחמימנים (PAHs), כמו גםמרככים אקסטניים או תוספים. לשם כך, את שלב הניקוי היה צריך להיות עוד יותר אופטימיזציה על ידי eluting את המרכיב עם מספר ממיסים רצופים של קטבים שונים 4 , 10 . במידה מסוימת, הרכב ממס ממס יכול גם להיות שונה, על ידי הוספת חלק של dichloromethane ו / או אצטון כדי הקסאן, למשל. לבסוף, שיטות אנליטיות חדשות יש לפתח במיוחד עבור תרכובות להיחקר. למרות גלאי גז כרומטוגרפיה גלאי אלקטרונים לכידת (GC-ECD) היא טכניקה רגישה, סלקטיביות שלה עבור תרכובות הלוגניות מגביל את היישום שלה על סוגים אחרים של תרכובות. יתר על כן, זיהוי הזיהוי מבוסס רק על שימור פעמים, אשר יכול להוביל לפרש מוטעה של chromatograms. כדי להקטין את הסיכון לזיהוי שגוי, מתקבלת חריגה משמירת תקלות תקן של 0.1% בלבד. גז כרומטוגרפיה מצויד ספקטרומטר מסה (GC-MS) הוא טכניקה מתאימהE לאימות זיהוי הזיהוי. זה יכול להיות מופעלת במקביל GC-ECD או משמש כשיטת ניתוח אחת אם הרגישות שלה מאפשרת כימות ריכוזי עקבות.

מתודולוגיה זו מתמקדת כדורי שרף, אבל זה יכול להיות מותאם נוספת לניתוח של קטגוריות microplastic אחרים. עם זאת, מיון של שברי פלסטיק מדגימות סביבתיות ( למשל, פני הים, משקעים או ביוטה) הוא מאתגר יותר מאשר אחד של כדורי הזיהוי החזותי אינו מתאים. לפיכך, הניתוח הכימי של הפולימרים צריך להתבצע לפני החילוץ. בידיעה כי גדלים microplastic נע בין 5 מ"מ עד כמה מאות מיקרומטר ( למשל, 300 מיקרומטר), הניתוח צריך להתבצע על ספקטרומטר מיקרו ATR-FTIR, אשר מותאמת למדידות של חלקיקים קטנים 19 , 20 . יתר על כן, ההפרדה של microplastics מ דגימות סביבתיות לנוUally דורש שימוש של ממיסים ( למשל, אתנול) ו / או חומצות חזקות או בסיסים ( למשל, עיכול חומצה של רקמות), אשר יכול desorb ו / או לבזות את מזהמים אורגניים הקשורים לחלקיקים. לפיכך, יש לפתח טכניקות הפרדה חלופיות, אשר ישמרו על הכימיקלים. בנוסף, יש להדגיש כי כמות microplastics זוהה על פני הים ואת הביוטה הוא לעתים קרובות מספיק לביצוע ניתוחים כמותיים של תרכובות אורגניות. פרוטוקול זה מותאם לעיבוד שברי פלסטיק גלויים לעין בלתי מזוינת עשוי פולימרים קשה. זה לא סביר לעבוד על חומרים רכים או פריטים קטנים מאוד ( כלומר, <1 מ"מ). לכן, הקטגוריות microplastic של סרטים, חוטים, קצף צריך להיות מושלך מן הדגימות. עם זאת, חתיכות microplastic קטן יכול להיות מנותח על התוכן האורגני שלהם מזהמים סוג פולימר שלהם. במקרה זה, מומלץ לחתוך את הפריטים בחלקיקים קטנים של כמהמ"מ לפני הפקה או FT-IR ניתוח.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין מה לגלות.

Acknowledgments

עבודה זו מומנה על ידי IPA אדריאטי שיתוף פעולה חוצה גבולות 2007-2013, במסגרת הפרויקט 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment. Mar Pollut Bull. 62 (8), 1596-1605 (2011).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).

Tags

מדעי הסביבה גיליון 125 Microplastics כדורי שרף חומרי הדברה מזהמים אורגניים מתמידים חומרי הדברה אורגנוכלורין dichlorodiphenyltrichlorethethane endosulfan hexachlorocyclohexane לינדן ספקטרוסקופית אינפרא אדום אינפורמטרי,
הפקת חומרי הדברה אורגנוכלורינים מפלסטיק וגלגול סוג פלסטיק
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pflieger, M., Makorič, P.,… 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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter