Summary

Amostragem, classificação e caracterização Microplastics em ambientes aquáticos com cargas de sedimentos suspensos altos e grandes destroços flutuantes

Published: July 28, 2018
doi:

Summary

A maioria das pesquisas de microplástico até à data ocorreu em sistemas marinhos onde níveis de sólidos suspensos são relativamente baixos. Foco agora está mudando para sistemas de água doce, que podem caracterizar cargas de alta de sedimentos e detritos flutuantes. Este protocolo aborda coletando e analisando amostras de microplástico de ambientes aquáticos que contêm altas cargas de sólidos suspensas.

Abstract

A omnipresença de detritos de plástico no oceano é amplamente reconhecida pelas comunidades científicas, públicas e agências governamentais. No entanto, só recentemente microplastics em sistemas de água doce, como rios e lagos, estar quantificado. Microplástico amostragem na superfície geralmente consiste de implantação de redes de arrasto também um barco fixo ou móvel, que limita a amostragem para ambientes com baixos níveis de sedimentos suspensos e detritos flutuantes ou submersos. Estudos anteriores utilizadas redes de arrasto para recolher os restos de microplástico normalmente utilizadas redes com tamanho de engranzamento µm ≥300, permitindo que os detritos de plástico (partículas e fibras) abaixo deste tamanho para passar através da net e iludir a quantificação. O protocolo aqui detalhada permite: coleta de amostra 1) em ambientes com alta suspenso cargas e flutuante ou submerso detritos e 2) a captura e a quantificação de fibras e partículas microplástico < 300 µm. amostras de água foram coletadas usando um bomba peristáltica em recipientes de polietileno de baixa densidade (PE) para ser armazenado antes de filtragem e análise no laboratório. Filtração foi feita com um dispositivo de filtragem sob medida microplástico contendo destacáveis articulações da União que abrigava peneiras de malha de nylon e misturado celulose filtros de membrana de éster. Malha de peneiras e filtros de membrana foram examinados com um microscópio estereoscópico para quantificar e separar as fibras e partículas de microplástico. Estes materiais foram então examinados usando uma espectrômetro infravermelho de Fourier transform (micro ATR-FTIR) de reflectância total atenuada de micro para determinar o tipo de polímero de microplástico. Recuperação foi medida por cravação amostras usando azul PE de partículas e fibras de nylon verde; recuperação por cento estava determinada a ser 100% para as partículas e 92% para fibras. Este protocolo irá guiar estudos semelhantes sobre microplastics em rios de alta velocidade com altas concentrações de sedimentos. Com simples modificações para a bomba peristáltica e dispositivo de filtração, os usuários podem coletar e analisar vários volumes de amostra e tamanhos de partículas.

Introduction

Plástico foi observado pela primeira vez no oceano já desde a década de 19301. Estimativas recentes da gama de detritos marinhos de plástico mais de 243.000 toneladas métricas (MT) de plástico na superfície do oceano para MT 4.8-12,7 milhões de plástico entrando no oceano da terrestre fontes, anualmente,2,3. Primeiros estudos sobre detritos marinhos de plástico focada em macroplastics (> 5 mm de diâmetro) como eles são facilmente visíveis e quantificáveis. No entanto, recentemente foi descoberto que macroplastics representam < 10% de restos de plástico, por contagem, no oceano, indicando que a esmagadora maioria dos detritos de plástico é microplástico (< 5mm de diâmetro)2.

Microplastics são classificados em dois grupos: primários e secundários microplastics. Microplastics primárias consistem de plásticos que são fabricados em um diâmetro < 5mm e incluem nurdles, o pelotas-primas usadas para fazer produtos de consumo, microbeads usados como esfoliantes em produtos de cuidados pessoais (por exemplo, lavagem facial, esfoliação corporal, pasta de dentes) e abrasivos ou lubrificantes na indústria. Microplastics secundários são criados dentro do ambiente, como restos de plástico maiores é fragmentado por fotólise, abrasão e decomposição microbiana4,5. Fibras sintéticas são também microplastics secundário e uma preocupação crescente. Uma única peça de vestuário pode liberar > 1.900 fibras por lavagem em uma máquina de lavar doméstica6. Essas microfibras, bem como microbeads de produtos de cuidados pessoais, são lavados para baixo drenos e no sistema de esgoto antes de entrar em plantas de tratamento de águas residuais. Murphy (2016) constatou que uma planta de tratamento de águas residuais servindo uma população de 650.000 reduziu a concentração de microplástico em 98,4% da influente de efluentes, ainda microplastics 65 milhões permaneceram no efluente e lodo cada dia7. Mesmo com altas porcentagens de microplastics sendo removido durante os processos de tratamento, milhões, talvez bilhões, de microplastics passam por estações de tratamento de águas residuais diariamente e insira as águas superficiais em efluentes6,8 ,9,10,11.

Devido a sua liberação ambiental, microplastics foram encontrados nos tecidos respiratórios e digestivos de organismos marinhos em todos os níveis tróficos12,13,14,15. Seu impacto após absorção é variável, com alguns estudos mal não observando, enquanto outros demonstram inúmeros efeitos como dano de tecido de física e química4,6,14,15. Devido a essas descobertas, interesse neste campo tem aumentado nas últimas cinco décadas. No entanto, só recentemente estudos começaram a quantificar os restos de plástico, particularmente microplastics, em sistemas de água doce, como rios e lagos, ou avaliar o efeito sobre os organismos habitando em12,estes habitats,16, 17,18. Rios são uma importante fonte de plástico destroços encontrados no oceano como que recebem efluentes de esgoto e escoamento de águas superficiais que contêm microplastics e macroplastics.

O protocolo detalhado aqui pode ser usado para coletar amostras de microplástico onde as redes de arrasto não são viáveis; especificamente, em ambientes aquáticos com altas concentrações de sedimentos suspensos e grande flutuação detritos como o Rio de Mississippi. Bacia do Rio de Mississippi é um dos maiores do mundo e tem uma população de > 90 milhões de pessoas, provavelmente tornando-se uma das maiores fontes de detritos de plástico para o oceano19,20. Cada ano, o Rio de Mississippi as descargas de uma média de 735 km3 de água doce no Golfo do México, junto com altas concentrações de sedimentos suspensos (~ 60 para > 800 mg/L) e detritos grande13,21. Foram coletadas amostras de água em duas profundidades (ou seja, de superfície e profundidade-0.6) em vários locais ao longo do rio Mississippi e seus afluentes em recipientes de polietileno de baixa densidade (PE) 1 L translúcido usando uma bomba peristáltica. No laboratório, as amostras foram filtradas usando peneiras de malha de nylon e filtros de membrana de éster de celulose mista simultaneamente com um cilindro de cloreto de polivinila (PVC) feito por 63,5 mm (2,5 pol) com juntas de União para inserir as peneiras e filtros22. A inclusão das uniões PVC no dispositivo de filtragem permite a filtragem por tantas ou tão poucas classes de tamanho de partícula como desejado. Além disso, pode ser usada para capturar os restos de microplástico até tamanhos sub mícron usando filtros de membrana, ao estudar as fibras sintéticas. Uma vez filtradas, as amostras foram secas e plásticos suspeitos foram identificados e classificados da malha de peneiras e filtros de membrana sob um estereomicroscópio. Suspeita de plásticos em seguida foram examinados usando espectroscopia infravermelha de Fourier transform (micro ATR-FTIR) de reflectância total atenuada de micro para eliminar materiais não sintéticos ou determinar o tipo de polímero. Considerando o tamanho das fibras e partículas de microplástico, a contaminação é comum. Fontes de contaminação incluem deposição atmosférica, vestuário, equipamentos de campo e laboratório, bem como deionizada (DI) de fontes de água. Várias etapas são incluídas em todo o protocolo para reduzir a contaminação de várias fontes, durante a realização de todas as fases do estudo.

Protocol

1. coleta de amostra de água Coletar amostras de água e dados de qualidade de interesse de barco, onde o rio é bem misturado, idealmente em locais onde a fase do rio ou descarga é conhecida (por exemplo, Estados Unidos Geological Survey (USGS) aferição estações) de água. 20 para garantir que a água é bem misturada, guie o barco usando um medidor portátil imergido no rio para onde a condutividade permanece relativamente constante. No sites de amostragem, reg…

Representative Results

Para validar as taxas de recuperação do presente protocolo, três amostras (V1-V3) da Baía de Oso, Corpus Christi, Texas (ao lado do Texas A & M University Campus de Corpus Christi), estava cravado com 10 partículas de PE azuis (variando de 50 a 100 µm em diâmetro) e 50 fibras de nylon verde de vários comprimentos (Figura 3). TSS da amostra foi calculado (seção 2) e, em seguida, as amostras foram filtradas usando os métodos des…

Discussion

Microplástico coleção usando redes de arrasto é o método convencional em ambientes como o oceano, onde ambos os sedimentos e concentrações de plástico são volumes de amostra grande baixo, assim que requerem. No entanto, redes de arrasto não são sempre práticos ou seguro em rios com cargas de sedimento alta e grande flutuação ou detritos submersos. Além disso, não é possível usar uma rede de emalhar de deriva quando tentar exaustivamente capturar e quantificar materiais do microplástico, particularmente…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Para que este protocolo foi estabelecido o projeto foi financiado pelo National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) programa de detritos marinhos (# NA16NO29990029). Agradecemos a Miles Corcoran na pesquisa nacional de grandes rios e centro de educação (NGRREC) em Alton, Illinois, para obter ajuda com a operação de seleção e barco de site. Trabalho de campo e laboratório foi concluído com a ajuda de Camille Buckley, Michael Abegg, Josiah Wray e Rebecca Wagner.

Materials

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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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).

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