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Environment

Campionamento, ordinamento e caratterizzando microplastiche negli ambienti acquatici con carichi di materiale solido in sospensione alta e grandi detriti galleggianti

doi: 10.3791/57969 Published: July 28, 2018

Summary

Maggior parte della ricerca microplastic fino ad oggi si è verificato nei sistemi marini dove sono relativamente bassi livelli di solidi sospesi. Attenzione si sta ora spostando ai sistemi d'acqua dolce, che possono caratterizzato da carichi di alta sedimenti e detriti galleggianti. Questo protocollo risolve raccogliendo ed analizzando campioni di microplastic provenienti dagli ambienti acquatici che contengono carichi elevati di solidi sospesi.

Abstract

La presenza ubiquitaria di detriti di plastica nell'oceano è ampiamente riconosciuta dalla comunità scientifica, pubbliche e agenzie governative. Tuttavia, solo recentemente microplastiche nei sistemi d'acqua dolce, come fiumi e laghi, stato quantificato. Campionamento di Microplastic alla superficie solitamente consiste di distribuzione di reti da posta dietro neanche una barca fissa o in movimento, che limita il campionamento per ambienti con bassi livelli di sospese sedimenti e detriti galleggianti o sommersi. Gli studi precedenti che impiegate reti da posta derivanti per raccogliere microplastic detriti in genere utilizzato reti con ≥ 300 µm maglia, permettendo di detriti in plastica (particelle e fibre) sotto questa dimensione per passare attraverso la rete e quantificazione di eludere. Il protocollo dettagliato qui consente: 1) campionario in ambienti con alta sospesi carichi e galleggianti o sommerse detriti, 2) la cattura e la quantificazione di fibre e particelle microplastic < 300 µm. campioni di acqua sono stati raccolti utilizzando un pompa peristaltica in contenitori di polietilene a bassa densità (PE) per essere archiviati prima di filtraggio e di analisi in laboratorio. Filtrazione è stato fatto con un dispositivo di filtrazione microplastic su misura contenenti staccabili giunti di Unione che ospitava in nylon mesh setacci e misto cellulosa filtri a membrana estere. Maglia setacci e filtri a membrana sono stati esaminati con un microscopio stereoscopico a quantificare e separare le fibre e le particelle in microplastic. Questi materiali sono stati poi esaminati usando una riflettanza totale attenuata micro Fourier transform infrared spectrometer (micro ATR-FTIR) per determinare il tipo di polimero di microplastic. Recupero è stata misurata da chiodare campioni usando blu PE polveri e fibre di nylon verde; recupero percentuale è stata determinata per essere 100% per il particolato e 92% per le fibre. Questo protocollo guiderà studi simili su microplastiche nei fiumi ad alta velocità con alte concentrazioni di sedimento. Con semplici modifiche alla pompa peristaltica e dispositivo di filtrazione, gli utenti possono raccogliere e analizzare i vari volumi di campione e dimensioni del particolato.

Introduction

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Plastica in primo luogo è stata osservata nell'oceano più presto 1930s1. Stime recenti della gamma di detriti marini di plastica da oltre 243.000 tonnellate metriche (MT) di plastica sulla superficie dell'oceano a MT 4,8-12,7 milioni di plastica entrando sull'oceano da terrestre fonti annualmente2,3. I primi studi su detriti marini plastica focalizzata sulla macroplastics (> 5 mm di diametro) come sono facilmente visibili e quantificabili. Tuttavia, recentemente è stato scoperto che rappresentano macroplastics < 10% dei detriti in plastica, dal conteggio, nell'oceano, che indica che la stragrande maggioranza dei detriti in plastica è microplastic (< 5 mm di diametro)2.

Microplastiche sono suddivise in due gruppi: microplastiche primario e secondario. Microplastiche primari sono costituiti da materie plastiche che sono fabbricate a un diametro < 5 mm e includono nurdles, crudo pellet usato per fare prodotti di consumo, microsfere usato come esfolianti in prodotti di cura personale (ad es., lavaggio del viso, scrub corpo, dentifricio in pasta) e abrasivi o lubrificanti nell'industria. Microplastiche secondari vengono creati all'interno dell'ambiente come detriti di plastica più grandi sono frammentato da fotolisi, abrasione e decomposizione microbica4,5. Fibre sintetiche sono anche microplastiche secondario e una preoccupazione crescente. Può rilasciare un singolo indumento > 1.900 fibre per lavare in lavatrice domestica6. Queste microfibre, come pure di microsfere da prodotti di cura personale, vengono lavati giù gli scoli e nel sistema fognario prima di entrare in impianti di trattamenti delle acque reflue. Murphy (2016) trovato che un impianto di trattamento delle acque reflue che serve una popolazione di 650.000 ridotto la concentrazione di microplastic di 98,4% da affluente di effluente, ancora 65 milioni microplastiche rimase in acque reflue e fanghi ogni giorno7. Anche con alte percentuali di microplastiche viene rimosso durante i processi di trattamento, milioni, forse miliardi, di microplastiche passano attraverso impianti di trattamento delle acque reflue al giorno e immettere acque superficiali degli effluenti6,8 ,9,10,11.

A causa del loro rilascio nell'ambiente, microplastiche sono stati trovati nei tessuti digestivi e respiratori di organismi marini attraverso tutti i livelli trofici12,13,14,15. Loro impatto dopo l'assorbimento è variabile, con alcuni studi danno non osservazione, mentre altri dimostrano numerosi effetti quali fisica e chimica del tessuto danno4,6,14,15. A causa di queste scoperte, l'interesse in questo campo è aumentato negli ultimi cinque decenni. Tuttavia, solo recentemente hanno cominciati a quantificare i detriti in plastica, particolarmente microplastiche, nei sistemi d'acqua dolce, come fiumi e laghi, o valutare l'effetto sugli organismi che abitano in questi habitat12,16, studi 17,18. I fiumi sono una fonte importante di plastica detriti trovati nell'oceano come ricevono scarichi di acque reflue e il deflusso di acque superficiali che contengono microplastiche e macroplastics.

Il protocollo dettagliato qui può essere utilizzato per raccogliere campioni di microplastic dove le reti da posta derivanti non sono realizzabili; in particolare, negli ambienti acquatici con alte concentrazioni di sedimenti sospesi e grandi detriti come il fiume Mississippi galleggianti. Lo spartiacque del fiume del Mississippi è uno dei più grandi del mondo ed ha una popolazione di > 90 milioni di persone, probabilmente rendendola una delle maggiori fonti di detriti in plastica per l'oceano19,20. Ogni anno, il fiume del Mississippi gli scarichi una media di 735 km3 di acqua dolce nel Golfo del Messico, insieme con alte concentrazioni di sedimenti sospesi (~ 60 a > 800 mg/L) e grandi detriti13,21. Sono stati raccolti campioni di acqua a due profondità (cioè, superficie e profondità di 0,6) in varie località lungo il fiume Mississippi e i suoi affluenti in contenitori di polietilene a bassa densità (PE) 1L traslucido utilizzando una pompa peristaltica. In laboratorio, i campioni sono stati filtrati utilizzando nylon mesh setacci e filtri a membrana estere mista cellulosa simultaneamente con un cilindro di cloruro di polivinile (PVC) su misura 63,5 mm (2,5 pollici) con giunti di Unione per inserire i filtri e setacci22. L'inclusione delle unioni di PVC nel dispositivo di filtrazione permette per la filtrazione di come tante o poche classi di dimensione delle particelle come desiderato. Inoltre, può essere utilizzato per catturare microplastic detriti fino a dimensioni inferiori al micron utilizzando filtri a membrana quando si studia fibre sintetiche. Una volta filtrato, i campioni sono stati essiccati e materie plastiche sospette sono state identificate e ordinate dalla maglia setacci e filtri a membrana sotto un microscopio stereoscopico. Materie plastiche sospetta quindi sono state esaminate usando micro-attenuato di riflettanza totale spettroscopia infrarossa trasformata di Fourier (micro ATR-FTIR) per eliminare i materiali non sintetici o per determinare il tipo di polimero. Considerando le dimensioni di microplastic polveri e fibre, la contaminazione è all'ordine del giorno. Fonti di contaminazione includono la deposizione atmosferica, abbigliamento, attrezzature di laboratorio e di campo, come pure deionizzata (DI) fonti d'acqua. Più passaggi sono incluse in tutto il protocollo per ridurre la contaminazione da varie fonti durante lo svolgimento di tutte le fasi dello studio.

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Protocol

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1. raccolta di campioni di acqua

  1. Raccogliere campioni d'acqua e acqua dati di qualità di interesse in barca dove il fiume è ben mescolato, idealmente alle posizioni dove la fase di fiume o di scarico è noto (ad esempio, stazioni di misura di United States Geological Survey (USGS)). 20 per assicurare che l'acqua è ben mescolata, guida la barca utilizzando un misuratore portatile immerso nel fiume dove la conducibilità rimane relativamente costante.
  2. Presso i siti di campionamento, record posizione coordinate e profondità. Per trovare la profondità di 0,6, basta moltiplicare la profondità totale di 0,6. Misura parametri di qualità dell'acqua di interesse (ad es., torbidità, temperatura, conducibilità, pH e ossigeno disciolto (DO)) utilizzando un misuratore portatile. Per misurare i parametri, pompa acqua campione da profondità desiderata in un contenitore largo-bocca utilizzando la pompa peristaltica e immediatamente prendere le misure (punto 1.5).
  3. Utilizzare una pompa peristaltica con tubazione per ottenere campioni dalla superficie e profondità di 0,6. Allegare la lunghezza corretta della tubazione della pompa per la profondità specificata.
    1. A causa delle forti correnti in sistemi fluviali, allegare una catena di 6,4 mm saldata al tubo della pompa utilizzando fascette per aiutare il peso della tubazione. Alla fine della catena, inserire un blocco peso o cemento per ulteriore peso della catena e montaggio della tubazione.
      Attenzione: Non collegare il blocco di cemento o di peso direttamente al tubo della pompa.
  4. Posizionare l'estremità degli effluenti del tubo sopra il bordo della barca, dall'abbigliamento che potesse far fibre. Abbassare lentamente la fine influente del tubo fino alla profondità desiderata (cioè, la superficie o la profondità di 0,6). Quindi, eseguire la pompa in senso inverso per spurgare il tubo con aria per almeno 30 s. Aria di spurgo, invertire la direzione di pompa e risciacquare il tubo con l'acqua del campione alla profondità desiderata, consentendo all'acqua di drenare fuori dalla barca o in un contenitore per rifiuti. Fermare la pompa dopo il tubo è stato sciacquato per almeno 30 s.
  5. Sciacquare il contenitore utilizzato per misure di qualità dell'acqua tre volte con acqua, scarico acqua di risciacquo ogni volta. Una volta risciacquato, riempire il contenitore con acqua campione e misurare i parametri di qualità dell'acqua di interesse utilizzando un misuratore portatile (punto 1.2).
  6. Raccogliere un sottocampione di microplastic inserendo l'effluente di tubazione in un contenitore di 1 L con etichetta, che è stato pre-risciacquato con almeno 250 mL di acqua DI tre volte. Quindi, risciacquare il contenitore altre tre volte con l'acqua del campione, eliminando l'acqua di risciacquo ogni volta. Una volta che il contenitore di microplastic viene sciacquato, riempirlo con il campione.
  7. Utilizzando lo stesso metodo di pompa peristaltica descritto al punto 1.6, raccogliere un sottocampione per solidi sospesi totali (SST) in un flacone da 250 mL con etichetta, che è stato pre-risciacquata con almeno 100 mL di acqua DI tre volte. Sciacquare la bottiglia tre volte con acqua di campione, scartando l'acqua di risciacquo ogni volta. Una volta che il contenitore di TSS è risciacquato, riempirlo con il campione.
  8. Raccogliere triplici copie di campo e gli spazii in bianco almeno una volta al giorno nel campo, nello stesso modo descritto pochi passi 1.6-1.7, per scopi di qualità assurance/quality control (QA/QC). Per raccogliere un campo vuoto, portare due contenitori 1 L DI acqua al campo. Dopo spurgo della tubazione della pompa con aria, aprire il primo contenitore DI acqua e sciacquare il tubo della pompa utilizzando il metodo descritto al punto 1.4. Una volta che il tubo è risciacquato, aprire il secondo contenitore di acqua DI e pompa in un contenitore vuoto di 1 L e una bottiglia da 250 mL per microplastic e TSS blanks, rispettivamente.
  9. È possibile memorizzare il microplastic e sottocampioni di TSS sul ghiaccio fino al ritorno al laboratorio, dove verranno archiviati a-20 ° C fino a quando non vengono elaborati.
    Attenzione: Assicurarsi di lasciare qualche spazio di testa nei contenitori del campione affinché non vengano danneggiati a causa di espansione del ghiaccio quando si congela.
    Nota: Il protocollo può essere messo in pausa qui.

2. TSS determinazione

  1. Uso United States Environmental Protection Agency (EPA) metodo 160,2 per determinare TSS con sottocampioni 250 mL raccolti nel campo23. Confrontare i valori calcolati di TSS con la plastica totale trovata.

3. montaggio del dispositivo di filtrazione Microplastic

  1. Sciacquare abbondantemente la filtrazione dispositivo e nylon mesh setacci (Figura 1) tre volte con almeno 250 mL di acqua deionizzata. Inserire setacci a maglia delle dimensioni dei pori desiderata (ad es., 50 µm, 100 µm, 300 µm, 500 µm) in ogni unione congiunta con poro dimensione decrescente dall'alto verso il basso del dispositivo di filtrazione (Figura 1A). Sigillare ogni unione congiunta ermeticamente per prevenire le infiltrazioni.
  2. Piegare i misto cellulosa ester membrana filtro/i (142 mm di diametro) di dimensioni del poro desiderata (ad es., 0,45 µm) in una forma di cono e inserirlo nel dispositivo di filtrazione:
    Nota: Piegare la membrana filtrante fornirà più superficie per impedire l'intasamento del filtro.
    1. Bagnare il filtro a membrana con dell'acqua distillata. Umido, piegare la membrana filtrante in una forma di cono con un diametro che si inserisce il dispositivo di filtrazione. Inoltre, piegare un piccolo labbro lungo il bordo del cono in modo che si adatta sopra la parte superiore dell'Unione congiunta (Figura 1B).
      Attenzione: La membrana filtrante deve essere bagnata prima di piegare per evitare strappi.
    2. Posto il cesto di maglia in acciaio inox nell'ultima unione congiunta (Figura 1). Posizionare il filtro a membrana a forma di cono nel Cestino (Figura 1). Piegare il labbro del filtro membrana sopra il bordo dell'Unione congiunta.
      Nota: Il cestello in rete sosterrà il filtro e ridurre le rotture dopo aver applicato un vuoto.
  3. Posto una maglia del setaccio con il più piccolo formato del poro desiderata (ad es., 50 µm) sopra la membrana filtrante nell'ultima Unione comune visto in Figura 1.
    Nota: Ciò fornirà un sostegno supplementare per tenere il filtro a membrana in posizione durante la filtrazione.
  4. Una volta che tutti i giunti di Unione sono sigillati ermeticamente, collegare il tubo dalla parte superiore del pallone filtrante alla base del dispositivo di filtrazione. Quindi collegare il tubo dal lato del pallone filtrante per la pompa del vuoto come illustrato nella Figura 2.

Figure 1
Figura 1 : Montaggio del dispositivo di filtrazione. (A) il dispositivo di filtrazione è assemblato mettendo setacci di maglie di dimensione dei pori desiderata nei giunti di Unione superiori. (B), la cellulosa mista estere membrana filtro/i devono essere piegati in una forma conica per adattarsi al diametro del dispositivo di filtrazione; il cono deve includere un piccolo labbro per adattarsi sopra il bordo dell'Unione congiunta per fissare il filtro in luogo. (C) A cestello in rete viene inserito nell'Unione per aggiungere stabilità per la membrana filtrante. (D), il filtro a membrana piegato è aggiunto al carrello della maglia e le maglie più piccole del setaccio sono posizionata sopra la parte superiore della membrana filtrante. Dispositivo di filtrazione (E) completamente assemblato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2 : Assemblea del pallone e della pompa filtro. Un pallone filtrante è collegato all'adattatore vuoto dispositivo di filtrazione utilizzando un tubo in vinile trasparente. Il pallone filtrante viene quindi collegato alla pompa del vuoto. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

4. campione filtrazione

  1. Raccogliere gli spazii in bianco di attrezzature prima della filtrazione ogni volta che il dispositivo è montato. Sciacquare accuratamente il dispositivo tre volte con almeno 250 mL di acqua deionizzata prima il vuoto è raccolti. Questi spazi vuoti vengono raccolti utilizzando la procedura descritta nei passaggi 4.2-4.4.
  2. Accendere la pompa del vuoto. Assicurarsi che la pressione della pompa a vuoto non superiore a 127 mm Hg, o la membrana filtrante potrebbe strapparsi.
    Attenzione: A seconda della portata di filtrazione del campione, la pressione potrebbe aumentare all'interno del dispositivo di filtrazione se sedimento intasa i setacci a maglia o filtri a membrana. Questo potrebbe potenzialmente portare ad una rottura nel filtro membrana prima di raggiungere una lettura di 127 mm Hg. Per questo motivo, guardare da vicino la pressione come potrebbe dover essere regolato sotto 127 mm Hg su una base di campione per campione.
  3. Utilizzare un cilindro graduato da 500 mL, triple risciacquato con almeno 250 mL di acqua deionizzata, per misurare il volume totale del campione. Registrare il volume e trasferire il campione dal cilindro graduato per il dispositivo di filtrazione.
    Attenzione: A seconda delle dimensioni del campione d'acqua e il pallone filtrante, il pallone filtrante potrebbe essere necessario essere svuotato più volte durante la filtrazione del campione.
    1. Per svuotare il pallone filtrante, spegnere la pompa e scollegare i due tubi flessibili dal pallone. Svuotare la beuta in un contenitore separato dei rifiuti.
      Attenzione: Mantenere l'acqua filtrata campione fino a quando l'intero campione è stato filtrato e si conferma che la membrana filtrante è intatta.
    2. Per continuare il ciclo di filtrazione, ricollegare i tubi al pallone filtrante, come descritto al punto 3.4 e accendere la pompa.
  4. Una volta che l'intero campione è stato filtrato, lavare il contenitore del campione e il cilindro graduato tre volte con almeno 250 mL di acqua deionizzata. Dopo ogni risciacquo, filtrare l'acqua usata per risciacquare il contenitore e cilindro graduato per garantire tutti i particolati sono stati filtrati.

5. Smontaggio del dispositivo di filtrazione Microplastic

  1. Sciacquare le pareti del dispositivo di filtrazione tre volte con almeno 250 mL di acqua deionizzata per garantire che tutte le particelle sono stati filtrati e nessun rimangono sul dispositivo di filtrazione.
  2. Spegnere la pompa del vuoto, quindi attentamente Svitare e staccare il primo sindacato. Accendere la pompa e utilizzare una bottiglia DI acqua per sciacquare i bordi del giunto dell'Unione. Lavare particolato ai bordi della maglia del setaccio nel centro per garantire che essi sono tutti raccolti.
  3. Spegnere la pompa e rimuovere con cautela il setaccio con maglie con il forcipe pulito, facendo attenzione a non toccare le particelle sulla superficie del setaccio della maglia. Inserire il setaccio con maglie in un piatto coperto di Petri e asciugare a 60 ᵒC per 24 h. Una volta asciutto, i campioni possono essere conservati fino a quando possono iniziare l'analisi.
  4. Ripetere i passaggi da 5.1-5.3 per ogni articolazione dell'Unione un setaccio con maglie di alloggiamento.
  5. Per l'ultima unione congiunta che ospita un filtro a membrana e setaccio maglia, ripetere i passaggi da 5.1-5.3 per il setaccio con maglie.
    Attenzione: Prestare attenzione quando risciacquo il setaccio con maglie, come campione può essere perso se sciacquato sotto la membrana filtrante.
  6. Accendere la pompa del vuoto e sciacquare i bordi del filtro membrana con una bottiglia DI acqua. Lavare particolato ai bordi del filtro membrana al centro per garantire che il campione completo è filtrato. Prima di rimuovere il filtro a membrana, assicurarsi che tutta l'acqua è passata attraverso di essa e che l'acqua non è pool sulla sua superficie.
    Attenzione: Ancora una volta, stare attenti durante il risciacquo del filtro a membrana come campione può essere perso se risciacquati sotto esso.
  7. Rimuovere con cautela e si dispiegano il filtro a membrana con il forcipe. Inserire il filtro a membrana in una capsula di Petri o sacchetto di carta appropriato per il suo diametro.
    Nota: La membrana filtrante deve essere umida mentre gestito per evitare strappi.
  8. Asciugare il filtro membrana coperto in forno a 60 ᵒC per 24 h. Una volta asciutto, conservare i campioni fino a quando possono iniziare l'analisi.
    Nota: Il protocollo può essere messo in pausa qui.

6. particolato analisi

  1. Lasciare il setaccio con maglie o membrana filtro di Petri e togliere solo il coperchio per iniziare esaminando il campione per microplastiche. Questo farà sì che se eventuali particelle cadono con il filtro a maglia setaccio o membrana che resteranno in di Petri, che può essere analizzato dopo tutte le particelle vengono rimossi dal filtro a setaccio o membrana rete.
  2. Esaminare il filtro a maglia setaccio o membrana sotto uno stereomicroscopio (ingrandimento X 14-90) per identificare fibre e particelle di plastica sospetta. Utilizzare i seguenti criteri quando individui sospette materie plastiche: nessuna struttura cellulare, le fibre sono spessore uguale in tutto, e le particelle non sono lucido24.
  3. Rimuovere tutti i sospetti di plastica dal filtro maglia setaccio o membrana e inserirli in una fiala di raccolta contenente etanolo al 70%. Registrare il colore e la forma (ad es., particolato, fibra, pellicola, ecc.) di ogni sospetto di plastica.
  4. Una volta che tutte le materie plastiche sospetta sono rimossi dal filtro maglia setaccio o membrana e quantificate, esaminare il coperchio ed il fondo del piatto Petri seguendo passaggi 6.2-6.3.
  5. Dopo la maglia setaccio o filtro a membrana e capsula di Petri sono state esaminate e tutte le materie plastiche sospetta rimosso e quantificato, posizionare le particelle o fibre dalla fiala di raccolta su un vetrino rivestito in alluminio 12 slot per analisi usando un micro ATR-FTIR.
    Nota: Non è sempre fattibile per testare ogni sospetto plastica sulla micro ATR-FTIR. Pertanto, "strategicamente scegliere" l'importo che affronterà gli obiettivi dello studio e anomalie nella plastica sospetti (ad esempio, un numero elevato di particelle o fibre simili)25. In senso generale, verificare come molti sospetti materie plastiche come possibile, ma non meno di 20%.
    1. Una volta ritenuta sospetto delle materie plastiche sono analizzate utilizzando micro ATR-FTIR, utilizzo di database spettrale per determinare se un dato campione è di plastica e, in caso affermativo, determinare il tipo di polimero di plastica.

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Representative Results

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Per convalidare i tassi di recupero del presente protocollo, tre campioni (V1V -3) dalla baia di Oso, Corpus Christi, Texas (adiacente il Texas A & M University Campus di Corpus Christi), sono stati addizionati con particolati PE 10 blu (che vanno da 50-100 µm in diametro) e 50 fibre di nylon verde di varie lunghezze (Figura 3). TSS del campione è stata calcolata (sezione 2) e quindi i campioni sono stati filtrati utilizzando i metodi descritti nelle sezioni 3-5. Il blu PE polveri e fibre di nylon verde poi sono stati separati e quantificati (tabella 1). Altre fibre e particelle sono state osservate sulla maglia setacci e filtri a membrana, probabilmente derivati dal campione di acqua di Oso Bay. In media, 100% del particolato PE e il 92% di fibre di nylon sono stati recuperati. Una perdita di fibre può essere dovuto una piccola quantità di perdita del campione durante la filtrazione o identificazione errata.

Un vuoto di attrezzature sono stati raccolti dal dispositivo di filtrazione filtrando 1000 mL di acqua deionizzata. Questo vuoto è stato analizzato usando 100 µm e 50 µm maglia setacci e un filtro a membrana da 0,45 µm. Un totale di 7 fibre (blu e trasparente) sono stati trovati nell'apparecchiatura in bianco. Questa contaminazione avrebbe potuto essere dal dispositivo di filtrazione, attrezzature di laboratorio, la deposizione atmosferica o DI acqua. Tuttavia, le fibre non erano simili al blu PE polveri e fibre di nylon verde utilizzati per i campioni di spike.

Questo protocollo è stato creato per processare i campioni dallo spartiacque del fiume Mississippi, tra cui mainstem Mississippi River e il fiume Missouri. Analisi preliminari dal fiume Mississippi e Missouri River ha avuto una media TSS di 63 mg/L. Mentre i valori di TSS di Oso Bay sono in genere inferiori a quelli osservati nel bacino del fiume Mississippi, sedimento è stato intenzionalmente disturbato prima della raccolta dell'acqua per simulare le più alte concentrazioni di materiale solido in sospensione che potrebbero essere incontrate nel grande fiume sistemi. Il TSS medio nei campioni Oso Bay era 1.865 mg/L, che è ~ 30 volte superiore il TSS calcolato per i campioni del fiume Mississippi e Missouri River. I campioni di Oso Bay torbidi suggeriscono filtrazione successo per campioni con un TSS fino a ~ 1.800 mg/l usando le tecniche descritte qui.

Figure 3
Figura 3 : Polveri e fibre utilizzate per la convalida di recupero percentuale. Immagine di due blu PE particolato e di due fibre di nylon verde in una gamma dei formati utilizzati a picco i campioni di convalida da Oso Bay a Corpus Christi, Texas. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Campione TSS (g/L) 0,45 μm 50 μm 100 μm Totale % Recuperato
Fibre Particolato Fibre Particolato Fibre Particolato Fibre Particolato Fibre Particolato
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

Tabella 1: risultati da campioni convalida. Un determinato numero di fibre di nylon verde e blu PE particolati sono stati aggiunti ai campioni prelevati da Oso Bay a Corpus Christi, Texas, per convalidare il protocollo di analisi e di dispositivo di filtrazione. Tre campioni di convalida microplastic (V1V -3) e un campione di TSS sono state scattate nella stessa posizione sulla riva del Oso Bay. Le fibre e particelle sono stati quantificati per ogni dimensione dei pori e un totale è stato calcolato per ogni campione di validazione. Con una quantità nota di fibre e di particelle utilizzati a picco i campioni e il totale recuperato da ciascun campione, il recupero percentuale è stato calcolato.

Il protocollo è stato progettato anche per fiumi di campione da due profondità: la superficie (la profondità del fiume con il più alta velocità) e 0,6-profondità (la profondità del fiume con velocità circa media per la colonna intera acqua). Campioni dal fiume Mississippi e Missouri River (tabella 2) sono stati raccolti e analizzati come descritto sopra. Per esaminare l'effetto di profondità sulla concentrazione di microplastic, sono stati prelevati i campioni di primi e secondo nella stessa posizione (cioè, il fiume del Mississippi a Alton, Illinois) ma a profondità diverse. Per esaminare i possibili effetti di campionamento posizione durante il caricamento di microplastic, sono stati prelevati i campioni primi e la terzi alla stessa profondità, ma in luoghi diversi (cioè, il fiume Mississippi a Alton, Illinois e il fiume Missouri sopra Saint Louis, Missouri). Esempi di fibre e particelle trovati nei campioni di bacino del fiume Mississippi preliminari sono mostrati in Figura 4.

Posizione Stazione di misurazione di USGS Profondità Torbidità TSS Fibre Particelle Fibre Particelle Fibre Particelle Fibre Particelle Totale Fibra / Particule rapporto
0.45 mm 50 mm 100 mm Totale
m NTU g/L N. /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; Fondo di Columbia, MO USGS 06935965 0 30,8 0,036 122 4 57 0 37 0 216 4 220 54
MS = fiume del Mississippi; MO = fiume del Missouri

Tabella 2: i dati di raccolta e analisi di esempio di fiume del Mississippi spartiacque. Nei pressi di USGS stazioni presso il fiume Mississippi e Missouri River di misura sono stati raccolti campioni preliminari. Profondità (m), torbidità (NTU) e TSS (mg/L) sono stati misurati per ogni sito. Campioni sono stati filtrati e analizzati in seguito questo protocollo. Fibre e particelle sono stati quantificati per 50 µm e la dimensione dei pori di 100 µm mesh setacci, nonché un filtro a membrana da 0,45 µm. A causa di una mancanza di materiali raccolti su un setaccio con maglie 500 µm, questa dimensione è escluso dai risultati presentati.

Figure 4
Figura 4 : Esempio polveri e fibre trovano in campioni preliminari dallo spartiacque del fiume Mississippi. Immagini di fibre e di particelle quantificati in un campione (tabella 2) scattato dalla superficie del fiume del Mississippi a Alton, Illinois. (A) immagine di due fibre blu che variano nel formato su un filtro a membrana da 0,45 µm. (B) immagine di un rosso del particolato e varie fibre trovate su un setaccio con maglie 50 µm, mostrando la gamma in colore, dimensione e forma di microplastiche trovato nel bacino del fiume Mississippi. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

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Microplastic raccolta utilizzando reti da posta derivanti è il metodo convenzionale in ambienti come l'oceano dove sia sedimenti e le concentrazioni di plastica sono campioni di basso, così che richiedono grandi volumi. Tuttavia, reti da posta derivanti non sono sempre pratici o sicuro nei fiumi con sedimento elevati carichi e grandi galleggianti o sommersi detriti. Inoltre, non è possibile utilizzare una rete a deriva quando tentando di accuratamente catturare e quantificare microplastic materiali, in particolare fibre, come la maggior parte delle reti utilizzate per le indagini di plastica hanno maglie di dimensioni ≥ 300 µm. Il protocollo descritto in questo articolo consente di campionamento nelle acque contenenti carichi di sedimento alta permettendo anche la cattura di microplastiche < 300 µm di diametro. Il metodo e il dispositivo di filtraggio associato sono versatili e possono essere adattati alle esigenze specifiche di progetto. Inoltre, i dati ottenuti con questo protocollo aiuterà a sviluppare strategie di mitigazione per migliorare la qualità dell'acqua e misurare l'efficacia di queste strategie, come ad esempio il recente divieto della microperla26.

Questo metodo consente il controllo della profondità di raccolta del campione, ingresso di volume e la separazione di microplastiche in classi di ampiezza tenendo conto di molteplici fonti di contaminazione. Che impiegano una pompa peristaltica permette all'utente di raccogliere campioni a qualsiasi profondità desiderata regolando la lunghezza della tubazione pompa. Gli utenti possono facilmente controllare il volume del campione con l'uso del dispositivo di filtrazione, mentre l'Unione raccordi smontabili permettono regolazioni nel materiale filtrante e dimensioni per adattarsi a diametri variabili e concentrazioni di plastica del poro. Abbiamo trovato che una dimensione di campione 1 L era ideale per quantificare microplastiche nel bacino del fiume del Mississippi per diversi motivi. In primo luogo, all'interno di 1 L di acqua, abbiamo trovato che c'erano centinaia di sospetti fibre e particelle. In secondo luogo, le masse di sedimento alta nei campioni con volumi superiori a 1 L rallentato filtraggio sostanzialmente. In terzo luogo, volte più filtraggio potenzialmente potrebbero portare a una maggiore contaminazione di laboratorio. Il dispositivo di filtrazione e la capacità di adattarsi facilmente al progetto diverso ha bisogno di facilitare la raccolta e l'analisi di detriti microplastic a dimensioni inferiori al micron, che è particolarmente utile quando si studia fibre sintetiche.

L'inserimento di giunti di Unione facilita la rimozione dei setacci a maglia o membrana filtri tra i cicli di filtrazione ma richiede che i giunti siano chiusi saldamente e con attenzione per assicurare maglia setacci e filtri a membrana siano inseriti correttamente, che impedisce la perdita di campione ( Paragrafi 3 e 5). Per evitare strappi o screpolature, la membrana filtro deve essere umido prima di gestirla, ma asciugare prima di analisi al microscopio. La rottura può verificarsi nella membrana filtrante prima che la pressione raggiunge i 127 mm Hg (passi 4.2), soprattutto nei campioni con volume alto sedimento. Di conseguenza, la pressione deve essere guardati con attenzione e regolare, se necessario.

Anche se il protocollo per l'utilizzo del dispositivo di filtrazione allevia i problemi associati all'implementazione di reti da posta derivanti ad esempio intasamento della rete con sedimenti sospesi, aumenta il trattamento dei campioni in laboratorio, che aumenta le probabilità di contaminazione. Per ridurre o eliminare la potenziale contaminazione da manipolazione del campione, tutte le attrezzature devono essere accuratamente risciacquate con sufficiente quantità DI acqua tre volte e gli spazii in bianco deve essere assunto da ciascun dispositivo (ad es., pompa peristaltica, dispositivo di filtrazione, contenitore di raccolta) in tutta la raccolta dei campioni, elaborazione e analisi. Ogni ambiente e attrezzature vuota quindi verranno filtrati e analizzati utilizzando il protocollo descritto nella sezioni 4-6. L'uso di un sistema di filtrazione di acqua ultra-pura potrebbe ridurre la potenziale contaminazione da DI acqua utilizzata per il risciacquo e spazi vuoti.

In laboratorio, almeno il 20% dei campioni devono essere analizzati da due individui per garantire l'identificazione di plastica coerente. Durante la filtrazione e l'analisi in laboratorio, aprire Petri piatti possono servire come spazi di laboratorio e trovarsi in aree designate per la durata del periodo in esame. Ogni vuoto di laboratorio verrà quindi analizzata utilizzando il protocollo nella sezione 6. Per evitare la contaminazione da deposizione atmosferica, includere tutte le apparecchiature con foglio di alluminio dopo il lavaggio con acqua deionizzata.

L'uso di una pompa peristaltica e su misura microplastic dispositivo di filtrazione in questo protocollo permette agli utenti di raccogliere campioni in ambienti contenenti elevate concentrazioni di sedimenti sospesi. Inoltre, questo metodo consente agli utenti di catturare e quantificare i detriti microplastic < 300 µm, specificamente microfibre. Il recupero percentuale per questo protocollo è stato misurato per essere 100% e 92% per particelle di PE e fibre di nylon, rispettivamente, mostra tassi di recupero relativamente alta. Sono stati prelevati campioni preliminari nel bacino del fiume Mississippi anche usando questo protocollo dove una media di campioni 1 L > 200 microplastiche che variano nel formato (0.45-500 µm), forma e colore. Questo protocollo guiderà studi simili a destino, effetti e le fonti di microplastiche.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Il progetto per il quale è stato istituito questo protocollo è stato finanziato dal National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) programma di detriti marini (n # NA16NO29990029). Vi ringraziamo Miles Corcoran alle grandi fiumi National Research and Education Center (NGRREC) a Alton, Illinois, per aiuto con operazione di selezione e barca di sito. Lavoro di campo e di laboratorio è stato completato con l'aiuto di Camille Buckley, Michael Abegg, Josiah Wray e 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.

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References

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Campionamento, ordinamento e caratterizzando microplastiche negli ambienti acquatici con carichi di materiale solido in sospensione alta e grandi detriti galleggianti
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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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