Summary
Mikroplastik fungerar som vektor av potentiellt toxiska organiska föroreningar med oförutsägbara effekter. Detta protokoll beskriver en alternativ metod för att bedöma nivåerna av organiska klorpesticider adsorberade på plastpellets och identifiering av den polymera kemiska strukturen. Fokus ligger på tryckvätskeextraktion och dämpad totalreflektans Fourier transform-infraröd spektroskopi.
Abstract
Plasthartspellets, kategoriserade som mikroplastics (≤5 mm i diameter), är små granulat som oavsiktligt kan släppas ut i miljön under tillverkning och transport. På grund av sin miljöpåverkan är de brett utbredda i havet och på stränder över hela världen. De kan fungera som en vektor av potentiellt toxiska organiska föreningar ( t.ex. polyklorerade bifenyler) och kan följaktligen Negativt påverka marina organismer. Deras eventuella konsekvenser längs livsmedelskedjan är ännu inte väl förstådda. För att bedöma de faror som är förknippade med förekomst av plastpellets i havsmiljön är det nödvändigt att utveckla metoder som möjliggör snabb bestämning av associerade organiska föroreningsnivåer. Det föreliggande protokollet beskriver de olika stegen som krävs för provtagning av hartspellets, analysering av adsorberade organoklorpesticider (OCP) och identifiering av plasttypen. Fokus ligger påExtraktionen av OCP från plastpellets med hjälp av en tryckvätskextraktor (PFE) och polymerkemisk analys som tillämpar Fourier Transform-InfraRed (FT-IR) spektroskopi. Den utvecklade metoden fokuserar på 11 OCP och besläktade föreningar, däribland diklorodifenyltrikloretan (DDT) och dess två huvudmetaboliter, lindan och två produktionsisomerer, liksom de två biologiskt aktiva isomererna av teknisk endosulfan. Detta protokoll utgör ett enkelt och snabbt alternativ till befintlig metod för att utvärdera koncentrationen av organiska föroreningar adsorberade på plastbitar.
Introduction
Den globala produktionen av plast ökar ständigt sedan 1950-talet för att uppnå 311 miljoner ton 2014 med cirka 40% som används i förpackning 1 . Parallellt ökar ökade kvantiteter av dessa material i miljön, vilket kan utgöra ett allvarligt hot mot ekosystemen 2 . Även om det redan rapporterades på 1970-talet har förekomsten av plastrester i den marina miljön endast fått större uppmärksamhet under det senaste decenniet. Speciellt mikroplastik, plastfragment med en diameter av ≤ 5 mm, är nu kända som en av de viktigaste problemen med havsvattenkvalitet 3 .
Plasthartspellets är små granuler i allmänhet i form av en cylinder eller en skiva och med en diameter av några mm ( t.ex. 2 till 5 mm) 4 , 5 . De faller i kategorin mikroplastik. Dessa plastgranuler ärIndustriellt råmaterial från vilket slutliga plastprodukter tillverkas genom omsmältning och gjutning vid hög temperatur 6 . De kan oavsiktligt släppas ut till miljön under tillverkning och transport. Till exempel kan de direkt introduceras till havet genom oavsiktlig spillning under frakt 4 , 7 , 8 . De kan transporteras från land till havs genom ytflod, strömmar och floder. På grund av sin miljöpåverkan är plastpellets utbredda i oceanerna och finns på stränder över hela världen 4 . De kan påverka marina organismer negativt och kan komma in i livsmedelskedjan, där deras effekter är oförutsägbara 6 , 7 . Vidare har flera studier visat förekomsten av miljöföroreningar adsorberade på plastpellets uppsamlade i en coastaL-miljö, som fungerar som vektor av dessa potentiellt giftiga kemikalier 4 , 9 , 10 . Faktum är att det finns laboratoriebevis som tyder på att dessa kemikalier kan bioackumulera i vävnader av organismer efter att de släppts från inmatade plastfragment 11 , 12 .
För att bättre kunna bedöma de faror som är förknippade med förekomsten av plastpellets i havsmiljön är det nödvändigt att utveckla metoder som kan bestämma sorberade organiska föroreningar. Ett viktigt steg är utvinningen av kemikalierna från plastmatriserna, som kan presentera heterogena fysikalisk-kemiska egenskaper, beroende på polymertyp, dess nedbrytningsstadium och förbehandlingar. De flesta av de undersökningar som rapporterats i litteraturen använder maceration eller Soxhlet-tekniker 4 ,5 , 6 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , vilka är lösningsmedel och / eller tidskrävande. När det gäller växande intresse för denna fråga bör alternativ utvecklas för en snabbare utvärdering av organiska föroreningar adsorberade på plastbitar. Dessutom ger plastkemisk analys information om mikroplastikens kemiska struktur. Som ett resultat kan de övervägande typerna av polymerer och sampolymerer närvarande i miljön utvärderas. Även om plastfragment vanligen tillverkas av polyeten (PE) och polypropen (PP) 5 , kan vissa provtagningsställen presentera en speciell profil där andra kategorier är signifikant representerade (t ex etylen / vinylacetatsampolymerOch polystyren (PS)). FT-IR-spektroskopi är en pålitlig och användarvänlig teknik för polymeridentifikation som vanligtvis används för att identifiera mikroplastik 19 , 20 .
Huvudsyftet med föreliggande arbete är att erbjuda ett snabbt och enkelt alternativ för att extrahera OCP och besläktade föreningar från plastpellets med hjälp av en PFE. Konstruktionen av protokollet innefattar emellertid alla steg som leder till bestämningen av sorberade OCP, från provtagningen av hartspellets till analysen av föreningarna. Metoden för identifiering av plasttypen beskrivs också. Den utvecklade metoden fokuserar på 11 OCP och relaterade föreningar: i) DDT (2,4'- och 4,4'-diklorodifenyltrikloretan) och dess två huvudmetaboliter DDE (2,4'- och 4,4'-diklorodifenyldikloretylen) och DDD (2,4'- och 4,4'-diklorodifenyldikloretan); Ii) isomer-gamma-hexaklorcyklohexan (y-HCH) som huvudbeståndsdel oF bekämpningsmedlet lindan och de två isomererna a-HCH och p-HCH frisläppt under dess produktion 15 ; Iii) och de två biologiskt aktiva isomererna endosulfan I (Endo I) och II (Endo II) närvarande i den tekniska endosulfan. De studerade bekämpningsmedlen är bredspektrum insekticider, kemiskt stabila, hydrofoba och klassificeras som persistenta organiska föroreningar (POP) enligt Stockholmskonventionen 21 .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Plastpelletsprovtagning
- Innan du går till fältet sköljer du alla nödvändiga provtagningsmaterial (t ex pincett och aluminiumfolie) med aceton eller etanol (99%). Om materialet inte kan lösas med lösningsmedel, värm det vid 450 ° C över natten i en ugn ( t.ex. glas).
OBS! I turistområdena få information om eventuella strandrengöringsaktiviteter som skulle ta bort det mesta av den marina kullen inklusive mikroplastik. Om möjligt, planera provtagningen före denna operation. Om provtagning under städningssäsongen, ange detaljerna för denna aktivitet i identitetsformen ( t.ex. datum, använd rengöringsmetod etc. ) - Bär handskar, samla plastpellets från stranden med lösningsmedelsköljda pincett i rostfritt stål.
- Prov 50 till 100 pellets per plats, vilket motsvarar 5 till 10 replikat per plats (10 pellets per replikat). Om det erforderliga antalet pellets inte kan obtaIn, samla maximala pellets som möjligt och specificera den i identitetsstrandformen.
- Vid slutet av provtagningen, linda in de uppsamlade pellets i lösningsmedelssköljad aluminiumfolie. Glasflaskor kan användas som alternativ eller till och med papperspåsar.
- Fyll i identitetsformen för den valda stranden med den saknade informationen ( dvs. strandplats, väderförhållanden, detaljer om pellets, etc. ).
- Transport proven till laboratoriet i en isbox om omgivnings temperaturen överstiger 25 ° C. Detta steg kan hoppas över vid korta resor ( t.ex. <1 h).
- Torka försiktigt av avlägsningsbara partiklar ( t.ex. sand) av pelletsna i laboratoriet. Torka provet om det behövs i en uttorkare före lagring (mörkret, T <25 ° C). Undvik rum där OCP kan vara i bruk ( t.ex. lagring av standardlösningar).
- Förvara pellets i kylen (4 ° C) under korta perioder ( dvs. några dagar) ellerI frysen (-18 ° C) under längre perioder i lösningsmedelssköljad aluminiumfolie.
- Undvik exponering av prov för artificiellt ljus eller solljus. Hantera proven så lite som möjligt före analysen för att minska risken för förorening.
2. Extraktion av OCP från plastpellets
- För att minska risken för förorening, arbeta i ett rent laboratorium med noggrant tvättad glasvara enligt följande: 2 sköljningar med aceton, diklormetan och n-hexan av analytisk kvalitet. Torka glasvaran under kväveflöde och skydda mot kontakt med omgivande luft ( t.ex. täcka med rengjort aluminiumfolie). Applicera detta rengöringsförfarande i de ytterligare stegen i protokollet ( dvs. avsnitt 3 och 4).
- Använd pellets med lösningsmedel, sortera i färg i följande kategorier: vit / transparent, vitaktig / gulaktig, gul / orange, gul / brun och pigmenterad ( t.ex. röd, grön, blå, etc. )
- Samla 10 pelletsS av liknande färg slumpmässigt ( dvs plasttyp som inte beaktas), vilket kommer att utgöra en replikat.
- Väg provet på ett analytiskt balans och registrera massan. Vid detta tillfälle kan proven sitta tillbaka i kylen eller frysen.
- För att ta hänsyn till bakgrundsföroreningen, utför ett tomt prov med varje uppsättning replikat ( t.ex. 1 blank för 5 replikat). För detta ändamål, använd samma protokoll som beskrivet ovan, men lägg inte till plastpellets i extraktionscellen. Detta tomma prov kommer att genomgå de ytterligare stegen i protokollet och analyseras tillsammans med proven.
- Slå på PFE. Ladda ner extraktionsmetoden och värm upp instrumentet till 60 ° C. Metodens detaljer är följande:
- Ställ in temperaturen till 60 ° C och trycket till 100 bar.
- Välj en cykel med uppvärmningstid på 1 min, en hålltid på 25 min och en urladdningstid på 2 min.
- Ställ in lösningsmedletOch gas (N2) spola gånger till 3 min vardera.
- Välj n-hexan som extraktionslösningsmedel.
- Medan instrumentet värms upp, förbered utvinningscellen enligt vad som beskrivs nedan. Om nödvändigt, anpassa protokollet till leverantörens instruktioner för ditt instrument:
- Placera bottenfiltret och fritt i extraktionscellen. Stäng den och vänd den över.
- Fyll ungefär hälften av cellen med rengjord kvartsand med hjälp av en tratt.
- Lägg till det vägda provet ( dvs. ett replikat av 10 pellets). Frossade plastpellets ska placeras i kylskåpet över natten före extraktion.
- Lägg kvartsand upp till 1 cm från cellens topp. Var försiktig med att använda ultra ren kvartsand (eller alternativt glaspärlor) eftersom det utsätts för samma utvinningsbetingelser som proven. För att rengöra sanden, extrahera den i PFE i analytisk kvalitet diklormetan och n-hexan, applicera 2 ellerFler cykler per lösningsmedel (t ex 30 min vid 100 ° C under 100 bar). Alternativt använd ett ultraljudsbad och / eller roterande förångare. Upprepa rengöringsproceduren, om det behövs.
- Sätt in toppfiltret i cellen och placera cellen i instrumentet.
- Placera uppsamlingskärlen i instrumentet och starta extraktionsmetoden (total körning på ca 35 min).
- När metoden är färdig, töm utvinningscellen i ett rengjort glasbehållare ( t.ex. bägare, glascellskulturskål) och hämta 10 pellets i sanden. Förvara dem i en behållare tills vidare analys för identifiering av plast ( t.ex. blixtlås eller glasflaska).
3. Koncentration och rengöring av extraktet
- Överför det erhållna extraktet (ca 40 ml) från uppsamlingskärlet till ett glasrör och indunsta det till 1 ml i en roterande koncentrator inställd till 35 ° C under 20 min. Alternativa metoder kan användas suCh som avdunstning under kväveflöde eller roterande förångare. Temperaturen och varaktigheten bör optimeras i enlighet med detta.
- Under tiden förbereda fastfas-extraktorn (SPE) genom att placera ett slang i racket och en patron fylld med aktiverat magnesiumsilikat-sorbent (1 g) på grenröret i stängt ventilläge. Rengöringen baseras på EPA-metoden 3620C 22 enligt följande:
- Vänd vakuumet vid källan och sätt 4 ml hexan i patronen för att aktivera sorbenten.
- Öppna ventilen och låt lösningsmedlet passera genom hela sorbentbädden. Stäng sedan ventilen och låt sorbenten suga i hexan i 5 minuter.
- Öppna ventilen och låt lösningsmedlet passera, men stäng ventilen innan sorbenten torkar av.
- När provet är koncentrerat, överför det till patronen med en Pasteur pipette. Öppna försiktigt ventilen och låt den passera långsamt. 1-2 droppar per sekund ärEn lämplig hastighet.
- Skölj glasröret som innehåller extraktet med 0,5 ml hexan och lägg det till patronen när extraktet har passerat.
- När hela lösningsmedlet har passerat, stäng ventilen och stäng av vakuumet.
- Byt avfallsröret med ett uppsamlingsrör och använd en nål med ren lösningsmedel.
- Tillsätt 9 ml aceton / hexan (10/90, volym / volym) till patronen och sätt på vakuumet vid källan. Låt sorbenten suga i lösningsmedlet i 1 min.
- Öppna ventilen och samla hela eluatet i uppsamlingsröret.
- Placera uppsamlingsröret i koncentratorn och indunsta lösningsmedlet i 9 minuter vid 35 ° C för att nå 1 ml eluat.
- Överför det koncentrerade eluatet till en gult autosampler-behållare med en Pasteur pipette. Vid detta tillfälle kan proverna förvaras i frysen före analysen.
4. Analys av Cleaned och ConcentraTed Extract
- Ladda analysmetoden på kontrollprogrammet för GC-μECD-instrumentet (gaschromatograf utrustad med en mikroelektronisk infångningsdetektor). Metodens detaljer är följande:
- Ställ injektorn i splitless-läget, dess temperatur till 250 ° C och spolningstiden till 1 min.
- Sätta flödet av bärargasen (He) till 1,5 ml min -1 .
- Programmera kolonnugnen med följande temperaturgradient: 60 ° C håll i 1 min, ramp 30 ° C min -1 till 200 ° C, ramp 5 ° C min -1 till 230 ° C, ramp på 3 ° C min -1 för att nå 250 ° C, håll denna temperatur i 5 minuter.
- Ställ in detektortemperaturen till 300 ° C och uppblåsningsgasflödet (N2) till 60 ml min -1 .
- Placera injektionsflaskan som innehåller provet (rengjort och koncentrerat) i autosamplerstället och kör metoden (körtid på 23,3 min). jag Njut 2 μL prov.
- Efter analysen identifiera de olika föreningarna på kromatogrammet genom deras retentionstider och registrera motsvarande toppområden.
- Med hänsyn till återvinningarna (R) och toppområdena (A 1 ) beräknar du koncentrationen (C 1 ) för varje OCP i extraktet med hjälp av ekvationerna för kalibreringskurvorna enligt följande:
Där b är avlyssningen vid ursprunget och a är lutningen på kalibreringsekvationen,
- Med hänsyn till massan (m) av replikatet ( dvs 10 pellets, se avsnitt 2.4) och volymen (V) i det slutliga extraktet ( dvs 1 ml), beräkna koncentrationen (C 2 ) för varje OCP adsorberad på Plastpelletsna ( dvs. ng OCP per g plastpellets):
/ftp_upload/55531/55531eq3.jpg "/>
5. Typ av plast typ
- Överför pelletsen i en petriskål med glas och placera den i en plastpåse.
- Håll en pellet med pincett och skär en pelletskiva med en skalpell. Plastpåse förhindrar förlust av pellets under skärningsprocessen.
- Rengör den dämpade totalreflekterande (ATR) -kristallen i FT-IR-instrumentet med etanol.
- Spela in ett bakgrundsspektrum.
- Placera fragmentet på ATR-kristallen och skruva provhållaren. Den inre sidan av stycket måste vara i kontakt med kristallen.
- Skanna provet och spela in spektret.
- Identifiera polymeren som utgör plastpelleten genom att jämföra det erhållna spektrumet till ett spektra bibliotek. Även om det är mer tidskrävande kan tolkningen av de erhållna spektrana utföras manuellt också, men förmodligen utan att uppnå den grad av specificitet som uppnåtts med ett bibliotekssjöRCH.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Plastpellets finns oftast längs sandsträndernas höga och lågvattenlinjer ( Figur 1A ). De kan också hålla sig till seagrass nystrandade på stränder, efter stormen till exempel. De kan ibland hittas på sten och steniga stränder i ackumulerade områden av strängat material.
Plastpellets är vanligtvis lätt igenkännliga med sin form, storlek och färg som visas i Figur 1B (se de två mellanskolumnerna). De kan misstas för små graveller (se kolumnerna 5 och 6), små biologiska fragment eller partiklar av olika ursprung (se kolumnerna 1 och 2). En gång i laboratoriet kan de misstänkta föremålen kasseras. Vid tvivel är det möjligt att kontrollera provens flytbarhet i dubbeldestillerat vatten. Gravels kommer sjunka medan plastpellets kommer att flyta mestadels. Ett prov av plastpelletsInsamlat på en strand visas i figur 1C för illustration. Ett exempel på identitetsstrandsformen som skall fyllas i fältet tillhandahålls Figur 1D .
Figur 1 : ( A ) Plasthartspellets strandsatta på en sandstrand vid tidvattnet. ( B ) Plasthartspellets vs grus och andra strängade material. Fragment av olika ursprung presenteras i 1: a och 2: a kolumnerna från vänster. Små gruspartiklar är inriktade i kolumnerna 5 och 6. Plastpellets finns i mellanspalten. ( C ) Prov av plasthartspellets. ( D ) Exempel på en identitetsstrandform. Vänligen cl Ick här för att se en större version av denna figur.
Vita och gulaktiga pellets är vanligtvis övervägande över andra pellets, särskilt pigmenterade. Vissa provtagningsplatser presenterar emellertid en speciell profil och därför rekommenderas att klassificera plastbitarna med färg (visuell bedömning) före extraktion. En visuell referens kan skapas för att hjälpa till att sortera pelletsna enligt figur 2 (från vänster till höger: vit / transparent, vitaktig / gulaktig, gul / orange, gulbrun / brun och pigmenterad).
Figur 2 : Klassificering av plastpellets i färg, från vänster till höger: vit / transparent, vitaktig / gulaktig, gul / orange, gul / brun och pigmenterad. Filer / ftp_upload / 55531 / 55531fig2large.jpg "target =" _ blank "> Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
Det kan hända att vissa pellets börjar smälta under extraktionsprocessen. Således klarar kvartsandpartiklar på sin yta efter extraktion. Till exempel, i figur 3A har den isolerade pelleten till vänster om petriskålen sandpartiklar som klibbar på sin yta på grund av smältning. Detta sker ofta med eten / vinylacetatsampolymerer på grund av sin låga smältpunkt jämfört med andra plastpolymerer, såsom PE och PP. Undantagsvis kan smältningsprocessen vara för svår och extraktet kommer att verka mjölkigt ( Figur 3B ). I detta fall rekommenderas att kassera provet direkt efter extraktion. Detta extrakt skulle täppa till sorbenten i SPE-patronen.
Figimg "src =" / files / ftp_upload / 55531 / 55531fig3.jpg "/>
Figur 3 : ( A ) Den isolerade pelleten till vänster om petriskålen har sandpartiklar som klibbar på sin yta på grund av smältning. ( B ) Extraktion med polymerbrytning. Smältningsprocessen kan göra att extraktet verkar mjölkat. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
Som ett första tillvägagångssätt framställdes spikade jomfrupellets för att optimera extraktionssteget och bedöma dess repeterbarhet. Som framgår av figur 4A extraherades alla 11 OCPs med tillämpning av det beskrivna protokollet. Dessutom illustrerar Figur 4B analysresultatet av OCP extraherade från pellets samplade på en strand vid Adriatiska kusten. jagI detta fall upptäcktes 8 OCPs av 11. Den chromatografiska toppidentifikationen baseras på retentionstiderna erhållna från injektionen av OCPs individuella standardlösningar. En avvikelse från standard toppretentionstid på 0,1% accepteras som maximum. Beräkningen av OCP-koncentrationer baseras på analys av standardlösningar. Kalibreringsekvationer och återvinningar från SPE och koncentrationsstegen måste bestämmas för varje studerad förening före provanalys ( Tabell 1 ).
Figur 4 : ( A ) Kromatogram av OCP extraherade från spikade jungfru PE-pellets. ( B ) Kromatogram av OCP extraherade från pellets samplade på Adriatiska kusten. Vänligen klicka härFör att se en större version av denna figur.
| Föreningar | Tr (min) | Kalibreringskurva ekvation | R2 | Återhämtning (%) |
| 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 |
| Endosulfan 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 |
| Endosulfan II | 17,30 | Y = 2212x + 123 | 0,9995 | 102 |
| 44-DDT | 18,32 | Y = 725x - 80 | 0,9955 | 96 |
Tabell 1: Exempel på kalibrering och återhämtningsresultat erhållet för de 11 studerade OCP.
En representativ koncentration bestäms för varje provtagningsplats genom analys av minst 3 replikat av 10 pellets och medianvärdet. Den senare är föredragenTill medelvärdet på grund av dispersionen av resultaten 4 . Figur 5 visar ett exempel på resultat baserat på 5 replikat.
Figur 5 : Mediankoncentration av OCP extraherade från pellets samplade på Adriatiska kusten. Uppgifterna visar ett exempel på resultat baserat på 5 replikat. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
Den kemiska analysen av plasten utförs på en ATR-FT-IR-spektrometer. Mätningen utförs på insidan av en pelletskiva. Plastbitar är täckta av biofilmer och / eller av vidhäftande skikt, som kan störa IRSpektra av provet. Sålunda möjliggör skärning av pelletsna en lättare identifiering av polymeren än bearbetning av okända föremål, eftersom ATR-kristallen är i kontakt med mindre förorenat material. Resultaten av kemisk sammansättning av en oklippad pellet visas i figur 6A . Föremålet identifierades som gummi med en sannolikhet på ca 66% vid högst. Figur 6B presenterar resultaten erhållna från en skiva av samma pellet, vilket i slutändan visade sig vara tillverkad av PE med en sannolikhet på 99%. Den andra mätningen utfördes på insidan av fragmentet.
Figur 6 : ( A ) FT-IR-spektrum av den oklippta pelleten och bästa träffarna från spektra biblioteket. ( B ) FT-IR-spektrumM av pelletsskivan och bäst träffade resultat från spektra biblioteket. Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
PE, som identifierat i Figur 7A , är den vanligaste polymertypen som finns i plastpellets, följt av PP ( Figur 7B ). Etylen / vinylacetatsampolymer är den 3: e vanligaste plasttypen som vanligtvis identifieras ( Figur 7C ). Pellets av PS kan ibland också hittas ( Figur 7D ). Ett exempel på identifiering av plasttyp för en replik av 10 pellets ges i tabell 2 . Som framgår består provet av 70% av PE.
<Br /> Figur 7 : FT-IR-spektrum och bäst träffade resultat av en pellet identifierad som ( A ) PE (99,0%); ( B ) PP (98,9%); ( C ) eten / vinylacetat-sampolymer (97,0%); Och ( D ) PS (99,6%). Vänligen klicka här för att se en större version av denna figur.
| Provnamn | Sökresultat | Sök bästa träff | Sök Bästa Hit Beskrivning |
| Prov 1-1 | 0.990764 | P01034 | P1034.SP IMPACT-RESISTANT UHMW POLYETHYLEN ROD |
| Prov 1-2 | 0.992768 | P00508 | P0508.SP POLYETHYLENE, MN = 1100, 9002-88-4 |
| Prov 1-3 | P01037 | P1037.SP MOISTURE-RESISTANT LDPE POLYETHYLENE ROD | |
| Prov 1-4 | 0.956303 | P00561 | P0561.SP POLYSTYRENE, MONOCARBOXY TERMINATED, MW = 200000, 9003-53-6 |
| Prov 1-5 | 0.988493 | P00147 | P0147.SP ETHYLENE / VINYL ACETATE COPOLYMER, 18% VA BY WT., 24937-78-8 |
| Prov 1-6 | 0.990185 | P01046 | P1046.SP RIGID HDPE POLYETHYLEN ROD |
| Prov 1-7 | 0.988167 | P01034 | P1034.SP IMPACT-RESISTANT UHMW POLYETHYLEN ROD |
| Prov 1-8 | 0.969821 | P00546 | P0546.SP POLYPROPYLEN, ISOTACTIC, TG = -26, 9003-07-0 |
| Prov 1-9 | 0.991779 | P01036 | P1036.SP METAL-DETECTOR-GRADE UHMW POLYETHYLEN ROD |
| Prov 1-10 0.988388 | P01046 | P1046.SP RIGID HDPE POLYETHYLEN ROD |
Tabell 2: Polymeridentifieringsresultat av en pool med 10 pellets.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De flesta studier som fokuserar på organiska föroreningar i samband med plastpellets har åberopat klassiska extraktionsmetoder för de adsorberade kemikalierna. Soxhlet-apparaten är den mest använda tekniken med typiska utvinningstider från 12 till 24 timmar och med hög konsumtion av organiska lösningsmedel ( dvs. från 100 till 250 ml per extraktion) 23 . Maceration extraktioner kräver en lång kontakt tid mellan provet och det organiska lösningsmedlet (t ex 6 dagar) 4 och kan skyndas genom att tillsätta ett ultraljudsteg. Däremot är trycksatt vätskextraktion, som beskrivits i denna studie, ett effektivt sätt att snabbt extrahera analyter från fasta eller halvfasta matriser under högt tryck och temperatur med användning av en reducerad mängd lösningsmedel ( t.ex. 40 ml). Även om det vanligen används som ett alternativ till Soxhlet-metoden, har denna teknik sällan använts inom området för mikroplastik"Xref"> 14. En av de begränsningar som är kopplade till tillämpningen av denna teknik vid analysen av plastfragment är den potentiella smältningen av polymerer, vilka då är svåra att avlägsna från extraktet och ofta gör sin analys omöjlig. Denna fråga uppstår inte vid extraktion av organiska ämnen från homogena matriser. I detta fall sätts extraktionstemperaturen i enlighet med plastprovets polymertyp. Mikroplastiska prover är sammansatta av en heterogen blandning av föremål gjorda av olika polymertyper i olika nedbrytningstillstånd, vilket ofta orsakar plastens tidiga smältning. Sålunda måste temperaturen i PFE-cellen optimeras för att tillåta extraktion av OCP oberoende av polymertypen och dess nedbrytningstillstånd. I detta arbete befanns en temperatur på 60 ° C tillsammans med en lång hålltid vara en bra kompromiss mellan utvinningseffektivitet och smältning. Endast gummi och åldrig eten / vinylacetat-sampolymer är benägna att smälta, bUt dessa polymerer är vanligtvis närvarande vid så låga mängder i provet att de inte påverkar extraktionen.
I många studier analyseras 4 , 8 , 13 , 16 , 18 , endast åldrade PE-pellets för adsorberad organisk föroreningshalt. På grund av deras ytegenskaper har denna kategori av polymerer en större affinitet att adsorbera miljöföroreningar än andra typer av pellets och de är den övervägande polymerklassen 4 . Vissa provtagningsplatser presenterar emellertid en speciell profil med ett överflöd av mindre åldrade pellets ( dvs. vit eller transparent) och / eller en högre variation i polymertyper än vanligt förekommande. Således föreslås ett annat tillvägagångssätt här för att undvika en eventuell överskattning av de organiska föroreningsnivåerna. Klassificeringen av plastpellets är baserad på färgrottningHenne än på polymertyp. Dessutom kan identifieringen av plasttypen fortfarande utföras efter extraktionssteget. Genom att fortsätta i denna ordning sänks risken för provförorening under polymerkemisk analys och plastidentifieringsprocessen kan underlättas genom skärning av pellets, som tidigare förklarats. Att extrahera organiska föroreningar från föremål som misstas för plastpellets skulle vara huvudbegränsningen för denna metod. Det kan emellertid understrykas att endast en försumbar fraktion ( dvs mindre än 0,5%) av de provtagna pelletsna inte visats vara tillverkad av plastpolymer efter kemisk analys.
Detta protokoll utvecklades för bestämning av OCP adsorberade på plastpellets. Det kan emellertid anpassas för detektering av andra kategorier av organiska föroreningar som vanligen finns associerade med mikroplastika såsom polyklorerade bifenyler (PCB) eller polycykliska aromatiska kolväten (PAH), såväl som plAstma mjukgörare eller tillsatser. För detta ändamål skulle rengöringssteget behöva ytterligare optimeras genom eluering av sorbenten med flera successiva lösningsmedel med olika polariteter 4 , 10 . I viss utsträckning kan extraktionslösningsmedelssammansättningen också modifieras genom att exempelvis tillsätta en fraktion av diklormetan och / eller aceton till hexan. Slutligen måste nya analysmetoder utvecklas speciellt för de föreningar som ska undersökas. Även om gaschromatografi-elektronupptagningsdetektor (GC-ECD) är en känslig teknik begränsar selektiviteten för halogenerade föreningar dess tillämpning till andra klasser av föreningar. Dessutom är toppidentifiering endast baserat på retentionstider, vilket kan leda till fel tolkning av kromatogram. För att minska risken för felidentifiering accepteras en avvikelse från standardlösningstiden på endast 0,1%. Gaskromatografi utrustad med en masspektrometer (GC-MS) är en lämplig teknikE för att validera toppidentifikationen. Den kan köras parallellt med GC-ECD eller användas som en enda analysmetod om dess känslighet tillåter kvantifiering av spårkoncentrationer.
Denna metod fokuserar på hartspellets, men den kan ytterligare optimeras för analys av andra mikroplastiska kategorier. Sorteringen av plastfragment från miljöprover ( t.ex. havytor, sediment eller biota) är emellertid mer utmanande än den av pellets och en visuell identifiering är inte lämplig. Således bör den kemiska analysen av polymererna utföras före extraktion. Att veta att mikroplastiska storlekar sträcker sig från 5 mm till några hundra μm (t ex 300 μm), ska analysen utföras på en mikro ATR-FTIR-spektrometer som är anpassad för mätningar av små partiklar 19 , 20 . Dessutom skiljer sig separationen av mikroplastik från miljön ossUalt kräver användning av lösningsmedel ( t.ex. etanol) och / eller starka syror eller baser (t ex syreuppslutning av vävnader) som kan desorbera och / eller bryta ned de organiska föroreningarna som är associerade med partiklarna. Således bör alternativa separationstekniker utvecklas, vilket skulle bevara kemikalierna. Dessutom bör det understrykas att den mängd mikroplastik som detekteras i havytan och biota ofta är otillräcklig för att utföra kvantitativa analyser av organiska föreningar. Detta protokoll är anpassat för att bearbeta plastfragment synliga för blotta ögat och tillverkade av hårda polymerer. Det går inte att arbeta på mjuka material eller extremt små föremål ( dvs. <1 mm). Således bör de mikroplastiska kategorierna av filmer, filament och skum kasseras från proverna. Ändå kan små mikroplastiska bitar analyseras för deras organiska föroreningsinnehåll och deras polymertyp. I det här fallet rekommenderas att klippa föremålen i små partiklar av några fåMm före extraktion eller FT-IR-analys.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har ingenting att avslöja.
Acknowledgments
Arbetet finansierades av IPA Adriatiska gränsöverskridande samarbetsprogram 2007-2013 inom ramen för projektet 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 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment. Mar Pollut Bull. 62 (8), 1596-1605 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
