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Environment

高悬浮泥沙荷载和大型漂浮碎屑水生环境中 Microplastics 的取样、分类和表征

doi: 10.3791/57969 Published: July 28, 2018

Summary

迄今为止, 大多数 microplastic 研究都发生在海洋系统中, 悬浮固体水平相对较低。重点现在转移到淡水系统, 这可能具有高泥沙负荷和漂浮的碎片。该协议涉及收集和分析含有高悬浮固体负荷的水生环境中的 microplastic 样品。

Abstract

在海洋中普遍存在的塑料碎片被公众、科学界和政府机构广泛认可。然而, 只有最近才在淡水系统, 如河流和湖泊中 microplastics, 被量化。Microplastic 抽样在表面通常包括部署漂移网在一个固定或移动的小船之后, 它限制取样对低水平悬浮的沉淀物和漂浮或被淹没的残骸的环境。以前的研究, 利用漂移网收集 microplastic 碎片通常使用网与≥300µm 网格大小, 允许塑料碎片 (颗粒和纤维) 低于这个大小, 通过网络和逃避量化。此处详述的协议使: 1) 在高悬浮荷载和漂浮或浸没碎片的环境中采集样本, 2) 对 microplastic 颗粒和纤维 < 300 µm 的捕获和定量. 用一种蠕动泵在低密度聚乙烯 (PE) 容器中储存, 然后在实验室进行过滤和分析。过滤是由一个定制的 microplastic 过滤装置, 其中包含了尼龙网状筛和混合纤维素酯膜过滤器可拆卸的联合关节。用显微镜对网筛和膜过滤器进行了定量和分离 microplastic 微粒和纤维的研究。然后用微衰减的全反射傅里叶变换红外光谱仪 (microplastic) 对这些材料进行了检测, 以确定聚合物的类型。采用蓝色 PE 微粒和绿色尼龙纤维对样品进行了峰值检测;测定颗粒物的回收率为 100%, 纤维含量为92%。该议定书将指导类似的研究 microplastics 在高浓度的河流泥沙。通过对蠕动泵和过滤装置的简单修改, 用户可以收集和分析各种样品体积和颗粒尺寸。

Introduction

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最早在二十世纪三十年代1, 塑料首次在海洋中被观测到。最近对海洋塑料碎片的估计范围从海洋表面的塑料超过24.3万公吨 (mt) 到 4.8-1270万吨塑料, 每年从陆地来源进入大洋2,3。早期对海洋塑料碎片的研究侧重于 macroplastics (> 5 毫米直径), 因为它们很容易看到和量化。然而, 最近发现, macroplastics 代表 < 10% 的塑料碎片, 计数, 在海洋中, 表明绝大多数的塑料碎片是 microplastic (< 5 毫米直径)2

Microplastics 分为两组: 初级和二级 Microplastics。主要 microplastics 由直径 < 5 毫米制造的塑料组成, 包括塑料球, 用于制造消费品的原料, 微球用作个人护理产品中的 exfoliants (例如,洗脸、身体磨砂、牙膏), 以及在工业中的磨料或润滑剂。次级 microplastics 是在环境中创建的, 因为较大的塑料碎片被光解、磨损和微生物分解4,5碎片。合成纤维也是次要的 microplastics 并且是越来越关心。一个单一的服装可以释放 > 1900 纤维每洗涤在国内洗衣机6。这些纤维, 以及个人护理产品的微珠, 在进入废水处理厂之前, 都被冲进下水道并进入排污系统。墨菲 (2016) 发现, 一个65万人口的污水处理厂将 microplastic 浓度减少了 98.4%, 从进水到出水, 但 6500万 microplastics 在废水和污泥中保持每天7。即使在处理过程中 microplastics 的比例很高, 千百万人, 可能是亿万, microplastics 通过废水处理厂每天和进入地表水在污水6,8 ,9,10,11

由于其环境的释放, microplastics 在所有营养水平12,13,14,15的海洋生物的消化和呼吸组织中发现。它们在吸收后的影响是可变的, 有些研究没有观察到伤害, 而另一些则显示了许多影响, 如物理和化学组织损伤4,6,14,15。由于这些发现, 这一领域的兴趣在过去五年中有所增加。然而, 最近才开始对淡水系统, 如河流和湖泊中的塑料碎片 (特别是 microplastics) 进行量化研究, 或评估对居住在这些生境1216的生物的影响, 17,18。河流是海洋中发现的塑料碎片的主要来源, 因为它们接收到含 microplastics 和 macroplastics 的废水和地表水径流。

此处详述的协议可用于收集不可行的漂移网的 microplastic 样本;具体来说, 在水生环境中, 悬浮沉积物高度集中, 像密西西比河这样的大型漂浮碎屑。密西西比河流域是世界上最大的、拥有 > 9000万人口的国家之一, 这可能使它成为海洋中最大的塑料碎片来源19,20。每年, 密西西比河平均排放735公里3的淡水到墨西哥湾, 以及高浓度的悬浮沉积物 (60 至 > 800 毫克/升) 和大碎片13,21。在密西西比河及其支流的两个深度 (表面和0.6 深度) 收集水样, 使用蠕动泵在半透明的 1 L 低密度聚乙烯 (PE) 容器中。在实验室中, 用尼龙网筛和混合纤维素酯膜过滤器同时过滤样品, 用特制的63.5 毫米 (2.5 英寸) 聚氯乙烯 (PVC) 气缸与联合接头插入筛和过滤器22。在过滤装置中加入 PVC 联合, 可以根据需要尽可能多或少量的粒度类进行过滤。此外, 它还可用于在研究合成纤维时使用膜过滤器捕获 microplastic 碎片到亚微米尺寸。过滤后 , 样品燥 , 怀疑塑料被识别和分类从网筛和膜过滤器下的显微镜。然后用微衰减的全反射傅里叶变换红外光谱 (微型 ATR-FTIR) 研究了怀疑塑料, 以消除非合成材料或确定聚合物类型。考虑到 microplastic 颗粒和纤维的大小, 污染是司空见惯的。污染来源包括大气沉积物、衣物、田间和实验室设备以及去离子 (DI) 水资源。在整个《议定书》中包括多个步骤, 以减少来自不同来源的污染, 同时进行研究的所有阶段。

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Protocol

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1. 水样采集

  1. 收集水样本和水质量数据的利益乘船的河流是良好的混合, 理想的地方, 河流阶段或排放已知 (例如,美国地质调查 (USGS) 测量站)。20要保证水是混合的, 用手持式仪表在河中浸泡, 在电导率保持相对恒定的地方引导小船。
  2. 在取样点, 记录位置坐标和深度。要找到0.6 深度, 只需将总深度乘以0.6。使用手持式仪表测量感兴趣的水质参数 (浊度、温度、电导率、pH 值和溶解氧)。要测量参数, 将所需深度的取样水泵入宽口容器, 使用蠕动泵, 并立即进行测量 (步骤 1.5)。
  3. 使用带有油管的蠕动泵从表面和0.6 深度获取样品。将正确的油管长度连接到泵上, 以获得给定的深度。
    1. 由于在河流系统的强大电流, 连接一个6.4 毫米焊接链到泵油管使用 zip 领带, 以帮助重量的油管。在链条的末端, 放置一个重量或水泥块进一步重量的链条和油管总成。
      警告:不要将重量或水泥块直接附着在泵油管上。
  4. 把油管的出水端放在船的边缘, 远离可能脱落纤维的衣物。慢慢降低油管进水端到所需深度 (即,表面或0.6 深度)。然后, 运行在反向泵, 以空气中的油管清洗至少三十年代。在空气净化后, 反转泵的方向, 并从所需深度的样品水冲洗油管, 同时允许水排出船或废物容器。在油管冲洗至少三十年代后, 停止泵。
  5. 用取样水冲洗三次用于水质测量的容器, 每次倾倒漂洗水。冲洗后, 用取样水将容器装满, 用手持式仪表测量所感兴趣的水质参数 (步骤 1.2)。
  6. 收集 microplastic 亚组, 将油管出水放入一个标有1升的容器中, 经预先冲洗至少250毫升的 DI 水三次。然后, 用样品水冲洗容器三次, 每次丢弃漂洗水。microplastic 容器冲洗后, 用样品填充。
  7. 使用步骤1.6 中概述的相同的蠕动泵方法, 收集一个标记的250毫升瓶中的总悬浮固体 (TSS) 的亚组, 该瓶子已预冲洗至少100毫升的 DI 水三次。用水样冲洗瓶子三次, 每次都要丢弃漂洗水。一旦将 TSS 容器冲洗干净, 请将其填入样品。
  8. 按照步骤 1.6-1.7 中描述的相同方式, 在现场每天至少收集一次字段 triplicates 和空白, 以进行质量保证/质量控制 (QA/QC) 目的。收集一个空白, 带两个1升容器的 DI 水的领域。用空气清洗泵管后, 打开第一容器的 DI 水, 并用步骤1.4 中描述的方法冲洗泵油管。一旦油管被冲洗, 打开第二个容器的 DI 水, 并泵入一个空的1升容器和一个250毫升瓶为 microplastic 和 TSS 空白, 分别。
  9. 将 microplastic 和 TSS 标本放在冰上, 直到返回实验室, 在那里他们将储存在 20°c, 直到他们被处理。
    警告:确保在样品容器中留出一些头部空间, 以便在结冰时它们不会因冰膨胀而损坏。
    注:协议可以在这里暂停。

2. TSS 测定

  1. 使用美国环境保护局 (环保局) 方法160.2 确定 TSS 与250毫升标本收集在领域23。将计算的 TSS 值与所发现的总塑料进行比较。

3. Microplastic 过滤装置总成

  1. 用至少250毫升的 DI 水彻底冲洗过滤装置和尼龙网筛 (图 1) 三次。将所需孔径 (例如, 50 µm、100µm、300µm、500µm) 的筛网筛入每个联合接头, 其孔径尺寸从过滤装置的顶部降低到底部 (图 1A)。紧密密封各联合接头, 防止泄漏。
  2. 将所需孔径 (0.45 µm) 的混合纤维素酯膜过滤器 (142 毫米直径) 折成锥形形状, 放入过滤装置中:
    注:折叠膜过滤器可提供更多的表面积, 防止过滤器堵塞。
    1. 用底水湿膜过滤器。在潮湿的时候, 将膜过滤器折叠成圆锥状, 直径与过滤装置相适应。此外, 折叠一个小唇沿圆锥的边缘, 使其适合在联合关节顶部 (图 1B)。
      警告:膜过滤器在折叠前必须是湿的, 以防止撕裂。
    2. 将不锈钢网篮放入最后一个联合接头 (图 1C)。小心地将锥形膜过滤器放入篮子 (图 1D)。将膜过滤器的唇折叠在联合接头的边缘。
      注:一旦真空应用, 网篮将支持过滤器并减少破损。
  3. 图 1中所见的最后一个联合接头中, 将最小所需孔径 (例如50 µm) 放在膜过滤器顶部的网状筛。
    注:这将提供额外的支持, 以保持膜过滤器在过滤过程中到位。
  4. 一旦所有的联合接头密封紧密, 将软管从过滤瓶的顶部连接到过滤装置的底部。然后把软管从过滤瓶的侧面连接到真空泵上, 如图 2所示。

Figure 1
图 1: 过滤装置的装配.(A) 过滤装置是通过将所需孔径的网格筛放入上联合接头中组装而成。(B) 混合纤维素酯膜过滤器必须折叠成圆锥形, 以适合过滤装置的直径;锥应包括一个小唇, 以适应在联合关节的边缘, 以确保过滤器到位。(C) 将网状篮子放入联合中, 以增加膜过滤器的稳定性。(D) 将折叠膜过滤器添加到网篮中, 最小的网筛尺寸放在膜过滤器的顶部。(E) 完全组装的过滤装置。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2: 过滤瓶和泵的装配.过滤瓶连接到过滤装置真空适配器使用一个明确的乙烯基油管。过滤瓶然后连接到真空泵。请单击此处查看此图的较大版本.

4. 样品过滤

  1. 每次组装设备时, 先收集设备的空白。在收集空白之前, 用至少250毫升的 DI 水彻底冲洗设备三次。这些空白是使用步骤 4.2-4.4 中概述的步骤收集的。
  2. 打开真空泵。确保真空泵的压力不超过127毫米汞, 否则膜过滤器可能会撕裂。
    警告:根据样品过滤的流速, 如果沉积物堵塞网筛或膜过滤器, 过滤装置内的压力会增加。这可能导致膜过滤器的破裂, 然后才达到127毫米汞的读数。因此, 密切注意压力, 因为它可能需要调整低于127毫米汞样品根据样品。
  3. 使用500毫升的毕业气缸, 三重冲洗至少250毫升的 DI 水, 以测量样品的总容积。记录体积并将样品从毕业气缸转移到过滤装置。
    警告:根据水样和过滤瓶的大小, 过滤瓶在样品过滤过程中可能需要多次清空。
    1. 要清空过滤瓶, 请关闭泵并将两个软管从烧瓶中分离出来。把瓶子倒进一个单独的废物容器里。
      警告:保持过滤样品水, 直到整个样品被过滤, 并确认膜过滤器是完整的。
    2. 要继续过滤循环, 请将软管重新连接到过滤瓶, 如步骤3.4 中所述, 然后打开泵。
  4. 一旦整个样品被过滤, 冲洗样品容器和毕业圆筒三次以至少250毫升的 DI 水。每次冲洗后, 过滤水冲洗容器和毕业汽缸, 以确保所有微粒已被过滤。

5. Microplastic 过滤装置拆卸

  1. 用至少250毫升的 DI 水冲洗过滤装置的墙壁三次, 以确保所有微粒都被过滤, 并且没有残留在过滤装置上。
  2. 关闭真空泵, 然后仔细拧开并分离第一个接头。将泵重新打开, 使用二水冲洗瓶冲洗接头的边缘。将滤网筛边缘的微粒清洗成中心, 以确保全部收集。
  3. 将泵关闭, 用干净的镊子小心地取出网筛, 确保不接触筛网表面的微粒。将网筛放入覆盖的培养皿中, 干燥60ᵒC 24 小时。一旦干燥, 样品可以储存, 直到分析可以开始。
  4. 重复步骤 5.1-5.3 为每个联合联合住房一个网状筛子。
  5. 对于最后一个结合网格筛和膜过滤器的联合接头, 重复步骤 5.1-5.3 为网筛。
    警告:冲洗网筛时要小心, 如在滤膜过滤器下冲洗样品就会丢失。
  6. 用二水冲洗瓶将真空泵打开, 冲洗膜过滤器的边缘。将膜过滤器边缘的微粒洗涤到中心, 以确保过滤完整的样品。在拆卸膜过滤器之前, 要确保所有的水都经过它, 并且没有水在其表面上聚集。
    警告:再次, 清洗膜过滤器时要小心, 如果在它下面冲洗样品可以丢失。
  7. 用镊子小心地取出和展开膜过滤器。将膜过滤器放到适合其直径的培养皿或箔包中。
    注:滤膜过滤器在处理时必须受潮, 以防撕裂。
  8. 将所述膜过滤器在烤箱中干燥60ᵒC 24 小时。一旦干燥, 储存样品, 直到分析可以开始。
    注:协议可以在这里暂停。

6. 微粒分析

  1. 将筛网或滤膜过滤器留在培养皿中, 取出盖子, 开始检查样品的 microplastics。这将确保, 如果任何微粒脱落的筛网或膜过滤器, 他们将留在培养皿, 可以分析后, 所有微粒从筛网或膜过滤器去除。
  2. 检查网筛或膜过滤器下的显微镜 (14-90X 放大), 以识别可疑的塑料微粒和纤维。在识别怀疑塑料时, 使用以下标准: 没有蜂窝结构, 纤维在整个过程中都是相等的, 粒子不发亮24
  3. 从筛网或滤膜过滤器中取出所有怀疑的塑料, 放入含有70% 乙醇的收集瓶中。记录每个可疑塑料的颜色和形状 (微粒、纤维、胶片)。
  4. 一旦所有怀疑的塑料从筛网或滤膜过滤器中取出, 并量化, 检查的盖子和底部的培养皿后步骤 6.2-6.3。
  5. 在筛网或膜过滤器和培养皿被检查和所有怀疑塑料去除和量化后, 将微粒或纤维从收集瓶放置到12槽铝涂层幻灯片上进行分析, 使用微量的 ATR 红外光谱分析。
    注:在微红外光谱上测试每种怀疑的塑料并不总是可行的。因此, "战略性地选择" 将解决研究目标和怀疑塑料中的异常 (例如,大量类似纤维或颗粒) 的数量25。从一般意义上说, 测试尽可能多的怀疑塑料, 但不少于20%。
    1. 一旦怀疑塑料的分析使用微型 ATR-FTIR, 使用光谱数据库, 以确定是否一个给定的样品是塑料的, 如果是这样, 确定塑料的聚合物类型。

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Representative Results

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为了验证此协议的恢复率, 三个样本 (v1-v3) 从 Oso 湾, 科珀斯克里斯蒂, 得克萨斯州 (毗邻得克萨斯州 A & M 大学科珀斯克里斯蒂校区), 与10蓝色 PE 微粒 (范围从50-100 µm直径) 和50种不同长度的绿色尼龙纤维 (图 3)。计算了样本的 TSS (2 节), 然后用3-5 节中概述的方法对样品进行过滤。蓝色 PE 微粒和绿色尼龙纤维然后被分离和定量 (表 1)。其他纤维和微粒在网筛和膜过滤器被观察了, 可能从 Oso 海湾水样品获得。平均, 100% 的 PE 微粒和92% 的尼龙纤维被回收。纤维的损耗可能是由于在过滤或不正确的识别过程中少量的样品损耗所致。

通过过滤1000毫升的 DI 水, 从过滤装置中收集了设备空白。用100µm 和50µm 网筛和0.45 µm 膜过滤器对该毛坯进行了分析。在设备空白处发现共7根纤维 (蓝色和透明)。这种污染可能来自过滤装置、实验室设备、大气沉积物或 DI 水。然而, 纤维与蓝色 PE 微粒和绿色尼龙纤维是不相似的用于钉样品。

这个协议是为了处理密西西比河流域的样品, 包括密西西比河 mainstem 和密苏里河。从密西西比河和密苏里州的初步分析, 平均63毫克/升的 TSS。虽然 Oso 湾的 TSS 值通常低于密西西比河流域观测到的, 但在收集水之前故意扰乱泥沙, 以模拟在大河中可能遇到的较高悬浮泥沙浓度。系统。Oso 湾样品的平均 tss 为1865毫克/升, 比密西西比河和密苏里河样品计算的 tss 高30倍。混浊的 Oso 湾样品建议成功的过滤样品与一个可达1800毫克/升的 TSS 使用这里概述的技术。

Figure 3
图 3: 用于恢复验证百分比的微粒和纤维.两种蓝色 PE 微粒和两种绿色尼龙纤维的图像, 用于在德克萨斯州科珀斯克里斯蒂 Oso 湾的验证样品。请单击此处查看此图的较大版本.

样品 TSS (g/升) 0.45 微米 50微米 100微米 % 已恢复
纤维 粒子 纤维 粒子 纤维 粒子 纤维 粒子 纤维 粒子
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

表 1: 验证示例的结果.从德克萨斯州科珀斯克里斯蒂的 Oso 湾抽取了一系列蓝色 PE 微粒和绿色尼龙纤维, 以验证过滤装置和分析协议。三 microplastic 验证样品 (v1-v3) 和一个 TSS 样品被采取了在同一地点在 Oso 海湾银行。对每个孔隙大小的纤维和微粒进行了量化, 并计算了每个验证样品的总值。利用已知数量的纤维和微粒来钉样品和从每个样品中回收的总回收率, 计算出了百分比回收。

该议定书还设计为从两个深度取样河流: 表面 (河流深度以最高的速度) 和0.6 深度 (河流深度与大约平均速度为整个水柱)。收集和分析了密西西比河和密苏里河 (表 2) 的样品, 如上文所述。为了检查深度对 microplastic 浓度的影响, 第一和第二个样品在同一地点 (伊利诺伊州奥尔顿的密西西比河), 但在不同的深度。为了研究取样位置对 microplastic 载荷的可能影响, 第一和第三个样品是在相同的深度, 但在不同的地点 (即,密西西比河在奥尔顿, 伊利诺伊州, 密苏里河以上圣路易斯,密苏里州)。在密西西比河流域的初步样品中发现的纤维和微粒的例子如图 4所示。

位置 美国地质调查局测量站 深度 浊度 Tss 纤维 粒子 纤维 粒子 纤维 粒子 纤维 粒子 纤维/Particule 比
0.45 毫米 50毫米 100毫米
m 南大 g/升 #/L
女士奥尔顿, IL 美国地质调查局05587498 0 38。3 0.063 80 0 126 1 54 1 260 2 262 130
女士奥尔顿, IL 美国地质调查局05587498 20。1 61。4 0.090 191 0 151 5 195 1 537 6 543 90
莫哥伦比亚底, 莫 美国地质调查局06935965 0 30。8 0.036 122 4 57 0 37 0 216 4 220 54
MS = 密西西比河;MO = 密苏里河

表 2: 密西西比河流域取样收集和分析数据.在密西西比河和密苏里州的美国地质测量站附近收集了初步样品。测量了每个场地的深度 (m)、浊度 (台) 和 TSS (mg/升)。根据本协议对样品进行过滤和分析。对50µm 和100µm 孔径筛网以及0.45 µm 膜过滤器的纤维和颗粒进行了量化。由于缺乏在500µm 筛网收集的材料, 这个大小被排除从结果。

Figure 4
图 4: 从密西西比河流域的初步样品中发现的微粒和纤维的例子.从伊利诺斯州奥尔顿密西西比河表面抽取的样品 (表 2) 中的纤维和微粒的图像。(a)在0.45 µm 膜过滤器上的尺寸范围内的两种蓝色纤维的图像。(B)在50µm 网筛上发现的红色微粒和各种纤维的图像, 显示了密西西比河流域内发现的 microplastics 的颜色、大小和形状。请单击此处查看此图的较大版本.

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Discussion

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Microplastic 收集使用漂移网是传统的方法, 在海洋环境, 如泥沙和塑料浓度低, 因此需要大量的样本量。然而, 在高泥沙荷载和大型漂浮或淹没的河流中, 漂移网并不总是切实可行或安全的。此外, 在试图彻底捕获和量化 microplastic 材料 (尤其是纤维) 时, 使用漂移网是不可行的, 因为大多数用于塑料测量的网都有网格尺寸≥300µm。本文所描述的协议允许在含有高泥沙负荷的水体中进行取样, 同时允许捕获 microplastics < 300 µm 直径。该方法和相关的过滤装置是多才多艺的, 可以适应特定的项目需要。此外, 通过本议定书获得的数据将有助于制定缓解战略, 以改善水质, 并衡量这些战略的有效性, 例如最近的 microbead 禁令26

这种方法能够控制采样采集深度、体积输入和 microplastics 的分离, 同时还可以对多个污染源进行核算。使用蠕动泵允许用户通过调整泵管的长度来收集任何所需深度的样品。用户可以很容易地控制样品体积, 使用过滤装置, 而可拆卸的联合配件允许调整过滤材料和孔径大小, 以适应可变直径和浓度的塑料。我们发现, 1 L 样本大小是理想的量化 microplastics 在密西西比河流域的几个原因。首先, 在1升的水中, 我们发现有数以百计的怀疑纤维和微粒。第二, 高泥沙大量在样品与容量大于 1 L 减慢过滤极大地。第三, 过滤时间越长可能导致实验室污染的增加。过滤装置和能够方便地适应不同的项目需要, 有利于收集和分析 microplastic 碎片的亚微米大小, 这是特别有用的, 当研究合成纤维。

加入联合接头可以减轻过滤周期之间的筛网或滤膜过滤器的去除, 但需要牢固、小心地密封接头, 确保网筛和膜过滤器正确就位, 防止样品丢失 (3和5节)。为了防止撕裂或开裂, 膜过滤器需要在处理前受潮, 但在显微镜分析前干燥。在泵压达到127毫米汞 (步骤 4.2) 之前, 在膜过滤器中会发生破裂, 特别是在高沉积量的样品中。因此, 必须仔细观察压力, 并根据需要进行调整。

尽管使用过滤装置的协议缓解了与部署漂移网有关的问题, 如堵塞网络与悬浮沉积物, 但它增加了实验室的样品处理, 增加了污染的几率。为了减少或消除样品处理的潜在污染, 所有设备必须彻底冲洗足够数量的 DI 水三次和空白必须从每个设备 (蠕动泵, 过滤装置,收集容器) 贯穿样本的收集、处理和分析。然后使用4-6 节中概述的协议筛选和分析每个环境和设备的空白。使用超纯水过滤系统可以减少用于冲洗和毛坯的 DI 水的潜在污染。

在实验室中, 至少有20% 的样品应由两个人进行分析, 以确保一致的塑料识别。在实验室进行过滤和分析时, 开放的培养皿可以作为实验室的空白, 并在分析期内放置在指定区域内。然后, 将使用6节中的协议分析每个实验室空白。为防止大气沉积物污染, 应在用 DI 水清洗后用铝箔覆盖所有设备。

使用蠕动泵和自定义的 microplastic 过滤装置在这个协议允许用户收集样品在环境中含有高浓度的悬浮沉积物。此外, 该方法允许用户捕获和量化 microplastic 碎片 < 300 µm, 特别是纤维。该协议的回收率为 PE 微粒和尼龙纤维分别测量为100% 和 92%, 显示回收率相对较高。在密西西比河流域也使用了初步样本, 其中 1 L 样品平均 > 200 microplastics 大小 (0.45-500 µm), 形状和颜色。该议定书将指导类似的研究 microplastics 的命运, 影响和来源。

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

该议定书建立的项目由国家海洋和大气管理局 (NOAA) 海洋碎片计划 (NA16NO29990029) 提供经费。我们感谢伊利诺伊州奥尔顿国家大河研究和教育中心 (NGRREC) 的迈尔斯. 科克伦, 以帮助选址和船上操作。现场和实验室的工作是在卡米尔. 巴克利, 迈克尔. Abegg, 和丽贝卡. 瓦格纳的帮助下完成的。

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.

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References

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高悬浮泥沙荷载和大型漂浮碎屑水生环境中 Microplastics 的取样、分类和表征
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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).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).

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