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Environment

샘플링, 정렬, 및 높은 정지 퇴적 부하와 큰 부동 파편 수생 환경에서 Microplastics

doi: 10.3791/57969 Published: July 28, 2018

Summary

날짜 대부분의 microplastic 연구는 일시 중단 된 솔리드 레벨은 상대적으로 낮은 해양 시스템에서 발생 했습니다. 포커스는 지금 높은 앙금 짐 그리고 부동 파편 기능이 있습니다 담 수 시스템을 이동 하 고. 이 프로토콜을 수집 하 고 높은 정지 고체 부하를 포함 하는 수 중 환경에서 microplastic 샘플 분석 해결 합니다.

Abstract

바다에서 플라스틱 파편의 유비 쿼터 스 존재는 널리 공개, 과학 사회, 그리고 정부 기관에 의해 인식 됩니다. 그러나, 최근에 담 수 시스템, 강과 호수에 microplastics 되었습니다 정량. 표면에 Microplastic 샘플링 일반적으로 배포 하거나 뒤에 편 류 그물 제한 정지 퇴적 물 및 부동 또는 침수 파편의 낮은 레벨 환경에 샘플링 고정 또는 이동 보트를 이루어져 있다. 일반적으로 microplastic 파편을 수집 드리프트 그물을 고용 하는 이전 연구 ≥300 µ m 메쉬 크기, 그물을 통과 하 여 정량화 들이 크기 아래 플라스틱 파편 (입자와 섬유)를 수 있도록 그물 사용 합니다. 프로토콜 상세 여기 있습니다: 1) 샘플 컬렉션 높은 환경에서 부하 및 부동 중단 또는 파편 2) 캡처 및 microplastic 입자와 섬유의 정량화 빠져들 < 300 µ m. 물 견본을 사용 하 여 수집 된는 저밀도 폴 리 에틸렌 (PE) 필터링 및 실험실에서 분석 전에 저장 용기에 연동 펌프. 여과 분리형 연합 합동 나일론 메쉬 체를 지 내게 하 고 혼합 셀 룰 로스 에스테 르 멤브레인 필터를 포함 하는 주문 품 microplastic 여과 장치와 이루어졌다. 메쉬 체와 멤브레인 필터 계량 및 microplastic 입자와 섬유를 stereomicroscope로 시험 되었다. 이러한 자료 다음 마이크로 감쇠 총 반사율 푸리에 변환 적외선 분 광 계 (마이크로 ATR FTIR)를 사용 하 여 microplastic 폴리머 유형을 결정 하기 위해 시험 되었다. 복구 블루 PE 입자와 녹색 나일론 섬유;를 사용 하 여 샘플을 급상승에 의해 측정 되었다 퍼센트 복구는 미 립 자에 대 한 100%와 92% 섬유에 대 한 결정 했다. 이 프로토콜은 앙금의 높은 농도 가진 높은 속도 강에 microplastics에 유사한 연구를 안내할 것입니다. 연동 펌프 및 여과 장치에 간단한 수정, 사용자가 수집 하 고 다양 한 샘플 볼륨 및 미 립 자 크기 분석 수 있습니다.

Introduction

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플라스틱 바다에 이르면 19301관찰 먼저 되었다. 플라스틱 해양 파편 범위 지상파에서 바다를 입력 하는 플라스틱의 4.8-12.7 백만 MT 바다의 표면에 플라스틱의 243,000 미터 톤 (MT)에서 최근 견적은 매년2,3소스입니다. 플라스틱 해양 파편에 대 한 초기 연구는 macroplastics에 초점을 맞춘 (> 5 m m 직경) 그들은 쉽게 표시 하 고 정량. 그러나, 최근에 macroplastics 대표 발견 되었다 < 수, 바다, 플라스틱 파편의 압도적 microplastic을 나타내는 플라스틱 파편의 10% (< 5 m m 직경)2.

Microplastics 두 그룹으로 분류 된다: 1 차 및 2 차 microplastics. 기본 microplastics는 직경에서 제조한 플라스틱의 구성 < 5 m m nurdles, 소비자 제품을 만드는 데 사용 하는 원시 펠 릿, 퍼스널 케어 제품 (예를 들어, 페이셜 워시, 바디 스크럽에 exfoliants로 사용 하는 microbeads를 포함 하는 고 치약), 연마 재 또는 윤 활 유 업계에서. 큰 플라스틱 파편은 photolysis, 마모, 및 미생물 분해4,5조각으로 보조 microplastics 환경에서 만들어집니다. 합성 섬유는 또한 보조 microplastics 고 성장 관심사입니다. 단일 의류 출시 수 > 국내 세탁기6세척 당 1900 섬유. Microbeads, 퍼스널 케어 제품에서 뿐만 아니라 이러한 microfiber, 폐수 처리 식물에 들어가기 전에 아래로 빼낸 및 하 수 시스템으로 세척 된다. 머피 (2016)는 폐수 처리장 650000의 인구를 봉사 microplastic 농도 98.4%에서 감소 정수와 폐수, 65 백만 microplastics 유출에서 남아 있고 각 주7슬러지 아직 발견. 도 처리 공정, 수백만, 아마도 수십억 중에 제거 되 고 microplastics의 높은 백분율, microplastics의 폐수 처리 식물을 매일 통과 물 표면 유출6,8 입력 9,,1011.

그들의 환경 방출으로 인해 microplastics 모든 영양 수준12,13,,1415에 걸쳐 해양 생물의 소화 및 호흡기 조직에 발견 되었습니다. 그들의 영향을 이해는 어떤 변수 후 다른 육체 및 화학 조직 손상4,6,,1415등 수많은 효과 입증 하는 동안 하지 관찰 해를 공부 한다. 이러한 발견으로 인해 지난 5 년간이 분야에 대 한 관심 증가 했다. 그러나, 최근에 연구, 강, 호수, 민물 시스템에서 플라스틱 파편, 특히 microplastics, 계량 또는 이러한 서식 지12,16에 사는 생물에 미치는 영향을 평가 하기 시작 했다 17,18. 강 폐수 방류 및 microplastics 및 macroplastics를 포함 하는 표면 물 결선을 받을 그들은 바다에서 발견 플라스틱 파편의 주요 원천입니다.

여기서 설명 하는 프로토콜 드리프트 그물 가능; 되지 않습니다 microplastic 샘플을 수집 하는 데 사용 수 있습니다. 특히, 일시 중단 된 앙금의 크고 높은 농도 가진 수 중 환경에서 미시시피 강 같은 파편 부동. 미시시피 강 유역 세계 최대 규모의 중 하나 이며 인구가 > 90 백만 사람들이, 아마 하나 만들고 플라스틱 파편의 가장 큰 소스의 바다19,20. 각 년, 미시시피 강에 멕시코만, 일시 중단 된 앙금의 높은 농도 함께 민물의 735 k m3 의 평균 방전 (60 ~ > 800 mg/L)과 큰 파편13,21. 물 샘플은 미시시피 강과 그 지류 연동 펌프를 사용 하 여 반투명 1 L 저밀도 폴 리 에틸렌 (PE) 용기에 따라 다양 한 위치에서 두 개의 깊이 (즉, 표면 및 0.6-깊이)에서 수집 되었습니다. 연구실에서 샘플 사용 하 여 나일론 메쉬 체 및 혼합된 셀 룰 로스 에스테 르 멤브레인 필터 동시에 연합 합동을 가진 주문 품 63.5 m m (2.5) 폴 리 염화 비닐 (PVC) 실린더 하 체 및 필터22삽입 필터링 했다. 여과 장치에 PVC 조합의 포함 원하는 대로 많은 또는 적은 입자 크기 클래스에 의해 여과 수 있습니다. 또한, 그것은 합성 섬유를 공부를 할 때에 멤브레인 필터를 사용 하 여 서브 미크론 크기 아래로 microplastic 파편을 캡처하는 데 사용할 수 있습니다. 필터링, 일단 샘플 건조 했다 하 고 의심 스러운된 플라스틱 식별 되었고 메쉬 체와 멤브레인 필터는 stereomicroscope 아래에서 정렬. 의심 스러운된 플라스틱 다음 비 합성 자료를 제거 또는 폴리머 유형을 확인 마이크로 감쇠 총 반사율 푸리에 변환 적외선 분광학 (마이크로 ATR FTIR)를 사용 하 여 시험 되었다. Microplastic 입자와 섬유의 크기를 고려 오염은 일상 이다. 오염 등 대기 증 착, 이온된 (DI) 뿐만 아니라 의류, 필드 및 실험실 장비, 물 소스. 여러 단계 연구의 모든 단계를 수행 하는 동안 다양 한 소스 로부터 오염 물질을 줄이기 위해 프로토콜에 걸쳐 포함 되어 있습니다.

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Protocol

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1. 물 샘플 컬렉션

  1. 물 샘플을 수집 하 고 보트 강이 잘 혼합 적으로 강 또는 방전 (예를 들어, 미국 지질 조사국 (USGS) 게이지 역) 알려져 있다 위치에 대 한 관심의 품질 데이터를 물. 20 보장 하기 위해 물이 잘 혼합, 상대적으로 일정 한 전도성이 유지를 강에 휴대용 측정기를 사용 하 여 보트 가이드.
  2. 샘플링 사이트, 레코드 위치 좌표 및 깊이에 0.6-깊이 찾으려면, 단순히 곱하면 총 깊이 0.6. 측정 물 품질의 (예를 들어, 탁도, 온도, 전도도, pH, 그리고 용 존된 산소 (DO)) 휴대용 측정기를 사용 하 여 매개 변수. 매개 변수를 측정, 연동 펌프를 사용 하 여 넓은 입 컨테이너에 원하는 깊이에서 샘플 물 펌프 하 고 즉시 측정 (1.5 단계)를 수행 합니다.
  3. 튜브 연동 펌프를 사용 하 여 표면 및 0.6-깊이에서 샘플을 얻을. 올바른 튜브 길이 특정된 깊이 대 한 펌프에 연결 합니다.
    1. 강 시스템에 강한 해류로 인해 용접 6.4 m m 체인을 연결 무게를 우편 넥타이 사용 하 여 펌프 튜브 튜브. 체인의 끝에 더 무게 체인 및 튜브 어셈블리 무게 또는 시멘트 블록을 배치 합니다.
      주의: 무게 또는 시멘트 블록을 펌프 배관에 직접 연결 하지 마십시오.
  4. 보트의 가장자리, 의류 섬유 창 고 수는 멀리 튜브의 유출 끝 장소. 천천히 낮은 (즉, 표면 또는 깊이 0.6) 원하는 깊이에 튜브의 유입 끝. 그런 다음 반대로 적어도 30 공기 튜브를 제거 하는 펌프를 실행 s. 공기 정화, 후 펌프 방향을 반대로 하 고 드레인 또는 폐기물 컨테이너로 배에서 물 하면서 원하는 깊이에서 샘플 물 튜브를 헹 굴. 튜빙 적어도 30 씻어 서 되었습니다 후 펌프를 중지 s.
  5. 린스 물 품질 측정 3 번 샘플 물, 덤핑 린스 물 때마다 사용 하는 컨테이너. 일단 씻어 서, 샘플 물으로 컨테이너를 채우기 고 휴대용 측정기 (1.2 단계)를 사용 하 여 관심사의 수 질 매개 변수를 측정 한다.
  6. Microplastic subsample 튜브 유출 된 디 물 최소한 250 mL와 함께 미리 씻어 서 세 번 분류, 1 L 용기에 배치 하 여 수집 합니다. 다음, 컨테이너 세 추가 번 폐기 린스 물 때마다 샘플 물으로 린스. Microplastic 컨테이너 씻어 서 일단 샘플으로 그것을 채우십시오.
  7. 1.6 단계에서 설명한 동일한 연동 펌프 메서드를 사용 하면 세 번 디 물 최소한 100 mL와 함께 미리 씻어 서 되었습니다 그 레이블된, 250 mL 병에 총 일시 중단 된 고체 (TSS)에 대 한 subsample를 수집 합니다. 3 병 번 더 폐기 린스 물 때마다 샘플 물으로 린스. TSS 컨테이너 씻어 서 일단 샘플으로 그것을 채우십시오.
  8. Triplicates 필드와 필드에 하루 한 번 이상 공백 수집, 1.6-1.7, 품질 보증/품질 관리 (QA/QC) 목적 단계에 설명 된 동일한 방식으로. 빈 수집, 하 디의 2 개의 1 L 용기 물을가지고 필드. 공기 펌프 튜브를 제거 후 디 물의 첫 번째 컨테이너 열고 단계 1.4에서에서 설명한 방법을 사용 하 여 펌프 튜브를 헹 굴. 일단 튜브 씻어 서 디 물의 두 번째 컨테이너를 열고 각각 빈 1 L 컨테이너 및 microplastic 및 TSS 공백, 250 mL 병으로 펌프.
  9. 어디 저장 됩니다-20 ° C에서 처리 될 때까지 실험실에 반환까지 얼음에 microplastic 및 TSS 하위를 저장 합니다.
    주의: 그렇게 얼 때 그들은 얼음 확장으로 인해 손상 되지 샘플 용기에 머리 공간을 두고 있는지 확인 합니다.
    참고: 프로토콜 여기 일시 중지 될 수 있습니다.

2. TSS 결정

  1. 사용 미국 미국 환경 보호국 (USEPA) 메서드 160.2 250 mL 샘플이와 TSS를 결정 하는 필드23에 수집. 발견 총 플라스틱으로 계산 된 TSS 값을 비교 합니다.

3. Microplastic 여과 장치 어셈블리

  1. 철저 하 게 린스 여과 장치 및 나일론 메쉬 체 (그림 1) 세 번 디 물 최소한 250 mL. 기 공 크기 감소는 위에서 여과 장치 (그림 1A)의 하단에 공동 각 조합으로 원하는 기 공 크기 (예를 들어, 50 µ m, 100 µ m, 300 µ m, 500 µ m)의 메쉬 체를 놓습니다. 각 연합 인감 유출 방지 하기 위해 긴밀 하 게 공동.
  2. 원뿔 모양으로 원하는 기 공 크기 (예를 들어, 0.45 μ m)의 혼합된 셀 룰 로스 에스테 르 멤브레인 필터 (142 m m 직경)를 접 히 십시오 하 고 여과 장치 장소:
    참고: 멤브레인 필터 접는 필터의 막힘을 방지 하기 위해 더 많은 표면적을 제공할 것입니다.
    1. 멤브레인 필터 디 물으로 젖은. 습기, 하는 동안 멤브레인 필터 여과 장치에 맞는 직경 원뿔 모양으로 접어. 또한, 공동 연합 (그림 1B)의 정상에 맞도록 원뿔의 가장자리를 따라 작은 입술을 접어.
      주의: 멤브레인 필터는 끊어지고 방지 하기 위해 접는 전에 젖은 해야 합니다.
    2. 장소는 마지막 연합 공동 (그림 1C)에 스테인레스 스틸 메쉬 바구니. 조심 스럽게 바구니 (그림 1D)에 원뿔 모양의 멤브레인 필터를 놓습니다. 연합 공동의 멤브레인 필터의 입술을 접어.
      참고: 메쉬 바구니 필터를 지원 하 고 진공 적용 되 면 파손을 줄일 것 이다.
  3. 그림 1에서 본 마지막 연합 공동 멤브레인 필터 위에 작은 원하는 기 공 크기 (예를 들어, 50 µ m)와 망상 체는 장소.
    참고: 이 자리에 여과 하는 동안 멤브레인 필터를 추가 지원을 제공 합니다.
  4. 일단 모든 연합 합동 단단히 밀봉 된다, 여과 장치 베이스에 필터링 플라스 크의 상단에서 호스를 연결 합니다. 다음 그림 2에서 볼 수 있듯이 진공 펌프를 필터링 플라스 크의 측면에서 호스를 연결 합니다.

Figure 1
그림 1 : 여과 장치에의 조립. (A) 여과 장치 상단 연합 합동으로 원하는 기 공 크기의 망 체를 삽입 하 여 조립 된다. (B) 혼합된 셀 룰 로스 에스테 르 멤브레인 필터 여과 장치;의 직경에 맞게 콘-모양으로 접혀 있어야 합니다. 원뿔 자리에 필터를 확보 하기 위해 연합 공동의 가장자리에 맞게 작은 입술을 포함 해야 합니다. (C) A 메쉬 바구니 멤브레인 필터에 안정성을 추가 하는 연합에 배치 됩니다. (D) 접힌된 멤브레인 필터 메쉬 바구니에 추가 되 고 작은 메쉬 체 크기는 멤브레인 필터의 맨 위에 배치 됩니다. (E) 완벽 하 게 조립된 여과 장치. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2 : 필터링 플라스 크 및 펌프. 필터링 플라스 크는 명확한 비닐 튜브를 사용 하 여 여과 장치 진공 어댑터에 첨부 됩니다. 필터링 플라스 크 다음 진공 펌프에 첨부 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

4. 샘플 여과

  1. 여과 장치 조립 때마다 이전 장비 블랭크를 수집 합니다. 빈 수집 하기 전에 세 번 디 물 최소한 250 mL와 함께 장치를 철저 하 게 린스. 이러한 공백 4.2-4.4 단계에 설명 된 단계를 사용 하 여 수집 됩니다.
  2. 진공 펌프를 켭니다. 진공 펌프 127 mm Hg를 초과 하지 않는, 또는 멤브레인 필터의 압력 눈물 수 있는지 확인 합니다.
    주의: 샘플 여과 유량에 따라 압력 경우 토사 나 막 신 메시 체 또는 멤브레인 필터 여과 장치 내부 증가할 수 있었다. 이 잠재적으로 멤브레인 필터에서 파열에 127 mm Hg의 독서를 도달 하기 전에 발생할 수 있습니다. 이러한 이유로, 압력 밀접 하 게 같은 시계 샘플 샘플 기준 127 mm Hg 이하로 조정 해야 할 수도 있습니다.
  3. 500 mL 졸업 실린더, 트리플 디 물 최소한 250 mL로 씻어 서 사용 하 여 샘플의 총 부피를 측정. 볼륨을 기록 하 고 여과 장치에 졸업된 실린더에서 샘플을 전송.
    주의: 물 샘플 및 필터링 플라스 크의 크기에 따라 필터링 플라스 크 샘플 여과 하는 동안 여러 번 비운 해야 합니다.
    1. 필터링 플라스 크 빈 하려면 펌프를 해제 하 고 플라스 크에서 두 개의 호스를 분리 합니다. 별도 폐기물 컨테이너에 플라스 크를 비어 있습니다.
      주의: 전체 샘플을 필터링 하 고 멤브레인 필터는 그대로 확인 될 때까지 필터링 된 샘플 수를 유지.
    2. 여과 사이클을 계속, 3.4, 단계에 설명 된 대로 필터링 플라스 크를 호스를 다시 연결 하 고 펌프를 켭니다.
  4. 일단 전체 샘플 필터링 된 린스 샘플 컨테이너와 디 물 최소한 250 mL로 세 번 졸업된 실린더. 각 린스 후 컨테이너와 모든 입자 필터링 되도록 졸업된 실린더 린스 하는 데 사용 하는 물 필터.

5. Microplastic 여과 장치 분해

  1. 모든 입자 필터링 된 없음 여과 장치에 남아 있도록 디 물 최소한 250 mL와 세 번의 여과 장치 벽을 씻어.
  2. 진공 펌프, 다음 신중 하 게 나사를 끄고 첫 번째 연합을 분리 합니다. 펌프 다시 켜고 디 물 세척 병 연합 공동의 가장자리를 린스를 사용 하 여. 그들은 모든 수집 되도록 센터에 메쉬 체의 가장자리에 입자를 씻어.
  3. 펌프를 끄고 메쉬 체의 표면에 입자를 터치 하지 않도록 만드는 깨끗 한 집게와 메쉬 체를 신중 하 게 제거 하는 방법. 덮여 페 트리 접시에 메쉬 체를 놓고 24 h에 대 한 60 ᵒC에 그것을 건조 합니다. 일단 건조, 샘플 분석을 시작할 수 있습니다 때까지 저장할 수 있습니다.
  4. 각 연합 조인트 메쉬 체 주택 5.1-5.3 단계를 반복 합니다.
  5. 연합을 위한 마지막 공동 주택 메쉬 체와 멤브레인 필터, 메쉬 체에 대 한 5.1-5.3 단계를 반복 합니다.
    주의: 멤브레인 필터는 씻어 서 샘플 손실 될 수 있는 메쉬 체 rinsing 때 주의 해야 합니다.
  6. 진공 펌프를 켜고 디 물 세척 병을 사용 하 여 멤브레인 필터의 가장자리를 씻어. 전체 샘플은 필터링 되도록 센터에 멤브레인 필터의 가장자리에서 입자를 씻어. 멤브레인 필터를 제거 하기 전에 그것을 통해 모든 물 통과 했다 물 표면에 풀링입니다 확인 합니다.
    주의: 다시 말하지만, 그것에서 씻어 서 샘플 손실 될 수 있는 멤브레인 필터를 rinsing 때 주의 해야 합니다.
  7. 조심 스럽게 제거 하 고 멤브레인 필터는 집게와 전개. 그것의 직경에 대 한 적절 한 배양 접시 또는 호 일 봉투에 멤브레인 필터를 놓습니다.
    참고: 멤브레인 필터는 끊어지고 방지 하기 위해 처리 되는 동안 젖은 있어야 합니다.
  8. 24 h에 대 한 60 ᵒC에서 오븐에 덮여 멤브레인 필터를 건조. 일단 건조, 분석을 시작할 수 있습니다 때까지 샘플을 저장 합니다.
    참고: 프로토콜 여기 일시 중지 될 수 있습니다.

6. 미 립 자 분석

  1. 메쉬 체 또는 멤브레인 필터를 페 트리 접시에 두고만 microplastics에 대 한 예제를 검토 하려면 뚜껑을 제거. 이렇게 하면 어떤 입자 메시 체 또는 멤브레인 필터 후 분석할 수 페 트리 접시에 남아 있을 것 이다가 하는 경우 모든 입자 메시 체 또는 멤브레인 필터에서 제거 됩니다.
  2. 의심 스러운된 플라스틱 입자와 섬유를 식별 하는 stereomicroscope (14-90 배 확대)에서 메시 체 또는 멤브레인 필터를 검사 합니다. 의심 스러운된 플라스틱을 식별할 때 다음 기준을 사용 하 여: 아니 셀룰러 구조 섬유는 같은 두께, 전체 및 입자는 반짝24.
  3. 모든 의심된 플라스틱 메시 체 또는 멤브레인 필터에서 제거 하 고 70%의 에탄올을 포함 하는 컬렉션 유리병에 넣어. 색상 및 모양 (예를 들어, 미 립 자, 섬유, 필름, ) 각 의심된 플라스틱의 기록.
  4. 일단 모든 의심된 플라스틱 메시 체 또는 멤브레인 필터에서 제거 되 고 계량, 뚜껑과 단계 6.2-6.3 다음 페 트리 접시의 바닥을 검사 합니다.
  5. 메쉬 후 체 또는 멤브레인 필터와 페 트리 접시는 검사 하 고 모든 의심된 플라스틱을 제거 하 고 계량, 마이크로 ATR FTIR을 사용 하 여 분석에 대 한 12-슬롯 알루미늄 코팅된 슬라이드에 컬렉션 유리병에서 입자 또는 섬유 장소.
    참고: 그것은 항상 모든 의심된 플라스틱 마이크로 ATR FTIR에 테스트 가능입니다. 따라서, "전략적 선택" 연구 의심된 플라스틱 (예를 들어, 비슷한 섬유 또는 입자의 높은 숫자)25에 이상이 목표를 해결 하는 금액. 일반적인 의미에서 가능 하지만 20% 플라스틱을 의심 많은 테스트 합니다.
    1. 일단 의심된 플라스틱 사용 하 여 마이크로 ATR FTIR 분석, 스펙트럼 데이터베이스를 주어진된 샘플 사용 플라스틱 이며, 그렇다면, 플라스틱의 폴리머 형식을 결정.

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Representative Results

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이 프로토콜, Oso 베이에서 3 샘플 (V1-V3)의 복구 속도 확인 하기 위해 코 퍼스 크리스티, 텍사스 (텍사스 A & M 대학교 코 퍼스 크리스티 캠퍼스에 인접 한), (50-100 µ m에서에서 배열 하는 10 블루 PE 입자와 아군 했다 직경) 및 50 녹색 나일론 섬유의 다양 한 길이 (그림 3). 샘플 TSS는 계산된 (제 2)은 다음 샘플 섹션 3-5에 설명 된 방법을 사용 하 여 필터링 된. 블루 PE 입자와 녹색 나일론 섬유 다음 분리 하 고 정량 (표 1). 다른 섬유와 입자 메시 체에 멤브레인 필터, 가능성이 Oso 베이 물 샘플에서 파생 관찰 했다. 평균, PE 입자의 100%와 나일론 섬유의 92%는 재기 되었다. 섬유의 손실 여과 또는 잘못 된 id 중 샘플 손실의 작은 금액으로 인해 수 있습니다.

장비 빈 디 물 1000 mL를 필터링 하 여 여과 장치에서 수집 되었다. 이 빈 100 µ m, 50 µ m 메쉬 체와 0.45 μ m 멤브레인 필터를 사용 하 여 분석 했다. 7 섬유 (블루와 클리어)의 총 빈 장비에서 발견 됐다. 이 오염 수는 여과 장치, 실험실 장비, 대기 증 착, 또는 디 물에서 있었습니다. 그러나, 섬유 비슷한 블루 PE 입자와 녹색 나일론 섬유 샘플을 스파이크 하는 데 사용 되지 않았습니다.

이 프로토콜 처리 등 미시시피 강 mainstem 미주리 강 미시시피 강 유역에서 샘플을 만들었습니다. 미시시피 강과 미주리 강에서 예비 분석 했다 63 mg/l.의 평균 TSS 퇴적 물 컬렉션 큰 강에 발생할 수 있는 높은 정지 퇴적 물 농도 시뮬레이션 하기 위해 전에 의도적으로 방해 했다 Oso 베이의 TSS 값은 일반적으로 그 미시시피 강 유역에서 관찰 아래, 하는 동안 시스템입니다. Oso 베이 샘플에 평균 TSS는 미시시피 강과 미주리 강 샘플에 대 한 계산 TSS 보다 ~ 30 배 높은 1,865 mg/L 이었다. 탁 Oso 베이 샘플 성공의 여 과를와 TSS 샘플까지 ~ 1800 mg/L 여기 설명 된 기술을 사용 하 여 것이 좋습니다.

Figure 3
그림 3 : 미 립 자 및 백분율 복구 유효성 검사에 사용 하는 섬유. 두 개의 파란색 PE 입자와 스파이크 Oso 베이 코 퍼스 크리스티, 텍사스에서에서 유효성 검사 샘플을 사용 하는 크기의 범위에서 2 개의 녹색 나일론 섬유의 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

샘플 TSS (g/L) 0.45 μ m 50 μ m 100 μ m % 복구
섬유 미 립 자 섬유 미 립 자 섬유 미 립 자 섬유 미 립 자 섬유 미 립 자
V1 4.663 1 0 18 0 31 10 50 10 100 100
V2 0 0 21 0 28 10 49 10 98 100
V 3 0 0 27 0 14 10 41 10 82 100

표 1: 유효성 검사 샘플에서 결과. 블루 PE 입자와 녹색 나일론 섬유의 일련 코 퍼스 크리스티, 텍사스, Oso 베이에서 여과 장치 및 분석 프로토콜을 확인 하기 위해 샘플에 추가 되었습니다. 3 microplastic 유효성 검사 샘플 (V1-V3)와 하나의 TSS 샘플 Oso 베이의 은행에 같은 위치에서 찍은. 섬유 및 입자 각 기 공 크기에 대 한 계량 했다와 총 각 유효성 검사 샘플에 대 한 계산 했다. 알려진된 양의 섬유와 스파이크는 샘플 및 총 각 샘플에서 발견 하는 데 사용 하는 입자를 사용 하 여 백분율 복구 계산 했다.

프로토콜 또한 만들어진 샘플 강 하 두 깊이에서: 표면 (최고 속도와 강 깊이) 및 0.6-깊이 (전체 물 열 대 약 평균 속도와 강 깊이). 미시시피 강과 미주리 강 (표 2)에서 샘플 수집 하 고 위에서 설명한 대로 분석 했다. Microplastic 농도에 깊이의 효과 검사 하는 첫 번째 및 두 번째 예제 (즉, Alton, 일리노이에서 미시시피 강) 같은 위치에 찍은 다른 깊이. Microplastic 로딩 위치를 샘플링의 가능한 효과 검사 하는 첫 번째 및 세 번째 예제 같은 깊이에서 그러나 다른 위치 (즉, Alton, 일리노이, 세인트 루이스, 위 미주리 강에서 미시시피 강에 찍은 미주리)입니다. 섬유 및 미 립 자 예비 미시시피 강 분 지 샘플에서 발견의 예는 그림 4에 나와 있습니다.

위치 지질 측정 역 깊이 탁도 TSS 섬유 입자 섬유 입자 섬유 입자 섬유 입자 섬유 / Particule 비
0.45 m m 50 mm 100 m m
m NTU g/L # /L
MS; Alton, 일리노이 USGS 05587498 0 38.3 0.063 80 0 126 1 54 1 260 2 262 130
MS; Alton, 일리노이 USGS 05587498 20.1 61.4 0.090 191 0 151 5 195 1 537 6 543 90
모; 컬럼비아 하단, 미주리 USGS 06935965 0 30.8 0.036 122 4 57 0 37 0 216 4 220 54
MS = 미시시피 강; 미주리 미주리 강 =

표 2: 미시시피 강 분수령 샘플 수집 및 분석 데이터. 예비 샘플 지질 측정 미시시피 강과 미주리 강에서 방송국 근처 수집 했다. 깊이 (m), 탁도 (NTU), 및 TSS (mg/L)는 각 사이트에 대 한 측정 되었다. 샘플 필터링 하 고이 프로토콜에 따라 분석 했다. 섬유 및 미 립 자 50 µ m에 대 한 계량 했다 그리고 100 µ m 기 공 크기는 0.45 μ m 멤브레인 필터로 체 메쉬. 500 µ m 메쉬 체에 수집 된 자료의 부족으로이 크기는 제시 결과에서 제외 됩니다.

Figure 4
그림 4 : 예 미 립 자 및 미시시피 강 분수령에서 예비 샘플에서 발견. 섬유 및 입자 Alton, 일리노이에서 미시시피 강의 표면에서 찍은 샘플 (표 2)에 정량의 이미지. (A) 0.45 μ m 멤브레인 필터에 크기에서 배열 하는 두 개의 블루 섬유의 이미지. (B) 색상, 크기, 및 미시시피 강 유역에서 발견 하는 microplastics의 모양에는 범위를 보여주는 미 립 자 레드와 다양 한 섬유에 50 µ m 메쉬 체의 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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Discussion

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드리프트 그물을 사용 하 여 Microplastic 컬렉션은 어디 침전 물 및 플라스틱 농도 낮은, 따라서 필요한 큰 샘플 볼륨 바다 같은 환경에서 기존의 방법입니다. 그러나, 편 류 그물 또는 되지 않습니다 항상 실용적인 안전 강 높은 앙금 짐 그리고 큰 부동 또는 침수 파편에. 또한, ≥300 µ m 크기 플라스틱 설문 조사에 사용 하는 대부분 그물 망으로 철저 하 게 캡처 및 microplastic 물자, 특히 섬유, 계량을 하려고 하는 때 편 류 그물을 사용 하 여 가능 하지 않습니다. 이 문서에 설명 된 프로토콜 waterbodies microplastics의 캡처 허용 하는 동안 포함 하는 높은 퇴적 물 중에에서 샘플링에 대 한 허용 < 300 µ m 직경에서. 메서드와 연결 된 필터링 장치 다목적 이며 특정 프로젝트의 필요에 적응 시킬 수 있다. 또한,이 프로토콜 데이터 수 질을 개선 하 고 최근 microbead 금지26등이 전략의 효율성을 측정 하는 완화 전략을 개발 도움이 됩니다.

이 메서드는 컨트롤을 샘플 컬렉션 깊이, 볼륨 입력 및 오염의 여러 소스에 대 한 회계 동안 크기 클래스에 microplastics의 분리 수 있습니다. 연동 펌프 사용 펌프 튜브의 길이 조정 하 여 원하는 깊이에서 샘플을 수집 하는 사용자를 수 있습니다. 사용자가 쉽게 분리 가능한 연합 피팅 조정 필터 소재에 대 한 허용 및 기 공 크기 가변 직경 및 플라스틱의 농도를 하는 동안 여과 장치를 사용 하 여 샘플 볼륨을 제어할 수 있습니다. 우리는 1 L 샘플 크기 microplastics 미시시피 강 유역에 여러 가지 이유로 측정에 대 하 이상적 발견. 첫째, 물 1 L, 이내 우리 몇 백 의심된 섬유 및 입자 있었다 발견. 둘째, 볼륨 1 L 보다 큰 샘플에서 높은 앙금 대 중 실질적으로 필터링 둔화. 셋째, 더 이상 필터링 시간 잠재적으로 더 큰 실험실 오염 발생할 수 있습니다. 여과 장치 및 다른 프로젝트에 쉽게 적응 하는 능력 필요 촉진 수집 및 서브 미크론 크기로 microplastic 파편의 분석은 합성 섬유를 공부를 할 때 특히 도움이 됩니다.

연합 관절 포함 메쉬 체의 제거를 질 때 또는 막 여과 사이클 사이의 필터 하지만 관절 단단히 밀봉 되 고 신중 하 게 되도록 메쉬 체와 멤브레인 필터 올바르게 장착는 샘플 (의 손실을 방지합니다 섹션 3, 5)입니다. 끊어지고 또는 크래킹, 멤브레인 필터, 그것을 처리 하기 전에 젖은 될 필요가 방지만 현미경 분석 하기 전에 건조. 펌프 압력에 높은 퇴적 볼륨 샘플에 (서) 특히 127 m m Hg (4.2 단계), 도달 하기 전에 파열 멤브레인 필터에서 발생할 수 있습니다. 따라서, 압력 신중 하 게 감시 해야 하 고 필요에 따라 조정 합니다.

여과 장치를 사용 하 여 프로토콜 정지 퇴적 물으로 그물의 막힘 등 드리프트 그물을 배포와 관련 된 문제를 완화, 하지만 그것은 오염에 대 한 기회를 증가 하는 실험실에서 샘플 처리 증가. 감소 하거나 샘플 처리에서 잠재적인 오염 제거, 모든 장비 해야 합니다 철저 하 게 씻어 서 함께 충분 한 양의 디 세 번 물 및 공백 각 장치 (예를 들어, 연동 펌프, 여과 장치에서가 야 한다 컬렉션 컨테이너) 샘플 수집, 처리 및 분석을 통해. 각 환경 및 장비 빈 필터링 다음 섹션 4-6에 설명 된 프로토콜을 사용 하 여 분석. 매우 순수한 물 여과 시스템의 사용 rinsing 및 공백을 사용 하는 디 물에서 잠재적인 오염을 줄일 수 있습니다.

실험실에서 샘플의 20% 이상에서 일관 된 플라스틱 식별 되도록 두 개인에 의해 분석 되어야 합니다. 여과 및 실험실에서 분석 하는 동안 요리 연구소 블랭크 될 수 있습니다 및 분석 기간 동안 지정 된 지역에 배치 하는 페 트리를 엽니다. 각 실험실 빈 것 이다 다음 섹션 6에는 프로토콜을 사용 하 여 분석할 수 있습니다. 오염을 방지 하기 위해 대기 공 술 서에서 디 물으로 세척 후 알루미늄 호 일 모든 장비를 커버.

연동 펌프 및 주문 품 microplastic 여과 장치에서이 프로토콜을 사용 하 여 일시 중단 된 앙금의 높은 농도 포함 하는 환경에서 샘플을 수집 하는 사용자 수 있습니다. 또한,이 방법은 수 microplastic 파편을 계량을 사용자가 < 300 µ m, 특히 microfiber. 이 프로토콜에 대 한 백분율 복구 상대적으로 높은 복구 율을 보여주는 100%와 PE 입자와 나일론 섬유에 대 한 92%를 각각, 수를 측정 했다. 예비 샘플 1 L 샘플 평균 또한이 프로토콜을 사용 하 여 미시시피 강 유역에서 찍은 > 크기에 이르기까지 200 microplastics (0.45-500 µ m), 모양, 및 색깔. 이 프로토콜은 운명, 효과, 및 microplastics의 소스에 유사한 연구를 안내할 것입니다.

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Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

이 프로토콜 설립 프로젝트 국립 해양 및 대기 관리 (NOAA는) 해양 파편 프로그램 (# NA16NO29990029)에 의해 투자 되었다. 우리 사이트 선택 및 보트 작업에 대 한 국가 큰 하천 연구와 교육 센터 (NGRREC) Alton, 일리노이,에서 마일 Corcoran를 감사합니다. 필드 및 실험실 작업 카밀 버클리, 마이클 Abegg, 요 시아 레이 레 베 카와 그 너의 도움으로 완성 되었다.

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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샘플링, 정렬, 및 높은 정지 퇴적 부하와 큰 부동 파편 수생 환경에서 Microplastics
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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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