Waiting
Login processing...

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

Environment

Prøvetaking, sortering og karakteriserer Microplastics i akvatiske miljøer med høy suspendert Sediment laster og stort flytende avfall

doi: 10.3791/57969 Published: July 28, 2018

Summary

Mest microplastic forskning til dato har oppstått i marine systemer der suspendert solid nivåer er relativt lav. Fokus nå flytter til ferskvann systemer, som kanskje har høy sediment laster og flytende avfall. Denne protokollen adresser innsamling og analyse av microplastic prøver fra akvatiske miljøer som inneholder store suspendert solid belastninger.

Abstract

Allestedsnærværende tilstedeværelsen av plast rusk i havet er anerkjent av offentlige, vitenskapelige samfunn og myndigheter. Men nylig har microplastics i ferskvann systemer, som elver og innsjøer, er kvantifisert. Microplastic utvalg på overflaten vanligvis består av distribusjon Faststående garn bak enten en stasjonær eller flytte båten som begrenser prøvetaking for miljøer med lave nivåer av suspendert sedimenter og flytende eller neddykket rusk. Tidligere studier som ansatt Faststående garn å samle microplastic rusk vanligvis brukt garn med ≥300 µm mesh størrelsen, slik at plast rusk (partikler og fiber) under denne størrelsen å passere gjennom nettet og unnvike kvantifisering. Protokollen finnesher gjør: 1) prøvetaking i miljøer med høy suspendert laster og flytende eller neddykket rusk og 2) fangst og kvantifisering av microplastic partikler og fiber < 300 µm. vannprøver samlet inn ved hjelp av en peristaltiske pumpe i lav tetthet polyetylen (PE) beholdere lagres før filtrering og analyse i laboratoriet. Filtrering ble gjort med en skreddersydd microplastic filtrering enhet som inneholder avtakbar union leddene som ligger nylon maske sikter og blandet cellulose ester membran filtre. Mesh sikter og membran filtre ble undersøkt med en stereomicroscope å kvantifisere og skille microplastic partikler og fiber. Disse materialene ble deretter undersøkt ved hjelp av en mikro-dempes totale refleksjon Fourier transformere infrarød spectrometer (mikro ATR-FTIR) til å fastslå microplastic polymer-typen. Gjenoppretting ble målt ved skyter prøver ved blå PE partikler og grønne nylon fiber; prosent utvinning ble bestemt å være 100% for partikler og 92% for fiber. Denne protokollen guide lignende studier på microplastics i høy hastighet elver med høye konsentrasjoner av sediment. Med enkle modifikasjoner til peristaltiske pumpen og filtrering enhet, kan brukerne samle og analysere ulike eksempel volumer og partikler størrelser.

Introduction

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

Plast ble først observert i havet så tidlig som på 1930-tallet1. Nylige beregninger av marine plast rusk fra over 243,000 tonn (MT) av plast på havets overflate til 4,8-12.7 millioner tonn plast inn havet fra bakkenett kilder årlig2,3. Studier på marine plast rusk fokusert på macroplastics (> 5 mm i diameter) som de er lett synlige og målbare. Men det ble nylig oppdaget at macroplastics representerer < 10% av plast avfall av greven, i havet, som angir at det overveldende flertallet av plast avfall er microplastic (< 5 mm i diameter)2.

Microplastics er inndelt i to grupper: primære og sekundære microplastics. Primære microplastics består av plast som er produsert ved diameter < 5 mm og inkluderer nurdles, rå pellets brukes til å lage forbrukerprodukter, microbeads brukt som exfoliants i personlig pleieprodukter (f.eks ansikts vask, kroppsskrubb, tannkrem), og slipemidler eller smøremidler i bransjen. Sekundære microplastics opprettes i miljøet som større plast avfall er fragmentert av photolysis, slitasje og mikrobiell nedbryting4,5. Syntetiske fibre er også sekundære microplastics og økende bekymring. Et og samme strikkeplagg kan frigi > 1900 fiber per vask i en nasjonal vaskemaskin6. Disse mikrofiber, samt microbeads fra personlig pleieprodukter, er vasket ned avløp og inn i kloakksystemet før avløpsvann behandlinger planter. Murphy (2016) fant at et avløpsrenseanlegg serverer en befolkning på 650 000 redusert microplastic konsentrasjonen av 98.4% fra influent til avløpsvann, men 65 millioner microplastics forble i avløpsvann og sludge hver dag7. Selv med høy andel av microplastics fjernes under behandling prosesser, millioner, muligens milliarder, av microplastics passerer gjennom renseanlegg daglig og angi overflatevannet i avløpsvann6,8 ,9,10,11.

På grunn av deres miljømessige utgivelse, har microplastics blitt funnet i fordøyelsessystemet og respiratoriske vev hos marine organismer over alle nivåer i næringskjeden12,13,14,15. Deres innflytelse etter opptak er variabel, med noen studier ikke observere skade, mens andre viser mange effekter som fysiske og kjemiske vev skade4,6,14,15. På grunn av disse funnene har interesse i dette feltet økt de siste fem tiårene. Men nylig har studier begynt å kvantifisere plast rusk, spesielt microplastics, i ferskvann systemer, som elver og innsjøer, eller vurdere effekten på organismer bolig i disse habitater12,16, 17,18. Elvene er en viktig kilde til plast rusk funnet i havet som de mottar avløpsvann avløp og vann avrenning som inneholder microplastics og macroplastics.

Protokollen finnesher kan brukes til å samle inn microplastic eksempler der Faststående garn er ikke gjennomførbart; spesielt flytende i akvatiske miljøer med høye konsentrasjoner av suspendert sedimenter og store rusk som Mississippi-elven. Mississippi-elven vannskille er en av verdens største og har en befolkning på > 90 millioner mennesker, sannsynligvis gjør det en av de største kildene av plast avfall til havet19,20. Hvert år, Mississippielven utslipp gjennomsnittlig 735 km3 av ferskvann i Mexicogolfen, med høye konsentrasjoner av suspendert sedimenter (~ 60 til > 800 mg/L) og store rusk13,21. Vannprøver ble samlet på to dybder (dvs. overflaten og 0.6-dybde) på ulike steder langs Mississippi-elven og dens bielver i gjennomskinnelig 1 L lav tetthet polyetylen (PE) beholdere med en peristaltiske pumpe. I laboratoriet, ble prøver filtrert bruke nylon maske sikter og blandet cellulose ester membran filtre samtidig med en skreddersydd 63,5 mm (2.5 in) polyvinylklorid (PVC) sylinder med union ledd sette de sikter og filtre22. Inkludering av PVC fagforeninger filtrering enheten tillater filtrering av så mange eller så få partikkel størrelse klasser som ønsket. I tillegg kan det brukes til å fange microplastic rusk ned sub-mikron størrelser med membran filtre når studere Syntetiske fibre. Når filtrert, prøver ble tørket og mistenkt plast ble identifisert og sortert fra mesh sikter og membran filtre under en stereomicroscope. Mistenkt plast ble deretter undersøkt ved hjelp av mikro-dempes totale refleksjon Fourier transformere infrarød spektroskopi (mikro ATR-FTIR) til å eliminere ikke-syntetisk materiale eller polymer-typen. Størrelsen på microplastic partikler og fiber er forurensning vanlig. Beskyttet mot kontaminering inkluderer atmosfæriske deponering, klær, feltet og lab utstyr, samt deionisert (DI) vann kilder. Flere trinn er inkludert i protokollen for å redusere forurensning fra ulike kilder mens drive alle faser av studien.

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. vann prøvetaking

  1. Samle vannprøver og vann kvalitetsdata rundt med båt der elva er godt blandet, ideelt på steder der elven scenen eller utslipp er kjent (f.eks USA Geological Survey (USGS) gauging stasjon). 20 for å sikre at vannet er godt blandet, guide båten med en håndholdt meter i elva til hvor ledningsevne forblir relativt konstant.
  2. Målestasjoner, posten stedskoordinater og dybde. For å finne 0.6-dybden, multipliserer du totalt dybden med 0,6. Måle vann kvalitet parametere av interesse (f.eks turbiditet, temperatur, ledningsevne, pH og oppløst oksygen (DO)) med en håndholdt meter. For å måle parameterne, pumpe utvalg vann fra ønsket dybde i en bred munn beholder med peristaltiske pumpen og umiddelbart ta målinger (trinn 1.5).
  3. Bruk en peristaltiske pumpe med slangen til å innhente prøver fra overflaten og 0.6-dybde. Koble riktig rør lengden på pumpen for gitt dybde.
    1. På grunn av sterk strøm i elvesystemer knytte en 6,4 mm sveiset kjede til pumpen slangen bruker zip båndene til vekt slangen. På slutten av kjeden, plassere en vekt eller sement blokk videre vekt kjeden og rør montering.
      Forsiktig: Ikke koble vekt eller sement blokk direkte til pumpen slangen.
  4. Plass avløpsvann slutten av slangen over båtens kanten, fra klær som kunne kaste fiber. Sakte senke influent slutten av slangen til ønsket dybde (dvs. den overflaten eller 0,6-dybde). Deretter kjører pumpen i revers å rense slangen med luft minst 30 s. Etter luft purging, snu pumpe retningen og skyll slangen med eksempel vann fra ønsket dybde mens vannet renne av båten eller en avfallsbeholderen. Stopper pumpen når slangen har blitt skylt minst 30 s.
  5. Skyll beholderen brukes for vann kvalitet målinger tre ganger med eksempel vann, dumping rense vannet hver gang. Når skylles, beholderen fylles med eksempel vann og måle vann kvalitet parameterne rundt med en håndholdt meter (trinn 1.2).
  6. Samle en microplastic subsample ved å plassere rør avløpsvann i en merket, 1 L beholder som har vært pre skylles med minst 250 mL DI vann tre ganger. Deretter skyll beholderen tre ganger med eksempel vannet, forkaster du skylle hver gang. Når microplastic beholderen skylles, fylle den med prøven.
  7. Med samme peristaltiske pumpen i trinn 1.6, samle en subsample for suspendert stoff (TSS) i en merket, 250 mL flaske som har vært pre skylles med minst 100 mL DI vann tre ganger. Skyll flasken tre ganger med eksempel vann, forkaster du skylle hver gang. Når TSS beholderen skylles, fylle den med prøven.
  8. Samle feltet triplicates og tomme minst en gang per dag i feltet, på samme måte som beskrevet i trinn 1.6-1.7, quality assurance/kvalitet kontroll (QA/QC) forbindelse. For å samle en tom, ta to 1 L beholdere av DI vann til feltet. Etter purging pumpe slangen med luft, åpner den første beholderen DI vann og skyll pumpe slangen med metoden beskrevet i trinn 1.4. Når slangen skylles, åpne andre beholderen DI vann og pumpe det inn i en tom 1 L beholder og en 250 mL flaske for microplastic og TSS mellomrom, henholdsvis.
  9. Lagre microplastic og TSS underutvalg på is inntil tilbake til lab, der de vil bli lagret på 20 ° C før de behandles.
    Forsiktig: Pass på å la noen hodet plassen i beholdere for eksempel slik at de ikke er skadet på grunn av is ekspansjon når fryser.
    Merk: Protokollen kan pauses her.

2. TSS besluttsomhet

  1. Bruk United States Environmental Protection Agency (USEPA) metoden 160.2 for å bestemme TSS med 250 mL underutvalg samlet i feltet23. Sammenligne de beregnede TSS verdiene med den totale plasten funnet.

3. Microplastic filtrering enhet montering

  1. Rense de filtrering enhet og nylon maske sikter (figur 1) tre ganger med minst 250 mL DI vann. Plass nett sikter ønsket pore størrelser (f.eks 50 µm, 100 µm, 300 µm, 500 µm) i hver fagforening felles med pore størrelse redusert fra toppen til bunnen av filtrering enheten (figur 1A). Forsegle hver fagforening felles tett for å unngå lekkasje.
  2. Fold blandet cellulose ester membran filtre (142 mm diameter) av ønsket pore size(s) (f.eks 0.45 µm) i en kjegle-figur, og plasser den i filtrering enheten:
    Merk: Folding membran filteret vil gi mer areal for å forhindre tilstopping av filteret.
    1. Våt membran filteret med Ionisert vann. Mens fuktig, brett membran filteret i en kjegle form med en diameter som passer inn i filtrering enheten. Også kaste en liten lip langs kanten av kjeglen slik at den passer over toppen av unionen felles (figur 1B).
      Forsiktig: Membran filteret må bli våt for å unngå å rive.
    2. Sted rustfritt stål netting kurven i den siste unionen felles (figur 1 c). Forsiktig plassere koniske membran filteret i kurven (figur 1 d). Brett kanten av membran filteret over kanten av unionen skjøt.
      Merk: Mesh kurven vil støtte filteret og redusere brekker når et vakuum er brukt.
  3. Plasser en mesh sil med minste ønskede porestørrelse (f.eks 50 µm) på membran filteret i den siste unionen felles sett i figur 1.
    Merk: Dette vil gi ekstra støtte å holde membran filteret på plass under filtrering.
  4. Når alle union ledd er tett forseglet, fest slangen fra toppen av filtrering kolbe til bunnen av filtrering enheten. Knytt deretter slangen fra siden av filtrering kolbe til vakuumpumpe som vist i figur 2.

Figure 1
Figur 1 : Montering av filtrering enheten. (A) filtrering enheten er montert ved å plassere mesh sikter av ønsket porestørrelse i øvre union leddene. (B) den blandede cellulosevatt ester membran filtre må kastes inn i en kjegle-formet til å passe diameteren på filtrering enheten. kjeglen bør ta en liten lip å passe over kanten av unionen skjøt å sikre filteret i stedet. (C) en mesh kurven plasseres i unionen legge stabilitet til membran filteret. (D) foldet membran filteret legges til mesh kurven og minste mesh sil størrelsen er plassert over toppen av membran filteret. (E) i ferdigmonterte filtrering enhet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 : Montering av filtrering kolbe og pumpe. En filtrering kolbe er knyttet til filtrering enhet vakuum kortet bruker en klar vinyl slangen. Filtrering kolbe er deretter tilknyttet vakuumpumpe. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

4. eksempel filtrering

  1. Samle utstyret tomme før filtrering hver gang enheten er montert. Rense enheten tre ganger med minst 250 mL DI vann før tomt samles. Disse tomme samles inn ved hjelp av fremgangsmåten i trinn 4.2-4.4.
  2. Aktivere vakuumpumpe. Kontroller at trykket av vakuumpumpe ikke overstiger 127 mm Hgeller membran filteret kunne rive.
    Forsiktig: Avhengig av flow rate for eksempel filtrering, kunne press øke inne filtrering enheten hvis sediment tresko mesh sikter eller membran filtre. Dette kan føre til et brudd i membranen filteret før en lesning av 127 mm Hg. Derfor ser du trykket tett som det kanskje må justeres under 127 mm Hg på utvalg av prøven basis.
  3. Bruke en 500 mL uteksaminert sylinder, trippel skylles med minst 250 mL DI vann, for å måle det totale volumet av prøven. Ta opp volumet og overføre prøven fra uteksaminert sylinder til filtrering enheten.
    Forsiktig: Avhengig av vann prøven og filtrering kolbe må filtrering kolbe tømmes flere ganger under eksempel filtrering.
    1. For å tømme filtrering kolbe, slå av pumpen og koble to slangene fra flasken. Tømme flasken i en egen beholder med avfall.
      Forsiktig: Holde vannet filtrert prøven før hele prøven er filtrert og det er bekreftet at membran filteret er intakt.
    2. For å fortsette filtreringssyklusen koble slangene for filtrering kolbe, som beskrevet i trinn 3.4, og slå på pumpen.
  4. Når hele prøven er blitt filtrert, skyll eksempel beholderen, og uteksaminert sylinder tre ganger med minst 250 mL DI vann. Etter hver skylling, filtreres vannet som brukes å skylle beholderen og uteksaminert sylinder å sikre alle partikler er filtrert.

5. Microplastic filtrering enhet demontering

  1. Skyll veggene av filtrering enheten tre ganger med minst 250 mL DI vann å sikre at alle partikler er filtrert og ingen værende filtrering.
  2. Slå av vakuumpumpen, så nøye skru og ta den første unionen. Slå på pumpen tilbake og bruke DI vannflaske vask skylle kantene av union. Vask partikler på kantene av sil i midten slik at de er alle samlet.
  3. Slå av pumpen og fjern sil nøye med ren tang, pass på ikke å ta partikler på overflaten av sil. Plasser sil i en dekket Petriskål og tørk den på 60 ᵒC 24 h. Når tørr, kan prøver bli lagret til analyse kan begynne.
  4. Gjenta 5.1-5.3 for hver union felles bolig en sil.
  5. For den siste unionen felles som huser en maske sil og membran filter, gjentar du trinn 5.1-5.3 for sil.
    Forsiktig: Vær forsiktig når skylling sil, som eksempel kan gå tapt hvis skylles under membranen filteret.
  6. Aktivere vakuumpumpe og skyll kantene av membran filteret vaskeflaske DI vann. Vask partikler på kantene av membran filteret i midten å sikre det hele prøven er filtrert. Før du fjerner membran filteret, sikre at alt vannet har gått gjennom det og at vann er pooling på overflaten.
    Forsiktig: Igjen, vær forsiktig når skylling membran filteret som eksempel kan gå tapt hvis skylles under den.
  7. Nøye fjerne og brette membran filteret med tang. Plass membran filteret i en Petriskål eller folie konvolutt passer for diameter.
    Merk: Membran filteret må være fuktig mens håndteres for å unngå å rive.
  8. Tørr dekket membran filteret i ovnen på 60 ᵒC 24 h. Når tørr, lagre prøver til analyse kan begynne.
    Merk: Protokollen kan pauses her.

6. partikler analyse

  1. La sil eller membran filtrere i Petriskål og fjerne bare lokket for å begynne å undersøke utvalget for microplastics. Dette sikrer at hvis noen partikler faller mesh sil eller membran filteret de forblir i Petriskål, som kan analyseres etter alle partikler er fjernet fra mesh sil eller membran filteret.
  2. Undersøke mesh sil eller membran filteret under en stereomicroscope (14-90 X forstørrelse) å identifisere mistenkte plast partikler og fiber. Bruk følgende kriterier når identifisere mistenkte plast: ingen cellestruktur, fiber er lik tykkelse hele, og partikler er ikke skinnende24.
  3. Fjerne alle mistenkte plast fra mesh sil eller membran filteret og plassere dem inn i samling ampuller med 70% etanol. Registrere farge og form (f.eks partikler, fiber, film, etc.) av hver mistenkt plast.
  4. Når alle mistenkte plast er fjernet fra mesh sil eller membran filteret og kvantifisert, undersøke både lokket og bunnen av Petriskål følge trinnene 6.2-6.3.
  5. Etter mesh sil eller membran filter og Petriskål har blitt undersøkt og alle mistenkte plast fjernet og kvantifisert, plassere partikler eller fiber fra samlingen ampullen til en 12-slot aluminium belagt lysbilde for analyse ved hjelp av en mikro ATR-FTIR.
    Merk: Det er ikke alltid mulig å teste hver mistenkt plast på mikro ATR-FTIR. Derfor "strategisk Velg" beløpet som vil ta målene for studier og uregelmessigheter i mistenkt plast (f.eks mange lignende fiber eller partikler)25. I en generell forstand test som mange mistenkte plast som mulig, men ikke mindre enn 20%.
    1. Når mistenkt plast analyseres ved hjelp mikro ATR-FTIR, bruk spectral databaser for å bestemme om et gitt utvalg er plast og, i så fall avgjøre plasten i polymer-typen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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

For å validere utvinningen av denne protokollen, mai tre vareprøver (V1-V3) fra Oso Bay, ble Corpus Christi, Texas (ved Texas A & M University-Corpus Christi Campus), tilsatt 10 blå PE partikler (alt fra 50-100 µm i diameter) og 50 grønne nylon fibre ulik lengde (Figur 3). Eksempel TSS var beregnet (del 2) og deretter prøvene var filtrert ved hjelp av metodene beskrevet i avsnitt 3-5. Den blå PE partikler og grønne nylon fiber var så skilt og kvantifisert (tabell 1). Andre fibre og partikler ble observert på mesh sikter og membran filtre, sannsynligvis avledet fra Oso Bay vann utvalget. Gjennomsnittlig ble 100% av PE partikler og 92% nylon fibrene gjenopprettet. Tap av Fibre kan skyldes en liten mengde eksempel tap under filtrering eller feil identifisering.

En utstyr tom ble samlet inn fra filtrering enheten, ved filtrering 1000 mL DI vann. Denne tom ble analysert bruker 100 µm og 50 µm mesh sikter og filtere 0,45 µm membran. Totalt 7 fiber (blå og klar) ble funnet i utstyret tomt. Denne forurensningen kunne vært fra filtrering enhet, laboratorieutstyr, atmosfæriske deponering eller DI vann. Imidlertid var fibrene ikke lik den blå PE partikler og grønne nylon fiber brukes å pigge prøvene.

Denne protokollen ble opprettet for å behandle prøver fra Mississippi-elven vannskille, inkludert Mississippi elven mainstem og elven Missouri. Foreløpige analyser fra Mississippi-elva og Missouri-elven hadde gjennomsnitt TSS 63 mg/L. Mens TSS verdiene til Oso Bay er vanligvis under de observeres i Mississippi-elven vannskille, ble sediment bevisst forstyrret før vann samling å simulere høyere suspendert sediment konsentrasjoner som kan oppstå i stor elv systemer. Gjennomsnittlig TSS i Oso Bay prøvene var 1,865 mg/L, som er ~ 30 ganger høyere enn TSS beregnet for Mississippielven og Missouri elven prøvene. Grumset Oso Bay prøvene foreslå vellykket filtrering prøver med en TSS på opptil ~ 1 800 mg/L ved hjelp av metodene beskrevet her.

Figure 3
Figur 3 : Partikler og fiber som brukes for prosent utvinning validering. Bilde av to blå PE partikler og to grønne nylon fibre i en rekke størrelser brukes å pigge validering prøvene fra Oso Bay i Corpus Christi, Texas. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Eksempel TSS (finans) 0,45 μm 50 μm 100 μm Totalt % Gjenopprettet
Fibre Svevestøv Fibre Svevestøv Fibre Svevestøv Fibre Svevestøv Fibre Svevestøv
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

Tabell 1: resultater fra godkjenningen prøver. En rekke blå PE partikler og grønne nylon fibre ble lagt til prøver tatt fra Oso Bay i Corpus Christi, Texas, validere filtrering enhet og analyse protokollen. Tre microplastic validering prøver (V1-V3) og en TSS prøven ble tatt på samme sted i banken Oso Bay. Den fiber og partikler kvantifisert for hver porestørrelse og totalt ble beregnet for hver validering prøve. Bruker kjent mengde fiber og partikler brukes å pigge prøvene og totale utvinnes fra hver prøve, ble prosent utvinning beregnet.

Protokollen ble designet for å prøve elver fra to dybder: overflaten (elven dybden med den høyeste hastigheten) og 0.6-dybde (elven dybden med omtrent gjennomsnittlig hastighet for hele vannsøylen). Prøver fra Mississippi-elva og Missouri elven (tabell 2) ble innhentet og analysert som beskrevet ovenfor. For å undersøke effekten av dybden på microplastic konsentrasjon, de første og andre eksemplene ble tatt på samme sted (dvs. Mississippielven på Alton, Illinois) men på ulike dyp. For å undersøke mulige effekten av prøvetakingen plassering på microplastic lasting, er første og tredje prøvene tatt på samme dybde men på forskjellige steder (dvs. Mississippielven Alton, Illinois, og elven Missouri over St. Louis, Missouri). Eksempler på fibre og partikler i foreløpige Mississippielven bassenget prøvene er vist i Figur 4.

Beliggenhet USGS Gauging stasjon Dybde Turbiditet TSS Fibre Partikler Fibre Partikler Fibre Partikler Fibre Partikler Totalt Fiber / Particule forhold
0,45 mm 50 mm 100 mm Totalt
m NTU Finans #/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 bunnen, MO USGS 06935965 0 30,8 0.036 122 4 57 0 37 0 216 4 220 54
MS = Mississippi elven. MO = Missouri elven

Tabell 2: Mississippi-elven vannskille innsamling og analyse eksempeldata. Foreløpig prøvene ble samlet nær USGS måle stasjoner på Mississippi-elva og Missouri-elven. Dybde (m), turbiditet (NTU) og TSS (mg/L) ble målt for hvert område. Prøvene ble filtrert og analysert etter denne protokollen. Fibre og partikler kvantifisert for 50 µm og 100 µm porestørrelse mesh sikter samt filtere 0,45 µm membran. På grunn av mangel på materialer på en 500 µm sil, er denne størrelsen ekskludert fra resultatene som presenteres.

Figure 4
Figur 4 : Eksempel partikler og fiber finnes i foreløpige prøver fra Mississippi-elven vannskille. Bilder av fiber og partikler kvantifisert i et utvalg (tabell 2) fra overflaten av Mississippi-elven på Alton, Illinois. (A) bilde av to blå fibre som varierer i størrelse på filtere 0,45 µm membran. (B) bildet av en rød partikler og ulike fibre på en 50 µm sil, viser området i farge, størrelse og form av microplastics funnet i Mississippi-elven vannskille. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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

Microplastic samling med Faststående garn er det tradisjonelle metoden i miljøer som havet der både sedimenter og plast konsentrasjoner er lav, dermed krever stort utvalg volumer. Faststående garn er imidlertid ikke alltid praktisk eller trygt i elver med høy sediment laster og store flytende eller neddykket rusk. I tillegg er det ikke mulig å bruke en drift netto når forsøker å grundig fange og kvantifisere microplastic materialer, spesielt fiber, som de fleste garn brukes for plast undersøkelser har mesh størrelser ≥300 µm. Protokollen beskrevet i denne hvitboken tillater prøvetaking i waterbodies som inneholder høy sediment laster mens tillater erobringen av microplastics < 300 µm i diameter. Metoden og tilhørende Filterenhet er allsidig og kan tilpasses bestemt prosjekt behov. Videre hjelper er innhentet med denne protokollen utvikle klimatiltak strategier for å forbedre vannkvalitet og måle effektiviteten av disse strategiene er, som den siste microbead forbud26.

Denne metoden gjør det mulig for kontroll av prøven samling dybde, volum inngang og separasjon av microplastics i størrelse klasser mens regnskap for flere kilder til forurensning. Ansette en peristaltiske pumpe tillater brukeren å samle inn eksempler på noen ønsket dybde ved å justere lengden på pumpen slangen. Brukere kan enkelt kontrollere prøven volumet med bruk av filtrering enhet, mens avtakbar union beslag tillater justeringer i filteret materiale og pore størrelser variabel diameter og konsentrasjoner av plast. Vi fant at en 1 L utvalgsstørrelsen var ideell for kvantifisere microplastics i Mississippi-elven vannskille av flere grunner. Først i 1 L vann fant vi at det var flere hundre mistenkt fibre og partikler. Andre bremset høy sediment massene i prøver med volumer større enn 1 L filtrering vesentlig. Tredje kan lenger filtrering ganger føre til større lab forurensning. Filtrering enheten og evnen til å tilpasse det til ulike prosjekt må lette innsamling og analyse av microplastic rusk sub-mikron utskriftsstørrelser, som er spesielt nyttig når studere Syntetiske fibre.

Inkludering av union ledd Letter fjerning av mesh sikter eller membran filtre mellom filtreringssykluser men krever at leddene tettes fast og nøye for å sikre mesh sikter og membran filtre er satt riktig, som hindrer tap av prøven ( Deler 3 og 5). Hindre rive eller sprengning, membranen filteret må være fuktig før behandling, men tørke før mikroskop analyse. Rupturing kan oppstå i membranen filteret før pumpetrykk når 127 mm Hg (trinn 4.2), spesielt i prøver med høye sediment volum. Derfor trykket må være så nøye og justere etter behov.

Selv om protokollen for med filtrering enhet reduserer problemer forbundet med distribusjon av Faststående garn som tilstopping av nettet med suspendert sedimenter, øker prøve behandling i lab, som øker sjansene for forurensning. Hvis du vil redusere eller eliminere potensielle forurensning fra prøve-håndtering, må alt utstyr være grundig skylt med tilstrekkelig mengder DI vann tre ganger og tomme må tas fra hver enhet (f.eks peristaltiske pumpe, filtrering enhet, samling beholder) gjennom eksempel innsamling, behandling og analyse. Hvert miljø og materiell tom blir deretter filtrert og analysert ved hjelp av protokollen som er beskrevet i paragraf 4-6. Bruk av en svært rent vann filtreringssystem kan redusere potensielle forurensning fra DI vann brukt i skylle og mellomrom.

I laboratoriet, skal minst 20% av prøvene analyseres av to personer å sikre konsekvent plast identifikasjon. Under filtrering og analyse i laboratoriet, åpne Petri retter kan tjene som lab tomme og plasseres i utpekte områder for varigheten av den analyse perioden. Hver lab tom bli analysert ved hjelp av protokollen Seksjon 6. For å hindre smitte fra atmosfærisk avsettelse, dekk alt utstyr med aluminiumsfolie etter vask med Ionisert vann.

Bruk av en peristaltiske pumpen og skreddersydde microplastic filtrering enhet i denne protokollen tillater brukere å samle inn eksempler i miljøer som inneholder høye konsentrasjoner av suspendert sedimenter. I tillegg denne metoden innrømmer brukernes å fange og kvantifisere microplastic rusk < 300 µm, spesielt mikrofiber. Prosent utvinning for denne protokollen ble målt til 100% og 92% PE partikler og nylon fibre, henholdsvis viser relativt høye utvinningsgraden. Foreløpig prøver ble tatt i Mississippi-elven vannskille bruker denne protokollen der 1 L prøver gjennomsnitt > 200 microplastics varierer i størrelse (0.45-500 µm), form og farge. Denne protokollen guide lignende studier på skjebne, effekter og kilder til microplastics.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Prosjektet som denne protokollen ble etablert ble finansiert av National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Marine rusk Program (# NA16NO29990029). Vi takker Miles Corcoran nasjonal store elver forskning og utdanning Center (NGRREC) i Alton, Illinois, hjelp med nettstedet utvalg og båt drift. Feltet og lab arbeidet ble avsluttet med hjelp av Camille Buckley, Michael Abegg, Josiah Wray og Rebecca Wagner.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1L Cubitainer Containers, Low-Density Polyethylene VWR 89094-140 Containers used to collect and store samples.
2-1/2" Clear Schedule 40 Rigid PVC Pipe United States Plastic Corporation 34138 The PVC pipe used to make the device comes as an 2.43 m pipe. The pipe was then cut to the desired lengths for each section seperated by union joints. Section lengths were decided by predicting smaller pore sizes would clogg the device quicker. Longer sections were placed above the smaller pore sizes to collect and hold water to prevent needing to disassemble the device to change a filter while a sample remained in the device. For one filtration device one 18 in, one 12 in, and two 6 in peices are needed.
2-1/2" PVC SCH 40 Socket Union  Supply House 457-025 Union joints were glued to PVC pipe to house nylon sieves and mixed cellulose membranes.
Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque Off-White, 12" Width, 12" Length, 500 microns Mesh Size, 38% Open Area (Pack of 5) Small Parts via Amazon CMN-0500-C/5PK-05 Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. 
Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque White, 12" Width, 12" Length, 100 microns Mesh Size, 44% Open Area (Pack of 5) Small Parts via Amazon B0043D1TB4 Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. 
Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque White, 12" Width, 12" Length, 50 microns Mesh Size, 37% Open Area (Pack of 5) Small Parts via Amazon B0043D1SGA Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. 
Mixed Cellulose Ester Membrane, 0.45um, 142mm, 25/pk VWR 10034-914 Mixed cellulose membrane filter with 0.45 um was used as the last filter. A large diameter was used to allow the filter to be folded into a cone to increase surface area of the filter to prevent clogging. 
Metal Mesh Basket Tea Leaves Strainer Teapot Filter 76mm Dia 3pcs Uxcell via Amazon a15071600ux0260 The mesh basket used to provide extra support for the membrane filter to prevent tearing when pressure was applied by a vacuum pump.
1/2" PVC Barbed Insert Male Adapter Supply House 1436-005 A vacuum adapter was added to allow vacuum filtration in the case of slow filtration due to high sediment concentration.
1/2 in. O.D. x 3/8 in. I.D. x 10 ft. PVC Clear Vinyl Tube Home Depot 702229 Tubing used to connect the vacuum pump to the filtration device.
YSI Professional Plus Multiparameter Instrument with Quatro Cable YSI 6050000 Handheld meter used to measure additional water quality parameters parameters (e.g., turbidity, temperature, conductivity, pH, and dissolved oxygen (DO)).
2100P Portable Turbidimeter Hach 4650000 Handheld meter used to measure turbidity.
FEP-lined PE tubing Geotech 87050529 Tubing used with perestaltic pump to collect water samples from desired depths.
Geopump Peristaltic Pump Series II Geotech 91350123 Pump used to collected water samples.
MeiJi Techno EMZ-8TR Microscope Microscope.com EMZ8TR-PLS2 Microscope used analyze mesh sieves and membrane filters to quanitfy suspect microsplastics.
Nicolet iS10 FTIR Spectrometer Thermo Electron North America 912A0607 FTIR used to analyze suspect microplastics.
Nicolet iN5 FTIR microscope Thermo Electron North America 912A0895 FTIR microscope used to analyze suspect microplastics.
Germanium (Ge) ATR Thermo Electron North America 869-174400 Geranium ATR accessory used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic.
Aluminum EZ-Spot Micro Mounts (Pkg of 5) Thermo Electron North America 0042-545 Microscope slides used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic.
Aluminum Coated Glass Sample Slides Thermo Electron North America 0042-544 Microscope slides used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fowler, C. W. Marine debris and northern fur seals: A case study. Marine Pollution Bulletin. 18, 326-335 (2015).
  2. Eriksen, M., et al. Plastic pollution in the world's oceans: More than 5 trillion plastic pieces weighing over 250,000 tons afloat at sea. PLoS One. 9, (12), e111913 (2014).
  3. Jambeck, J. R., et al. Marine pollution. Plastic waste inputs from land into the ocean. Science. 347, (6223), 768-771 (2015).
  4. Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment. Marine Pollution Bulletin. 62, (8), 1596-1605 (2011).
  5. Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T. S. Microplastics as contaminants in the marine environment: a review. Marine Pollution Bulletin. 62, (12), 2588-2597 (2011).
  6. Browne, M. A., et al. Accumulation of microplastic on shorelines worldwide: Sources and sinks. Environmental Science & Technology. 45, (21), 9175-9179 (2011).
  7. Murphy, F., Ewins, C., Carbonnier, F., Quinn, B. Wastewater treatment works (WwTW) as a source of microplastics in the aquatic environment. Environmental Science & Technology. 50, (11), 5800-5808 (2016).
  8. Zubris, K. A., Richards, B. K. Synthetic fibers as an indicator of land application of sludge. Environmental Pollution. 138, (2), 201-211 (2005).
  9. Fendall, L. S., Sewell, M. A. Contributing to marine pollution by washing your face: Microplastics in facial cleansers. Marine Pollution Bulletin. 58, (8), 1225-1228 (2009).
  10. Gregory, M. R. Plastic 'scrubbers' in hand cleansers: A further (and minor) source for marine pollution identified. Marine Pollution Bulletin. 32, (12), 867-871 (1996).
  11. Bayo, J., Olmos, S., López-Castellanos, J., Alcolea, A. Microplastics and microfibers in the sludge of a municipal wastewater treatment plant. International Journal of Sustainable Development and Planning. 11, 812-821 (2016).
  12. McCormick, A., Hoellein, T. J., Mason, S. A., Schluep, J., Kelly, J. J. Microplastic is an abundant and distinct microbial habitat in an urban river. Environmental Science & Technology. 48, (20), 11863-11871 (2014).
  13. Farrell, P., Nelson, K. Trophic level transfer of microplastic: Mytilus edulis (L.) to Carcinus maenas (L.). Environmental Pollution. 177, 1-3 (2013).
  14. Rochman, C. M., et al. Scientific evidence supports a ban on microbeads. Environmental Science & Technology. 49, (18), 10759-10761 (2015).
  15. Taylor, M. L., Gwinnett, C., Robinson, L. F., Woodall, L. C. Plastic microfibre ingestion by deep-sea organisms. Scientific Reports. 6, 33997 (2016).
  16. Mani, T., Hauk, A., Walter, U., Burkhardt-Holm, P. Microplastics profile along the Rhine River. Scientific Reports. 5, 17988 (2015).
  17. Morritt, D., Stefanoudis, P. V., Pearce, D., Crimmen, O. A., Clark, P. F. Plastic in the Thames: a river runs through it. Marine Pollution Bulletin. 78, (1-2), 196-200 (2014).
  18. National Park Servies. https://www.nps.gov/miss/riverfacts.htm (2017).
  19. United States Census Bureau. https://www.census.gov/geo/maps-data/data/tiger-data.html (2010).
  20. United States Geological Survey (USGS). https://waterdata.usgs.gov/nwis/rt (2016).
  21. Grimes, C. B. Fishery Production and the Mississippi River. Fisheries. 28, (8), 17-26 (2001).
  22. Talvitie, J., et al. Do wastewater treatment plants act as a potential point source of microplastics? Preliminary study in the coastal Gulf of Finland, Baltic Sea. Water Science and Technology. 72, (9), 1495-1504 (2015).
  23. United States Environmental Protection Agency (USEPA) Method 160.2: Residue, Non-filtereable (Gravimetric, Dried at 103-105C). (1971).
  24. Nor, N. H., Obbard, J. P. Microplastics in Singapore's coastal mangrove ecosystems. Marine Pollution Bulletin. 79, (1-2), 278-283 (2014).
  25. Woodall, L. C., Gwinnett, C., Packer, M., Thompson, R. C., Robinson, L. F., Paterson, G. L. Using a forensic science approach to minimize environmental contamination and to identify microfibres in marine sediments. Marine Pollution Bulletin. 95, (1), 40-46 (2015).
  26. S. 1424 - 114th Congress: Microbead-Free Waters Act of 2015. www.congress.gov (2015).
Prøvetaking, sortering og karakteriserer Microplastics i akvatiske miljøer med høy suspendert Sediment laster og stort flytende avfall
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