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Environment

플라스틱 펠렛 및 플라스틱 유형 분석에서 유기 염소 농약의 추출

doi: 10.3791/55531 Published: July 1, 2017

Summary

마이크로 플라스틱은 잠재적으로 유독 한 유기 오염 물질의 벡터로 작용하여 예기치 않은 영향을 미칩니다. 이 프로토콜은 플라스틱 펠렛에 흡착 된 유기 염소 농약의 수준을 평가하고 중합체 화학 구조를 확인하는 대체 방법을 설명합니다. 초점은 가압 유체 추출 및 감쇠 된 총 반사율 푸리에 변환 적외선 분광법에 있습니다.

Abstract

마이크로 플라스틱 (≤5 mm 직경)으로 분류되는 플라스틱 수지 펠렛은 제조 및 운송 중에 우연히 환경으로 방출 될 수있는 작은 입자입니다. 그들의 환경 끈기 때문에, 그들은 전 세계의 바다와 해변에 널리 분포되어 있습니다. 이들은 잠재적으로 유독 한 유기 화합물 ( 예 : 폴리 염화 비 페닐)의 벡터로 작용할 수 있으며 결과적으로 해양 생물에 부정적인 영향을 미친다. 먹이 사슬에 미칠 수있는 영향은 아직 잘 이해되지 않았습니다. 해양 환경에서 플라스틱 펠릿의 발생과 관련된 위험성을 평가하기 위해서는 관련 유기 오염 물질 수준을 신속히 결정할 수있는 방법론을 개발할 필요가있다. 현재 프로토콜은 수지 펠렛 샘플링, 흡착 된 유기 염소 농약 분석 (OCP) 및 플라스틱 유형 식별에 필요한 여러 단계를 설명합니다. 초점은가압 유체 추출기 (PFE)에 의한 플라스틱 펠릿으로부터의 OCP의 추출 및 푸리에 변환 - 적외선 (FT-IR) 분광학을 사용하는 중합체 화학 분석에 관한 것이다. 개발 된 방법론은 dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT)와 그 두 가지 주 대사 산물, 린드 인 및 2 개의 생산 이성질체, 기술적 인 endosulfan의 2 가지 생물학적 활성 이성질체를 포함한 11 개의 OCP 및 관련 화합물에 초점을 맞 춥니 다. 이 프로토콜은 플라스틱 조각에 흡착 된 유기 오염물의 농도를 평가하기위한 기존의 방법론에 대한 간단하고 신속한 대안을 구성합니다.

Introduction

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플라스틱의 세계적인 생산은 1950 년대 이래 꾸준히 증가하여 포장재 1 에 약 40 %가 사용되어 2014 년에는 3 억 1,100 만 톤에 이릅니다. 동시에 이러한 물질의 증가하는 양이 환경에 축적되어 생태계에 심각한 위협이 될 수 있습니다 2 . 1970 년대에 이미보고되었지만, 해양 환경에서 플라스틱 파편의 발생은 지난 10 년 동안 더 큰 주목을 받았다. 특히 직경 5 mm 이하의 플라스틱 조각 인 마이크로 플라스틱은 현재 주요 수질 문제 3 중 하나로 인정 받고 있습니다.

플라스틱 수지 펠릿은 일반적으로 실린더 또는 디스크 형태이고 직경이 수 mm ( 예 : 2 내지 5 mm) 인 작은 과립이다. 그들은 마이크로 플라스틱 범주에 속합니다. 이 플라스틱 과립은고온에서의 재 용융 및 성형을 통해 최종 플라스틱 제품을 제조하는 산업 원료 6 . 그들은 의도하지 않게 제조 및 운송 중에 환경으로 방출 될 수 있습니다. 예를 들어, 선적 4 , 7 , 8 중에 우발적 인 유출을 통해 바다에 직접 유입 될 수 있습니다. 그것들은 지표 유출수, 하천 및 하천에 의해 육지에서 대양으로 운송 될 수 있습니다. 환경 적 지속성 때문에 플라스틱 펠렛은 해양에 널리 분포되어 있으며 전 세계의 해변에서 발견됩니다. 그들은 해양 생물에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 그 효과가 예측할 수없는 먹이 사슬에 들어갈 수 있습니다 6 , 7 . 또한, 여러 연구에 의하면 해안에 모아진 플라스틱 알약에 흡착 된 환경 오염 물질의 존재가 밝혀졌습니다l의 환경에 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 잠재적으로 유독 한 화학 물질 4 , 9 , 10의 벡터 역할을합니다. 사실, 이러한 화학 물질은 섭취 된 플라스틱 조각으로부터 방출 된 후 유기체 조직에 생체 축적 될 수 있다는 실험실 증거가 있습니다 11,12 .

해양 환경에서 플라스틱 펠릿의 발생과 관련된 위험을 더 잘 평가하기 위해서는 흡수 된 유기 오염 물질을 결정할 수있는 방법을 개발할 필요가 있습니다. 중요한 단계는 중합체 유형, 분해 단계 및 전처리에 따라 이질적인 물리 화학적 특성을 나타낼 수있는 플라스틱 매트릭스에서 화학 물질을 추출하는 것입니다. 문헌에서보고 된 대부분의 연구는 연화 또는 속 슬레 (Soxhlet) 기법 4 )4 , 5 , 6 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 이다. 이 문제에 대한 관심 증가와 관련하여 플라스틱 조각에 흡착 된 유기 오염 물질을 더 빨리 평가할 수있는 대안을 개발해야합니다. 또한 플라스틱 화학 분석은 마이크로 플라스틱의 화학 구조에 대한 정보를 제공합니다. 결과적으로, 환경에 존재하는 중합체 및 공중 합체의 주된 유형을 평가할 수 있습니다. 플라스틱 조각은 일반적으로 폴리에틸렌 (PE)과 폴리 프로필렌 (PP)으로 만들어 지지만, 일부 샘플링 위치는 다른 카테고리가 크게 표시되는 특정 프로파일을 나타낼 수 있습니다 ( 예 : 에틸렌 / 비닐 아세테이트 공중 합체및 폴리스티렌 (PS))을 포함한다. FT-IR 분광법은 마이크로 플라스틱 19 , 20 을 식별하는 데 일반적으로 사용되는 폴리머 식별을위한 신뢰할 수 있고 사용자 친화적 인 기술입니다.

본 연구의 주요 목표는 PFE를 사용하여 플라스틱 펠렛으로부터 OCP 및 관련 화합물을 추출하는 빠르고 간단한 옵션을 제공하는 것이다. 그러나 프로토콜 설계에는 수지 펠릿 샘플링에서 화합물 분석까지 수착 된 OCP를 결정하는 모든 단계가 포함됩니다. 플라스틱 유형을 식별하는 방법에 대해서도 설명합니다. i) DDT (2,4'- 및 4,4'- 디클로로 디 페닐 디클로로 에탄)와 그 주요 대사 물인 DDE (2,4'- 및 4,4'- 디클로로 디 페닐 디클로로 에틸렌) 및 DDD (2,4'- 및 4,4'- 디클로로 디 페닐 디클로로 에탄); ii) 이성체 γ- 헥사 클로로 시클로 헥산 (γ-HCH)을 주성분으로한다.f 살충제 lindane과 두 가지 이성질체 인 α-HCH와 β-HCH가 생산 중에 배출된다. iii) 및 기술적 인 endosulfan에 존재하는 두 가지 생물학적 활성 이성질체 인 endosulfan I (Endo I) 및 II (Endo II). 연구 된 살충제는 광범위한 스펙트럼의 살충제로 화학적으로 안정하고 소수성이며 스톡홀름 협약 21에 의해 잔류성 유기 오염 물질 (POPs)로 분류됩니다.

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Protocol

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1. 플라스틱 펠렛 샘플링

  1. 현장에 가기 전에 필요한 모든 샘플링 재료 ( 예 : 핀셋 및 알루미늄 호일)를 아세톤 또는 에탄올 (99 %)로 세 번 헹굽니다. 재료를 용매로 씻어 낼 수없는 경우 오븐 ( 예 : 유리 제품)에서 밤새 450 ° C로 가열하십시오.
    참고 : 여행자 지역에서, 마이크로 플라스틱을 포함한 대부분의 해양 쓰레기를 제거 할 수있는 가능한 해변 청소 활동에 대한 정보를 얻으십시오. 가능하면이 작업 전에 샘플링을 계획하십시오. 청소 시즌 중에 샘플링하는 경우 신원 확인 양식 ( 예 : 날짜, 사용 된 청소 방법 )에서이 활동의 ​​세부 사항을 지정하십시오 .
  2. 장갑을 끼고 솔벤트로 씻어 낸 스테인리스 강 족집게로 해변에서 플라스틱 알약을 수집하십시오.
  3. 위치 당 샘플 50 내지 100 펠렛 (위치 당 5 내지 10 복제 (복제 당 10 개의 펠렛)에 상응 함). 필요한 펠릿 수를 계산할 수 없다면가능한 한 최대 펠릿을 모으고 정체 해변 형태로 지정하십시오.
  4. 샘플링이 끝나면 수집 된 펠릿을 솔벤트로 씻어 낸 알루미늄 호일로 포장하십시오. 유리 병은 종이 봉투 대신 사용할 수 있습니다.
  5. 누락 된 정보 ( 예 : 해변 위치, 기상 조건, 펠렛에 대한 세부 정보 )로 선택한 해변의 정체성 형태를 채 웁니다.
  6. 주변 온도가 25 ° C를 넘으면 샘플을 실험실로 운반하십시오. 이 단계는 짧은 여행 ( 예 : 1 시간 미만)의 경우 건너 뛸 수 있습니다.
  7. 실험실에서 일단 펠릿의 제거 가능한 입자 ( 예 : 모래)를 닦아냅니다. 필요하다면 보관하기 전에 데시 케이 터에서 시료를 건조시킨다 (어둠, T <25 ° C). OCP가 사용되는 룸을 피하십시오 ( 예 : 표준 용액 보관).
  8. 짧은 기간 ( 즉, 며칠) 동안 펠릿을 냉장고 (4 ° C)에 보관하거나(-18 ° C)에서 용매로 세척 한 알루미늄 호일을 장시간 보관하십시오.
  9. 인공 조명이나 햇빛에 샘플을 노출시키지 마십시오. 오염 위험을 줄이기 위해 분석 전에 가능한 한 시료를 다루지 마십시오.

2. 플라스틱 펠렛으로부터의 OCP 추출

  1. 오염의 위험을 줄이려면 신중하게 세척 한 유리 제품을 사용하여 깨끗한 실험실에서 다음과 같이 작업하십시오. 분석 등급의 아세톤, 디클로로 메탄 및 n- 헥산으로 2 회 헹구십시오. 질소 흐름 하에서 유리 제품을 건조시키고 주위 공기와의 접촉으로부터 보호하십시오 ( 예 : 깨끗한 알루미늄 호일로 덮음). 이 세척 절차를 프로토콜의 추가 단계에서 적용하십시오 ( 즉, 3 절 및 4 절).
  2. 솔벤트로 씻어 낸 핀셋을 사용하여 흰색 / 투명, 희끄무레 한 / 황색 / 황색 / 호박색 / 호박색 ( 예 : 적색, 녹색, 청색 ) 범주로 색상별로 펠릿을 분류하십시오.
  3. 펠렛 10 개 모으기( 즉, 플라스틱 유형은 고려되지 않음), 이는 하나의 복제를 구성합니다.
  4. 분석 저울에 샘플 무게를 측정하고 질량을 기록하십시오. 이 단계에서 샘플을 냉장고 또는 냉동실에 다시 넣을 수 있습니다.
  5. 배경 오염을 고려하기 위해 각 복제 세트 ( 예 : 5 복제본에 1 개의 빈칸)가있는 빈 샘플을 수행하십시오. 이를 위해 위에서 설명한 것과 동일한 프로토콜을 적용하지만 추출 셀에는 플라스틱 펠릿을 넣지 마십시오. 이 빈 샘플은 프로토콜의 추가 단계를 거쳐 샘플과 함께 분석됩니다.
  6. PFE를 켭니다. 추출 방법을 다운로드하고 장비를 60 ° C로 예열하십시오. 메소드의 세부 사항은 다음과 같습니다.
    1. 온도를 60 ° C로, 압력을 100 bar로 설정하십시오.
    2. 1 분의 가열 시간, 25 분의 유지 시간 및 2 분의 배출 시간으로 1 사이클을 선택하십시오.
    3. 용매 설정및 가스 (N2)는 각각 3 분으로 플러시된다.
    4. 추출 용매로 n- 헥산을 선택하십시오.
  7. 장비가 예열되는 동안 아래 설명 된대로 추출 셀을 준비하십시오. 필요한 경우 계측기의 공급자 지침에 프로토콜을 적용하십시오.
    1. 하단 필터와 frit을 추출 셀에 놓습니다. 그것을 닫고 뒤집으십시오.
    2. 깔때기를 사용하여 깨끗한 석영 모래로 세포의 약 절반을 채 웁니다.
    3. 무게 샘플 ( 즉, 10 펠릿 중 하나 복제)을 추가합니다. 냉동 플라스틱 알약은 추출하기 전에 밤새 냉장고에 보관해야합니다.
    4. 셀 위쪽에서 석영 모래를 최대 1cm까지 넣으십시오. 깨끗한 석영 모래 (또는 유리 구슬)는 시료와 동일한 추출 조건에 노출되므로 특별히주의하십시오. 모래를 청소하려면 분석 등급의 디클로로 메탄 및 n- 헥산의 PFE에서 연속적으로 추출하고 2 또는용매 당 더 많은 사이클 ( 예 : 100 bar에서 100 ℃에서 30 분). 또는 초음파 욕조 및 / 또는 회전 증발기를 사용하십시오. 필요한 경우 청소 절차를 반복합니다.
    5. 셀에 상단 필터를 넣고 셀을 악기에 놓습니다.
  8. 장비에 수집 용기를 놓고 추출 방법을 시작하십시오 (총 실행 약 35 분).
  9. 방법이 완료되면 깨끗한 유리 용기 ( 예 : 비커, 유리 세포 배양 접시)에서 추출 셀을 비우고 모래에있는 10 개의 알약을 꺼내십시오. 플라스틱 식별을 위해 추가 분석 ( 예 : 우편 봉투 또는 유리 병)이 될 때까지 컨테이너에 보관하십시오.

3. 추출물의 농도와 클린업

  1. 획득 한 추출물 (약 40 mL)을 수집 용기에서 유리관으로 옮기고 35 ℃로 설정 한 회전 농축기에서 1 분간 20 분간 증발시킨다. 대체 방법을 사용할 수 있습니다.ch를 질소 기류 또는 회전식 증발기에서 증발시켰다. 따라서 온도와 지속 시간을 최적화해야합니다.
  2. 그 동안 랙에 폐기 튜브를 넣고 폐쇄 밸브 위치의 매니 폴드에 활성화 된 마그네슘 실리케이트 흡착제 (1 g)가 채워진 카트리지를 배치하여 고상 추출기 (SPE)를 준비하십시오. 청소는 EPA 방법 3620C 22에 따라 다음과 같이됩니다.
    1. 소스에서 진공을 켜고 카트리지에 헥산 4 mL를 넣어 흡착제를 활성화하십시오.
    2. 밸브를 열고 솔벤트가 전체 흡착제 베드를 통과하게하십시오. 그런 다음 밸브를 닫고 흡착제를 헥산에 5 분간 담가 두십시오.
    3. 밸브를 열고 솔벤트를 통과 시키지만 흡착제가 마르기 전에 밸브를 닫으십시오.
    4. 샘플이 농축되면 유리 파스퇴르 피펫을 사용하여 카트리지로 옮깁니다. 부드럽게 밸브를 열고 천천히 통과 시키십시오. 초당 1-2 방울은적절한 속도.
    5. 추출물이 들어있는 유리관을 헥산 0.5 mL로 헹구고 추출물이 통과 할 때 카트리지에 넣으십시오.
    6. 전체 용제가 통과되면 밸브를 닫고 진공을 차단하십시오.
    7. 폐 튜브를 수집 튜브로 교체하고 깨끗한 솔벤트 가이드 바늘을 사용하십시오.
    8. 9 mL의 아세톤 / 헥산 (10/90, v / v)을 카트리지에 넣고 공급원에서 진공을 켭니다. 흡착제를 용매에 1 분간 담그십시오.
    9. 밸브를 열고 수집 튜브에서 전체 용리액을 수집합니다.
  3. 수집 튜브를 농축기에 넣고 35 ° C에서 9 분 동안 용매를 증발시켜 1 mL의 용리액에 도달시킵니다.
  4. 유리 파스퇴르 피펫으로 앰버 autosampler 유리 병에 집중 eluate를 전송합니다. 이 단계에서 시료는 분석 전에 냉동실에 보관할 수 있습니다.

4. 청결하고 집중 중심의 분석테드 추출물

  1. 분석 방법은 GC-μECD 장비 (마이크로 전자 포착 검출기가 장착 된 가스 크로마토 그래프)의 제어 소프트웨어에서 다운로드하십시오. 메소드의 세부 사항은 다음과 같습니다.
    1. 인젝터를 스플릿리스 모드로 설정하고 온도는 250 ° C로, 퍼지 시간은 1 분으로 설정하십시오.
    2. 운반 기체 (He)의 흐름을 1.5 mL min -1로 설정하십시오 .
    3. 다음과 같은 온도 구배로 컬럼 오븐을 프로그램하십시오 : 60 ° C에서 1 분간 유지, 30 ° C에서 1 분 ~ 200 ° C 상승, 5 ° C 분당 -1 °에서 230 ° C까지 상승, 3 ° C -1 로 250 ℃에 도달하면이 온도를 5 분 동안 유지하십시오.
    4. 검출기 온도를 300 ° C로 설정하고 백업 가스 유량 (N 2 )을 60 mL min -1로 설정하십시오 .
  2. 시료를 담은 바이알을 자동 시료 주입 장치 랙에 놓고 방법을 실행하십시오 (실행 시간 23.3 분). 나는 시료 2 μL를 꺼냅니다.
  3. 분석 후, 머무름 시간으로 크로마토 그램의 다른 화합물을 확인하고 해당 피크 면적을 기록하십시오.
  4. 회수율 (R)과 피크 면적 (A 1 )을 고려하여 다음과 같이 검량선의 식을 사용하여 추출물의 각 OCP 농도 (C 1 )를 계산하십시오.
    방정식 1
    여기서 b 는 원점에서의 절편이고 a 는 교정 방정식의 기울기이며,
    등식 2
  5. 복제물의 질량 (m) ( 즉, 10 알약, 2.4 참조)과 최종 추출물 (1 mL)의 부피 (V)를 고려하여, 흡착 된 각 OCP의 농도 플라스틱 펠릿 ( 즉, 플라스틱 펠릿 1g 당 OCP ng) :
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5. 플라스틱 유형 식별

  1. 유리 배양 접시에 알약을 옮겨 비닐 봉지에 넣으십시오.
  2. 핀셋으로 하나의 펠렛을 잡고 메스로 펠렛 조각을 자릅니다. 비닐 봉지는 절단 과정에서 펠릿의 손실을 방지합니다.
  3. 에탄올로 FT-IR기구의 감쇠 된 전체 반사율 (ATR) 결정을 청소하십시오.
  4. 배경 스펙트럼을 기록하십시오.
  5. 조각을 ATR 크리스탈에 놓고 샘플 홀더를 조입니다. 조각의 안쪽은 크리스탈과 접촉해야합니다.
  6. 샘플을 스캔하고 스펙트럼을 기록하십시오.
  7. 얻은 스펙트럼을 스펙트럼 라이브러리와 비교하여 플라스틱 펠렛을 구성하는 폴리머를 확인합니다. 시간이 많이 걸리지 만 얻은 스펙트럼의 해석은 수동으로도 수행 할 수 있지만 대부분 도서관 바다에서 달성 한 특이도에 미치지 못한다.rch.

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Representative Results

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플라스틱 쥐똥개는 보통 모래 사장의 높고 낮은 선을 따라 발견된다 ( 그림 1A ). 그들은 또한 예를 들어 폭풍우에 갓 해변가에 좌초 된 해조류를 고수 할 수 있습니다. 자갈과 돌이 많은 해변에서 가끔씩 쌓여있는 물질이 쌓인 곳에서 발견 될 수 있습니다.

플라스틱 펠렛은 일반적으로 그림 1B (두 개의 가운데 열 참조)에 표시된대로 모양, 크기 및 색상으로 쉽게 식별 할 수 있습니다. 그들은 작은 자갈 (5 열과 6 열 참조), 작은 생물학적 조각 또는 다른 기원의 입자 (1 열과 2 열 참조)로 착각 할 수 있습니다. 실험실에 들어가면 의심스러운 항목을 버릴 수 있습니다. 의심스러운 경우, 이중 증류수에서 시료의 부유 가능성을 확인할 수 있습니다. 플라스틱 자국이 대부분 부유하는 반면 자갈은 가라 앉을 것입니다. 플라스틱 알약 샘플그림 1C 는 해변에서 수집 된 그림입니다. 현장에서 채워지는 식별 비치 양식의 예가 그림 1D에 나와 있습니다.

그림 1
그림 1 : ( A ) 조형 선에서 모래 사장에서 좌초 된 플라스틱 수지 알약. ( B ) 플라스틱 수지 알갱이와 자갈 및 기타 연선 재료. 다른 기원의 파편은 왼쪽에서 1 및 2 번째 열에 표시됩니다. 작은 자갈 입자는 5 열과 6 열에 정렬되어 있습니다. 플라스틱 펠릿은 중간 열에 있습니다. ( C ) 플라스틱 수지 펠렛 샘플. ( D ) 신분 비치 양식의 예. 제발 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

희끄무레하고 황색을 띤 펠렛은 일반적으로 다른 펠릿, 특히 색소가있는 펠렛보다 우세합니다. 그러나 일부 샘플링 사이트는 특정 프로필을 제시하므로 추출 전에 플라스틱 조각을 색상별로 분류하는 것이 좋습니다 (시각적 평가). 그림 2 (왼쪽에서 오른쪽으로 : 흰색 / 투명, 희끄무레하게 / 황색, 황색 / 오렌지색, 호박색 / 갈색 및 색소 침착)에서 제시된 것처럼 알약을 분류하는 데 도움이되는 시각적 참조를 만들 수 있습니다.

그림 2
그림 2 : 색상별로 플라스틱 펠렛을 왼쪽에서 오른쪽으로 분류 : 흰색 / 투명, 희끄무레 한 / 황색 / 황색 / 주황색, 호박색 / 갈색 및 색소. 파일 / ftp_upload / 55531 / 55531fig2large.jpg "target ="_ blank ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

추출 과정에서 일부 알약이 녹기 시작할 수 있습니다. 따라서 석영 모래 입자는 추출 후 표면에 달라 붙습니다. 예를 들어, 그림 3A 에서 페트리 접시의 왼쪽에 고립 된 펠렛은 용융으로 인해 모래 입자가 표면에 달라 붙습니다. 이것은 PE 및 PP와 같은 다른 플라스틱 중합체에 비해 낮은 융점으로 인해 에틸렌 / 비닐 아세테이트 공중 합체에서 종종 발생합니다. 예외적으로 용융 과정이 너무 심해 추출물이 유백색으로 보일 수 있습니다 ( 그림 3B ). 이 경우 추출 직후 샘플을 버리는 것이 좋습니다. 이 추출물은 SPE 카트리지의 흡착제를 막습니다.

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그림 3 : ( A ) 페트리 접시의 왼쪽에 고립 된 펠렛은 용융으로 인해 표면에 모래 입자가 붙어있다. ( B ) 고분자와의 추출은 분해된다. 용융 과정은 추출물이 유백색으로 보일 수있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

첫 번째 접근법으로 추출 단계를 최적화하고 반복성을 평가하기 위해 스파이크 된 처녀 펠릿을 준비했습니다. 그림 4A 에서 알 수 있듯이 11 개의 OCP가 모두 설명 된 프로토콜을 적용하여 추출되었습니다. 또한, 그림 4B 는 아드리아 해 연안의 해변에서 샘플링 한 펠릿에서 추출한 OCP의 분석 결과를 보여줍니다. 나는이 경우 11 개 중 8 개의 OCP가 감지되었습니다. 크로마토 그래피 피크 확인은 OCP 개별 표준 용액 주입으로 얻은 보유 시간을 기준으로합니다. 0.1 %의 표준 피크 보유 시간으로부터의 편차가 최대 값으로 받아 들여집니다. OCPs 농도의 계산은 표준 용액의 분석을 기반으로합니다. SPE 및 농도 단계의 보정 방정식 및 회수율은 시료 분석 ( 표 1 ) 전에 각 연구 화합물에 대해 결정되어야합니다.

그림 4
그림 4 : ( A ) 스파이크 된 처녀 PE 펠릿에서 추출한 OCP의 크로마토 그램. ( B ) 아드리아 해 연안에서 채취 한 펠릿에서 추출한 OCP의 크로마토 그램. 여기를 클릭하십시오.이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.

화합물 Tr (분) 보정 곡선 방정식 R2 회복율 (%)
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
엔도 설탕 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
엔도 설판 II 17.30 y = 2212x + 123 0.9995 102
44-DDT 18.32 y = 725x-80 0.9955 96

표 1 : 11 개의 연구 된 OCP에 대해 얻은 보정 및 복구 결과의 예.

대표적인 농도는 10 개의 펠릿 중 최소 3 복제를 분석하고 중간 값을 취함으로써 각 샘플링 위치에 대해 결정된다. 후자가 선호된다.결과의 분산으로 인한 평균값 4 . 그림 5 는 5 개의 복제를 기반으로 한 결과의 예를 보여줍니다.

그림 5
그림 5 : 아드리아 해 연안에서 채취 한 펠릿에서 추출한 OCP 농도의 중앙값. 이 데이터는 5 회 반복을 기반으로 한 결과의 예를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

플라스틱의 화학 분석은 ATR-FT-IR 분광계로 수행됩니다. 측정은 펠릿 슬라이스의 안쪽에서 수행됩니다. 플라스틱 조각은 바이오 필름 및 / 또는 접착층으로 덮여있어 IR을 방해 할 수 있습니다.샘플의 스펙트럼. 따라서, ATR 결정이 덜 오염 된 물질과 접촉하기 때문에, 펠렛을 절단하는 것은 자르지 않은 물질을 처리하는 것보다 중합체의 확인을 용이하게한다. 절단되지 않은 펠렛의 화학적 조성 분석 결과가 도 6A에 도시되어 있다 . 항목은 고무로 식별되어 가장 높은 확률은 약 66 %입니다. 도 6B 는 동일한 펠렛의 슬라이스로부터 얻은 결과를 나타내며, 이는 최종적으로 99 %의 확률로 PE로 만들어진 것으로 나타났다. 두 번째 측정은 단편의 안쪽에서 수행되었습니다.

도 6
그림 6 : ( A ) 절단되지 않은 펠렛의 FT-IR 스펙트럼 및 스펙트럼 라이브러리의 최상의 결과. ( B ) FT-IR 스펙트럼m의 펠렛 슬라이스 및 스펙트럼 라이브러리의 최상의 히트 결과. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 7A 에서 확인 된 바와 같이, PE는 플라스틱 펠릿에서 발견되는 가장 일반적인 중합체 유형이며,이어서 PP ( 도 7B )가 뒤 따른다. 에틸렌 / 비닐 아세테이트 공중 합체는 일반적으로 확인 된 3 번째 로 흔한 플라스틱 유형입니다 ( 그림 7C ). 때때로 PS로 만들어진 펠렛도 발견 될 수 있습니다 ( 그림 7D ). 10 개의 펠렛의 반복에 대한 플라스틱 유형 식별의 예는 표 2나와있다 . 보시다시피 샘플은 PE별로 70 %로 구성됩니다.

그림 7 <그림 7 : FT-IR 스펙트럼 및 ( A )로 식별 된 펠릿의 최적 히트 결과 PE (99.0 %); ( B ) PP (98.9 %); ( C ) 에틸렌 / 비닐 아세테이트 공중 합체 (97.0 %); 및 ( D ) PS (99.6 %). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

샘플 이름 검색 점수 베스트 히트 검색 베스트 히트 설명 검색
샘플 1-1 0.990764 P01034 P1034.SP 충격에 강한 UHMW 폴리에틸렌로드
샘플 1-2 0.992768 P00508 P0508.SP 폴리에틸렌, MN = 1100, 9002-88-4
샘플 1-3 P01037 P1037.SP 내 습성 LDPE 폴리에틸렌로드
샘플 1-4 0.956303 P00561 P0561.SP 폴리스티렌, 모노 카복시 말 단기, MW = 200000, 9003-53-6
샘플 1-5 0.988493 P00147 P0147.SP 에틸렌 / 비닐 아세테이트 공중 합체, 18 % VA by WT., 24937-78-8
샘플 1-6 0.990185 P01046 P1046.SP 고밀도 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE POLYETHYLENE ROD)
샘플 1-7 0.988167 P01034 P1034.SP 충격에 강한 UHMW 폴리에틸렌로드
샘플 1-8 0.969821 P00546 P0546.SP 폴리 프로필렌, 이소 탁틱, TG = -26, 9003-07-0
샘플 1-9 0.991779 P01036 P1036.SP 금속 탐지기 학년 UHMW 폴리에틸렌 막대
샘플 1-10 0.988388 P01046 P1046.SP 고밀도 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE POLYETHYLENE ROD)

표 2 : 10 개의 펠렛 풀의 중합체 확인 결과.

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Discussion

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플라스틱 펠릿과 관련된 유기 오염 물질에 초점을 맞춘 대부분의 연구는 흡착 된 화학 물질의 고전적인 추출 방법에 의존해 왔습니다. Soxhlet 장치는 12-24 시간 범위의 일반적인 추출 시간과 유기 용매 ( 즉, 추출 당 100-250 mL)의 높은 소비로 가장 널리 사용되는 기술입니다 23 . Maceration 추출은 시료와 유기 용제 ( 예 : 6 일) 간의 긴 접촉 시간을 필요로하며, 초음파 처리 단계를 추가하여 신속하게 처리 할 수 ​​있습니다. 대조적으로이 연구에서 설명한 것처럼 가압 유체 추출은 용매 ( 예 : 40 mL)를 줄인 고압 및 고온에서 고체 또는 반고체 매트릭스로부터 분석 물질을 신속하게 추출하는 효율적인 방법입니다. Soxhlet 방법의 대안으로 일반적으로 사용 되긴하지만,이 기술은 거의 마이크로 플라스틱 분야에서 사용되지 않았습니다"xref"> 14. 플라스틱 조각 분석에이 기술을 적용하는 것과 관련된 한계 중 하나는 추출물에서 제거하기가 어렵고 종종 분석을 불가능하게하는 중합체의 잠재적 용해입니다. 균질 매트릭스에서 유기물을 추출 할 때이 문제가 발생하지 않습니다. 이 경우 추출 온도는 플라스틱 시료의 중합체 유형에 따라 설정됩니다. Microplastic 샘플은 플라스틱의 초기 용해를 일으키는 여러 가지 분해 상태의 다양한 종류의 폴리머로 만들어진 이질적인 혼합물로 구성됩니다. 따라서 PFE 셀의 온도는 폴리머 유형과 분해 상태에 관계없이 OCP를 추출 할 수 있도록 최적화되어야합니다. 이 연구에서 60 ℃의 온도와 긴 유지 시간은 추출 효율과 용융 문제 사이에 좋은 절충안으로 밝혀졌습니다. 고무 및 오래된 에틸렌 / 비닐 아세테이트 공중 합체 만 녹기 쉽다. b이러한 중합체는 추출에 영향을주지 않는 정도의 낮은 양으로 시료에 존재합니다.

많은 연구에서 4 , 8 , 13 , 16 , 18 , 단지 노화 된 PE 펠릿 만 흡착 된 유기 오염 물질에 대해 분석됩니다. 표면 성질 때문에이 종류의 중합체는 다른 유형의 펠렛보다 환경 오염 물질을 흡착하는 데 더 큰 친화력을 가지며 주류의 중합체 등급 4 입니다. 그러나, 일부 샘플링 위치는 흔히 발견되는 것보다 적은 노화 된 펠렛 ( 예 : 백색 또는 투명) 및 / 또는 고분자 종류의 다양성이 풍부한 특수한 프로파일을 나타낸다. 따라서 유기 오염 물질 수준의 과대 평가 가능성을 피하기 위해 여기에 다른 접근법을 제안한다. 플라스틱 쥐똥의 분류는 색깔 쥐에 근거를 둔다그녀가 폴리머 타입보다. 더욱이, 플라스틱 유형의 확인은 추출 단계 후에도 수행 될 수 있습니다. 이 순서대로 진행하면, 앞서 설명한 바와 같이 고분자 화학 분석 중 샘플 오염의 위험이 낮아지고 플라스틱 식별 프로세스가 펠렛을 절단하여 용이해질 수 있습니다. 플라스틱 펠렛으로 오인 된 품목에서 유기 오염물을 추출하는 것이이 방법론의 주된 한계점입니다. 그러나, 샘플링 된 펠릿의 무시할 수있는 부분 ( 즉, 0.5 % 미만)만이 화학 분석 후에 플라스틱 중합체로 만들어지지 않는 것으로 나타났습니다.

이 프로토콜은 플라스틱 알약에 흡착 된 OCP를 측정하기 위해 개발되었습니다. 그러나 폴리 클로 리네이 티드 비 페닐 (polychlorinated biphenyls, PCBs) 또는 폴리 사이 클릭 방향족 탄화수소 (polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)와 같은 마이크로 플라스틱과 관련된 유기 오염 물질의 다른 카테고리를 탐지하는 데 적합 할뿐만 아니라 plastic 연화제 또는 첨가제. 이를 위해, 정화 단계는 다른 극성 4 , 10 의 여러 연속 용매로 흡착제를 용리하여 더욱 최적화해야합니다. 어느 정도까지, 추출 용매 조성물은 또한 예를 들어, 헥산에 디클로로 메탄 및 / 또는 아세톤의 분획을 첨가함으로써 개질 될 수있다. 마지막으로, 조사 할 화합물에 대해 특별히 새로운 분석 방법을 개발해야합니다. Gas Chromatography-Electron Capture Detector (GC-ECD)는 민감한 기술이지만 할로겐 화합물에 대한 선택성은 다른 종류의 화합물에의 적용을 제한합니다. 또한 피크 식별은 체류 시간을 기준으로하므로 크로마토 그램의 오역을 초래할 수 있습니다. 오인 될 위험을 줄이기 위해 표준 용액 보유 시간에서 0.1 % 만 벗어난 편차가 허용됩니다. 질량 분광계 (GC-MS)가 장착 된 기체 크로마토 그래피는 적절한 기술입니다e를 사용하여 피크 식별을 확인합니다. 민감도가 미량 농도를 정량화 할 수있는 경우 GC-ECD와 병행하거나 단일 분석 방법으로 사용할 수 있습니다.

이 방법론은 수지 펠릿에 초점을 맞추지 만, 다른 마이크로 플라스틱 카테고리의 분석을 위해 더욱 최적화 될 수 있습니다. 그러나 환경 시료 ( 예 : 해수면, 퇴적물 또는 생물 군)에서 플라스틱 조각을 분류하는 것은 펠렛 중 하나보다 어려우며 시각적 식별은 적절하지 않습니다. 따라서 추출 전에 중합체의 화학 분석을 수행해야합니다. 마이크로 플라스틱 크기가 5mm에서 수백 μm ( 예 : 300μm) 인 것을 알고 있으면, 미세 입자 19 , 20 의 측정에 맞게 조정 된 마이크로 ATR-FTIR 분광기에서 분석을 수행해야합니다. 또한, 마이크로 플라스틱과 환경 시료의 분리( 예 : 에탄올) 및 / 또는 입자와 관련된 유기 오염물을 탈착 및 / 또는 분해 할 수있는 강산이나 염기 ( 예 : 조직의 산성 소화)를 사용해야합니다. 따라서 화학 물질을 보존 할 수있는 대체 분리 기술이 개발되어야한다. 또한 해수면과 생물상에서 검출되는 미세 플라스틱의 양이 유기 화합물의 정량 분석을 수행하기에는 불충분하다는 사실을 강조해야합니다. 이 프로토콜은 육안으로 보이는 플라스틱 조각을 가공하고 경질 중합체로 만들어졌습니다. 부드러운 소재 나 극히 작은 항목 ( 예 : 1mm 미만) 에서는 효과가 없을 수 있습니다. 따라서 필름, 필라멘트 및 폼의 미세 가소성 카테고리는 샘플에서 폐기해야합니다. 그럼에도 불구하고, 작은 마이크로 플라스틱 조각은 유기 오염물 함량과 폴리머 유형에 대해 분석 될 수 있습니다. 이 경우 몇 개의 작은 입자로 항목을 자르는 것이 좋습니다.mm로 추출 또는 FT-IR 분석을 수행 하였다.

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Disclosures

저자는 공개 할 것이 없습니다.

Acknowledgments

이 작업은 DeFishGear 프로젝트 (1 ° str / 00010)에서 IPA Adriatic Cross-border Cooperation Program 2007-2013에 의해 지원되었습니다.

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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플라스틱 펠렛 및 플라스틱 유형 분석에서 유기 염소 농약의 추출
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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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