Login processing...

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

Environment

Экстракция органохлоридных пестицидов из пластиковых гранул и анализ пластического типа

doi: 10.3791/55531 Published: July 1, 2017

Summary

Микропластики действуют как вектор потенциально токсичных органических загрязнителей с непредсказуемыми эффектами. В этом протоколе описывается альтернативная методика оценки уровней хлорорганических пестицидов, адсорбированных на пластиковых гранулах, и определения химической структуры полимера. Основное внимание уделяется извлечению жидкости под давлением и аттенуированной инфракрасной спектроскопии с коэффициентом отражения Фурье.

Abstract

Пластиковые полимерные гранулы, классифицированные как микропластики (≤5 мм в диаметре), представляют собой небольшие гранулы, которые могут непреднамеренно высвобождаться в окружающую среду при производстве и транспортировке. Из-за их экологической стойкости они широко распространены в океанах и на пляжах по всему миру. Они могут действовать как вектор потенциально токсичных органических соединений ( например, полихлорированных дифенилов) и, следовательно, могут Отрицательно влияют на морские организмы. Их возможные воздействия вдоль пищевой цепи еще недостаточно изучены. Для оценки опасностей, связанных с появлением пластиковых гранул в морской среде, необходимо разработать методологии, которые позволят быстро определить уровни связанных органических загрязнителей. В настоящем протоколе описаны различные этапы, необходимые для отбора проб гранул смолы, анализа адсорбированных хлорорганических пестицидов (ОХП) и идентификации пластического типа. Основное внимание уделяетсяИзвлечение OCP из пластиковых гранул с помощью экстрактора под давлением (PFE) и химического анализа полимера с применением спектроскопии Фурье-преобразования (FT-IR). В разработанной методологии основное внимание уделяется 11 ОТП и родственным соединениям, включая дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) и его два основных метаболита, линдан и два изомера производства, а также два биологически активных изомера технического эндосульфана. Этот протокол представляет собой простую и быструю альтернативу существующей методологии оценки концентрации органических загрязнителей, адсорбированных на пластмассовых изделиях.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Мировое производство пластмасс постоянно растет с 1950-х годов до 311 млн тонн в 2014 году, причем около 40% используется в упаковке 1 . Параллельно увеличение количества этих материалов накапливается в окружающей среде, что может представлять серьезную угрозу для экосистем 2 . Хотя уже сообщалось в 1970-х годах, появление пластического мусора в морской среде уделялось больше внимания в последнее десятилетие. Особенно микропластики, пластиковые фрагменты диаметром ≤ 5 мм, теперь признаны одной из основных проблем качества морской воды 3 .

Пластиковые полимерные гранулы представляют собой небольшие гранулы, обычно в виде цилиндра или диска и диаметром от нескольких мм ( например, от 2 до 5 мм) 4 , 5 . Они относятся к категории микропластиков. Эти пластиковые гранулыПромышленное сырье, из которого конечные пластмассовые изделия производятся путем переплавки и формования при высокой температуре 6 . Во время производства и транспортировки они могут быть непреднамеренно выпущены в окружающую среду. Например, они могут быть непосредственно введены в океан через случайные разливы во время отгрузки 4 , 7 , 8 . Они могут перевозиться с суши в океаны поверхностным стоком, ручьями и реками. Из-за их экологической стойкости пластиковые гранулы широко распространены в океанах и встречаются на пляжах по всему миру 4 . Они могут отрицательно влиять на морские организмы и могут проникать в пищевую цепь, где их последствия непредсказуемы 6 , 7 . Кроме того, в нескольких исследованиях было обнаружено наличие загрязняющих веществ окружающей среды, адсорбированных на пластиковых гранулах, собранных в прибрежной зонеL, которые действуют как вектор этих потенциально токсичных химических веществ 4 , 9 , 10 . Фактически, имеются лабораторные данные, свидетельствующие о том, что эти химические вещества могут биоаккумулироваться в тканях организмов после выхода из проглатываемых пластиковых фрагментов 11 , 12 .

Чтобы лучше оценить опасности, связанные с появлением пластиковых гранул в морской среде, необходимо разработать методологии, которые могут определять сорбированные органические загрязнители. Важным шагом является извлечение химических веществ из пластиковых матриц, которые могут представлять гетерогенные физико-химические характеристики в зависимости от типа полимера, стадии его деградации и предварительной обработки. Большинство исследований, описанных в литературе, используют мацерацию или методы Сокслета 4 ,5 , 6 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , которые являются растворителями и / или занимают много времени. Что касается растущего интереса к этой проблеме, следует разработать альтернативы для более быстрой оценки органических загрязнителей, адсорбированных на пластиковых изделиях. Кроме того, пластический химический анализ предоставляет информацию о химической структуре микропластиков. В результате можно оценить преобладающие типы полимеров и сополимеров, присутствующих в окружающей среде. Хотя пластмассовые фрагменты обычно изготовлены из полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП) 5 , некоторые места отбора проб могут представлять конкретный профиль, где представлены другие категории ( например, сополимер этилена и винилацетатаИ полистирол (PS)). FT-IR-спектроскопия является надежной и удобной для пользователя методикой идентификации полимера, обычно используемой для идентификации микропластиков 19 , 20 .

Основная цель настоящей работы - предложить быстрый и простой вариант для извлечения OCP и родственных соединений из пластиковых гранул с помощью PFE. Однако конструкция протокола включает все этапы, ведущие к определению сорбированных ОХП, от отбора проб гранул смолы до анализа соединений. Также описан метод идентификации пластического типа. В разработанной методологии основное внимание уделяется 11 OCP и родственным соединениям: i) ДДТ (2,4'- и 4,4'-дихлордифенилтрихлорэтан) и его два основных метаболита DDE (2,4'- и 4,4'-дихлордифенилдихлорэтилен) и DDD (2,4'- и 4,4'-дихлордифенилдихлорэтан); Ii) изомер гамма-гексахлорциклогексан (γ-ГХГ) в качестве основного ингредиента oF - пестицидный линдан и два изомера α-ГХГ и β-ГХЦ, высвобождаемые во время его производства 15 ; Iii) и двух биологически активных изомеров эндосульфана I (Endo I) и II (Endo II), присутствующих в техническом эндосульфане. Изученные пестициды представляют собой инсектициды широкого спектра действия, химически стабильные, гидрофобные и классифицируются как стойкие органические загрязнители (СОЗ) в Стокгольмской конвенции 21 .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Отбор проб пластмассы

  1. Перед тем, как отправиться на поле, трижды промойте все необходимые пробоотборные материалы ( например, пинцет и алюминиевую фольгу) с ацетоном или этанолом (99%). В случае, если материал не может быть промыт растворителем, нагреть его при 450 ° C в течение ночи в духовке ( например, посуду).
    ПРИМЕЧАНИЕ. В туристических зонах получите информацию о возможных мероприятиях по очистке пляжа, которые позволили бы удалить большую часть морского мусора, включая микропластики. Если возможно, планируйте выборку перед этой операцией. Если выборка во время сезона очистки, укажите подробности этого вида деятельности в форме идентификации ( например, даты, метод очистки и т. Д. ),
  2. Носите перчатки, собирайте пластиковые гранулы с пляжа с помощью пинцета из нержавеющей стали с растворителем.
  3. Образец от 50 до 100 гранул на место, что соответствует от 5 до 10 повторов на место (10 гранул на репликацию). Если требуемое количество гранул не может быть обтаЧтобы собрать максимальные гранулы и указать их в форме пляжа.
  4. По окончании отбора проб оберните собранные гранулы в алюминиевую фольгу с растворителем. Стеклянные бутылки можно использовать в качестве альтернативных или даже бумажных пакетов.
  5. Заполните личную форму выбранного пляжа с отсутствующей информацией ( например, местоположение пляжа, погодные условия, данные о гранулах и т . Д. ).
  6. Транспортируйте образцы в лабораторию в холодильнике, если температура окружающей среды превышает 25 ° C. Этот шаг можно пропустить в случае коротких отключений ( например, <1 час).
  7. Как только в лаборатории аккуратно вытрите удаляемые частицы ( например, песок) гранул. Высушите образцы, если необходимо, в эксикаторе перед хранением (темнота, T <25 ° C). Избегайте помещений, где могут использоваться OCP ( например, хранение стандартных решений).
  8. Храните гранулы в холодильнике (4 ° C) в течение коротких периодов ( т. Е. Несколько дней) илиВ морозильной камере (-18 ° C) в течение длительного времени в алюминиевой фольге с растворителем.
  9. Избегайте воздействия образцов на искусственный свет или солнечный свет. Обращайтесь с образцами как можно меньше перед анализом, чтобы уменьшить риск заражения.

2. Добыча ОХП из пластиковых гранул

  1. Чтобы уменьшить риск заражения, работайте в чистой лаборатории, используя тщательно промытую посуду следующим образом: 2 полоскания с аналитическим ацетоном, дихлорметаном и н-гексаном. Высушите стеклянную посуду под потоком азота и предохраняйте ее от контакта с окружающим воздухом ( например, крышкой с очищенной алюминиевой фольгой). Примените эту процедуру очистки на последующих этапах протокола ( т. Е. Разделы 3 и 4).
  2. Используя пинцеты с растворителем, сортируйте гранулы по цвету в следующих категориях: белый / прозрачный, беловатый / желтоватый, желтый / оранжевый, янтарно-коричневый и пигментированный ( например, красный, зеленый, синий и т. Д. ),
  3. Соберите 10 гранул( Т. Е. Не рассматриваемый пластический тип), который будет представлять собой один репликат.
  4. Взвесьте образец на аналитическом балансе и запишите массу. На этом этапе образцы можно вернуть обратно в холодильник или морозильник.
  5. Чтобы учесть фоновое загрязнение, выполните пустой образец с каждым набором реплик ( например, 1 пустая строка для 5 повторов). С этой целью примените тот же протокол, который описан выше, но не добавляйте пластиковые гранулы в экстракционную ячейку. Этот пустой образец будет проходить дальнейшие шаги протокола и анализироваться вместе с образцами.
  6. Включите PFE. Загрузите метод извлечения и размойте прибор до 60 ° C. Детали метода следующие:
    1. Установите температуру до 60 ° C и давление до 100 бар.
    2. Выберите один цикл с временем нагрева 1 мин, временем удержания 25 мин и временем разряда 2 мин.
    3. Установите растворительИ газа (N 2 ) времени промывки до 3 мин каждый.
    4. Выберите н-гексан в качестве экстракционного растворителя.
  7. Пока прибор прогревается, подготовьте экстракционную ячейку, как описано ниже. При необходимости адаптируйте протокол к инструкциям поставщика вашего прибора:
    1. Поместите нижний фильтр и фритту в экстракционную ячейку. Закройте его и переверните.
    2. Заполните примерно половину ячейки очищенным кварцевым песком с помощью воронки.
    3. Добавьте взвешенный образец ( т. Е. Один репликат из 10 гранул). Замороженные пластиковые гранулы следует помещать в холодильник на ночь перед экстракцией.
    4. Добавьте кварцевый песок до 1 см от верхней части ячейки. Особое внимание следует уделять использованию ультрачистого кварцевого песка (или, альтернативно, стеклянных шариков), поскольку он подвергается тем же условиям экстракции, что и образцы. Для очистки песка последовательно экстрагируйте его в PFE в аналитическом классе дихлорметан и н-гексан, применяя 2 илиБольше циклов на растворитель ( например, 30 мин при 100 ° С менее 100 бар). Альтернативно, используйте ультразвуковую ванну и / или вращающийся испаритель. При необходимости повторите процедуру очистки.
    5. Вставьте верхний фильтр в ячейку и поместите ячейку в инструмент.
  8. Поместите сборные сосуды в прибор и начните метод извлечения (общий прогон около 35 минут).
  9. Когда метод будет завершен, опустошите экстракционную ячейку в очищенном стеклянном сосуде ( например, стакан, блюдо с культурой из стеклянной ячейки) и извлеките 10 гранул в песок. Храните их в контейнере до дальнейшего анализа для идентификации пластика ( например, почтовый пакет или стеклянный флакон).

3. Концентрация и очистка экстракта

  1. Перенесите полученный экстракт (около 40 мл) из сосуда для сбора в стеклянную трубку и упаривают его до 1 мл во вращающемся концентраторе, установленном до 35 ° С в течение 20 мин. Альтернативные методы можно использовать suЧ как испарение в потоке азота или вращающемся испарителе. Соответственно следует оптимизировать температуру и продолжительность.
  2. Тем временем подготовьте твердофазный экстрактор (SPE), поместив в стойку трубу для отходов и картридж, заполненный активированным силикатным сорбентом магния (1 г) на коллекторе в положении закрытого клапана. Очистка основана на способе EPA 3620C 22 следующим образом:
    1. Включите вакуум на источнике и добавьте 4 мл гексана в картридж, чтобы активировать сорбент.
    2. Откройте клапан и пропустите растворитель через весь слой сорбента. Затем закройте клапан и дайте сорбенту смочить в гексане в течение 5 мин.
    3. Откройте клапан и пропустите растворитель, но закройте клапан до того, как сорбент высохнет.
    4. Когда образец концентрируется, перенесите его в картридж со стеклянной пипеткой Пастера. Аккуратно откройте клапан и пропустите его медленно. 1-2 капли в секундуСоответствующую скорость.
    5. Промойте стеклянную трубку, содержащую экстракт 0,5 мл гексана, и добавьте его в картридж, когда пробирка прошла.
    6. Когда весь растворитель прошел, закройте клапан и выключите вакуум.
    7. Замените трубу для отходов сборной трубкой и используйте чистую направляющую иглу для растворителя.
    8. Добавьте 9 мл ацетона / гексана (10/90, об. / Об.) В картридж и включите вакуум в источнике. Позвольте сорбенту замачивать в растворителе в течение 1 мин.
    9. Откройте клапан и соберите весь элюат в сборной трубе.
  3. Поместите сборную трубку в концентратор и испарите растворитель в течение 9 минут при 35 ° C, чтобы достичь 1 мл элюата.
  4. Перенесите концентрированный элюат в ампульный флакон с пробоотборником со стеклянной пипеткой Пастера. На этом этапе образцы могут храниться в морозильной камере перед анализом.

4. Анализ очищенных и концентрированныхИзвлечение

  1. Загрузите аналитический метод в программном обеспечении прибора GC-μECD (газовый хроматограф, оснащенный детектором микроэлектронного захвата). Детали метода следующие:
    1. Установите инжектор в режим без разделения, его температуру до 250 ° C и время продувки до 1 мин.
    2. Установите поток газа-носителя (He) до 1,5 мл мин -1 .
    3. Запрограммируйте колонную печь с последующим температурным градиентом: 60 ° C удерживайте в течение 1 минуты, рампой от 30 ° C мин -1 до 200 ° C, рампой от 5 ° C мин -1 до 230 ° C, рампой 3 ° C мин -1, чтобы достичь 250 ° C, удерживайте эту температуру в течение 5 мин.
    4. Установите температуру детектора на 300 ° C и поток резервного газа (N 2 ) до 60 мл мин -1 .
  2. Поместите флакон с образцом (очищенным и концентрированным) в стойку автосамплера и запустите метод (время работы 23,3 мин). я Nject 2 мкл образца.
  3. После анализа идентифицируйте различные соединения на хроматограмме по времени их хранения и запишите соответствующие области пиков.
  4. Принимая во внимание восстановление (R) и площади пиков (A 1 ), вычислите концентрацию (C 1 ) каждого OCP в выписке, используя уравнения калибровочных кривых следующим образом:
    Уравнение 1
    Где b - перехват в начале координат, a - наклон уравнения калибровки,
    Уравнение 2
  5. Принимая во внимание массу (м) репликации ( т. Е. 10 гранул, см. Раздел 2.4) и объем (V) конечного экстракта ( т. Е. 1 мл), рассчитайте концентрацию (C 2 ) каждого OCP, адсорбированного на Пластиковые гранулы ( т. Е. Нг OCP на грамм пластиковой таблетки):
    /ftp_upload/55531/55531eq3.jpg "/>

5. Идентификация пластикового типа

  1. Перенесите гранулы в стеклянную чашку Петри и поместите ее в полиэтиленовый пакет.
  2. Держите одну таблетку пинцетом и вырежьте кусочек шарика скальпелем. Пластмассовый пакет предотвращает потерю гранул во время процесса резания.
  3. Очистите кристалл аттенюированного полного отражения (ATR) прибора FT-IR с этанолом.
  4. Запишите фоновый спектр.
  5. Поместите фрагмент на кристалл ATR и ввинтите держатель образца. Внутренняя сторона детали должна находиться в контакте с кристаллом.
  6. Сканирование образца и запись спектра.
  7. Определите полимер, составляющий пластиковую таблетку, путем сравнения полученного спектра с библиотекой спектров. Хотя и более трудоемкий, интерпретация полученных спектров может быть выполнена и вручную, но, скорее всего, не достигнув степени специфичности, достигнутой в библиотечном мореRCH.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Пластиковые гранулы обычно встречаются вдоль линий высокого и низкого приливов песчаных пляжей ( рис. 1А ). Они могут также придерживаться морской травы, недавно застрявшей на пляжах, например, после шторма. Их иногда можно встретить на галечных и каменистых пляжах в районах накопления скрученных материалов.

Пластиковые гранулы обычно легко узнаваемы по их форме, размеру и цвету, как показано на рисунке 1B (см. Две средние колонки). Их можно было принять за крошечные гравия (см. Колонки 5 и 6), небольшие биологические фрагменты или частицы разного происхождения (см. Столбцы 1 и 2). Когда-то в лаборатории подозрительные предметы могут быть отброшены. В случае сомнений можно проверить плавкость образцов в двойной дистиллированной воде. Гравий будет тонуть, тогда как пластиковые гранулы будут в основном плавать. Образец пластиковых гранулСобранные на пляже, показаны на рисунке 1C для иллюстрации. Приведен пример формы билета идентичности, которая должна быть заполнена в поле. Рисунок 1D .

Рисунок 1
Рисунок 1 : ( A ) Пластиковые полимерные гранулы, расположенные на песчаном пляже на линии прилива. ( B ) Пластиковые полимерные гранулы против гравия и других многожильных материалов. Фрагменты разного происхождения представлены в 1- й и 2- й колонках слева. Малые гравийные частицы выравниваются в колонках 5 и 6. Пластиковые гранулы находятся в средних колоннах. ( C ) Образец гранул пластиковой смолы. ( D ) Пример идентичной формы пляжа. Пожалуйста, cl Ick здесь, чтобы просмотреть большую версию этого рисунка.

Белые и желтоватые гранулы обычно преобладают над другими гранулами, особенно пигментированными. Однако на некоторых участках отбора проб присутствует конкретный профиль, и поэтому перед экстракцией рекомендуется классифицировать пластиковые кусочки по цвету (визуальная оценка). Визуальная ссылка может быть создана для сортировки гранул, как показано на рисунке 2 (слева направо: белый / прозрачный, беловатый / желтоватый, желтый / оранжевый, янтарно-коричневый и пигментированный).

фигура 2
Рисунок 2 : Классификация пластиковых гранул по цвету, слева направо: белый / прозрачный, беловатый / желтоватый, желтый / оранжевый, янтарно-коричневый и пигментированный. Files / ftp_upload / 55531 / 55531fig2large.jpg "target =" _ blank "> Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Может случиться так, что некоторые гранулы начинают таять во время процесса экстракции. Таким образом, частицы кварцевого песка будут прилипать к их поверхности после извлечения. Например, на фиг. 3А изолированный осадок слева от чашки Петри содержит частицы песка, прилипающие к его поверхности из-за плавления. Это часто происходит с сополимерами этилена и винилацетата из-за их низкой температуры плавления по сравнению с другими полимерными полимерами, такими как PE и PP. В исключительных случаях процесс плавления может быть слишком суровым, и экстракт будет казаться молочным ( рисунок 3B ). В этом случае рекомендуется удалить образец сразу после извлечения. Этот экстракт будет забивать сорбент картриджа SPE.

Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55531 / 55531fig3.jpg "/>
Рисунок 3 : ( A ) Изолированный осадок слева от чашки Петри содержит частицы песка, прилипающие к его поверхности из-за плавления. ( B ) Экстракция с разложением полимера. Процесс плавления может привести к тому, что экстракт станет молочным. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

В качестве первого подхода были приготовлены шипованные девственные гранулы для оптимизации этапа экстракции и оценки его повторяемости. Как видно из рисунка 4A , все 11 OCP были извлечены с использованием описанного протокола. Кроме того, на рисунке 4B показан результат анализа OCP, извлеченных из гранул, отобранных на пляже на побережье Адриатического моря. яВ этом случае было обнаружено 8 ОЦП из 11. Идентификация хроматографического пика основана на времени удерживания, полученном в результате инъекции индивидуальных стандартных растворов OCP. Максимальное отклонение от стандартного времени удерживания пика 0,1%. Расчет концентраций OCPs основан на анализе стандартных решений. Для каждого исследуемого соединения перед анализом проб необходимо определить калибровочные уравнения и выделения из SPE и этапов концентрации ( таблица 1 ).

Рисунок 4
Рисунок 4 : ( A ) Хроматограмма OCP, экстрагированная из вспененных девственных PE гранул. ( B ) Хроматограмма OCP, извлеченных из гранул, отобранных на побережье Адриатического моря. Нажмите здесьДля просмотра увеличенной версии этого рисунка.

соединений Tr (min) Уравнение калибровочной кривой R2 Восстановление (%)
а-HCH 9,25 Y = 1836x - 315 0,9992 99
г-НСН 9,92 Y = 2055x - 158 0,9996 96
б-НСН 10,45 Y = 772x + 58 0,9993 78
24-ДДЭ 13,90 Y = 2611x + 262 0,9999 76
Эндосульфан I 14,50 Y = 2015x + 280 0,9999 74
44-ДДЭ 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
Эндосульфан II 17,30 Y = 2212x + 123 0,9995 102
44-DDT 18,32 Y = 725x - 80 0,9955 96

Таблица 1: Пример результатов калибровки и восстановления, полученных для 11 изученных OCP.

Репрезентативная концентрация определяется для каждого места отбора проб путем анализа по меньшей мере 3 повторов 10 гранул и получения медианного значения. Последнее предпочтительнееК среднему значению из-за дисперсии результатов 4 . На рисунке 5 показан пример результатов, основанных на 5 повторах.

Рисунок 5
Рисунок 5 : Средняя концентрация OCP, извлеченных из гранул, отобранных на побережье Адриатического моря. Данные показывают пример результатов на основе 5 реплик. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Химический анализ пластика осуществляется на спектрометре ATR-FT-IR. Измерение выполняется на внутренней стороне среза гранулы. Пластиковые части покрыты биопленками и / или адгезивным слоем (слоями), которые могут мешать в ИКСпектров образца. Таким образом, резка гранул позволяет легче идентифицировать полимер, чем обрабатывать неразрезанные изделия, потому что кристалл ATR находится в контакте с менее загрязненным материалом. Результаты анализа химического состава необработанного гранулы показаны на фиг.6А . Элемент был обозначен как каучук с вероятностью около 66% на самом высоком уровне. На фиг.6В представлены результаты, полученные из среза того же гранулы, который, в конечном счете, был сделан из PE с вероятностью 99%. Второе измерение выполнялось на внутренней стороне фрагмента.

Рисунок 6
Рисунок 6 : ( A ) FT-IR-спектр необработанного гранулы и лучшие результаты хитов из библиотеки спектров. ( B ) FT-ИК-спектрМ отрезки гранул и наилучшим образом ударяться из библиотеки спектров. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

PE, как показано на фиг.7А , является наиболее распространенным типом полимера, который содержится в пластиковых гранулах, а затем ПП ( фиг.7В ). Сополимер этилена и винилацетата представляет собой 3- й наиболее распространенный пластический тип, обычно идентифицированный ( рис. 7C ). Иногда могут быть найдены гранулы из PS ( рисунок 7D ). Пример идентификации пластического типа для репликации 10 гранул приведен в таблице 2 . Как можно видеть, образец состоит из 70% PE.

Рисунок 7 <Br /> Рисунок 7 : FT-ИК-спектр и наилучшие результаты попадания гранул, идентифицированных как ( A ) PE (99,0%); ( B ) PP (98,9%); ( C ) сополимера этилена с винилацетатом (97,0%); И ( D ) PS (99,6%). Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Имя образца Результаты поиска Поиск лучшего удара Поиск Best Hit Описание
Пример 1-1 0.990764 P01034 P1034.SP ИМПАКТ-РЕЗИСТЕНТНЫЙ УВЕЛИЧЕНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВ
Пример 1-2 0.992768 P00508 P0508.SP POLYETHYLENE, MN = 1100, 9002-88-4
Пример 1-3 P01037 P1037.SP Влагостойкий полиэтиленовый слой ПЭНД
Пример 1-4 0.956303 P00561 P0561.SP ПОЛИСТИРЕН, МОНОКАРБОКСИРОВАННЫЙ ТЕРМИНАЦИИ, МВт = 200000, 9003-53-6
Пример 1-5 0.988493 P00147 P0147.SP ЭТИЛЕН / ВИНИЛ АЦЕТАТ КОСОЛИМЕР, 18% ВА ПО WT., 24937-78-8
Пример 1-6 0.990185 P01046 P1046.SP ЖЕСТКИЙ ПИЩЕВЫЙ ПОЛИЭТИЛЕН
Пример 1-7 0.988167 P01034 P1034.SP ИМПАКТ-РЕЗИСТЕНТНЫЙ УВЕЛИЧЕНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВ
Пример 1-8 0.969821 P00546 P0546.SP POLYPROPYLENE, ISOTACTIC, TG = -26, 9003-07-0
Пример 1-9 0.991779 P01036 P1036.SP МЕТАЛЛО-ДЕТЕКТОР-СОРТИРОВКА UHMW POLYETHYLENE ROD
Пример 1-10 0.988388 P01046 P1046.SP ЖЕСТКИЙ ПИЩЕВЫЙ ПОЛИЭТИЛЕН

Таблица 2: Результаты идентификации полимера в пуле из 10 гранул.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Большинство исследований, посвященных органическим загрязняющим веществам, связанным с пластиковыми гранулами, основывались на классических способах экстракции адсорбированных химикатов. Аппарат Soxhlet является наиболее широко используемым методом с типичным временем экстракции в диапазоне от 12 до 24 ч и высоким потреблением органических растворителей ( т.е. от 100 до 250 мл на экстракцию). 23 . Экстракция мацерации требует длительного времени контакта между образцом и органическим растворителем ( например, 6 дней) 4 и может быть ускорена путем добавления стадии ультразвуковой обработки. Напротив, экстракция под давлением, как описано в этом исследовании, является эффективным способом быстрого экстрагирования аналитов из твердых или полутвердых матриц при высоком давлении и температуре с использованием уменьшенного количества растворителя ( например, 40 мл). Хотя он обычно используется в качестве альтернативы методу Сокслета, этот метод редко применялся в области микропластики"Xref"> 14. Одним из ограничений, связанных с применением этого метода для анализа пластических фрагментов, является потенциальное плавление полимеров, которые затем трудно удалить из экстракта и часто делают его анализ невозможным. Эта проблема не возникает при извлечении органических веществ из однородных матриц. В этом случае температуру экстракции устанавливают в соответствии с типом полимерного образца полимера. Микропластические образцы состоят из гетерогенной смеси изделий из разных типов полимеров в разных состояниях деградации, которые часто вызывают раннее плавление пластика. Таким образом, температуру в ячейке PFE необходимо оптимизировать, чтобы обеспечить извлечение OCP независимо от типа полимера и его состояния деградации. В этой работе было установлено, что температура 60 ° C вместе с большим временем выдержки является хорошим компромиссом между эффективностью экстракции и проблемами плавления. Только резиновые и стареющие сополимеры этилена и винилацетата склонны к плавлению, bЭти полимеры обычно присутствуют при таких низких количествах в образце, что они не влияют на извлечение.

Во многих исследованиях 4 , 8 , 13 , 16 , 18 анализируются только старые гранулы ПЭ для их содержания адсорбированных органических загрязнителей. Из-за их свойств поверхности эта категория полимеров имеет большее сродство к адсорбированию загрязнителей окружающей среды, чем к другим типам гранул, и они являются преобладающим классом полимера 4 . Однако в некоторых местах отбора проб имеется специальный профиль с обилием менее древесных гранул ( то есть белого или прозрачного) и / или более высокого сорта в типах полимеров, чем обычно обнаружено. Таким образом, здесь предлагается другой подход, чтобы избежать возможной переоценки уровней органических загрязнителей. Классификация пластиковых гранул основана на цветной крысеЧем на полимерном типе. Более того, идентификация пластического типа все еще может быть выполнена после этапа экстракции. Действуя в этом порядке, риск загрязнения образца во время химического анализа полимера снижается, и процесс идентификации пластика может быть облегчен путем разрезания гранул, как объяснялось ранее. Основным ограничением этой методологии является извлечение органических загрязнителей из предметов, которые принимаются за пластиковые гранулы. Однако можно подчеркнуть, что только незначительная фракция ( т. Е. Менее 0,5%) отборных гранул, как показано, не должна быть сделана из полимерного полимера после химического анализа.

Этот протокол был разработан для определения OCP, адсорбированных на пластиковых гранулах. Однако он может быть адаптирован для обнаружения других категорий органических загрязнителей, обычно встречающихся в связи с микропластиками, такими как полихлорированные бифенилы (ПХД) или полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), а также plАстматические смягчители или добавки. С этой целью этап очистки должен быть дополнительно оптимизирован путем элюирования сорбента несколькими последовательными растворителями разной полярности 4 , 10 . В какой-то степени композиция экстракционного растворителя также может быть модифицирована путем добавления, например, фракции дихлорметана и / или ацетона к гексану. Наконец, новые аналитические методы должны быть разработаны специально для исследуемых соединений. Хотя газовая хроматография - детектор захвата электронов (GC-ECD) является чувствительным методом, его селективность по галогенированным соединениям ограничивает его применение другими классами соединений. Более того, идентификация пика основана только на времени удерживания, что может привести к неправильной интерпретации хроматограмм. Чтобы снизить риск ошибочной идентификации, принимается отклонение от стандартного времени удерживания раствора только 0,1%. Газовая хроматография, оснащенная масс-спектрометром (ГХ-МС), является подходящим техникомE для проверки идентификации пика. Его можно запускать параллельно с GC-ECD или использовать в качестве единого метода анализа, если его чувствительность позволяет определять концентрацию следов.

Эта методология фокусируется на гранулах смолы, но она может быть дополнительно оптимизирована для анализа других микропластических категорий. Однако сортировка пластмассовых фрагментов из образцов окружающей среды ( например, морская поверхность, осадок или биота) является более сложной задачей, чем таковая из гранул и визуальная идентификация не подходит. Таким образом, химический анализ полимеров должен быть проведен до экстракции. Зная, что размеры микропластов варьируются от 5 мм до нескольких сотен мкм ( например, 300 мкм), анализ должен проводиться на микроаналитическом спектрометре ATR-FTIR, который предназначен для измерения малых частиц 19 , 20 . Кроме того, отделение микропластиков от образцов окружающей среды намиТребует использования растворителей ( например, этанола) и / или сильных кислот или оснований ( например, переваривание кислот в тканях), которые могут десорбировать и / или деградировать органические загрязнители, связанные с частицами. Таким образом, следует разработать альтернативные методы разделения, которые сохранят химические вещества. Кроме того, следует подчеркнуть, что количество микропластиков, обнаруженных на поверхности моря и биоте, часто недостаточно для проведения количественного анализа органических соединений. Этот протокол адаптирован для обработки пластиковых фрагментов, видимых невооруженным глазом, и изготовленных из твердых полимеров. Он вряд ли будет работать на мягких материалах или чрезвычайно мелких предметах ( т. Е. <1 мм). Таким образом, микропластические категории пленок, нитей и пенопластов следует отбрасывать из образцов. Тем не менее, небольшие микропластические элементы могут быть проанализированы на предмет их содержания органических загрязнителей и их полимерного типа. В этом случае рекомендуется разрезать предметы небольшими частицами несколькихМм до извлечения или анализа FT-IR.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgments

Эта работа была профинансирована Программой приграничного сотрудничества МПА в 2007-2013 годах в рамках проекта 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).
Экстракция органохлоридных пестицидов из пластиковых гранул и анализ пластического типа
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

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