Waiting
Login processing...

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

Environment

דגימה, מיון של אפיון Microplastics בסביבות מימיות עם המון משקעים מושעה גבוהה ופסולת צף גדול

Published: July 28, 2018 doi: 10.3791/57969

Summary

רוב המחקרים microplastic לתאריך אירעה במערכות ימיות איפה מושעה מוצקים רמות נמוכות יחסית. המוקד עכשיו הסטה ל מערכות מים מתוקים, אשר ייתכן כוללים המון משקעים גבוהה ופסולת צף. פרוטוקול זה מטפל איסוף וניתוח microplastic דגימות סביבות הימית המכילים גבוהה המון מוצק על תנאי.

Abstract

נוכחות בכל מקום של פסולת פלסטיק באוקיינוס ידועה ומוכרת על ידי קהילות הציבור, מדעי, סוכנויות ממשלתיות. עם זאת, רק לאחרונה יש microplastics במערכות מים מתוקים, כגון נהרות ואגמים, הייתה לכמת. הדגימה Microplastic על פני השטח בדרך כלל מורכב פריסת רשתות להיסחף מאחורי גם סירה נייח או נע, אשר מגביל את שהדגימה סביבות עם רמות נמוכות של מהמשקעים ופסולת צף או מימיות. מחקרים קודמים שהפעיל להיסחף רשתות לאיסוף פסולת microplastic בדרך כלל להשתמש ברשתות עם ≥300 µm גודל רשת, המאפשר פסולת פלסטיק (חלקיקים וסיבים) מתחת גודל זה כדי לעבור דרך הרשת או לחמוק כמת. הפרוטוקול מפורט כאן מאפשר: 1) מדגם אוסף בסביבות בעלות גבוהה הושעה נטען, צף או שקוע פסולת 2) לכידת ואת כימות של חלקיקים microplastic וסיבים < 300 דגימות מים מיקרומטר. נאספו באמצעות משאבת סחרור במיכלים פוליאתילן בצפיפות נמוכה (PE) יאוחסנו לפני סינון וניתוח במעבדה. הסינון נעשה באמצעות מכשיר סינון microplastic בהזמנה אישית המכיל נתיק המפרקים האיחוד שוכנו הנפות רשת ניילון, מעורב תאית אסתר ממברנה מסננים. הנפות רשת ומסננים ממברנה נבחנו עם stereomicroscope לכמת ולהפריד חלקיקים microplastic וסיבים. חומרים אלה נבחנו ואז באמצעות השתקפות הכולל מיקרו-הקלוש של התמרת פורייה, אינפרא-אדום ספקטרומטר (ATR מיקרו-FTIR) כדי לקבוע את סוג הפולימר microplastic. שחזור נמדדה על ידי spiking דגימות באמצעות חלקיקים כחולים PE וסיבי ניילון ירוקה; שחזור אחוז היה נחוש בדעתו להיות 100% עבור חלקיקים ו- 92% עבור סיבי. פרוטוקול זה ידריך מחקרים דומים על microplastics בנהרות בדחיסות גבוהה עם ריכוזים גבוהים של משקעים. עם שינויים פשוטים משאבת סחרור, התקן סינון, משתמשים יכולים לאסוף ולנתח אחסון מדגם וגדלים חלקיקים שונים.

Introduction

פלסטיק נצפתה לראשונה ב האוקיינוס מוקדם ככל השלושים1. האומדנים העדכניים של טווח שנשטפו פלסטיק מעל טון מטרי 243,000 (MT) פלסטיק על פני השטח של האוקיינוס כדי 4.8-12.7 מיליון MT של פלסטיק הזנת האוקיינוס מן ארצי מקורות מדי שנה2,3. לימודי שנשטפו פלסטיק התמקדו macroplastics (> 5 מ מ קוטר) כפי שהם גלויים בקלות, הניתנת לכימות. עם זאת, לאחרונה התגלה כי macroplastics מייצגים < 10% של פסולת פלסטיק, לפי הספירה, האוקיינוס, המציינת כי רובם המכריע של פסולת פלסטיק microplastic (< בקוטר 5 מ מ)2.

Microplastics מסווגות לשתי קבוצות: microplastics ראשיים ומשניים. Microplastics הראשי מורכב פלסטיקים מיוצרים בקוטר < 5 מ מ כוללים nurdles, כדורי raw נהגה להכין מוצרי צריכה, גרגרי משמש exfoliants במוצרי טיפוח אישי (למשל, לשטוף פנים, פילינג גוף, משחת שיניים), ו המירוק או סיכה בענף. Microplastics משניים נוצרים בתוך הסביבה כמו פיצול קבצים גדולים יותר פסולת פלסטיק על ידי פוטוליזה, שחיקה, פירוק מיקרוביאלי4,5. סיבים סינתטיים נמצאים גם microplastics משני, דאגה גוברת. בגד אחד יכול לשחרר > סיבים 1,900 לרחוץ מכונת הכביסה במשקי בית6. הסיבים האלה, כמו גם גרגרי של מוצרי טיפוח אישי, נשטפים ומטה מתנקז לתוך מערכת הביוב לפני הכניסה טיפול בשפכים. מרפי (2016) מצא כי טיפול בשפכים הצמח משרת אוכלוסייה של 650,000 מופחת ריכוז microplastic 98.4% מ influent אל בשפכים, אך microplastics 65 מיליון נותרו למטעי sludge כל יום7. אפילו עם אחוזים גבוהים של microplastics הוסר במהלך תהליכי טיפול, מיליונים, ואולי מיליארדים, של microplastics עוברים טיפול בשפכים מדי יום והזן פני המים קולחים6,8 ,9,10,11.

עקב שחרור הסביבה שלהם, microplastics נמצאו ברקמות במערכת העיכול, מערכת הנשימה של אורגניזמים ימיים לאורך כל רמות הזנה12,13,14,15. ההשפעה שלהם לאחר ספיגת הוא משתנה, עם כמה מחקרים התבוננות לא נזק, בעוד אחרים להדגים תופעות רבות כגון הפיסיקליות והכימיות רקמת נזק4,6,14,15. בזכות תגליות אלה, עניין בתחום זה גדל חמשת העשורים האחרונים. עם זאת, יש רק לאחרונה החלו לכמת פסולת פלסטיק, במיוחד microplastics, במערכות מים מתוקים, כגון נהרות ואגמים, או להעריך את ההשפעה על אורגניזמים מגורים אלה בתי גידול12,16, מחקרים 17,18. הנהרות הם המקור העיקרי של פסולת פלסטיק שנמצאו באוקיינוס כפי שהם מקבלים השפכים למטעי, נגר מים עיליים המכילות microplastics ו- macroplastics.

פרוטוקול מפורט כאן יכול לשמש כדי לאסוף דגימות microplastic סחיפה רשתות בהם לא ריאלי; באופן ספציפי, בסביבות מימיות עם ריכוזים גבוהים של מהמשקעים וגדולים צף פסולת כמו נהר המיסיסיפי. פרשת המים נהר המיסיסיפי הוא אחד הגדולים בעולם, יש אוכלוסיה של > 90 מיליון איש, סביר להניח שזה אחד המקורות הגדולים ביותר של פסולת פלסטיק ל19,האוקיינוס20. בכל שנה, נהר המיסיסיפי פולט ממוצע של 735 ק3 של מים מתוקים לתוך מפרץ מקסיקו, יחד עם ריכוזים גבוהים של מהמשקעים (~ 60 כדי > 800 מ ג/ליטר) פסולת גדולה13,21. נאספו דגימות מים בעומק שני (קרי, פני השטח, עומק 0.6) במקומות שונים לאורך נהר המיסיסיפי ובשלוחותיו במיכלים שקופים 1 ליטר פוליאתילן בצפיפות נמוכה (PE) באמצעות משאבה סחרור. במעבדה, הדגימות היו מסונן באמצעות הנפות רשת ניילון ומסננים ממברנה אסתר תאית מעורב בו זמנית עם צילינדר פוליוויניל כלוריד (PVC) מ מ 63.5 בהזמנה אישית (2.5 ב) עם מפרקים האיחוד להוספת הנפות ומסננים22. ההכללה של האיגודים PVC במתקן סינון מאפשרת סינון על-ידי רבים או מעטים חלקיקים בגודל כיתות כרצונכם. בנוסף, זה יכול לשמש כדי ללכוד microplastic פסולת אל תת מיקרון גדלים באמצעות ממברנה מסננים כשלמדתי סיבים סינתטיים. לאחר סינון, הדגימות היו יבשים, פלסטיקה החשודים היו מזוהה וממוינות רשת הנפות, ממברנה מסננים תחת stereomicroscope. פלסטיקה חשד נבחנו ואז באמצעות מיקרו-הקלוש הכולל השתקפות ספקטרוסקופיית מעבר פורייה (ATR מיקרו-FTIR) כדי לסלק חומרים סינתטיים שאינם או לקבוע סוג הפולימר. בהתחשב גודל החלקיקים microplastic וסיבים, זיהום הוא דבר שבשגרה. מקורות זיהום לכלול בתצהיר אטמוספרי, ביגוד, ציוד שדה ו- lab, כמו גם יונים (DI) מים מקורות. מספר השלבים הינם כלולים בכל פרוטוקול כדי לצמצם זיהום ממקורות שונים בעת ביצוע כל שלבי המחקר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. מים דוגמה אוסף

  1. לאסוף דגימות מים ומים איכות הנתונים עניין בסירה בנהר איפה היטב מעורבות, אידיאלי במקומות שבהן בשלב נהר או הפרשות ידוע (למשל, ארצות הברית סקר גיאולוגי (USGS) מודד תחנות). 20 על מנת להבטיח כי המים הוא מעורבב היטב, מדריך את הספינה באמצעות מד כף שקוע בתוך הנהר שבו מוליכות נשאר יחסית קבוע.
  2. אתרי הדגימה, קואורדינטות מיקום הרשומה ו עומק. כדי למצוא את 0.6-העומק, פשוט להכפיל את עומק הכולל על ידי 0.6. מדד איכות מים פרמטרים מעניינים (למשל, עכירות, טמפרטורה, מוליכות, pH, חמצן מומס (DO)) באמצעות מד כף יד. כדי למדוד את הפרמטרים, משאבות המים דגימה מן העומק הרצוי לתוך מיכל רחב-הפה באמצעות את משאבת סחרור ולקחת מיד את המידות (שלב 1.5).
  3. השתמש משאבה סחרור עם אבובים להשיג דגימות מן השטח 0.6-עומק. לצרף את האורך הנכון אבובים המשאבה על העומק נתון.
    1. בשל זרמים חזקים במערכות הנהר, לצרף 6.4 מ מ מרותך רשת לאורך צינור המשאבה באמצעות קשרים zip כדי לעזור משקל הצנרת. בקצה השלשלת, מקום גוש בניינים משקל או מלט במשקל נוסף בשרשרת והרכבה אבובים.
      התראה: לא לצרף את הבלוק משקל או מלט ישירות לאורך צינור המשאבה.
  4. חבר את הקצה קולחים של הצנרת מעל הקצה של הסירה, הרחק בגדים שיכול לשפוך סיבים. הורידו לאט בסוף influent הצנרת לעומק הרצוי (קרי, פני השטח או עומק 0.6). לאחר מכן הפעל את המשאבה ברוורס לטהר את הצנרור עם אוויר במשך לפחות 30 s. לאחר טיהור אוויר, הפוך את כיוון המשאבה ולשטוף את הצנרור עם דגימת מים מן העומק הרצוי תוך מתן אפשרות למים לנקז החוצה מהסירה או לתוך מיכל פסולת. לעצור את המשאבה לאחר כבר שטפה את הצנרור לפחות ב-30 s.
  5. יש לשטוף את מיכל המשמש למדידות איכות מים שלוש פעמים עם דגימת מים, זורקים למים לשטוף בכל פעם. ברגע שטף, למלא את המיכל במים מדגם ולמדוד את הפרמטרים של איכות מים עניין באמצעות מד כף יד (שלב 1.2).
  6. לאסוף את subsample microplastic על-ידי הצבת למסקנות צינורות לתוך מיכל 1 ליטר עם תוויות, כי יש נשטפת לפחות 250 מ של מים DI שלוש פעמים. לאחר מכן, לשטוף את המיכל שלוש פעמים נוספות עם המים לדוגמה, השמטת למים לשטוף בכל פעם. ברגע המכולה microplastic שוטפים, למלא זה הדגימה.
  7. באמצעות אותה שיטה משאבת סחרור המתוארים שלב 1.6, אוספים של subsample עבור מוצקים על תנאי מוחלט (TSS) בבקבוק 250 מ ל שכותרתו, כי יש נשטפת לפחות 100 מ ל מים DI שלוש פעמים. לשטוף את הבקבוק שלוש פעמים נוספות עם דגימת מים, השמטת למים לשטוף בכל פעם. ברגע המכולה TSS שוטפים, למלא זה הדגימה.
  8. לאסוף שדה triplicates ומקומות ריקים לפחות פעם ביום בשדה, באופן זהה המתואר מדרגות 1.6-1.7, למטרות בקרה (QA/QC) איכות אבטחת/איכות. כדי לאסוף ריק, להביא שני מיכלים 1 ליטר של די מים אל השדה. לאחר טיהור לאורך צינור משאבת אוויר, פתיחת המכולה הראשונה די מים ולשטוף את צינור המשאבה באמצעות השיטה המתוארת בשלב 1.4. ברגע הצנרת שוטפים, פתח המיכל השני די מים, לנפח את זה לתוך מיכל 1 ליטר ריק בקבוק 250 מ ל microplastic, TSS כדורי סרק, בהתאמה.
  9. לאחסן את microplastic ואת TSS subsamples על הקרח עד חוזר למעבדה, שם הם יאוחסנו ב-20 ° C עד שהם יעובדו.
    התראה: הקפד להשאיר מרחב הראש ב המכולות מדגם כך הם לא פגומים עקב הרחבת קרח בעת הקפאת.
    הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול פה.

2. TSS נחישות

  1. שיטת השימוש ארצות הברית הסוכנות להגנת הסביבה (USEPA) 160.2 כדי לקבוע TSS עם subsamples 250 מ ל אסף שדה23. השווה את הערכים המחושבים TSS בפלסטיק סה כ נמצאו.

3. Microplastic סינון התקן הרכבה

  1. שטפים היטב את סינון לפי התקן, ניילון רשת הנפות (איור 1) שלוש פעמים לפחות 250 מ של מים DI. מניחים רשת הנפות בגדלים נקבובית הרצוי (לדוגמה, 50 מיקרומטר, 100 מיקרומטר, מיקרומטר 300, 500 מיקרומטר) תוך איחוד כל משותפת עם נקבוביות בגודל הפחתת מהחלק העליון לחלק התחתון של המכשיר סינון (איור 1 א'). חותם כל האיחוד משותפת בחוזקה כדי למנוע דליפה.
  2. מקפלים את מעורבות תאית אסתר ממברנה המסננים (142 מ מ קוטר) של size(s) נקבובית הרצוי (למשל, 0.45 מיקרומטר) לצורת קונוס ולמקם אותו לתוך המכשיר סינון:
    הערה: קיפול המסנן ממברנה תספק יותר שטח פנים כדי למנוע סתימת של המסנן.
    1. הרטב את המסנן ממברנה במים DI. בעודם לחים, מקפלים את המסנן ממברנה לצורת קונוס בקוטר שמתאימים לתוך המכשיר סינון. כמו כן, מקפלים שפה קטנה בשולי קונוס כך שיתאימו לפסגה של האיחוד משותפת (איור 1B).
      התראה: בטח ניתן להרטיב את המסנן ממברנה לפני קיפול כדי למנוע קורע.
    2. המקום סל רשת נירוסטה אל האחרון ברית משותפת (איור 1C). בזהירות המקום המסנן קרום בצורת חרוט לתוך הסל (איור 1D). מקפלים את השפה של המסנן ממברנה מעל קצה האיחוד משותפת.
      הערה: סל רשת תמיכה המסנן ולהפחית שבירה ברגע ואקום הוחל.
  3. המקום רשת ניפוי עם הגודל הקטן ביותר נקבובית הרצוי (לדוגמה, 50 מיקרומטר) על גבי למסנן ממברנה של משותפת האיחוד האחרון ראה באיור1.
    הערה: זה יספק תמיכה נוספת כדי להחזיק את המסנן ממברנה במקום במהלך סינון.
  4. לאחר כל המפרקים האיחוד חתומות בחוזקה, לצרף את הצינור מהחלק העליון של הבקבוק סינון לבסיס של התקן סינון. אז לצרף את הצינור מהצד של הבקבוק סינון משאבת ואקום כמופיע באיור2.

Figure 1
איור 1 : הרכבה של התקן סינון. (א) המכשיר סינון מורכב על-ידי הצבת רשת הנפות של גודל הנקבוביות הרצוי לתוך המפרקים האיחוד העליון. (B) התאית מעורבת אסתר ממברנה את המסנן חייב להיות מקופלת בצורת חרוט כדי להתאים את הקוטר של התקן סינון; קונוס צריך לכלול lip קטן כדי להתאים מעבר לקצה של האיחוד משותפת כדי לאבטח את המסנן במקום. סל רשת (ג) A ימוקם האיחוד כדי להוסיף יציבות המסנן ממברנה. (ד) המסנן ממברנה מקופל מתווסף סל רשת, הגודל הקטן ביותר של מסננת רשת ממוקמת מעל החלק העליון של המסנן ממברנה. התקן סינון (E) שהורכב במלואו. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 : הרכבה של הבקבוק, משאבת סינון. בקבוקון סינון מחובר למתאם סינון מכשיר ואקום באמצעות אבובים ויניל ברורה. . הבקבוק סינון מחובר ואז משאבת ואקום. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

4. דוגמת סינון

  1. לאסוף את הציוד החסר לפני סינון בכל פעם שהמכשיר מורכב. לשטוף ביסודיות את ההתקן שלוש פעמים לפחות 250 מ של מים DI לפני הריק נאסף. אלה כדורי סרק נאספים באמצעות השלבים המתוארים בשלבים 4.2-4.4.
  2. הפעל את משאבת ואקום. ודא כי הלחץ על משאבת ואקום לא תחרוג 127 מ מ כספית, או המסנן ממברנה יכולה לקרוע.
    התראה: בהתאם לקצב הזרימה של מדגם סינון, לחץ יכול להגדיל בתוך המכשיר סינון אם משקעים שסותם את הנפות רשת או מסננים ממברנה. זה שעשויה להוביל קרע במסנן ממברנה לפני שהגיע קריאה של 127 מ מ כספית. מסיבה זו, לצפות את הלחץ באופן הדוק זה ייתכן צורך להתאימם מתחת 127 מ מ כספית על בסיס מדגם על ידי דגימה.
  3. להשתמש צילינדר 500 מ"ל, בוגר, טריפל שטפה עם פחות 250 מ של מים די, כדי למדוד את הנפח הכולל של המדגם. להקליט את עוצמת הקול, להעביר את הדגימה משורה המכשיר סינון.
    התראה: בהתאם לגודל של דגימת מים ואת הבקבוק סינון, הבקבוקון סינון ייתכן שתצטרך תתרוקן מספר פעמים במהלך סינון לדוגמה.
    1. כדי לרוקן את הבקבוקון סינון, כבה את המשאבה ואת לנתק את הצינורות שני מן הבקבוק. רוקן את הבקבוק לתוך מיכל פסולת נפרדים.
      התראה: מאחסנים את המים מדגם מסוננות עד המדגם כולו סוננו, הוא אישר כי המסנן ממברנה היא ללא פגע.
    2. כדי להמשיך את מחזור סינון, לחבר את הצינורות אל הבקבוק סינון, כמתואר בשלב 3.4, והפעל את המשאבה.
  4. ברגע המדגם כולו סוננו, לשטוף את המיכל לדגימות ואת משורה שלוש פעמים לפחות 250 מ של מים DI. לאחר כל שטיפה, לסנן את המים ולשטוף את המכולה, משורה כדי להבטיח כל החלקיקים עברו סינון.

5. פירוק התקן סינון Microplastic

  1. יש לשטוף את הקירות של התקן סינון שלוש פעמים לפחות 250 מ של מים די כדי להבטיח כי כל החלקיקים עברו סינון, אף אחד לא נשאר על המכשיר סינון.
  2. לבטל את משאבת ואקום, ואז בזהירות להתיר ולנתק את האיחוד הראשון. להדליק את המשאבה ולהשתמש בקבוק שטיפת די מים לשטוף את הקצוות של מפרק האיחוד. רחץ חלקיקים בקצוות של מסננת רשת למרכז כדי להבטיח כי הם כולם נאספים.
  3. המשאבה ומסירים מסננת רשת בזהירות עם מלקחיים נקי, מוודא לא לגעת. החלקיקים על פני השטח של מסננת רשת. מניחים מסננת רשת צלחת פטרי מקורה ויבש זה ב ᵒC 60 במשך 24 שעות ביממה. ברגע יבש, דוגמאות ניתן לאחסן עד ניתוח יכול להתחיל.
  4. חזור על הצעדים 5.1-5.3 כל מפרק האיחוד דיור מסננת רשת.
  5. לאיחוד האחרון משותפת כי בתי מסנן רשת מסננת, קרום, חזור על שלבים 5.1-5.3 על מסננת רשת.
    התראה: היה זהיר בעת שטיפה מסננת רשת שינוי, כמו לדוגמה ייתכן שיאבדו אם לשטוף תחת המסנן ממברנה.
  6. להפעיל את משאבת ואקום ולשטוף את הקצוות של המסנן ממברנה בעזרת בקבוק שטיפת מים DI. רחץ חלקיקים בקצוות של המסנן ממברנה למרכז כדי להבטיח שהמדגם המלא מסוננת. לפני הסרת קרום המסנן, ודא כי כל המים עבר דרך זה ואיגום כי אין מים הוא על פני השטח שלו.
    התראה: שוב, היה זהיר בעת שטיפה המסנן קרום כמו לדוגמה ייתכן שיאבדו אם לשטוף תחת זה.
  7. בזהירות הסר ולאחר לגולל את המסנן קרום עם המלקחיים. מניחים את המסנן ממברנה לתוך צלחת פטרי או מעטפת רדיד מתאים הקוטר שלה.
    הערה: המסנן ממברנה חייב להיות לח תוך מטופל כדי למנוע קריעה.
  8. יבש את המסנן ממברנה מכוסה בתנור-60 ᵒC במשך 24 שעות ביממה. לאחר יבש, אחסן דגימות עד ניתוח יכול להתחיל.
    הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול פה.

6. ניתוח חלקיקים

  1. להשאיר את מסננת רשת או קרום לסנן בצלוחית הפטרי ולהסיר רק את המכסה כדי להתחיל לבחון את הדגימה עבור microplastics. פעולה זו תבטיח כי אם חלקיקים כלשהם ליפול רשת נפה או קרום המסנן שהם יישארו בצלוחית הפטרי, אשר יכול להיות מנותח לאחר כל החלקיקים יוסרו מהמסנן נפה או קרום רשת.
  2. לבחון את רשת נפה או קרום המסנן תחת stereomicroscope (14-90 X הגדלה) כדי לזהות חשד חומר חלקיקי פלסטיק וסיבים. השתמש הקריטריונים הבאים בשעת זיהוי פלסטיק חשד: אין המבנה התאי, סיבים שווה ובעובי הינם חלקיקים הם לא נוצצים24.
  3. להסיר כל חשד פלסטיק רשת נפה או קרום המסנן, למקם אותם לתוך בקבוקון אוסף המכיל 70% אתנול. להקליט את הצבע ואת הצורה (למשל, חלקיקים, סיבים, סרט, וכו ') כל חשד פלסטיק.
  4. לאחר כל חשד פלסטיק הם להסיר את המסנן נפה או קרום של רשת, לכמת, לבחון המכסה והן בתחתית הפטרי בעקבות צעדים 6.2-6.3.
  5. לאחר רשת השינוי נפה או ממברנה מסנן, פטרי נבדקו, כל חשד פלסטיק הוסר, לכמת, למקם את החלקיקים או סיבים של המבחנה אוסף לשקופית מצופה אלומיניום 12 חריץ עבור ניתוח שימוש של מיקרו ATR-FTIR.
    הערה: . זה לא תמיד אפשרי לבחון כל פלסטיק חשד על המיקרו ATR-FTIR לכן, "אסטרטגית לבחור" הסכום ינאם מטרות המחקר ועל חריגות חשד פלסטיק (למשל, מספר גבוה של סיבים דומים או חלקיקים)25. באופן כללי, הבדיקה כפי שרבים חשדו פלסטיק ככל האפשר, אבל לא פחות מ 20%.
    1. ברגע פלסטיק חשד מנותחים באמצעות מיקרו ATR-FTIR, שימוש ספקטרלי מסדי נתונים כדי לקבוע אם מדגם נתון פלסטיק ו, אם כן, לקבוע סוג הפולימר של הפלסטיק.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

כדי לאמת את שיעורי ההחלמה של פרוטוקול זה, שלוש דוגמאות (V1-V3) ממפרץ Oso, בקורפוס קריסטי טקסס (סמוך טקסס A & M באוניברסיטת קורפוס קריסטי הקמפוס), היו מתובל 10 חלקיקים כחולים PE (הנע בין 50-100 מיקרומטר ב קוטר) 50 סיבי ניילון ירוקה באורכים שונים (איור 3). TSS המדגם היה מחושב (סעיף 2) ולאחר מכן את הדגימות היו מסונן באמצעות השיטות המתוארות ב סעיפים 3-5. חלקיקים PE כחול של סיבי ניילון ירוקה מכן הופרדו, לכמת (טבלה 1). חלקיקים וסיבים אחרים נצפו על רשת הנפות, מסננים ממברנה, כנראה נגזר דגימת מים Oso Bay. בממוצע, נמצאו 100% של החלקיקים PE ו- 92% של סיבי ניילון. איבוד סיבי יכול להיות בגלל כמות קטנה של אובדן מדגם במהלך סינון או זיהוי שגוי.

ריק הציוד נאסף מהמכשיר סינון על-ידי סינון 1000 מ ל מים DI. ריק זה נותחו באמצעות מיקרומטר 100 ו- 50 מיקרומטר רשת הנפות מיקרומטר 0.45 ממברנה מסנן. סך של 7 סיבים (כחול, ברור) נמצאו בציוד ריק. זיהום זה יכול היה להיות התקן סינון, ציוד מעבדה, התצהיר אטמוספרי, או די מים. עם זאת, הסיבים לא היו דומים חלקיקים PE כחול, סיבי ניילון ירוקה נהגה ספייק הדגימות.

פרוטוקול זה נוצר כדי לעבד דגימות פרשת המים של נהר המיסיסיפי, כולל את mainstem נהר המיסיסיפי נהר מיזורי. ניתוח ראשוני נהר המיסיסיפי, מיזורי היה ממוצע TSS 63 מ ג/ל' בעוד הערכים TSS מפרץ Oso הם בדרך כלל מתחת לאלה שנמדדו בפרשת המים של נהר המיסיסיפי, משקעים בכוונה היה מופרע לפני איסוף מים כדי לדמות ריכוז גבוה של משקעים על תנאי זה אולי נתקל בנהר גדול מערכות. TSS ממוצע הדגימות Oso ביי היה 1,865 מ"ג/ליטר, שהוא ~ 30 פעמים גבוה יותר מאשר TSS מחושב עבור הדגימות נהר המיסיסיפי ונהר מיזורי. הדגימות Oso מפרץ עכורים מציעים סינון מוצלח עבור דגימות עם TSS עד ~ 1,800 מ ג/ליטר תוך שימוש בטכניקות המתוארות כאן.

Figure 3
איור 3 : חלקיקים ו סיבים המשמש לאימות שחזור אחוז. תמונה של שני חלקיקים PE כחול וסיבים ירוק ומניילון שני במגוון של גדלים נהגה ספייק הדגימות אימות ממפרץ Oso קורפוס קריסטי, טקסס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

מדגם TSS (g/L) 0.45 μm 50 μm 100 μm סה % התאושש
סיבים חומר חלקיקי סיבים חומר חלקיקי סיבים חומר חלקיקי סיבים חומר חלקיקי סיבים חומר חלקיקי
V1 4.663 1 0 18 0 31 10 50 10 100 100
V2 0 0 21 0 28 10 49 10 98 100
V3 0 0 27 0 14 10 41 10 82 100

טבלה 1: נובעת אימות דגימות. מספר מוגדר של חלקיקים PE כחול, סיבי ניילון ירוקה נוספו דגימות שנלקחו Oso מפרץ קורפוס קריסטי, טקסס, כדי לאמת את פרוטוקול התקן וניתוח סינון. שלושה microplastic אימות (V1-V3) ודוגמאות דוגמא אחת TSS צולמו באותו מיקום בבנק מפרץ Oso. סיבים של חלקיקים היו לכמת עבור כל גודל הנקבוביות, סכום מחושב עבור כל דגימה אימות. באמצעות סכום ידוע של סיבי חלקיקים נהגה ספייק הדגימות וסך התאוששה כל דגימה, מחושב אחוז ההחלמה.

הפרוטוקול תוכנן גם מדגם נהרות ממעמקי שני: השטח (העומק הנהר עם מהירות הגבוהה ביותר) ואת עומק 0.6 (העומק הנהר עם מהירות ממוצעת עבור העמודה כולה מים). דוגמאות מן נהר המיסיסיפי נהר מיזורי (טבלה 2) היו אסף וניתח כמתואר לעיל. כדי לבחון את ההשפעה של עומק על ריכוז microplastic, נלקחו הדגימות הראשון והשני באותו מיקום (קרי, נהר המיסיסיפי אלטון, אילינוי) אבל בעומקים שונים. לבחון להשפעה אפשרית של דגימה מיקום טעינה microplastic, נלקחו הדגימות הראשון והשלישי בעומק זהה, אבל במקומות שונים (קרי, נהר המיסיסיפי אלטון, אילינוי, ועל נהר מיזורי מעל סנט לואיס, מיזורי). דוגמאות של סיבים, חלקיקים נמצאו הדגימות ראשוני של אגן נהר המיסיסיפי מוצגים באיור4.

מיקום תחנת מודד USGS עומק עכירות TSS סיבים חלקיקים סיבים חלקיקים סיבים חלקיקים סיבים חלקיקים סה סיבים / יחס מוזר אצל גאס
0.45 מ מ 50 מ מ 100 מ מ סה
m NTU g/L #/L
MS; אלטון, IL USGS 05587498 0 38.3 0.063 80 0 126 1 54 1 260 2 262 130
MS; אלטון, IL USGS 05587498 20.1 61.4 0.090 191 0 151 5 195 1 537 6 543 90
מו; קולומביה התחתון, מו USGS 06935965 0 30.8 0.036 122 4 57 0 37 0 216 4 220 54
MS = נהר המיסיסיפי; מו = מיזורי

בטבלה 2: נהר המיסיסיפי פרשת איסוף וניתוח נתוני דגימה. נאספו דגימות ראשוניות ליד USGS מודד תחנות נהר המיסיסיפי, מיזורי. עומק (ז), עכירות (NTU) ו- TSS (mg/L) נמדדו עבור כל אתר. הדגימות היו מסונן וניתח בעקבות פרוטוקול זה. סיבים, חומר חלקיקי היו לכמת עבור 50 מיקרומטר, גודל הנקבוביות מיקרומטר 100 mesh הנפות, כמו גם מיקרומטר 0.45 ממברנה מסנן. עקב מחסור של חומרים שנאספו על גבי מסננת רשת מיקרומטר 500, בגודל כזה הוא נשלל מן התוצאות שהוצגו.

Figure 4
איור 4 : דוגמה חלקיקים וסיבים נמצאו דגימות ראשוניות של פרשת המים נהר המיסיסיפי. תמונות של סיבי ואת החלקיקים לכמת דגימה (טבלה 2) שנלקחו השטח של נהר המיסיסיפי אלטון, אילינוי. (א) תמונה של שני סיבים כחול זה טווח בגודל ב- 0.45 מיקרומטר ממברנה מסנן. תמונה (B) של חלקיקים אדום וסיבים שונים המופיעים על מסננת רשת 50 מיקרומטר, מציג את הטווח בצבע, בגודל ובצורה של microplastics נמצאו בפרשת המים של נהר המיסיסיפי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

אוסף Microplastic באמצעות רשתות הסחף הוא השיטה המקובלת בסביבות כמו האוקיינוס משקעים וריכוזי פלסטיק איפה אחסון נמוך, ולכן דרישת מדגם גדולים. עם זאת, הסחף רשתות אינם תמיד מעשי או בטוח נהרות עם המון משקעים גבוהה, צף גדול או פסולת מימיות. בנוסף, זה לא ריאלי לשימוש ברשת להיסחף כאשר מנסה ללכוד ולכמת באופן יסודי microplastic חומרים, בעיקר סיבים, כמו רוב רשתות המשמש עבור סקרים פלסטיק יש רשת מידות ≥300 מיקרומטר. הפרוטוקול המתואר במאמר זה מאפשר דגימה ב waterbodies המכיל המון משקעים גבוהה בזמן גם המתיר לכידתו של microplastics < מיקרומטר 300 בקוטר. שיטת התקן סינון משויכים הם מגוונים, ניתן להתאים לצורכי הפרויקט הספציפי. יתר על כן, נתונים שהושגו עם פרוטוקול זה יעזור לפתח אסטרטגיות להפחתת הסיכון כדי לשפר את איכות המים ואת למדוד את היעילות של אסטרטגיות אלו, כגון באן microbead האחרונות26.

שיטה זו מאפשרת שליטה על עומק איסוף הדגימה אמצעי קלט, הפרדת microplastics למחלקות גודל תוך ראיית חשבון עבור מקורות רבים של זיהום. העסקת משאבה סחרור מאפשרת למשתמש לאסוף דגימות בעומק הרצוי כלשהו על-ידי התאמת אורך הצנרת המשאבה. משתמשים יכולים לשלוט בקלות האחסון מדגם עם השימוש של המכשיר סינון, ואילו המדידות האיחוד להסרה מאפשרים התאמות בחומר המסנן ונקבוביות בגדלים שיתאימו קטרים משתנים וכן ריכוזים של פלסטיק. מצאנו כי גודל דגימה 1 ליטר היה אידיאלי עבור לכימות microplastics בפרשת נהר המיסיסיפי מכמה סיבות. ראשית, בתוך 1 ליטר של מים, מצאנו כי היו כמה מאות סיבים חשד וחלקיקים. שנית, ההמונים משקעים גבוהה בדגימות עם אמצעי אחסון שגודלם 1 ליטר האט סינון באופן משמעותי. שלישית, סינון יותר פעמים שעשויה להוביל לזיהום מעבדה גדולה יותר. המכשיר סינון ואת היכולת להתאים אותה בקלות לפרוייקט שונות צריך להקל על איסוף וניתוח של פסולת microplastic בגדלים תת מיקרון, אשר היא מועילה במיוחד כאשר הלומדים סיבים סינתטיים.

ההכללה של המפרקים האיחוד מקלה על הסרת רשת הנפות או ממברנה מסנן בין מחזורי הסינון אך דורש המפרקים להיות אטום היטב, בקפידה כדי להבטיח רשת הנפות ומסננים ממברנה יושבים כראוי, אשר מונעת את האובדן (לדוגמה סעיפים 3 ו- 5). כדי למנוע קריעה או פיצוח, ממברנה של מסנן צריך להיות לח לפני טיפול, אבל להתייבש לפני ניתוח מיקרוסקופ. קריעה יכול להתרחש במסנן ממברנה לפני משאבת הלחץ מגיע 127 מ מ כספית (צעדים 4.2), במיוחד בדגימות עם נפח גבוה משקעים. לכן, הלחץ חייב להשגיח היטב ולהתאים לפי הצורך.

על פי הפרוטוקול עבור משתמש בהתקן סינון מקלה על בעיות הקשורות פריסת רשתות להיסחף כגון סתימת הרשת עם מהמשקעים, היא מגבירה את עיבוד הדגימה במעבדה, אשר מגדיל את הסיכוי לזיהום. כדי להפחית או למנוע זיהום פוטנציאליים מן הדגימה טיפול, כל הציוד חייב ביסודיות לשטוף עם מספיק כמויות של די מים שלוש פעמים, ריקים חייב להילקח כל מכשיר (למשל, משאבת סחרור, סינון לפי התקן, מיכל איסוף) לאורך כל מדגם איסוף, עיבוד וניתוח. כל הסביבה וציוד ריק לאחר מכן יסוננו וניתח באמצעות פרוטוקול המפורטים בסעיפים 4-6. השימוש של מערכת סינון מים אולטרא טהורים להפחית זיהום פוטנציאליים מן המים DI שטיפה ומקומות ריקים.

במעבדה, לפחות 20% של הדגימות צריך להיות מנותח על ידי שני אנשים כדי להבטיח זיהוי פלסטיק עקבית. במהלך סינון וניתוח במעבדה, פתח פטרי מנות יכול לשמש מעבדת ריקים, להציב אותם לעמדותיהם למשך כל תקופת ניתוח. בכל מעבדה ריק אז ינותחו באמצעות הפרוטוקול ב סעיף 6. כדי למנוע זיהום מן התצהיר אטמוספרי, לכסות את כל הציוד ברדיד אלומיניום לאחר שטיפה במים DI.

השימוש משאבת סחרור, microplastic בהזמנה אישית של פרוטוקול זה התקן סינון מאפשר למשתמשים לאסוף דגימות בסביבות המכיל ריכוז גבוה של מהמשקעים. בנוסף, שיטה זו מאפשרת למשתמשים ללכוד ולכמת פסולת microplastic < 300 מיקרומטר, במיוחד הסיבים. ההתאוששות אחוז עבור פרוטוקול זה נמדדה להיות 100% ו- 92% עבור חלקיקים PE וסיבי ניילון, בהתאמה, מציג שיעורי החלמה גבוהים יחסית. נלקחו דגימות ראשוניות בפרשת נהר המיסיסיפי גם באמצעות פרוטוקול זה איפה דגימות 1 ליטר בממוצע > 200 microplastics החל בגודל (0.45-500 מיקרומטר), צורה וצבע. פרוטוקול זה ידריך מחקרים דומים על הגורל, אפקטים, מקורות של microplastics.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

הפרויקט אשר הוקמה פרוטוקול זה מומן על ידי לאומי אושיאניק ואת האטמוספירה המינהל (NOAA) פסולת ימאות (# NA16NO29990029). אנו מודים Miles קורקוראן הלאומית למחקר נהרות מעולה, מרכז חינוך (NGRREC) ב- Alton, אילינוי, על עזרה עם בחירת אתר תפעול הסירה. שדה ו- lab שהעבודה הושלמה עם העזרה של קמיל באקלי, מייקל Abegg, יאשיהו ריי ו וגנר רבקה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1L Cubitainer Containers, Low-Density Polyethylene VWR 89094-140 Containers used to collect and store samples.
2-1/2" Clear Schedule 40 Rigid PVC Pipe United States Plastic Corporation 34138 The PVC pipe used to make the device comes as an 2.43 m pipe. The pipe was then cut to the desired lengths for each section seperated by union joints. Section lengths were decided by predicting smaller pore sizes would clogg the device quicker. Longer sections were placed above the smaller pore sizes to collect and hold water to prevent needing to disassemble the device to change a filter while a sample remained in the device. For one filtration device one 18 in, one 12 in, and two 6 in peices are needed.
2-1/2" PVC SCH 40 Socket Union  Supply House 457-025 Union joints were glued to PVC pipe to house nylon sieves and mixed cellulose membranes.
Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque Off-White, 12" Width, 12" Length, 500 microns Mesh Size, 38% Open Area (Pack of 5) Small Parts via Amazon CMN-0500-C/5PK-05 Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. 
Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque White, 12" Width, 12" Length, 100 microns Mesh Size, 44% Open Area (Pack of 5) Small Parts via Amazon B0043D1TB4 Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. 
Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque White, 12" Width, 12" Length, 50 microns Mesh Size, 37% Open Area (Pack of 5) Small Parts via Amazon B0043D1SGA Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. 
Mixed Cellulose Ester Membrane, 0.45um, 142mm, 25/pk VWR 10034-914 Mixed cellulose membrane filter with 0.45 um was used as the last filter. A large diameter was used to allow the filter to be folded into a cone to increase surface area of the filter to prevent clogging. 
Metal Mesh Basket Tea Leaves Strainer Teapot Filter 76mm Dia 3pcs Uxcell via Amazon a15071600ux0260 The mesh basket used to provide extra support for the membrane filter to prevent tearing when pressure was applied by a vacuum pump.
1/2" PVC Barbed Insert Male Adapter Supply House 1436-005 A vacuum adapter was added to allow vacuum filtration in the case of slow filtration due to high sediment concentration.
1/2 in. O.D. x 3/8 in. I.D. x 10 ft. PVC Clear Vinyl Tube Home Depot 702229 Tubing used to connect the vacuum pump to the filtration device.
YSI Professional Plus Multiparameter Instrument with Quatro Cable YSI 6050000 Handheld meter used to measure additional water quality parameters parameters (e.g., turbidity, temperature, conductivity, pH, and dissolved oxygen (DO)).
2100P Portable Turbidimeter Hach 4650000 Handheld meter used to measure turbidity.
FEP-lined PE tubing Geotech 87050529 Tubing used with perestaltic pump to collect water samples from desired depths.
Geopump Peristaltic Pump Series II Geotech 91350123 Pump used to collected water samples.
MeiJi Techno EMZ-8TR Microscope Microscope.com EMZ8TR-PLS2 Microscope used analyze mesh sieves and membrane filters to quanitfy suspect microsplastics.
Nicolet iS10 FTIR Spectrometer Thermo Electron North America 912A0607 FTIR used to analyze suspect microplastics.
Nicolet iN5 FTIR microscope Thermo Electron North America 912A0895 FTIR microscope used to analyze suspect microplastics.
Germanium (Ge) ATR Thermo Electron North America 869-174400 Geranium ATR accessory used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic.
Aluminum EZ-Spot Micro Mounts (Pkg of 5) Thermo Electron North America 0042-545 Microscope slides used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic.
Aluminum Coated Glass Sample Slides Thermo Electron North America 0042-544 Microscope slides used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fowler, C. W. Marine debris and northern fur seals: A case study. Marine Pollution Bulletin. 18, 326-335 (2015).
  2. Eriksen, M., et al. Plastic pollution in the world's oceans: More than 5 trillion plastic pieces weighing over 250,000 tons afloat at sea. PLoS One. 9 (12), e111913 (2014).
  3. Jambeck, J. R., et al. Marine pollution. Plastic waste inputs from land into the ocean. Science. 347 (6223), 768-771 (2015).
  4. Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment. Marine Pollution Bulletin. 62 (8), 1596-1605 (2011).
  5. Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T. S. Microplastics as contaminants in the marine environment: a review. Marine Pollution Bulletin. 62 (12), 2588-2597 (2011).
  6. Browne, M. A., et al. Accumulation of microplastic on shorelines worldwide: Sources and sinks. Environmental Science & Technology. 45 (21), 9175-9179 (2011).
  7. Murphy, F., Ewins, C., Carbonnier, F., Quinn, B. Wastewater treatment works (WwTW) as a source of microplastics in the aquatic environment. Environmental Science & Technology. 50 (11), 5800-5808 (2016).
  8. Zubris, K. A., Richards, B. K. Synthetic fibers as an indicator of land application of sludge. Environmental Pollution. 138 (2), 201-211 (2005).
  9. Fendall, L. S., Sewell, M. A. Contributing to marine pollution by washing your face: Microplastics in facial cleansers. Marine Pollution Bulletin. 58 (8), 1225-1228 (2009).
  10. Gregory, M. R. Plastic 'scrubbers' in hand cleansers: A further (and minor) source for marine pollution identified. Marine Pollution Bulletin. 32 (12), 867-871 (1996).
  11. Bayo, J., Olmos, S., López-Castellanos, J., Alcolea, A. Microplastics and microfibers in the sludge of a municipal wastewater treatment plant. International Journal of Sustainable Development and Planning. 11, 812-821 (2016).
  12. McCormick, A., Hoellein, T. J., Mason, S. A., Schluep, J., Kelly, J. J. Microplastic is an abundant and distinct microbial habitat in an urban river. Environmental Science & Technology. 48 (20), 11863-11871 (2014).
  13. Farrell, P., Nelson, K. Trophic level transfer of microplastic: Mytilus edulis (L.) to Carcinus maenas (L.). Environmental Pollution. 177, 1-3 (2013).
  14. Rochman, C. M., et al. Scientific evidence supports a ban on microbeads. Environmental Science & Technology. 49 (18), 10759-10761 (2015).
  15. Taylor, M. L., Gwinnett, C., Robinson, L. F., Woodall, L. C. Plastic microfibre ingestion by deep-sea organisms. Scientific Reports. 6, 33997 (2016).
  16. Mani, T., Hauk, A., Walter, U., Burkhardt-Holm, P. Microplastics profile along the Rhine River. Scientific Reports. 5, 17988 (2015).
  17. Morritt, D., Stefanoudis, P. V., Pearce, D., Crimmen, O. A., Clark, P. F. Plastic in the Thames: a river runs through it. Marine Pollution Bulletin. 78 (1-2), 196-200 (2014).
  18. National Park Servies. , https://www.nps.gov/miss/riverfacts.htm (2017).
  19. United States Census Bureau. , https://www.census.gov/geo/maps-data/data/tiger-data.html (2010).
  20. United States Geological Survey (USGS). , https://waterdata.usgs.gov/nwis/rt (2016).
  21. Grimes, C. B. Fishery Production and the Mississippi River. Fisheries. 28 (8), 17-26 (2001).
  22. Talvitie, J., et al. Do wastewater treatment plants act as a potential point source of microplastics? Preliminary study in the coastal Gulf of Finland, Baltic Sea. Water Science and Technology. 72 (9), 1495-1504 (2015).
  23. United States Environmental Protection Agency (USEPA) Method 160.2: Residue, Non-filtereable (Gravimetric, Dried at 103-105C). , (1971).
  24. Nor, N. H., Obbard, J. P. Microplastics in Singapore's coastal mangrove ecosystems. Marine Pollution Bulletin. 79 (1-2), 278-283 (2014).
  25. Woodall, L. C., Gwinnett, C., Packer, M., Thompson, R. C., Robinson, L. F., Paterson, G. L. Using a forensic science approach to minimize environmental contamination and to identify microfibres in marine sediments. Marine Pollution Bulletin. 95 (1), 40-46 (2015).
  26. S. 1424 - 114th Congress: Microbead-Free Waters Act of 2015. , www.congress.gov (2015).

Tags

מדעי הסביבה גיליון 137 Microplastics הסיבים שנשטפו נהר דגימה דיגום מים מתוקים סינון מים
דגימה, מיון של אפיון Microplastics בסביבות מימיות עם המון משקעים מושעה גבוהה ופסולת צף גדול
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Martin, K. M., Hasenmueller, E. A.,More

Martin, K. M., Hasenmueller, E. A., White, J. R., Chambers, L. G., Conkle, J. L. Sampling, Sorting, and Characterizing Microplastics in Aquatic Environments with High Suspended Sediment Loads and Large Floating Debris. J. Vis. Exp. (137), e57969, doi:10.3791/57969 (2018).

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