Waiting
Login processing...

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

Environment

Bemonstering, sorteren en karakteriseren van Microplastics in aquatische milieus met hoge zwevende sedimenten ladingen en grote zwevend puin

doi: 10.3791/57969 Published: July 28, 2018

Summary

Meeste microplastic onderzoek tot op heden heeft plaatsgevonden in mariene systemen waar gesuspendeerde vaste niveaus relatief laag zijn. Focus verschuift nu naar zoetwatersystemen, die over een hoge sediment ladingen en zwevend puin beschikken kunnen. Dit protocol adressen verzamelen en analyseren van microplastic monsters van aquatische milieus waarin hoge gesuspendeerde vaste lasten.

Abstract

De alomtegenwoordige aanwezigheid van kunststof puin in de Oceaan wordt algemeen erkend door de openbare, wetenschappelijke gemeenschappen, en overheidsinstellingen. Echter pas onlangs hebben microplastics in zoetwatersystemen, zoals rivieren, meren, gekwantificeerd. Microplastic bemonstering op het oppervlak meestal bestaat uit het implementeren van drijfnetten achter ofwel een stilstaand of langzaam bewegend boot, waardoor de bemonstering omgevingen met lage niveaus van sedimenten en zwevende of onder het zeeoppervlak puin wordt beperkt. Eerdere studies die in dienst van drijfnetten voor het verzamelen van puin microplastic meestal gebruikt netten met ≥300 µm maaswijdte, waardoor kunststof puin (deeltjes en vezels) onder deze grootte passeren van het net te ontsnappen kwantificering. Het protocol gedetailleerde hier maakt: 1) sample collectie in omgevingen met hoge ladingen en drijvende opgeschort of ondergedompeld puin en 2) de opname en kwantificering van microplastic deeltjes en vezels < 300 µm. watermonsters werden verzameld met behulp van een peristaltische pomp in lage dichtheid polyetheen (PE) containers worden opgeslagen voordat deze worden gefilterd of geanalyseerd in het lab. Filtratie werd gedaan met een op maat gemaakte microplastic filtratie apparaat met afneembare Unie gewrichten die gehuisvest nylon mesh zeven en gemengd cellulose ester membraanfilters. Mesh zeven en membraanfilters werden onderzocht met een stereomicroscoop te kwantificeren en te scheiden microplastic deeltjes en vezels. Deze materialen werden vervolgens onderzocht met behulp van een micro-verzwakt totale reflectantie Fourier transform infrared spectrometer (micro ATR-FTIR) om microplastic polymeer type te bepalen. Herstel werd gemeten door het stekelige monsters met behulp van blauwe PE deeltjes en groene nylon vezels; percentage herstel was vastbesloten om te worden 100% voor deeltjes en 92% voor vezels. Dit protocol zal begeleiden soortgelijke studies op microplastics in hoge snelheid rivieren met hoge concentraties van sediment. Met eenvoudige aanpassingen op de peristaltische pomp en filtratie apparaat, kunnen gebruikers verzamelen en analyseren van verschillende monster volumes en deeltjes maten.

Introduction

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

Kunststof werd het eerst waargenomen in de oceaan zo vroeg als de jaren 1930-1. Recente ramingen van kunststof zeeafval bereik meer dan 243,000 metrische ton (MT) van plastic op het oceaanoppervlak aan 4,8-12,7 miljoen MT plastic invoeren van de oceaan van terrestrische bronnen jaarlijks2,3. Vroege studies op kunststof zeeafval gericht op macroplastics (> 5 mm diameter) omdat ze gemakkelijk zichtbaar en meetbaar. Echter het werd onlangs ontdekt dat macroplastics vertegenwoordigen < 10% van plastic puin, door graaf, in de Oceaan, waarmee wordt aangegeven dat de overgrote meerderheid van kunststof puin microplastic (< 5 mm diameter)2.

Microplastics zijn gecategoriseerd in twee groepen: primaire en secundaire microplastics. Primaire microplastics bestaan uit kunststoffen die worden vervaardigd op een diameter < 5 mm en nurdles, rauwe pellets gebruikt voor het maken van consumentenproducten, microbeads gebruikt als exfoliërende in verzorgingsproducten (bijvoorbeeld gezicht wassen, body scrub, omvatten tandpasta), en schuurmiddelen of smeermiddelen in de industrie. Secundaire microplastics worden gemaakt binnen de omgeving op grotere plastic puin is versnipperd door fotolyse, schuren en microbiële afbraak4,5. Synthetische vezels zijn ook secundaire microplastics en een groeiende bezorgdheid. Een enkel kledingstuk kunt vrijgeven > 1.900 vezels per wasbeurt in een binnenlandse wasmachine-6. Deze microfibers, evenals microbeads van producten voor persoonlijke verzorging, worden naar beneden afvoeren en in het riool gewassen alvorens afvalwater behandelingen planten. Murphy (2016) vinden dat een waterzuiveringsstation serveren een bevolking van 650.000 de concentratie microplastic 98,4% uit influent om afvalwater, beperkt nog 65 miljoen microplastics bleef in afvalwater en slib elke dag7. Zelfs met hoge percentages van microplastics wordt verwijderd tijdens de behandelingsprocessen, miljoenen, mogelijk miljarden, van microplastics rioolwaterzuiveringsinstallaties dagelijks passeren en voer oppervlaktewateren in afvalwater6,8 ,9,10,11.

Door hun milieu vrijval, microplastics in de spijsvertering en luchtwegen weefsels van mariene organismen gevonden over alle trofische niveaus12,13,14,15. Hun effect na opname variabel, met een aantal is studies niet observeren schade, terwijl anderen vele effecten zoals de fysische en chemische weefsel schade4,6,14,15 tonen. Door deze ontdekkingen, belang op dit gebied toegenomen in de afgelopen vijf decennia. Echter pas onlangs zijn begonnen met het kwantificeren van plastic afval, met name microplastics, in zoetwatersystemen, zoals rivieren, meren, of beoordelen van het effect op de organismen woning in deze habitats12,16, studies 17,18. Rivieren zijn een belangrijke bron van kunststof puin gevonden in de Oceaan, als zij ontvangen afvalwater afvalwater en oppervlaktewater afvoer die microplastics en macroplastics bevatten.

Het protocol hier gedetailleerde inzetbaar monsters te verzamelen microplastic waar drijfnetten zijn niet haalbaar is; in het bijzonder zwevend in aquatische milieus met hoge concentraties van sedimenten en grote puin als de Mississippi rivier. De Mississippi River stroomgebied is een van's werelds grootste en heeft een inwoneraantal van > 90 miljoen mensen, waarschijnlijk waardoor het een van de grootste bronnen van kunststof puin tot de oceaan19,20. Elk jaar, de Mississippi kwiklozingen gemiddeld met 735 km3 van zoet water in de Golf van Mexico, samen met hoge concentraties van sedimenten (~ 60 tot > 800 mg/L) en grote puin13,21. Watermonsters werden verzameld in twee diepten (dat wil zeggen, oppervlak en 0.6-diepte) op verschillende plaatsen langs de Mississippi rivier en haar zijrivieren in doorschijnende 1 L lage dichtheid polyetheen (PE) containers gebruik een peristaltische pomp. In het lab werden monsters gefilterd met behulp van nylon mesh zeven en gemengde cellulose ester membraanfilters gelijktijdig met een op maat gemaakte 63.5 mm (2.5 inch) PVC (polyvinylchloride) cilinder met Unie gewrichten te voegen van de zeven en filters22. De opname van PVC vakbonden in de filtratie apparaat kan voor filtratie door zo veel of zo weinig deeltje grootteklassen zoals gewenst. Bovendien kan het worden gebruikt om vast te leggen microplastic puin tot sub micron grootte met behulp van membraanfilters, bij de studie van synthetische vezels. Nadat gefilterd, monsters werden gedroogd en vermoedelijke kunststoffen werden geïdentificeerd en gesorteerd van de mesh zeven en membraanfilters onder een stereomicroscoop. Vermoedelijke kunststoffen werden vervolgens onderzocht met behulp van micro-verzwakt totale reflectantie Fourier transform infrarood spectroscopie (micro ATR-FTIR) te elimineren van de niet-synthetische materialen of polymeer type bepalen. Gezien de omvang van microplastic deeltjes en vezels is besmetting gemeengoed. Bronnen van besmetting zijn atmosferische depositie, kleding, veld en lab-apparatuur, evenals gedeïoniseerd (DI) water bronnen. Meerdere stappen zijn opgenomen in het gehele protocol ter beperking van verontreiniging uit diverse bronnen terwijl het uitvoeren van alle fasen van de studie.

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. water Sample collectie

  1. Verzamelen van watermonsters en gegevens van de kwaliteit van belang per boot waar de rivier is goed gemengd, ideaal op locaties waar rivier werkgebied of geen kwijting (b.v., United States Geological Survey (USGS) meten stations) heet water. 20 om te verzekeren dat het water goed gemengd is, begeleiden de boot met behulp van een handheld meter ondergedompeld in de rivier waar de geleidbaarheid relatief constant blijft.
  2. Op bemonsteringsplaatsen, record locatie coördinaten en diepte. Vind je de 0.6-diepte, vermenigvuldigt u de totale diepte gewoon met 0,6. Maatregel de parameters van de kwaliteit van het water van belang (b.v., troebelheid, temperatuur, conductiviteit, pH en opgeloste zuurstof (DO)) met behulp van een handheld meter. Voor het meten van de parameters, pomp monster water uit de gewenste diepte in een wide-mond container met behulp van de peristaltische pomp en meteen de metingen (stap 1.5).
  3. Gebruik een peristaltische pomp met buizen te verkrijgen van monsters van oppervlaktewater en 0.6-diepte. De juiste slang lengte hechten aan de pomp voor de gegeven diepte.
    1. Als gevolg van de sterke stromingen in riviersystemen, hechten een keten van 6,4 mm gelast aan de slang van de pomp met behulp van treksluiters gewicht de buis. Aan het einde van de keten, plaatst u een gewicht of cement blok aan verdere gewicht de keten en buizen vergadering.
      Let op: Koppel het gewicht of cement blok niet rechtstreeks naar de slang van de pomp.
  4. Het afvalwater uiteinde van de buis plaatsen over de rand van de boot, uit de buurt van kleding die vezels kan werpen. Langzaam lager het influent einde van de buis op de gewenste diepte (dat wil zeggen, de oppervlakte of 0.6-diepte). Voer vervolgens de pomp in omgekeerde volgorde voor het zuiveren van de buis met lucht voor ten minste 30 s. Na de lucht zuiveren, de pomp richting omkeren en spoel de buis met water van het monster uit de gewenste diepte terwijl het water voor de afvoer van de boot of in een afvalcontainer. De pomp stoppen nadat de buis heeft zijn gespoeld voor ten minste 30 s.
  5. Spoel de container gebruikt voor water kwaliteit metingen driemaal met monster water, dumpen het spoelwater telkens. Zodra gespoeld, vul de container met monster water en meten van de water kwaliteitsparameters van belang met behulp van een handheld meter (stap 1.2).
  6. Een microplastic deelsteekproef verzamelen door het plaatsen van de buizen afvalwater verpakkingsgasssen gelabelde, 1 L dat is vooraf gespoeld met ten minste 250 mL DI water drie keer geweest. Vervolgens spoel de container extra driemaal met het voorbeeld water, teruggooi het spoelwater telkens. Zodra de container microplastic is gespoeld, vul het met het monster.
  7. Gebruikend de zelfde peristaltische pomp-methode, beschreven in stap 1.6, verzamelen een deelmonster voor de totale hoeveelheid zwevende deeltjes (TSS) in een label, 250 mL fles die heeft vooraf gespoeld met ten minste 100 mL DI water drie keer geweest. Spoel de fles drie vaker met monster water, teruggooi het spoelwater telkens. Zodra de container TSS is gespoeld, vul het met het monster.
  8. Verzamel veld triplicates en lege invulruimten. ten minste eenmaal per dag in het veld, op dezelfde wijze zoals beschreven in stappen 1.6-1.7, voor kwaliteit garantie/kwaliteit controledoeleinden (QA/QC). Het verzamelen van een leeg, breng twee 1 L containers van DI water aan het veld. Na het wissen van de slang van de pomp met lucht, opent de eerste container DI water en spoel de slang van de pomp met behulp van de methode die is beschreven in stap 1.4. Zodra de slang is gespoeld, opent de tweede container van DI water en pomp het in een lege container in 1 L en een 250 mL fles voor microplastic en TSS vormstukken, respectievelijk.
  9. Bewaren de microplastic en TSS deelmonsters op ijs tot terugkeer naar het lab, waar ze zullen worden opgeslagen bij-20 ° C totdat zij worden verwerkt.
    Let op: Zorg ervoor dat sommige hoofd ruimte in de steekproef containers te laten zodat ze niet beschadigd zijn als gevolg van de uitbreiding van het ijs wanneer bevriezing.
    Opmerking: Het protocol kan hier worden gepauzeerd.

2. TSS bepaling

  1. Gebruik United States Environmental Protection Agency (USEPA) methode 160,2 TSS bepalen met de 250 mL deelmonsters verzameld in het veld23. De berekende TSS waarden vergelijken met de totale kunststof gevonden.

3. Microplastic filtratie apparaat vergadering

  1. Spoel de filtratie apparaat en nylon mesh zeven (Figuur 1) drie keer met ten minste 250 mL DI water. Plaats mesh zeven van gewenste porie-grootte (b.v., 50 µm 100 µm, 300 µm, 500 µm) in elke Unie gezamenlijke met porie grootte afnemende vanaf de top naar de onderkant van het apparaat van de filtratie (figuur 1A). Elke Unie gezamenlijke strak om te voorkomen dat lekkende afdichting.
  2. Vouw de gemengde cellulose ester membraan filter/de filters (142 mm doorsnede) van de gewenste porie forma(a)t(en) (bijvoorbeeld 0,45 µm) in de vorm van een kegel en leg deze in de filtratie-apparaat:
    Opmerking: Vouwen van het membraanfilter zorgt voor meer oppervlakte Voorkom verstopping van het filter.
    1. Natte de membraanfilter met DI water. Vouw het membraanfilter in de vorm van een kegel met een diameter die in de filtratie apparaat past terwijl vochtige. Ook een kleine lip langs de rand van de kegel te vouwen zodat deze over de bovenkant van de Unie gezamenlijke (figuur 1B past).
      Let op: Het membraanfilter moet worden nat voordat vouwen om te voorkomen dat scheuren.
    2. Plaats de roestvast stalen gaas mand in de laatste Unie gezamenlijke (Figuur 1 c). Zorgvuldig plaatst de kegel-vormig membraanfilter in de mand (Figuur 1 d). Vouw de lip van de membraanfilter over de rand van de Unie gezamenlijke.
      Opmerking: De mesh mand zal steunen van het filter en breuk verminderen wanneer een vacuüm is toegepast.
  3. Plaats een mesh zeef met de kleinste gewenste poriegrootte (bijvoorbeeld 50 µm) op de top van het membraanfilter in de laatste Unie gemeenschappelijke te zien in Figuur 1.
    Opmerking: Dit biedt extra ondersteuning om het membraanfilter op zijn plaats te houden tijdens de filtratie.
  4. Zodra alle Unie gewrichten zijn strak verzegeld, hechten de slang vanaf de bovenkant van de filter kolf aan de basis van de filtratie apparaat. Vervolgens de slang van de kant van de filter kolf aan de vacuümpomp zoals geïllustreerd in Figuur 2te koppelen.

Figure 1
Figuur 1 : Vergadering van de filtratie apparaat. (A) de filtratie apparaat wordt opgebouwd door het plaatsen van mesh zeven van gewenste poriegrootte in de bovenste Unie gewrichten. (B) de gemengde cellulose ester membraan filter/de filters moet worden gevouwen in een kegel-vormig aan de diameter van de filtratie apparaat; de kegel dient een kleine lip aan over de rand van de Unie gezamenlijke om het filter op zijn plaats veilig te stellen. (C) A mesh mand in de Unie te voegen stabiliteit aan het membraanfilter geplaatst. (D) de gevouwen membraanfilter wordt toegevoegd aan de Maas-mand en de kleinste maaswijdte van de zeef wordt geplaatst over de bovenkant van het membraanfilter. (E) de volledig geassembleerd filtratie apparaat. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Vergadering van de filter kolf en pomp. Een filter kolf is aangesloten op de filtratie apparaat vacuüm adapter met behulp van een duidelijke vinyl buis. De filtering kolf is dan aan de vacuümpomp gekoppeld. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

4. monster filtratie

  1. Verzamelen apparatuur spaties vóór filtratie telkens wanneer die het apparaat is gemonteerd. Spoel het apparaat driemaal met ten minste 250 mL DI water voordat de blanco is verzameld. Deze lege cellen worden verzameld met behulp van de stappen in stappen 4.2-4.4.
  2. Zet de vacuümpomp aan. Zorg ervoor dat de druk van de vacuümpomp niet hoger is dan 127 mm Hg, of de membraanfilter kon scheuren.
    Let op: Afhankelijk van het debiet van monster filtratie, kon druk toenemen binnen de filtratie apparaat als sediment de mesh zeven of membraanfilters klompen. Dit kan leiden tot een breuk in de membraanfilter vóór het bereiken van een lezing van 127 mm Hg. Om deze reden, nauwlettend de druk zoals het mogelijk moeten worden bijgesteld onder 127 mm Hg op basis van de steekproef door monster.
  3. Gebruik een 500 mL studeerde aan de cilinder, triple gespoeld met ten minste 250 mL DI water, voor het meten van het totale volume van het monster. Opnemen van het volume en het monster van de gegradueerde cilinder naar de filtratie apparaat overbrengt.
    Let op: Afhankelijk van de grootte van het watermonster en de filtering kolf wellicht de filtering kolf meerdere malen tijdens de filtratie van het monster worden geleegd.
    1. Leeg de filtering kolf, uitschakelen van de pomp en loskoppelen van de twee slangen uit de kolf. Leeg de kolf in een aparte afvalcontainer.
      Let op: Houd het gefilterde monster water totdat de gehele steekproef is gefilterd en wordt bevestigd dat de membraanfilter intact is.
    2. De filtratie-cyclus blijven, opnieuw koppelen de slangen aan de filter maatkolf, zoals beschreven in stap 3.4 en inschakelen van de pomp.
  4. Zodra de gehele steekproef is gefilterd, spoel de monsterrecipiënt en geleidelijke cilinder driemaal met ten minste 250 mL DI water. Na elke spoeling, filteren van het water gebruikt voor het spoelen van de container en gegradueerde cilinder om alle deeltjes zijn gefilterd.

5. Microplastic filtratie apparaat demontage

  1. Spoel de wanden van de filtratie apparaat driemaal met ten minste 250 mL DI water om ervoor te zorgen dat alle deeltjes zijn gefilterd en geen op de filtratie apparaat blijven.
  2. Uitschakelen van de vacuümpomp, en vervolgens zorgvuldig losschroeven en loskoppelen van de eerste Unie. De pomp terug inschakelen en gebruiken van een hulpprogramma voor het wassen van de DI-waterfles te spoelen van de randen van de Unie gezamenlijke. Wassen deeltjes aan de randen van de maaswijdte van de zeef naar het midden om ervoor te zorgen dat ze worden allemaal verzameld.
  3. Het uitschakelen van de pomp en verwijder de maaswijdte van de zeef zorgvuldig met schone pincet, om ervoor te zorgen niet aan te raken de deeltjes op het oppervlak van de maaswijdte van de zeef. Plaats de maaswijdte van de zeef in een overdekte petrischaal en drogen op 60 ᵒC gedurende 24 uur. Eenmaal droog, kunnen monsters worden opgeslagen totdat analyse kan beginnen.
  4. Herhaal stap 5.1-5.3 voor elke Unie gezamenlijke huisvesting een maaswijdte van de zeef.
  5. Voor de laatste Unie gezamenlijke dat een mesh zeef en membraan filter huizen, herhaalt u stap 5.1-5.3 voor de maaswijdte van de zeef.
    Let op: Wees voorzichtig met het spoelen van de maaswijdte van de zeef, zoals monster verloren worden kan als gespoeld onder de membraanfilter.
  6. Zet de vacuümpomp en de randen van de membraanfilter door middel van een fles van DI water wassen spoelen. Wassen deeltjes aan de randen van het membraanfilter in het midden om dat het volledige monster wordt gefilterd. Voordat het verwijderen van de Membraanfilter, ervoor zorgen dat al het water erdoor heeft aangenomen en dat er geen water op het oppervlak is bundeling.
    Let op: Nogmaals, wees voorzichtig met het spoelen van het membraanfilter als voorbeeld verloren worden kan als gespoeld eronder.
  7. Verwijder voorzichtig en ontvouwen de membraanfilter met de pincet. Plaats het membraanfilter in een petrischaal of folie envelop geschikt is voor de diameter.
    Opmerking: Het membraanfilter moet worden vochtig terwijl behandeld om te voorkomen dat scheuren.
  8. De overdekte membraanfilter in de oven op 60 ᵒC gedurende 24 uur drogen. Eenmaal droog, slaan monsters tot analyse kan beginnen.
    Opmerking: Het protocol kan hier worden gepauzeerd.

6. deeltjes analyse

  1. Laat de maaswijdte van de zeef of membraan filteren in de petrischaal en verwijder alleen het deksel om te beginnen met het onderzoeken van het monster voor microplastics. Dit zal ervoor zorgen dat als alle deeltjes af het gaas zeef of membraan filter dat zij in de petrischaal, die kan worden geanalyseerd blijven zullen na vallen alle deeltjes worden verwijderd uit het gaas zeef of het membraan filter.
  2. Onderzoeken het gaas zeef of het membraan filter onder een stereomicroscoop (14-90 X vergroting) om verdachte plastic deeltjes en vezels te identificeren. Gebruik de volgende criteria bij het bepalen van de vermoedelijke kunststoffen: geen cellulaire structuur, vezels zijn gelijke dikte in de gehele, en deeltjes niet glanzend24.
  3. Verwijderen van alle verdachte kunststoffen uit het gaas zeef of het membraan filter en plaats ze in een flesje van de collectie met 70% ethanol. De kleur en de vorm (bijvoorbeeld deeltjes, vezel, film, enz.) van elke vermoedelijke kunststof opnemen.
  4. Zodra alle vermoedelijke plastics zijn verwijderd uit het gaas zeef of het membraan filter en gekwantificeerd, onderzoeken zowel de deksel en de onderkant van de petrischaal na stappen 6.2-6.3.
  5. Na de Maas zeef of membraanfilter en petrischaal hebben onderzocht en alle vermoedelijke plastics verwijderd en gekwantificeerd, plaats de deeltjes of de vezels van de flacon van de collectie op een dia 12-sleuf aluminium gecoat voor analyse met behulp van een micro ATR-FTIR.
    Opmerking: Het is niet altijd haalbaar om elke vermoedelijke kunststof op de micro ATR-FTIR testen. Daarom, "strategisch Kies" het bedrag dat zal ingaan op de doelstellingen van de studie en de anomalieën in de vermoedelijke kunststoffen (bijvoorbeeld een groot aantal vergelijkbare vezels of deeltjes)25. Test in algemene zin, zoals veel kunststoffen als mogelijk, maar niet minder dan 20 verdacht %.
    1. Zodra verdachte kunststoffen worden geanalyseerd met behulp van micro ATR-FTIR, de spectrale database gebruiken om te bepalen of een monster bestaat uit kunststof en, zo ja, bepalen van de kunststof polymeer 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

Voor het valideren van de tarieven van de terugwinning van dit protocol, drie monsters (V1-V3) van Oso Bay, werden Corpus Christi, Texas (grenzend aan het Texas A & M University-Corpus Christi Campus), verrijkt met 10 blauwe PE-deeltjes (variërend van 50-100 µm in diameter) en 50 groene nylon vezels van verschillende lengtes (Figuur 3). Monster TSS werd berekend (deel 2) waarna de monsters werden gefilterd met behulp van de methoden die worden beschreven in secties 3-5. De blauwe PE deeltjes en groene nylon vezels vervolgens werden gescheiden en gekwantificeerd (tabel 1). Andere vezels en deeltjes werden waargenomen op het gaas zeven en membraanfilters, waarschijnlijk afgeleid van het watermonster Oso Bay. Gemiddeld werden 100% van de PE-deeltjes en 92% van de nylon vezels teruggevonden. Een verlies van vezels mogelijk als gevolg van een kleine hoeveelheid monster verlies tijdens de filtratie of onjuiste identificatie.

Een lege apparatuur werd bijeengezocht uit de filtratie apparaat door 1000 mL DI water filteren. Deze blanco werd geanalyseerd met behulp van 100 µm 50 µm mesh zeven en een membraanfilter van 0,45 µm. Een totaal van 7 vezels (blauw en duidelijk) werden gevonden in de apparatuur leeg. Deze besmetting kan zijn geweest van de filtratie apparaat, laboratoriumapparatuur, atmosferische depositie of DI-water. De vezels werden echter niet vergelijkbaar met de blauwe PE deeltjes en groene nylon vezels gebruikt oploopt van de monsters.

Dit protocol was gemaakt voor het verwerken van monsters van de Mississippi River stroomgebied, met inbegrip van de instroom van de rivier van de Mississippi en de Missouri-rivier. Voorlopige analyses van de rivier van de Mississippi en de Missouri rivier had een gemiddelde TSS van 63 mg/L. Terwijl de TSS waarden van Oso Bay meestal onder die waargenomen in het stroomgebied van de Mississippi rivier zijn, werd sediment opzettelijk verstoord vóór waterwinning te simuleren van hogere concentraties van zwevende sedimenten die kunnen worden aangetroffen in de grote rivier systemen. De gemiddelde TSS in de Oso Bay monsters was 1,865 mg/L, die is ~ 30 maal hoger dan de TSS berekend voor de Mississippi en de Missouri River monsters. De troebele Oso Bay monsters stellen voor succesvolle filtratie voor monsters met een TSS van maximaal ~ 1800 mg/L met behulp van de technieken beschreven hier.

Figure 3
Figuur 3 : Deeltjes en vezels gebruikt voor percentage herstel validatie. Afbeelding van twee blauwe PE-deeltjes en twee groene nylon vezels in een waaier van formaten gebruikt oploopt van de monsters van de validatie van Oso Bay in Corpus Christi, Texas. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Monster TSS (g/L) 0,45 micrometer 50 μm 100 μm Totaal % Hersteld
Vezels Deeltjes Vezels Deeltjes Vezels Deeltjes Vezels Deeltjes Vezels Deeltjes
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: resultaten van de validatie monsters. Een bepaald aantal blauwe PE deeltjes en groene nylon vezels zijn toegevoegd aan monsters van Oso Bay in Corpus Christi, Texas, voor het valideren van de filtratie apparaat- en analyse-protocol. Drie microplastic validatie monsters (V1-V3) en één TSS monster werden genomen op dezelfde locatie aan de oever van de Oso Bay. De vezels en deeltjes werden gekwantificeerd voor elke poriegrootte en een totaal is berekend voor elk monster validatie. Met behulp van de bekende hoeveelheid vezels en deeltjes gebruikt de monsters en de totale verhaald van elk monster oploopt, werd het percentage herstel berekend.

Het protocol is ook ontworpen om monster rivieren uit twee diepten: het oppervlak (de diepte van de rivier met de hoogste snelheid) en 0.6-diepte (de diepte van de rivier met ongeveer gemiddelde snelheid voor de hele waterkolom). Monsters van de rivier van de Mississippi en de Missouri rivier (tabel 2) werden verzameld en geanalyseerd zoals hierboven beschreven. Onderzoek naar het effect van diepte op microplastic concentratie, de eerste en tweede monsters zijn genomen op dezelfde locatie (dat wil zeggen, de Mississippi rivier in Alton, Illinois) maar op verschillende diepten. Onderzoek naar de mogelijke gevolgen van bemonstering locatie op microplastic laden, zijn de eerste en de derde monsters genomen op dezelfde diepte, maar op verschillende locaties (dat wil zeggen, de Mississippi rivier in Alton (Illinois), en de Missouri-rivier boven Saint Louis, Missouri). Voorbeelden van de vezels en deeltjes die gevonden in de voorlopige Mississippi River basin monsters worden weergegeven in Figuur 4.

Locatie USGS meten Station Diepte Troebelheid SS4 Vezels Deeltjes Vezels Deeltjes Vezels Deeltjes Vezels Deeltjes Totaal Glasvezel / Particule verhouding
0,45 mm 50 mm 100 mm Totaal
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 bodem, MO USGS 06935965 0 30,8 0,036 122 4 57 0 37 0 216 4 220 54
MS = Mississippi rivier; MO = Missouri River

Tabel 2: Mississippi River stroomgebied verzamelen en analyseren voorbeeldgegevens. Voorlopige monsters werden verzameld in de buurt van USGS ijken van de stations op de rivier van de Mississippi en de Missouri rivier. Diepte (m), troebelheid (NTU) en TSS (mg/L) werden gemeten voor elke site. Monsters werden gefilterd en geanalyseerd naar aanleiding van dit protocol. Vezels en deeltjes werden gekwantificeerd voor 50 µm en 100 µm poriegrootte gaas zeven evenals een membraanfilter van 0,45 µm. Als gevolg van een gebrek aan materialen verzameld op een maaswijdte van de zeef 500 µm, wordt dit formaat uitgesloten van de resultaten gepresenteerd.

Figure 4
Figuur 4 : Voorbeeld deeltjes en vezels gevonden in voorlopige monsters van de Mississippi River stroomgebied. Beelden van vezels en deeltjes gekwantificeerd in een monster (tabel 2) van het oppervlak van de Mississippi rivier in Alton (Illinois). (A) afbeelding van twee blauwe vezels die in grootte op een membraanfilter van 0,45 µm variëren. (B) afbeelding van een rood deeltjes en diverse vezels gevonden op een maaswijdte van 50 µm de zeef, het bereik in kleur, de grootte en vorm van de microplastics gevonden in het stroomgebied van de Mississippi rivier. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

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 collectie met drijfnetten is de conventionele methode in omgevingen zoals de oceaan waar zowel sediment en kunststof concentraties laag, dus vereisen grote steekproef volumes zijn. Drijfnetten zijn echter niet altijd praktisch of veilig in rivieren met hoge sediment ladingen en grote drijvende of verzonken puin. Bovendien is het niet haalbaar om een drijfnetten gebruiken wanneer probeert te grondig vangen en kwantificeren microplastic materialen, met name vezels, zoals de meeste netten gebruikt voor kunststof enquêtes mesh hebben maten ≥300 µm. Het protocol beschreven in dit document staat voor bemonstering in waterbodies met hoge sediment ladingen ook voorzien in de mogelijkheid de verovering van microplastics < 300 µm in diameter. De methode en het filter niet-functionerende apparaat zijn veelzijdig en kunnen worden aangepast aan specifieke projectbehoeften. Gegevens die zijn verkregen met dit protocol zal bovendien helpen ontwikkelen van risicobeperkende strategieën ter verbetering van de waterkwaliteit en het meten van de effectiviteit van deze strategieën, zoals het recente verbod van microbead26.

Deze methode schakelt de besturing in van monster collectie diepte, volume invoer en scheiding van microplastics in grootteklassen terwijl de administratieve verwerking van meerdere bronnen van verontreiniging. Gebruik een peristaltische pomp staat de gebruiker monsters te verzamelen op iedere gewenste diepte door de lengte van de slang van de pomp aan te passen. Gebruikers kunnen gemakkelijk het volume monster met het gebruik van de filtratie-inrichting, terwijl het afneembare Unie beslag toestaan van aanpassingen voor filtermateriaal en poriën maten zodat variabele diameters en concentraties van kunststof. We vonden dat de grootte van de steekproef van een 1 L ideaal was voor het kwantificeren van microplastics in het stroomgebied van de Mississippi rivier om verschillende redenen. Ten eerste, binnen 1 L water, we vonden dat er honderden vermoedelijke vezels en deeltjes. Ten tweede, de massa van de hoge sediment in monsters met volumes die groter zijn dan 1 L vertraagd filteren aanzienlijk. Ten derde kunnen meer filteren keer leiden tot meer verontreiniging van het lab. De filtratie-apparaat en de mogelijkheid om gemakkelijk aan te passen aan verschillende project moeten vergemakkelijken het verzamelen en analyseren van microplastic puin bij sub micron grootte, die is met name handig bij de studie van synthetische vezels.

De integratie van de Unie gewrichten vergemakkelijkt het verwijderen van mesh zeven of membraan filters tussen filtratie cycli maar vereist dat gewrichten stevig worden verzegeld en zorgvuldig om ervoor te zorgen net zeven en membraanfilters zitten goed, waardoor het verlies van monster ( Hoofdstukken 3 en 5). Om te voorkomen dat scheuren of kraken, het membraan filter moet vochtig voordat de behandeling, maar drogen voor Microscoop analyse. Bezwijken kan optreden in de membraanfilter voordat de pompdruk 127 mm Hg (stappen 4.2), met name in monsters met hoge sediment volume bereikt. Daarom is de druk moet zorgvuldig worden bekeken en naar wens aanpassen.

Hoewel het protocol voor het gebruik van de filtratie apparaat problemen in verband verlicht met het implementeren van drijfnetten, zoals verstopping van het net met sedimenten, verhoogt het de verwerking van het monster in het lab, dat de kans op besmetting verhoogt. Te verminderen of elimineren van potentiële verontreiniging uit monster hanteren, moet alle uitrusting grondig worden uitgespoeld met voldoende hoeveelheden DI water drie keer en spaties moeten worden genomen vanaf elk apparaat (bijvoorbeeld peristaltische pomp, filtratie apparaat, collectie container) in de gehele steekproef verzameling, verwerking en analyse. Elke omgeving en de toestellen leeg zal dan worden gefilterd en geanalyseerd met behulp van het protocol beschreven in secties 4-6. Het gebruik van een ultra pure water filtratiesysteem zou kunnen verminderen potentiële verontreiniging van DI water gebruikt voor spoelen en lege invulruimten.

In het lab, moet ten minste 20% van de monsters worden geanalyseerd door twee personen om consistente kunststof identificatie te garanderen. Tijdens de filtratie en analyse in het lab, open Petri gerechten kunnen dienen als lab spaties en voor de duur van de analyseperiode in aangewezen gebieden worden geplaatst. Elk lab leeg zal vervolgens worden geanalyseerd met behulp van het protocol in sectie 6. Om te voorkomen dat besmetting van atmosferische depositie, van toepassing op alle apparatuur met aluminiumfolie na het wassen met DI water.

Het gebruik van een peristaltische pomp en op maat gemaakte microplastic filtratie apparaat in dit protocol kan gebruikers voor het verzamelen van monsters in omgevingen met hoge concentraties van sedimenten. Bovendien, deze methode kan gebruikers om te vangen en te kwantificeren microplastic puin < 300 µm, specifiek microfibers. Het percentage herstel voor dit protocol werd gemeten om te worden 100% en 92% voor PE deeltjes en nylon vezels, respectievelijk, relatief hoge herstel tarieven tonen. Voorlopige monsters werden genomen in het stroomgebied van de Mississippi rivier ook met behulp van dit protocol waar 1 L monsters gemiddeld > 200 microplastics variërend in grootte (0,45-500 µm), vorm en kleur. Dit protocol zal begeleiden soortgelijke studies op het lot, effecten en bronnen van microplastics.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Het project waarvoor dit protocol werd opgericht werd gefinancierd door de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) mariene puin programma (# NA16NO29990029). Wij danken Miles Corcoran bij de nationale grote rivieren Research and Education Center (NGRREC) in Alton (Illinois), voor hulp bij selectie en boot werking van de site. Veld en lab werk werd voltooid met de hulp van Camille Buckley, Michael Abegg, Josiah Wray en 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).
Bemonstering, sorteren en karakteriseren van Microplastics in aquatische milieus met hoge zwevende sedimenten ladingen en grote zwevend puin
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