Waiting
Login processing...

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

Environment

Prøveudtagning, sortering og kendetegner Microplastics i akvatiske miljøer med høj suspenderet Sediment belastninger og store flydende vragrester

doi: 10.3791/57969 Published: July 28, 2018

Summary

De fleste microplastic forskning til dato er opstået i marine systemer hvor suspenderet solid er relativt lavt. Fokus er nu ved at flytte til ferskvands systemer, der kan funktionen høj sediment belastninger og flydende vragrester. Denne protokol adresser indsamle og analysere microplastic prøver fra akvatiske miljøer, der indeholder højt hængende fast last.

Abstract

Den allestedsnærværende tilstedeværelsen af plast vragrester i havet er bredt anerkendt af offentlige, videnskabelige Fællesskaber og regeringsorganer. Dog først for nylig har microplastics i ferskvandssystemer, floder og søer, blevet kvantificeret. Microplastic stikprøver på overfladen som regel består af implementering af drivgarn bag enten stationære eller bevægelige båden, som begrænser prøveudtagning til miljøer med lavt indhold af suspenderet sediment og flydende eller undersøiske debris. Tidligere undersøgelser, der anvendes drivgarn til at indsamle microplastic snavs typisk anvendes redskaber med maskestørrelse ≥300 µm, så plast vragrester (partikler og fibre) under denne størrelse til at passere gennem nettet og unddrager sig kvantificering. Protokollen detaljeret her giver: 1) stikprøven samling i miljøer med høj suspenderet belastninger og flydende eller neddykket debris og 2) opsamling og kvantificering af microplastic partikler og fibre < 300 µm. vandprøver blev indsamlet ved hjælp af en peristaltisk pumpe i belagt polyethylen (PE) beholdere skal opbevares inden filtrering og analyse i laboratoriet. Filtrering blev gjort med en specialfremstillet microplastic filtrering enhed indeholdende aftagelig union leddene, der husede nylon mesh sier og blandet cellulose ester membranfiltre. Mesh sier og membranfiltre blev undersøgt med et stereomikroskop at kvantificere og separat microplastic partikler og fibre. Disse materialer blev derefter undersøgt ved hjælp af en mikro-svækkede samlede Reflektionsgraden Fourier transform infrarøde spektrometer (mikro ATR-FTIR) til at bestemme microplastic polymer type. Recovery blev målt ved spiking prøver ved hjælp af blå PE partikler og grøn nylon fibre; procent opsving var fast besluttet på at være 100% af partikler og 92% for fibre. Denne protokol vil guide lignende undersøgelser på microplastics i høj hastighed floder med høje koncentrationer af sediment. Med simple ændringer til peristaltisk pumpe og filtrering enhed, kan brugerne indsamle og analysere forskellige prøve diskenheder og partikler størrelser.

Introduction

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

Plast blev først observeret i havet så tidligt som 1930s1. De seneste skøn over marine plast vragrester vifte fra over 243,000 metriske tons (MT) plast på havets overflade til 4,8-12,7 millioner MT plast ind havet fra jordbaserede kilder årligt2,3. Tidlige studier på marine plast vragrester fokuseret på macroplastics (> 5 mm i diameter) som de er let synlige og målbare. Men det blev for nylig opdaget, at macroplastics repræsenterer < 10% plast vragrester, efter optælling i havet, der angiver, at det overvældende flertal af plast vragrester er microplastic (< 5 mm diameter)2.

Microplastics kategoriseres i to grupper: primære og sekundære microplastics. Primære microplastics består af plast, der er fremstillet ved en diameter < 5 mm og omfatter nurdles, rå pellets anvendes til at gøre forbrugerprodukter, microbeads bruges som exfoliants i produkter til personlig pleje (fx ansigtsvask, bodyscrub, tandpasta), og slibemidler eller smøremidler i industrien. Sekundære microplastics er lavet i miljøet som større plast vragrester er fragmenteret ved fotolyse, slid og mikrobiel nedbrydning4,5. Syntetiske fibre er også sekundære microplastics og er en voksende bekymring. En enkelt beklædningsgenstand kan frigive > 1.900 fibre pr. vask i en indenlandsk vaskemaskine6. Disse mikrofibre, samt microbeads fra produkter til personlig pleje, er vasket ned afløb og ind i kloaksystemet før indtastning af spildevand behandlinger planter. Murphy (2016) fandt, at et renseanlæg, der tjener en befolkning på 650.000 reduceret microplastic koncentration af 98,4% fra tilløb til spildevand, men 65 millioner microplastics forblev i spildevand og slam hver dag7. Selv med høje procenter af microplastics bliver fjernet under behandlingsprocesser, millioner, eventuelt milliarder, af microplastics passerer gennem renseanlæg dagligt og Indtast overfladevand i spildevand6,8 ,9,10,11.

På grund af deres miljømæssige udgivelse, er microplastics blevet fundet i mave og respiratorisk væv af marine organismer på tværs af alle trofiske niveauer12,13,14,15. Deres virkning efter optagelsen er variabel, med nogle undersøgelser ikke observere skade, mens andre viser mange effekter såsom fysisk og kemisk væv skader4,6,14,15. På grund af disse opdagelser, er interesse på dette område steget i de seneste fem årtier. Dog først for nylig har undersøgelser begyndt at kvantificere plast vragrester, navnlig microplastics, i ferskvandssystemer, floder og søer, eller vurdere, hvilken virkning på organismer bolig i disse habitater12,16, 17,18. Floder er en væsentlig kilde til plast vragdele fundet i havet, som de modtager spildevand spildevand og overfladevand afstrømning, der indeholder microplastics og macroplastics.

Protokollen detaljeret her kan bruges til at indsamle microplastic prøver hvor drivgarn er ikke mulig; specifikt, flydende i akvatiske miljøer med høje koncentrationer af suspenderet sediment og store vragrester som Mississippi-floden. Mississippi-floden vandskel er en af verdens største og har en befolkning på > 90 millioner mennesker, sandsynligvis gør det en af de største kilder til plast snavs til ocean19,20. Hvert år, Mississippi-floden udledninger 735 km3 af ferskvand i gennemsnit i den Mexicanske Havbugt, sammen med høje koncentrationer af suspenderet sediment (~ 60 til > 800 mg/L) og store snavs13,21. Vandprøver blev indsamlet på to dybder (dvs., overflade og 0,6-dybde) på forskellige steder langs Mississippi-floden og dens bifloder i translucent 1 L belagt polyethylen (PE) containere ved hjælp af en peristaltisk pumpe. I laboratoriet, blev prøver filtreret med nylon mesh sier og blandet cellulose ester membranfiltre samtidig med en specialfremstillet 63,5 mm (2,5 tommer) polyvinylchlorid (PVC) cylinder med Unionens leddene indsætte sier og filtre22. Optagelse af PVC fagforeninger i filtrering enhed giver mulighed for filtrering af så mange eller så få partikel størrelsesklasser som ønsket. Derudover kan det bruges til at fange microplastic vragrester ned til sub micron størrelser ved hjælp af membranfiltre, når man studerer syntetiske fibre. Når filtreret, prøver blev tørret og formodede plast blev identificeret og sorteret fra den trådnet sier og membranfiltre under et stereomikroskop. Mistanke om plast blev derefter undersøgt ved hjælp af mikro-svækkede samlede Reflektionsgraden Fourier transform infrarød spektroskopi (mikro ATR-FTIR) til at fjerne ikke-syntetiske materialer eller fastslå polymer type. I betragtning af størrelsen af microplastic partikler og fibre er forurening hverdagskost. Kilder til forurening omfatter Atmosfærisk deposition, tøj, felt og lab udstyr, samt deioniseret vand (DI) vand kilder. Flere trin er inkluderet i hele protokollen til reduktion af kontaminering fra forskellige kilder samtidig med at gennemføre alle faser af undersøgelsen.

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. vand stikprøven samling

  1. Indsamle vandprøver og vand kvalitetsdata af interesse med båd, hvor floden er godt blandet, ideelt på steder, hvor floden fase eller decharge er kendt (fx USA Geological Survey (USGS) måling stationer). 20 for at forsikre om, at vandet er godt blandet, guide båden ved hjælp af en håndholdt meter nedsænket i floden til hvor ledningsevne forbliver relativt konstant.
  2. Ved prøveudtagning websteder, optage positionskoordinater og dybde. For at finde 0,6-dybde, blot gange den samlede dybde med 0,6. Foranstaltning kvalitetsparametre af interesse (fx turbiditet, temperatur, ledningsevne, pH og oploest ilt ()) ved hjælp af en håndholdt meter. At måle parametrene, pumpe prøve vand fra den ønskede dybde i en bred mund beholder ved hjælp af den peristaltiske pumpe og straks tage målinger (trin 1,5).
  3. Bruge en peristaltisk pumpe med slangen til at få prøver fra overfladen og 0,6-dybde. Vedhæfte den korrekte slange længde til pumpe til en given dybde.
    1. På grund af de stærke strømme i flodsystemer, vedhæfte en 6,4 mm svejset kæde til pumpe slangen bruger zip bånd til at hjælpe vægt slangen. I slutningen af kæden, placere en vægt eller cement blok til yderligere vægt kæden og slange forsamling.
      Forsigtighed: Monter ikke vægt eller cement blok direkte til pumpen slanger.
  4. Placer den spildevand ende af slangen over bådens kant, fra tøj, der kunne kaste fibre. Langsomt sænke den tilledte ende af slangen til den ønskede dybde (dvs. flade eller 0,6-dybde). Derefter køre pumpen i omvendt at rense slangen med luft til mindst 30 s. Efter luft udrensning, vende retningen pumpe og skyl slanger med stikprøven vand fra den ønskede dybde mens tillader vand at dræne væk fra båden eller i en spildbakken. Stop pumpen når slangen har været skylles for mindst 30 s.
  5. Skyl beholderen til vand kvalitetsmålinger tre gange med stikprøven vand, dumping skyllevandets hver gang. Når skylles, fyld beholderen med stikprøven vand og måle vand kvalitetsparametre af interesse ved hjælp af en håndholdt meter (trin 1.2).
  6. Indsamle en microplastic delprøve ved at placere slangen spildevandet i mærket, 1 L beholder, der har været pre skylles med mindst 250 mL Deioniseret vand tre gange. Derefter skylles beholderen tre flere gange med stikprøven vand, udsmid skyllevandets hver gang. Når microplastic objektbeholder er skyllet, fylde det med prøven.
  7. Bruger den samme peristaltisk pumpe metode beskrevet taktfast 1,6, indsamle en delprøve for samlede mængde suspenderede stoffer (TSS) i en mærket, 250 mL flaske, der har været pre skylles med mindst 100 mL Deioniseret vand tre gange. Skyl flasken, tre gange mere med stikprøven vand, udsmid skyllevandets hver gang. Når TSS objektbeholder er skyllet, fylde det med prøven.
  8. Indsamle felt tre og tomme mindst en gang om dagen inden, på den samme måde som beskrevet i trin 1.6-1.7, for kvalitet kvalitetssikring/kvalitetskontrol (KS/KK) kontrolformål. For at indsamle en blank, bringe to 1 L containere af DI vand til feltet. Efter udrensning pumpe slangen med luft, åbner den første container DI vand og skyl pumpe slangen ved hjælp af metoden beskrevet taktfast 1.4. Når slangen er skylles, åbner den anden beholder DI vand og pumpe det ind i en tom 1 L beholder og en 250 mL flaske for microplastic og TSS tomme, henholdsvis.
  9. Gemme microplastic og TSS delprøver på is indtil vender tilbage til laboratoriet, hvor de vil blive gemt på-20 ° C, indtil de forarbejdes.
    Forsigtighed: Sørg for at lade nogle hoved plads i prøvebeholdere, så de ikke bliver beskadiget på grund af is ekspansion når nedfrysningen.
    Bemærk: Protokollen kan være midlertidigt her.

2. TSS bestemmelse

  1. Brug Forenede Stater miljøstyrelse (USEPA) metoden 160.2 til at afgøre TSS med 250 mL delprøver indsamlet i feltet23. Sammenlign de beregnede TSS værdier med de samlede plast fundet.

3. Microplastic filtrering enhed forsamling

  1. Skyl grundigt af filtrering-enhed og nylon mesh-sier (figur 1) tre gange med mindst 250 mL Deioniseret vand. Placere mesh sier ønskede pore størrelser (f.eks. 50 µm, 100 µm, 300 µm, 500 µm) i hver EU fælles med pore størrelse faldende fra toppen til bunden af filtrering enhed (figur 1A). Forsegle hver union fælles stramt at undgå utæt.
  2. Fold blandet cellulose ester membran filtre (142 mm diameter) af ønskede pore størrelse (r) (fx 0,45 µm) i en konisk og læg det i filtrering enhed:
    Bemærk: Folde membranfiltret vil give mere areal til at forhindre tilstopning af filteret.
    1. Våd membranfilter med Deioniseret vand. Mens fugtig, fold membranfiltret i en konisk med en diameter, der passer ind i filtrering enhed. Også, fold en lille læbe langs kanten af kegle, så det passer over toppen af Unionens fælles (figur 1B).
      Forsigtighed: Membranfiltret skal være våd før foldning for at forhindre rivning.
    2. Sted rustfrit stål mesh kurv til den sidste union fælles (figur 1 c). Omhyggeligt placere den kegle-formet membranfilter i kurv (fig. 1 d). Fold læbe af membranfiltret over kanten af Unionens fælles.
      Bemærk: Trådnet kurven vil understøtter filteret og reducere brud, når en vakuum er blevet anvendt.
  3. Sted en mesh sigten med den mindste ønskede porestørrelse (f.eks. 50 µm) oven på membranfilter i sidste Unionens fælles ses i figur 1.
    Bemærk: Dette vil give ekstra støtte for at holde membranfiltret på plads under filtrering.
  4. Når alle Unionens leddene er lukket stramt, lægger slangen fra toppen af filtrering kolben til bunden af filtrering enhed. Derefter vedhæfte slangen fra siden af filtrering kolben til vakuumpumpen som illustreret i figur 2.

Figure 1
Figur 1 : Samling af filtrering enhed. (A) filtrering enhed er samlet ved at placere mesh sier af ønskede porestørrelse ind i øvre union leddene. (B) det blandede cellulose ester membran filtre skal være foldet ind i en kegle-formet til at passe diameteren af filtrering enhed; kegle bør omfatte en lille læbe til at passe over kanten af Unionens fælles at sikre filteret på plads. (C) en mesh kurv er placeret i Unionen til at tilføje stabilitet til membranfiltret. (D) den foldede membranfilter er føjet til trådnet kurven og den mindste maskestørrelse for si er placeret over toppen af membranfiltret. (E) den færdigsamlede filtrering enhed. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 : Samling af filtrering kolbe og pumpen. En filtrering kolbe er knyttet til filtrering enhed vakuum adapter ved hjælp af en klar vinyl slangen. Filtrering kolben er så knyttet til vakuumpumpen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

4. prøven filtrering

  1. Saml udstyr blanks inden filtrering hver gang enheden er samlet. Grundigt skylle enhed tre gange med mindst 250 mL Deioniseret vand før tomt er indsamlet. Disse tomme felter er indsamlet ved hjælp af trinene i trin 4.2-4.4.
  2. Tænd vakuumpumpen. Sikre, at presset af vakuumpumpe ikke overstiger 127 mm Hgeller membranfiltret kunne rive.
    Forsigtighed: Afhængig af strømningshastigheden af prøven filtrering, kunne pres øge inde filtrering enhed hvis sediment træsko den trådnet sier eller membranfiltre. Dette kunne potentielt føre til et brud i membranfiltret før de når en læsning af 127 mm Hg. Se presset tæt derfor, som det skal måske justeres under 127 mm Hg på basis af stikprøve af prøven.
  3. Bruge en 500 mL dimitterede cylinder, tredobbelt skylles med mindst 250 mL Deioniseret vand, til at måle det samlede volumen af prøven. Optage volumen og overføre prøven fra den måleglas til filtrering enhed.
    Forsigtighed: Afhængigt af størrelsen af vandprøven og filtrering kolben skal filtrering kolben tømmes flere gange under prøven filtrering.
    1. At tømme filtrering kolben, slukke pumpen og løsne de to slanger fra kolben. Tømme kolben i et separat spildbakken.
      Forsigtighed: Holde filtreret prøve vand, indtil hele prøven er blevet filtreret, og det bekræftes, at membranfiltret er intakt.
    2. At fortsætte filtrering cyklussen, vedhæfte slanger filtrering kolben, som beskrevet i trin 3.4, og drej på pumpen.
  4. Når hele prøven er blevet filtreret, skyl prøvebeholder og måleglas tre gange med mindst 250 mL Deioniseret vand. Efter hvert skyl, filtrere vandet bruges til skyl beholderen og måleglas at sikre, at alle partikler har siet.

5. Microplastic filtrering enhed demontering

  1. Skyl vægge af filtrering enhed tre gange med mindst 250 mL Deioniseret vand til at sikre, at alle partikler har siet og ingen forbliver på filtrering enhed.
  2. Slukke vakuumpumpe, derefter omhyggeligt Skru og løsrive den første union. Tænde pumpen tilbage på og bruge en DI vand vaskeflaske til skylning af Unionens fælles kanter. Vask partikler i kanterne af trådnet sigtes i center til at sikre, at de er alle indsamles.
  3. Slukke pumpen og fjerne trådnet sigten omhyggeligt med ren pincet, og sørg for ikke at røre partikler på overfladen af trådnet sigten. Placere trådnet sigten i en overdækket petriskål og tørre det på 60 ᵒC for 24 timer. Når tør, kan prøver opbevares indtil analyse kan begynde.
  4. Gentag trin 5.1-5.3 for hver Unionens fælles bolig en maske si.
  5. Gentag trin 5.1-5.3 for trådnet sigten for den sidste union fælles der huser en maske si og membran filter.
    Forsigtighed: Være forsigtig når du skylle trådnet si, som prøven kan gå tabt, hvis skylles under membranfiltret.
  6. Tænd vakuumpumpen og skyl kanterne af membranfilter ved hjælp af en DI vandflaske vask. Vask partikler i kanterne af membranfilter i center til at sikre fuld prøven filtreres. Før du fjerner membranfiltret, sikre, at alle vand har passeret det og at uden vand samle på dens overflade.
    Forsigtighed: Igen, være forsigtig når du skylle membranfiltret som prøven kan gå tabt, hvis skylles under den.
  7. Forsigtigt fjerne og udfolde membranfiltret med pincet. Placere membranfiltret i en petriskål eller folie konvolut passende for dets diameter.
    Bemærk: Membranfiltret skal være fugtig mens håndteres for at forhindre rivning.
  8. Tør den overdækkede membranfilter i ovnen ved 60 ᵒC for 24 timer. Når tør, opbevare prøver indtil analyse kan begynde.
    Bemærk: Protokollen kan være midlertidigt her.

6. partikler analyse

  1. Forlade trådnet sien eller membran filteret i petriskålen og fjerne kun låg for at begynde at undersøge prøve for microplastics. Dette vil sikre, at hvis nogen partikler falder af mesh sien eller membran filter de vil forblive i petriskålen, der kan analyseres efter alle partikler er fjernet fra trådnet sien eller membran filteret.
  2. Undersøge mesh sien eller membran filter under et stereomikroskop (14-90 X forstørrelse) til at identificere mistænkte plast partikler og fibre. Bruge følgende kriterier til at identificere mistænkte plast: ingen cellestruktur, fibre er lige tykke overalt, og partikler er ikke skinnende24.
  3. Fjern alle formodede plast fra trådnet sien eller membran filteret og placere dem i en samling hætteglas indeholdende 70% ethanol. Optage farve og form (f.eks. partikler, fiber, film, etc.) af hver mistænkte plast.
  4. Når alle formodede plast er fjernet fra trådnet sien eller membran filteret og kvantificeres, undersøge både låget og bunden af petriskålen efter trin 6.2-6.3.
  5. Efter trådnet si eller membranfilter og petriskål er blevet undersøgt og alle formodede plast fjernet og kvantificeret, placere partikler eller fibre fra samling hætteglasset på en 12-slot aluminium belagt slide for analyse ved hjælp af en mikro ATR-FTIR.
    Bemærk: Det er ikke altid muligt at teste hver mistænkte plastik på mikro ATR-FTIR. Derfor "strategisk vælge" det beløb, der vil tage mål af undersøgelse og anomalier i formodede plast (f.eks. et stort antal lignende fibre eller partikler)25. I en generel forstand, teste som mange mistænkte plast som muligt, men ikke mindre end 20%.
    1. Når formodede plast er analyseret ved hjælp af mikro ATR-FTIR, brug spektrale databaser til at afgøre, om en given prøve er plast og i bekræftende fald bestemme den plast polymer type.

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

For at validere genfindingsprocent af denne protokol, tre prøver (V1-V3) fra Oso Bay, blev Corpus Christi, Texas (støder op til Texas A & M University Corpus Christi Campus), tilsat 10 blå PE partikler (spænder fra 50-100 µm i diameter) og 50 grøn nylon fibre af forskellige længder (figur 3). Prøven TSS blev beregnet (afsnit 2) og derefter prøverne blev filtreret ved hjælp af de metoder, der er skitseret i afsnit 3-5. Blå PE partikler og grøn nylon fibre blev derefter adskilt og kvantificeret (tabel 1). Andre fibre og partikler blev observeret på den trådnet sier og membranfiltre, sandsynligvis stammer fra Oso Bay vandprøve. Gennemsnitligt blev 100% af PE partikler og 92% nylon fibre inddrevet. Et tab af fibre kan være på grund af en lille mængde af prøven tab under filtrering eller forkert identifikation.

Et udstyr Tom blev indsamlet fra filtrering enhed ved at filtrere 1000 mL Deioniseret vand. Denne blank blev analyseret ved hjælp af 100 µm og 50 µm mesh sier og et 0,45 µm membranfilter. Ialt 7 fibre (blå og klar) blev fundet i udstyr tom. Denne forurening kan have været fra filtrering enhed, laboratorieudstyr, Atmosfærisk deposition eller Deioniseret vand. Fibrene var dog ikke ligner blå PE partikler og grøn nylon fibre anvendes til spike prøverne.

Denne protokol blev oprettet for at behandle prøver fra Mississippi-floden vandskel, herunder Mississippi floden mainstem og Missouri-floden. Foreløbige analyser fra Mississippi-floden og Missouri floden havde gennemsnitligt TSS 63 mg/L. Mens TSS værdier af Oso Bay er typisk lavere end observeret i Mississippi-floden vandskel, blev sediment bevidst forstyrret inden vand samling til at simulere højere suspenderet sediment koncentrationer, der kan opstå i stor flod systemer. Den gennemsnitlige TSS i Oso Bay prøver var 1.865 mg/L, som er ~ 30 gange højere end TSS beregnet for Mississippi-floden og Missouri floden prøverne. De uklare Oso Bay prøver tyder vellykket filtrering for prøver med en TSS op til ~ 1.800 mg/l ved hjælp af teknikker, der er skitseret her.

Figure 3
Figur 3 : Partikler og fibre anvendes til procent opsving validering. Billedet af to blå PE partikler og to grønne nylon fibre i en række størrelser bruges til spike validering prøver fra Oso Bay i Corpus Christi, Texas. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Stikprøve TSS (g/L) 0,45 μm 50 μm 100 μm I alt % Inddrevet
Fibre Partikler Fibre Partikler Fibre Partikler Fibre Partikler Fibre Partikler
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

Tabel 1: resultater fra validering prøver. Et bestemt antal blå PE partikler og grøn nylon fibre blev føjet til prøver taget fra Oso Bay i Corpus Christi, Texas, til at validere filtrering enhed og analyse protokol. Tre microplastic validering prøver (V1-V3) og én TSS prøven blev taget på den samme placering på bredden af Oso Bay. Fibre og partikler blev kvantificeres for hver porestørrelse og alt blev beregnet for hver validering prøve. Ved hjælp af en kendt mængde af fibre og partikler bruges til spike prøverne og den samlede inddrives fra hver prøve, blev den procent opsving beregnet.

Protokollen blev også designet til prøven floder fra to dybder: overfladevand (floden dybde med den højeste hastighed) og 0,6-dybde (floden dybde med cirka gennemsnitlige hastighed for hele vandsøjlen). Prøver fra Mississippi-floden og Missouri floden (tabel 2) blev indsamlet og analyseret som beskrevet ovenfor. For at undersøge effekten af dybden på microplastic fusion, de første og anden prøverne blev taget på den samme placering (dvs., Mississippi-floden i Alton, Illinois), men på forskellige dybder. For at undersøge de mulige virkninger af prøveudtagning placering på microplastic indlæsning, blev de første og tredje prøverne taget på den samme dybde, men på forskellige steder (dvs., Mississippi-floden i Alton, Illinois, og Missouri floden over Saint Louis, Missouri). Eksempler på fibre og partikler findes i de foreløbige Mississippi River basin prøver er vist i figur 4.

Beliggenhed USGS måling Station Dybde Turbiditet TSS Fibre Partikler Fibre Partikler Fibre Partikler Fibre Partikler I alt Fiber / partikel forholdet
0,45 mm 50 mm 100 mm I alt
m NTU g/L # / L
MS; Alton, IL USGS 05587498 0 38,3 0,063 80 0 126 1 54 1 260 2 262 130
MS; Alton, IL USGS 05587498 20.1 61,4 0.090 191 0 151 5 195 1 537 6 543 90
MO; Columbia bunden, MO USGS 06935965 0 30,8 0,036 122 4 57 0 37 0 216 4 220 54
MS = Mississippi floden; MO = Missouri-floden

Tabel 2: Mississippi-floden vandskel indsamling og analyse eksempeldata. Indledende prøver blev indsamlet nær USGS måling stationer på Mississippi-floden og Missouri-floden. Dybde (m), turbiditet (NTU) og TSS (mg/L) blev målt til hvert websted. Prøver var filtreres og analyseres efter denne protokol. Fibre og partikler blev kvantificeret til 50 µm og 100 µm porestørrelse mesh sigter samt et 0,45 µm membranfilter. På grund af mangel på materialer indsamlet på en 500 µm mesh sigte, er denne størrelse udelukket fra resultaterne præsenteres.

Figure 4
Figur 4 : Eksempel partikler og fibre findes i indledende prøver fra Mississippi-floden vandskel. Billeder af fibre og partikler bestemmes kvantitativt i en prøve (tabel 2) taget fra overfladen af Mississippi-floden i Alton, Illinois. (A) billede af to blå fibre, der varierer i størrelse på et 0,45 µm membranfilter. (B) billede af et rødt partikler og forskellige fibre findes på en 50 µm mesh sigte, viser intervallet i farve, størrelse og form af microplastics fundet i Mississippi-floden vandskel. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

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

Microplastic samling ved hjælp af drivgarn er den konventionelle metode i miljøer som havet hvor både sediment og plast koncentrationerne er lave, således som kræver stor stikprøve diskenheder. Drivgarn er imidlertid ikke altid praktiske eller sikker i floder med høj sediment belastninger og store flydende eller undersøiske debris. Desuden er det ikke muligt at benytte en drivgarn, når du forsøger at grundigt fange og kvantificere microplastic materialer, især fibre, som de fleste moskitonet anvendes til plast undersøgelser har mesh størrelser ≥300 µm. Den protokol, der er beskrevet i denne hvidbog giver mulighed for sampling i waterbodies der indeholder høj sediment belastninger samtidig også tillader opsamling af microplastics < 300 µm i diameter. Metode og tilknyttede filtrering enhed er alsidigt og kan tilpasses specifikke projekt behov. Desuden vil data indhentet med denne protokol hjælpe med at udvikle risikobegrænsende strategier for at forbedre vandkvaliteten og måle effektiviteten af disse strategier, såsom den nylige microbead ban26.

Denne metode giver mulighed for kontrol af stikprøven samling dybde, volumen input og adskillelse af microplastics i størrelsesklasser mens tegner sig for flere kilder til forurening. Ansætte en peristaltisk pumpe tillader brugeren at indsamle prøver på enhver ønskede dybde ved at justere længden af pumpe slangen. Brugere kan nemt styre sample volumen med brug af filtrering enhed, mens de aftagelige union fittings foretages justeringer i filtermateriale og pore størrelser for at imødekomme varierende diametre og koncentrationer af plast. Vi fandt, at en 1 L stikprøvestørrelse var ideel til kvantificering af microplastics i Mississippi-floden vandskel af flere grunde. Først, inden for 1 L vand fandt vi, at der var flere hundrede formodede fibre og partikler. For det andet, høj sediment masserne i prøver med diskenheder større end 1 L bremset filtrering væsentligt. For det tredje kan længere filtrering gange potentielt føre til større lab forurening. Enhedens filtrering og mulighed for at nemt tilpasse det til forskellige projekt skal lette indsamling og analyse af microplastic snavs på sub micron størrelser, som er særligt nyttige, når man studerer syntetiske fibre.

Optagelse af Unionens leddene letter fjernelse af mesh sier eller membran filtre mellem filtrering cykler men kræver, at leddene forsegles fast og omhyggeligt for at sikre mesh sier og membranfiltre sidder korrekt, som forhindrer tab af prøven ( Afsnit 3 og 5). At forhindre rivning eller revner, membran filter skal være fugtig før håndtering af det, men tør før mikroskop analyse. Brud kan forekomme i filteret membran før pumpetryk når 127 mm Hg (trin 4.2), især i prøver med høj sediment volumen. Derfor, presset skal overvåges omhyggeligt og justere efter behov.

Selvom protokol for ved hjælp af filtrering enhed afbøder problemer i forbindelse med implementering af drivgarn som tilstopning af nettet med suspenderet sedimenter, øger det prøve behandling i laboratoriet, hvilket øger chancerne for forurening. For at mindske eller fjerne risikoen for kontaminering af prøven håndtering, skal alt udstyr skylles grundigt med tilstrækkelige mængder af DI vand tre gange og tomme felter skal tages fra hver enhed (fx peristaltisk pumpe, filtrering enhed, samling container) i hele prøven indsamling, behandling og analyse. Hvert miljø og udstyr Tom vil derefter filtreres og analyseres ved hjælp af den protokol, der er skitseret i afsnit 4-6. Brugen af en ultra-rene vandfiltrering system kunne reducere risikoen for kontaminering fra DI vand bruges til skylning og tomme.

I laboratoriet, skal på mindst 20% af prøverne analyseres af to personer til at sikre konsekvent plast identifikation. Under filtrering og analyse i laboratoriet, åbne Petri retter kan tjene som lab blanks og placeres i udpegede områder for varigheden af den betragtede periode. Hvert lab Tom vil derefter blive analyseret ved hjælp af protokollen i afsnit 6. For at forhindre forurening fra Atmosfærisk deposition, dække alt udstyr med aluminiumfolie efter vaskning med Deioniseret vand.

Brug af en peristaltisk pumpe og skræddersyede microplastic filtrering enhed i denne protokol tillader brugernes hen til indsamle prøver i miljøer, der indeholder høje koncentrationer af suspenderet sediment. Desuden, denne metode tillader brugernes hen til fange og kvantificere microplastic snavs < 300 µm, specielt mikrofibre. Den procent opsving for denne protokol blev målt til at være 100% og 92% for PE partikler og nylon fibre, henholdsvis viser relativt høje genfindingsprocent. Indledende prøver blev taget i Mississippi-floden vandskel også bruger denne protokol hvor 1 L prøver gennemsnit > 200 microplastics spænder i størrelse (0,45-500 µm), form og farve. Denne protokol vil guide lignende undersøgelser om skæbne og effekter og kilder til microplastics.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Det projekt, hvortil denne protokol blev etableret blev finansieret af National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Marine vragrester Program (# NA16NO29990029). Vi takker Miles Corcoran på nationale store floder forskning og uddannelse Center (NGRREC) i Alton, Illinois, for at få hjælp med site udvælgelse og båd drift. Felt og lab arbejde blev afsluttet ved hjælp af Camille Buckley, Michael Abegg, Josiah Wray og Rebecca Wagner.

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).
Prøveudtagning, sortering og kendetegner Microplastics i akvatiske miljøer med høj suspenderet Sediment belastninger og store flydende vragrester
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

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