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Environment

Estrazione di pesticidi di organochlorato da pellicole di plastica e analisi di tipo plastico

doi: 10.3791/55531 Published: July 1, 2017

Summary

Le microplastiche agiscono come vettori di contaminanti organici potenzialmente tossici con effetti imprevedibili. Questo protocollo descrive una metodologia alternativa per valutare i livelli di pesticidi organocloruri adsorbiti sui pellet di plastica e identificare la struttura chimica del polimero. Il fuoco è sulla estrazione del fluido pressurizzato e la riflessione totale attenuata che Fourier trasforma la spettroscopia a infrarossi.

Abstract

Le pellicole in resina plastica, classificate come microplastiche (≤ 5 mm di diametro), sono piccoli granuli che possono essere liberati involontariamente nell'ambiente durante la produzione e il trasporto. A causa della loro persistenza ambientale, sono ampiamente distribuiti negli oceani e nelle spiagge di tutto il mondo. Possono agire come vettori di composti organici potenzialmente tossici ( ad esempio, bifenili policlorurati) e potrebbero conseguenza Influenzano negativamente gli organismi marini. I loro possibili impatti lungo la catena alimentare non sono ancora ben compresi. Per valutare i rischi associati al verificarsi di pellets di plastica nell'ambiente marino, è necessario sviluppare metodologie che consentano una rapida determinazione dei livelli di contaminanti organici associati. Il presente protocollo descrive le diverse fasi necessarie per il campionamento di pellets di resina, analizzando i pesticidi organoclorurici adsorbiti (OCP) e identificando il tipo di plastica. L'attenzione è attivaL'estrazione di OCP da pellet di plastica mediante un estrattore fluido pressurizzato (PFE) e sull'analisi chimica polimerica applicando spettroscopia Fourier Transform-InfraRed (FT-IR). La metodologia sviluppata si concentra su 11 OCP e composti connessi, tra cui il diclorodifeniltricloroetano (DDT) ei suoi due principali metaboliti, il lindano e due isomeri di produzione, nonché i due isomeri biologicamente attivi di endosulfan tecnico. Questo protocollo costituisce un'alternativa semplice e rapida alla metodologia esistente per la valutazione della concentrazione di contaminanti organici adsorbiti su pezzi di plastica.

Introduction

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La produzione mondiale di materie plastiche è in continuo aumento dal 1950 fino a raggiungere 311 milioni di tonnellate nel 2014 con circa il 40% utilizzato nell'imballaggio 1 . Parallelamente, crescono quantità di questi materiali accumulando nell'ambiente, che potrebbe costituire una grave minaccia per gli ecosistemi 2 . Anche se già riportato negli anni '70, il verificarsi di detriti di plastica nell'ambiente marino ha ricevuto solo una maggiore attenzione negli ultimi dieci anni. Soprattutto le microplastiche, frammenti di plastica con diametro ≤ 5 mm, sono ora riconosciuti come uno dei principali problemi di qualità delle acque marine 3 .

I pellets di resina plastica sono piccoli granuli generalmente a forma di cilindro o disco e con un diametro di pochi millimetri ( ad esempio da 2 a 5 mm) 4 , 5 . Sono nella categoria delle microplastiche. Questi granuli di plastica sonoMaterie prime industriali da cui i prodotti plastici finali sono fabbricati mediante re-fusione e stampaggio ad alta temperatura 6 . Possono essere rilasciati involontariamente nell'ambiente durante la produzione e il trasporto. Ad esempio, possono essere direttamente introdotti nell'oceano attraverso fuoriuscite accidentali durante la spedizione 4 , 7 , 8 . Possono essere trasportati da terre a oceani da corsi d'acqua, ruscelli e fiumi. A causa della loro persistenza ambientale, i pellet di plastica sono ampiamente distribuiti negli oceani e si trovano sulle spiagge di tutto il mondo 4 . Possono influire negativamente sugli organismi marini e possono entrare nella catena alimentare, dove i loro effetti sono imprevedibili 6 , 7 . Inoltre, diversi studi hanno rivelato la presenza di contaminanti ambientali adsorbiti su pellet di plastica raccolti in una coastaL, che agiscono come vettore di queste sostanze potenzialmente tossiche 4 , 9 , 10 . Infatti, ci sono prove di laboratorio che suggeriscono che queste sostanze chimiche possono bioaccumularsi nei tessuti degli organismi dopo essere stati liberati dai frammenti di plastica ingeriti 11 , 12 .

Al fine di valutare meglio i rischi associati al verificarsi di pellets di plastica nell'ambiente marino, è necessario sviluppare metodologie che possano determinare contaminanti organici sorbitati. Un passo importante è l'estrazione delle sostanze chimiche dalle matrici plastiche, che possono presentare eterogenei caratteristiche fisico-chimiche a seconda del tipo di polimero, della sua fase di degradazione e dei pre-trattamenti. La maggior parte delle indagini riportate in letteratura usa la macerazione o le tecniche Soxhlet 4 ,5 , 6 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , che sono solventi e / o che richiedono molto tempo. Per quanto riguarda l'interesse crescente per questo tema, occorre sviluppare alternative per una valutazione più rapida dei contaminanti organici adsorbiti su pezzi in plastica. Inoltre, l'analisi chimica plastica fornisce informazioni sulla struttura chimica delle microplastiche. Di conseguenza, i tipi predominanti di polimeri e copolimeri presenti nell'ambiente possono essere valutati. Sebbene i frammenti di plastica siano solitamente costituiti da polietilene (PE) e polipropilene (PP) 5 , alcune posizioni di campionamento possono presentare un particolare profilo in cui altre categorie sono significativamente rappresentate ( ad esempio, copolimero di etilene / vinilacetatoE polistirene (PS)). La spettroscopia FT-IR è una tecnica affidabile e user-friendly per l'identificazione del polimero comunemente utilizzata per identificare le microplastiche 19 , 20 .

Lo scopo principale del presente lavoro è quello di offrire un'opzione rapida e semplice per estrarre OCP e composti connessi da pellets di plastica per mezzo di un PFE. Tuttavia, la progettazione del protocollo comprende tutti i passaggi che conducono alla determinazione di OCP sorbitati, dal campionamento dei pellet resinati all'analisi dei composti. Viene descritto anche il metodo di identificazione del tipo di plastica. La metodologia sviluppata si concentra su 11 OCP e relativi composti: i) DDT (2,4'- e 4,4'-diclorodifeniltrichloroetano) ei suoi due principali metaboliti DDE (2,4'- e 4,4'-diclorodifenildicloroetilene) e DDD (2,4'- e 4,4'-diclorodifenildicloroetano); Ii) l'isomero gamma-esaclorocicloesano (γ-HCH) come ingrediente principale oIl pesticidi lindano ei due isomeri α-HCH e β-HCH liberati durante la sua produzione 15 ; Iii) ei due isomeri biologicamente attivi endosulfan I (Endo I) e II (Endo II) presenti nell'endosulfan tecnico. I pesticidi studiati sono insetticidi ad ampio spettro, chimicamente stabili, idrofobici e classificati come inquinanti organici persistenti (POP) dalla Convenzione di Stoccolma 21 .

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Protocol

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1. Campionamento di pellicole di plastica

  1. Prima di entrare nel campo, sciacquare triplicamente tutti i materiali di campionamento richiesti ( ad esempio, pinzette e fogli di alluminio) con acetone o etanolo (99%). Nel caso in cui il materiale non possa essere risciacquato con solvente, scaldare a 450 ° C per una notte in un forno ( ad es. Bicchieri).
    NOTA: nelle aree turistiche, ottenere informazioni sulle possibili attività di pulizia della spiaggia che eliminerebbero la maggior parte dei letti marini, incluse le microplastiche. Se possibile, pianificare il campionamento prima di questa operazione. Se il campionamento è effettuato durante la stagione di pulizia, specificare i dettagli di questa attività nel modulo di identità ( ad esempio, date, metodo di pulizia utilizzato, ecc. )
  2. Indossare guanti, raccogliere pellets di plastica dalla spiaggia con pinzette in acciaio inossidabile solvente.
  3. Campione da 50 a 100 pellet per posizione, che corrisponde a 5 a 10 repliche per località (10 pellets per replicato). Se non è possibile ottenere il numero di pellets richiestoIned, raccogliere i pellets massimi possibili e specificarlo nella forma di spiaggia di identità.
  4. Al termine del campionamento, avvolgere i pellet raccolti in foglio di alluminio lavato con solvente. Le bottiglie di vetro possono essere utilizzate come sacchetti di carta alternativi o addirittura di carta.
  5. Compilare la forma d'identità della spiaggia selezionata con le informazioni mancanti ( vale a dire, la posizione della spiaggia, le condizioni meteorologiche, i dettagli sui pallet, ecc .).
  6. Trasportare i campioni nel laboratorio in un contenitore di ghiaccio se la temperatura ambiente supera i 25 ° C. Questo passo può essere saltato in caso di corse brevi ( ad esempio, <1 h).
  7. Una volta in laboratorio, pulire delicatamente le particelle rimuovibili ( ad esempio, sabbia) dei pellet. Se necessario, asciugare i campioni in un essiccatore prima di conservare (tenebre, T <25 ° C). Evitare le stanze in cui potrebbero essere in uso OCP ( ad es., Stoccaggio di soluzioni standard).
  8. Conservare i pellet nel frigorifero (4 ° C) per brevi periodi ( cioè pochi giorni) oNel congelatore (-18 ° C) per lunghi periodi in foglio di alluminio lavato con solvente.
  9. Evitare l'esposizione dei campioni alla luce artificiale o alla luce del sole. Maneggiare i campioni il più piccolo possibile prima di analizzare per ridurre il rischio di contaminazione.

2. Estrazione di OCP da pellicole di plastica

  1. Per ridurre il rischio di contaminazione, lavare in un laboratorio pulito con vetrini lavati accuratamente come segue: 2 risciacqui con acetone di grado analitico, diclorometano e n-esano. Asciugare la vetreria sotto flusso di azoto e proteggere dal contatto con l'aria ambiente ( ad esempio, coprire con foglio di alluminio pulito). Applicare questa procedura di pulizia nelle ulteriori fasi del protocollo ( vale a dire le sezioni 3 e 4).
  2. Utilizzando le pinzette risciacquate con il solvente, ordinate i pellet per colore nelle seguenti categorie: bianco / trasparente, biancastro / giallastro, giallo / arancio, ambra / marrone e pigmentato ( es. Rosso, verde, blu,
  3. Raccogli 10 pelletS di colore simile a caso ( cioè tipo di plastica non considerato), che costituirà una replica.
  4. Pesare il campione su un equilibrio analitico e registrare la massa. A questo punto i campioni possono essere riposti in frigorifero o congelatore.
  5. Per tener conto della contaminazione di sfondo, eseguire un campione vuoto con ciascuna serie di repliche ( ad esempio, 1 blank per 5 repliche). A tal fine, applicare lo stesso protocollo come descritto in precedenza, ma non aggiungere pellets di plastica nella cella di estrazione. Questo campione vuoto subirà ulteriori passi del protocollo e sarà analizzato insieme ai campioni.
  6. Accendere il PFE. Scaricare il metodo di estrazione e riscaldare lo strumento a 60 ° C. I dettagli del metodo sono i seguenti:
    1. Impostare la temperatura a 60 ° C e la pressione a 100 bar.
    2. Selezionare un ciclo con tempo di riscaldamento di 1 minuto, una durata di 25 minuti e un tempo di scarica di 2 min.
    3. Impostare il solventeE il gas (N 2 ) riducono i tempi a 3 minuti ciascuno.
    4. Selezionare n-esano come solvente di estrazione.
  7. Mentre lo strumento si riscalda, preparare la cella di estrazione come descritto di seguito. Se necessario, adattare il protocollo alle istruzioni del fornitore del proprio strumento:
    1. Posizionare il filtro inferiore e il frit nella cella di estrazione. Chiudere e trasformarlo.
    2. Riempire circa la metà della cella con la sabbia di quarzo pulita usando un imbuto.
    3. Aggiungere il campione pesato ( vale a dire, una replica di 10 pellet). I pellets di plastica congelati devono essere collocati nel frigorifero durante la notte prima dell'estrazione.
    4. Aggiungere una sabbia di quarzo fino a 1 cm dalla cima della cella. Prestare particolare attenzione a utilizzare sabbia di quarzo ultra-pulito (o in alternativa perle di vetro) in quanto è esposto alle stesse condizioni di estrazione dei campioni. Per pulire la sabbia, estrarla successivamente nel PFE in diclorometano e n-esano di grado analitico, applicando 2 oPiù cicli per solvente ( ad esempio, 30 minuti a 100 ° C sotto i 100 bar). In alternativa, utilizzare un bagno ad ultrasuoni e / o un evaporatore rotante. Se necessario, ripetere la procedura di pulizia.
    5. Inserire il filtro superiore nella cella e posizionare la cella nello strumento.
  8. Posizionare i recipienti di raccolta nello strumento e avviare il metodo di estrazione (corsa totale di circa 35 minuti).
  9. Quando il metodo è completato, svuotare la cella di estrazione in un recipiente di vetro pulito ( ad es. , Bicchiere, piatto di coltura di cellule di vetro) e recuperare i 10 pellet nella sabbia. Conservare in un contenitore fino a ulteriori analisi per l'identificazione di plastica ( ad es. Zip o flaconcino di vetro).

3. Concentrazione e pulizia dell'estratto

  1. Trasferire l'estratto ottenuto (circa 40 mL) dal recipiente di raccolta in un tubo di vetro e evaporarlo a 1 mL in un concentratore rotante impostato a 35 ° C per 20 minuti. Metodi alternativi potrebbero essere usati suCh come evaporazione sotto flusso di azoto o evaporatore rotante. La temperatura e la durata dovrebbero essere ottimizzati in base a ciò.
  2. Nel frattempo, preparare l'estrattore a fase solida (SPE) mettendo un tubo di scarico nel rack e una cartuccia riempita con sorbente di silicato di magnesio attivato (1 g) sul collettore nella posizione della valvola chiusa. La pulizia è basata sul metodo EPA 3620C 22 come segue:
    1. Girare il vuoto alla sorgente e aggiungere 4 ml di esano nella cartuccia per attivare il sorbente.
    2. Aprire la valvola e lasciare passare il solvente attraverso l'intero letto sorbente. Quindi, chiudere la valvola e permettere al sorbente di immergere in esano per 5 minuti.
    3. Aprire la valvola e lasciare passare il solvente, ma chiudere la valvola prima che il sorbente si asciughi.
    4. Quando il campione è concentrato, trasferirlo sulla cartuccia con una pipetta di vetro Pasteur. Aprire delicatamente la valvola e lasciar passare lentamente. 1-2 gocce al secondo èUna velocità adeguata.
    5. Sciacquare il tubo di vetro contenente l'estratto con 0,5 ml di esano e aggiungerlo alla cartuccia quando l'estratto è passato.
    6. Quando l'intero solvente è passato, chiudere la valvola e spegnere il vuoto.
    7. Sostituire il tubo di scarico con un tubo di raccolta e utilizzare un ago pulito del solvente.
    8. Aggiungere 9 ml di acetone / esano (10/90, v / v) alla cartuccia e accendere il vuoto alla fonte. Lasciare che il sorbente si immerga nel solvente per 1 minuto.
    9. Aprire la valvola e raccogliere l'intero eluato nel tubo di raccolta.
  3. Mettere il tubo di raccolta nel concentratore e evaporare il solvente per 9 minuti a 35 ° C per raggiungere 1 mL di eluato.
  4. Trasferire l'eluato concentrato in una fiala di autosampler ambrata con una pipetta di Pasteur di vetro. A questo punto i campioni possono essere conservati nel congelatore prima dell'analisi.

4. Analisi del Pulito e della ConcentraTed Estratto

  1. Scaricare il metodo analitico sul software di controllo dello strumento GC-μECD (cromatografo a gas dotato di rivelatore di cattura micro elettronica). I dettagli del metodo sono i seguenti:
    1. Impostare l'iniettore in modalità splitless, la sua temperatura a 250 ° C e il tempo di spurgo a 1 min.
    2. Impostare il flusso del gas portante (He) a 1,5 mL min -1 .
    3. Programmare il forno a colonna con il seguente gradiente di temperatura: 60 ° C per 1 min, rampa di 30 ° C min -1 a 200 ° C, rampa di 5 ° C min -1 a 230 ° C, rampa di 3 ° C min -1 per raggiungere 250 ° C, mantenere questa temperatura per 5 min.
    4. Impostare la temperatura del rivelatore a 300 ° C e il flusso del gas di salvataggio (N 2 ) a 60 ml min -1 .
  2. Posizionare il flaconcino contenente il campione (pulito e concentrato) nel rack di autocampionatore e eseguire il metodo (tempo di funzionamento di 23,3 min). io Prelevare 2 μL di campione.
  3. Dopo l'analisi, individuare i diversi composti sul cromatogramma per i tempi di ritenzione e registrare le aree di picco corrispondenti.
  4. Tenendo conto dei recuperi (R) e delle aree di picco (A 1 ), calcolare la concentrazione (C 1 ) di ogni OCP nell'estratto utilizzando le equazioni delle curve di calibrazione come segue:
    Equazione 1
    Dove b è l'intercetta all'origine e a è la pendenza dell'equazione di calibrazione,
    Equazione 2
  5. Tenendo conto della massa (m) del replicato ( cioè 10 pellet, vedi sezione 2.4) e del volume (V) dell'estratto finale ( cioè 1 ml), calcolare la concentrazione (C 2 ) di ogni OCP adsorbita I pellets di plastica ( ossia, ng di OCP per g di pellet di plastica):
    /ftp_upload/55531/55531eq3.jpg "/>

5. Identificazione del tipo di plastica

  1. Trasferite i pellet in un piatto di Petri di vetro e inseriscilo in un sacchetto di plastica.
  2. Tenere una pellet con le pinzette e tagliare una fetta del pellet con un bisturi. Il sacchetto di plastica impedisce la perdita di pellet durante il processo di taglio.
  3. Pulire il cristallo di riflessione totale attenuato (ATR) dello strumento FT-IR con etanolo.
  4. Registrare uno spettro di sfondo.
  5. Posizionare il frammento sul cristallo ATR e avvitare il portacampione. Il lato interno del pezzo deve essere in contatto con il cristallo.
  6. Scansionare il campione e registrare lo spettro.
  7. Identificare il polimero che costituisce il pellet di plastica confrontando lo spettro ottenuto con una libreria di spettri. Anche se più tempo richiede, l'interpretazione degli spettri ottenuti potrebbe essere effettuata manualmente, ma probabilmente senza raggiungere il grado di specificità raggiunto con un mare della bibliotecaRCH.

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Representative Results

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Solitamente si trovano pellets di plastica lungo le linee di alta e bassa marea di spiagge sabbiose ( Figura 1A ). Possono anche attaccarsi ai seagrass appena rannicchiati sulle spiagge, ad esempio dopo una tempesta. Possono essere trovati occasionalmente su spiagge di ciottoli e rocce in aree di accumulo di materiale arrugginito.

I pellets di plastica sono di solito facilmente riconoscibili per la loro forma, dimensione e colore come mostrato nella figura 1B (vedi le due colonne intermedie). Possono essere sbagliati per piccole ghiaie (vedi colonne 5 e 6), piccoli frammenti biologici o particelle di origine diversa (vedi colonne 1 e 2). Una volta in laboratorio, gli oggetti sospetti possono essere scartati. In caso di dubbio, è possibile verificare la fluttuabilità dei campioni in doppia acqua distillata. Le ghiaioni si affondano mentre i pellet di plastica in genere galleggiano. Un campione di pellets di plasticaRaccolti su una spiaggia è mostrato in figura 1C per illustrazione. Un esempio della forma di spiaggia di identità da riempire nel campo è fornito nella figura 1D .

Figura 1
Figura 1 : ( A ) Pelletteria in resina di plastica strascicata su una spiaggia sabbiosa sulla linea di marea. ( B ) Pelletteria in resina plastica contro ghiaia e altri materiali a strisce. Frammenti di diverse origini sono presentati nelle colonne 1 e 2 a sinistra. Le particelle di ghiaia piccole sono allineate nelle colonne 5 e 6. Pelletteria plastica si trova nelle colonne intermedie. ( C ) Campione di pellets di resina plastica. ( D ) Esempio di una forma di spiaggia di identità. Per favore cl Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Di solito i pellets biancastri e giallognoli sono predominanti rispetto ad altri pellet, soprattutto quelli pigmentati. Tuttavia, alcuni siti di campionamento presentano un particolare profilo e pertanto è consigliabile classificare i pezzi di plastica per colore (valutazione visiva) prima dell'estrazione. Un riferimento visivo può essere creato per aiutare a ordinare i pellet come mostrato in Figura 2 (da sinistra a destra: bianco / trasparente, biancastro / giallastro, giallo / arancio, ambra / marrone e pigmentato).

figura 2
Figura 2 : Classificazione di pellets di plastica per colore, da sinistra a destra: bianco / trasparente, biancastro / giallastro, giallo / arancio, ambra / marrone e pigmentato. Files / ftp_upload / 55531 / 55531fig2large.jpg "target =" _ blank "> Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Può accadere che alcuni pellet iniziano a fondersi durante il processo di estrazione. Così, le particelle di sabbia di quarzo rimangono sulla loro superficie dopo l'estrazione. Ad esempio, in figura 3A , il pellet isolato alla sinistra del piatto di Petri ha particelle di sabbia che si attaccano sulla sua superficie a causa della fusione. Ciò avviene spesso con copolimeri di etilene / acetato di vinile a causa del loro basso punto di fusione rispetto ad altri polimeri di plastica come PE e PP. Eccezionalmente, il processo di fusione può essere troppo grave e l'estratto apparirà latteo ( Figura 3B ). In questo caso, si consiglia di scartare il campione immediatamente dopo l'estrazione. Questo estratto ostacolerebbe il sorbente della cartuccia SPE.

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Figura 3 : ( A ) Il pellet isolato sulla sinistra del piatto di Petri ha particelle di sabbia che si attaccano sulla sua superficie a causa della fusione. ( B ) L'estrazione con il polimero si abbattere. Il processo di fusione può rendere l'estratto apparire latteo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Come primo approccio, sono stati preparati pellet vergini a punta per ottimizzare la fase di estrazione e valutare la sua ripetibilità. Come si può vedere dalla figura 4A , tutti e 11 OCP sono stati estratti applicando il protocollo descritto. Inoltre, la figura 4B illustra il risultato dell'analisi di OCP estratti da pellet campionati su una spiaggia sulla costa adriatica. ioN questo caso, 8 OCP su 11 sono stati rilevati. L'identificazione del picco cromatografico si basa sui tempi di ritenzione ottenuti dall'iniezione di soluzioni standard individuali OCP. Una deviazione dal tempo di ritenzione standard di picco dello 0,1% è accettata come il massimo. Il calcolo delle concentrazioni di OCP si basa sull'analisi delle soluzioni standard. Le equazioni di calibrazione ei recuperi da SPE e le fasi di concentrazione devono essere determinati per ciascun composto studiato prima dell'analisi del campione ( Tabella 1 ).

Figura 4
Figura 4 : ( A ) Chromatogramma di OCP estratti da pellicole di vergine PE spiked. ( B ) Cromatogramma di OCP estratti da pellet campionati sulla costa adriatica. Per favore clicca quiPer visualizzare una versione più grande di questa figura.

Composti Tr (min) Equazione della curva di calibrazione R2 Recupero (%)
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
Endosulphan 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 = 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

Tabella 1: Esempio di risultati di calibrazione e recupero ottenuti per i 11 OCP studiati.

Si determina una concentrazione rappresentativa per ciascuna posizione di campionamento analizzando almeno 3 repliche di 10 pellet e assumendo il valore mediano. Quest'ultimo è preferitoAl valore medio dovuto alla dispersione dei risultati 4 . La Figura 5 mostra un esempio di risultati basati su 5 repliche.

Figura 5
Figura 5 : concentrazione media di OCP estratti da pellet prelevati sulla costa adriatica. I dati mostrano un esempio di risultati basati su 5 repliche. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

L'analisi chimica della plastica viene eseguita su uno spettrometro ATR-FT-IR. La misurazione viene eseguita sul lato interno di una fetta di pellet. I pezzi di plastica sono coperti da biofilm e / o da strati aderenti, che possono interferire con l'IRSpettri del campione. Così, tagliando i pellet consente una più facile identificazione del polimero rispetto alla lavorazione di oggetti non tagliati, in quanto il cristallo ATR è a contatto con materiale meno contaminato. I risultati dell'analisi della composizione chimica di un pellet non tagliato sono mostrati in Figura 6A . L'elemento è stato identificato come gomma con una probabilità di circa il 66% al massimo. La figura 6B presenta i risultati ottenuti da una fetta dello stesso pellet, che in ultima analisi è stato dimostrato di essere fatto di PE con una probabilità del 99%. La seconda misurazione è stata eseguita sul lato interno del frammento.

Figura 6
Figura 6 : ( A ) Lo spettro FT-IR del pellet non tagliato e i risultati migliori colpiti dalla libreria di spettri. ( B ) Spettro FT-IRM della fetta di pellet e i risultati migliori colpiti dalla libreria di spettri. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

PE, come identificato nella Figura 7A , è il tipo più polimerico presente in pellet di plastica, seguito da PP ( figura 7B ). Il copolimero di etilene / acetato di vinile è il tipo 3 di plastica più comune identificato di solito ( Figura 7C ). Possono essere trovati occasionalmente anche pellets realizzati in PS ( Figura 7D ). Un esempio di identificazione di tipo plastico per un replicato di 10 pellet è riportato nella tabella 2 . Come si è visto, il campione è costituito dal 70% da PE.

Figura 7 <Figura 7 : Spettro FT-IR e risultati migliori di un pellet identificato come ( A ) PE (99,0%); ( B ) PP (98,9%); ( C ) copolimero etilene / vinilacetato (97,0%); E ( D ) PS (99,6%). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Nome del campione Cerca il punteggio Cerca il migliore colpo Cerca la migliore descrizione del colpo
Esempio 1-1 0.990764 P01034 P1034.SP POLIETILENE ROD UHMW IMPATTO RESISTENTE
Esempio 1-2 0.992768 P00508 P0508.SP POLYETHYLENE, MN = 1100, 9002-88-4
Esempio 1-3 P01037 P1037.SP ROD POLYETHYLENE LDPE RESISTENTE DELL'UMIDITA
Esempio 1-4 0.956303 P00561 POLYSTYRENE P0561.SP, MONOCARBOXY TERMINATO, MW = 200000, 9003-53-6
Esempio 1-5 0.988493 P00147 P0147.SP ETILENE / VINIL ACETATO COPOLIMENTO, 18% VA PER WT., 24937-78-8
Esempio 1-6 0.990185 P01046 P1046.SP RIGIDO HDPE POLYETHYLENE ROD
Campione 1-7 0.988167 P01034 P1034.SP POLIETILENE ROD UHMW IMPATTO RESISTENTE
Campione 1-8 0.969821 P00546 P0546.SP POLIPROPILENE, ISOTETTICO, TG = -26, 9003-07-0
Campione 1-9 0.991779 P01036 P1036.SP METAL-DETECTOR-GRADE UHMW POLYETHYLENE ROD
Campione 1-10 0.988388 P01046 P1046.SP RIGIDO HDPE POLYETHYLENE ROD

Tabella 2: Risultati di identificazione del polimero di un pool di 10 pellet.

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La maggior parte degli studi incentrati sui contaminanti organici associati ai pellet di plastica si sono basati sui metodi classici di estrazione dei prodotti chimici adsorbiti. L'apparecchiatura Soxhlet è la tecnica più utilizzata con tempi tipici di estrazione che vanno da 12 a 24 h e con alto consumo di solventi organici ( cioè da 100 a 250 ml per estrazione) 23 . Le estrazioni di macerazione richiedono un lungo tempo di contatto tra il campione e il solvente organico ( es. 6 giorni) 4 e possono essere accelerati aggiungendo un passo di ultrasonizzazione. Al contrario, l'estrazione del fluido pressurizzato, come descritto in questo studio, è un modo efficace per estrarre rapidamente analiti da matrici solide o semi-solide ad alta pressione e temperatura usando una quantità ridotta di solventi ( es. 40 mL). Anche se è comunemente usato come alternativa al metodo Soxhlet, questa tecnica è stata raramente impiegata nel campo delle microplastiche"Xref"> 14. Una delle limitazioni legate all'applicazione di questa tecnica all'analisi dei frammenti di plastica è la fusione potenziale di polimeri, che sono quindi difficili da rimuovere dall'estratto e spesso rendono impossibile la sua analisi. Questo problema non si riscontra quando estrae l'organico da matrici omogenee. In questo caso, la temperatura di estrazione viene impostata in base al tipo di polimero del campione di plastica. I campioni microplastici sono composti da una miscela eterogenea di oggetti di diversi tipi di polimeri in diversi stati di degradazione, che spesso provocano la fusione precoce della plastica. Pertanto, la temperatura della cella PFE deve essere ottimizzata per consentire l'estrazione di OCP indipendentemente dal tipo di polimero e dal suo stato di degradazione. In questo lavoro, una temperatura di 60 ° C insieme ad un lungo periodo di attesa è stato trovato un buon compromesso tra l'efficienza di estrazione e le problematiche di fusione. Solo il copolimero di gomma e di etilene / vinile acetato sono soggetti a fusione, bQuesti polimeri sono di solito presenti in quantità così basse nel campione che non influenzano l'estrazione.

In molti studi 4 , 8 , 13 , 16 , 18 , solo i pellet PE invecchiati vengono analizzati per il loro contenuto di contaminanti organici adsorbiti. A causa delle loro proprietà superficiali, questa categoria di polimeri ha una maggiore affinità ad adsorbire inquinanti ambientali rispetto ad altri tipi di pellet e sono la classe di polimeri predominanti 4 . Tuttavia, alcune posizioni di campionamento presentano un profilo speciale con un'abbondanza di pellet meno giovani ( cioè bianchi o trasparenti) e / o una varietà più alta nei tipi di polimeri rispetto a quelli comunemente trovati. Pertanto, qui viene proposto un approccio diverso per evitare una possibile sovrastima dei livelli di contaminanti organici. La classificazione dei pellet di plastica è basata sul ratto a coloriChe sul tipo di polimero. Inoltre, l'identificazione del tipo di plastica può ancora essere effettuata dopo la fase di estrazione. Procedendo in questo ordine, il rischio di contaminazione del campione durante l'analisi chimica polimerica viene abbassato e il processo di identificazione in plastica può essere facilitato tagliando i pellet, come spiegato in precedenza. L'estrazione di contaminanti organici da elementi erronei per pellets di plastica sarebbe la limitazione principale di questa metodologia. Tuttavia, si può sottolineare che solo una frazione trascurabile ( ossia meno dello 0,5%) dei campioni campionati è dimostrato di non essere fatto di polimero di plastica dopo analisi chimica.

Questo protocollo è stato sviluppato per la determinazione di OCP adsorbiti su pellet di plastica. Tuttavia, può essere adattato per la rilevazione di altre categorie di contaminanti organici che si trovano di solito associati a microplastiche come i policlorodifenili (PCB) o gli idrocarburi policiclici aromatici (PAHs)Addolcitori astici o additivi. A tal fine, il passo di pulizia dovrebbe essere ulteriormente ottimizzato eluendo il sorbente con diversi successivi solventi di diverse polarità 4 , 10 . Ad una certa misura, la composizione del solvente di estrazione potrebbe anche essere modificata, ad esempio aggiungendo una frazione di diclorometano e / o acetone ad esano. Infine, nuovi metodi analitici devono essere sviluppati appositamente per i composti da studiare. Sebbene il rilevatore di cattura di cromatografia elettronica (GC-ECD) sia una tecnica sensibile, la sua selettività per i composti alogenati limita la sua applicazione ad altre classi di composti. Inoltre, l'identificazione del picco si basa solo sui tempi di ritenzione, che possono portare a errori interpretativi dei cromatogrammi. Per ridurre il rischio di identificazione errata, viene accettata una deviazione dai tempi di ritenzione standard di soli 0,1%. La cromatografia a gas dotata di uno spettrometro di massa (GC-MS) è un tecnico appropriatoE per la convalida dell'identificazione del picco. Può essere eseguito in parallelo a GC-ECD o utilizzato come metodo di analisi singola se la sua sensibilità consente la quantificazione delle concentrazioni di tracce.

Questa metodologia si concentra su pellet resine, ma potrebbe essere ulteriormente ottimizzata per l'analisi di altre categorie microplastiche. Tuttavia, l'ordinamento di frammenti di plastica provenienti da campioni ambientali ( ad es. Superficie marina, sedimenti o bioti) è più impegnativo di quello dei pellet e l'identificazione visiva non è appropriata. Pertanto, l'analisi chimica dei polimeri dovrebbe essere eseguita prima dell'estrazione. Conoscendo che le dimensioni microplastiche vanno da 5 a qualche centinaio di μm ( ad es. 300 μm), l'analisi deve essere effettuata su un micro spettrometro ATR-FTIR, adattato per le misurazioni di piccole particelle 19 , 20 . Inoltre, la separazione delle microplastiche dai campioni ambientali noi(Per esempio, l' etanolo) e / o acidi forti o basi ( ad es., La digestione acida dei tessuti), che possono desorbire e / o degradare i contaminanti organici associati alle particelle. Pertanto, dovrebbero essere sviluppate tecniche di separazione alternative, che conserverebbero le sostanze chimiche. Inoltre, va sottolineato che la quantità di microplastiche rilevate nella superficie marina e nel biota è spesso insufficiente per effettuare analisi quantitative di composti organici. Questo protocollo è adattato per lavorare frammenti di plastica visibili a occhio nudo e realizzati in polimeri duri. Non è probabile che si tratti di materiali morbidi o di oggetti estremamente piccoli ( cioè <1 mm). Pertanto le categorie microplastiche di film, filamenti e schiume devono essere scartati dai campioni. Tuttavia, piccoli pezzi microplastici possono essere analizzati per il loro contenuto di contaminanti organici e il loro tipo di polimero. In questo caso, si consiglia di tagliare le voci in piccole particelle di pochiMm prima dell'estrazione o analisi FT-IR.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato finanziato dal programma di cooperazione transfrontaliera IPA 2007-2013, nell'ambito del progetto 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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Estrazione di pesticidi di organochlorato da pellicole di plastica e analisi di tipo plastico
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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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