Waiting
Login processing...

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

Environment

Отбор проб, сортировка и характеризующие частицы в водной среде с высоким взвешенных наносов и большой плавучий мусор

doi: 10.3791/57969 Published: July 28, 2018

Summary

Большинство исследований микропластика до настоящего времени произошла в морских системах, где взвешенных твердых уровни являются относительно низкими. Теперь акцент переносится на пресноводных систем, которые может особенность высокий наносов и плавающего мусора. Этот протокол касается сбора и анализа микропластика образцы из водных сред, которые содержат высокие нагрузки взвешенных твердых.

Abstract

Повсеместное наличие пластмассового мусора в океан широко признан общественности, научных сообществ и государственных учреждений. Однако только недавно частицы в пресноводных системах, таких как реки и озера, был количественно определен. Микропластика выборки на поверхности обычно состоит из развертывания дрифтерные сети позади либо стационарных или подвижных лодку, которая ограничивает выборки в средах с низким уровнем взвешенных отложений и плавающей или погруженной мусора. Предыдущие исследования, которые применяют дрифтерные сети для сбора мусора микропластика обычно используются сетки с ≥300 мкм размер ячеи, позволяя пластмассового мусора (частиц и волокон) ниже этот размер, чтобы пройти через сеть и скрыться от количественной оценки. Протокол подробно здесь включает: 1) проб в средах с высокой приостановлено нагрузок и плавающей или погруженной мусора и 2 захвата и количественной оценки микропластика частиц и волокон < пробы воды 300 µm. были собраны с помощью Перистальтический насос в полиэтилен (PE) контейнеры должны храниться до фильтрации и анализа в лаборатории. Фильтрации было сделано с заказной микропластика фильтрации устройства, содержащего съемный союза суставов, которые размещены нейлона сетку сита и смешанные целлюлозы Эстер мембранные фильтры. Сетку сита и мембранные фильтры были рассмотрены с стереомикроскопом для количественного определения и разделения микропластика частиц и волокон. Эти материалы затем были изучены с помощью микро ослабленный полного отражения инфракрасного спектрометра Фурье преобразование (микро ATR-FTIR) для определения типа микропластика полимера. Восстановление измерялась пики образцов, используя синий PE частиц и Зеленый Нейлон волокон; процент возмещения преисполнена решимости быть 100% для частиц и 92% для волокон. Этот протокол будет руководить аналогичные исследования на частицы в реках высокой скорости с высокой концентрацией отложений. С простых изменений Перистальтический насос и фильтрации устройства пользователи могут собирать и анализировать различные объемы выборки и размеров частиц.

Introduction

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

Пластик впервые было отмечено в океане еще в 1930-х1. Последние оценки диапазона морской пластмассового мусора более чем 243 000 метрических тонн (МТ) из пластика на поверхности океана до 4,8-12,7 млн тонн пластика, ввод в океан от наземных источников ежегодно2,3. Ранние исследования на пластиковые замусоривание сосредоточены на macroplastics (> 5 мм диаметр) как они легко видимыми и поддающихся количественной оценке. Однако, недавно было обнаружено, что macroplastics представляют < 10% пластиковых мусора, по подсчетам, в океане, о том, что подавляющее большинство пластиковых мусора микропластика (< диаметром 5 мм)2.

Частицы делятся на две группы: первичный и вторичный частицы. Первичной частицы состоят из пластмасс, которые производятся на диаметр < 5 мм и nurdles, сырые окатыши, используется для потребительских товаров, микрошарики, используется в качестве отшелушиватели в продуктах личной внимательности (например, пенка для умывания, скраб для тела, Зубная паста) и абразивными или смазочных материалов в промышленности. Вторичные частицы, создаются в среде как больших пластиковых мусора фрагментирована, фотолиз, истиранию и микробного разложения4,5. Синтетические волокна также являются вторичные частицы и растущую озабоченность. Можно освободить один одежды > 1900 волокон в мыть в семье Стиральная машина6. Эти микроволокна, а также микрошарики от продуктов личной гигиены, промывают вниз стоков и в системе канализации перед входом сточных вод лечения растений. Мерфи (2016) установлено, что сточных, обслуживающих население составляет 650000 сократить концентрацию микропластика 98,4% от приточно для сточных вод, еще 65 миллионов частицы остаются в сточных вод и шлама каждый день7. Даже с высоким процентом частицы удаляются во время процессов обработки, миллионы, возможно, миллиарды частицы проходят через очистные ежедневно и ввести поверхностных стоков6,8 ,9,10,11.

Из-за их выбросов в окружающую среду частицы были найдены в тканях пищеварительной и дыхательной морских организмов во всех трофических уровнях12,13,14,15. Их влияние после поглощения является переменной величиной, с некоторыми исследования не наблюдения вреда, в то время как другие демонстрируют многочисленные эффекты, такие как физические и химические ткани ущерб4,6,14,15. Вследствие этих открытий возрос интерес к этой области за последние пять десятилетий. Однако только недавно исследования начали количественно пластмассового мусора, особенно частицы, в пресноводных системах, таких как реки и озера, или оценить воздействие на организмы, обитающие в этих местообитаний12,16, 17,18. Реки являются основным источником пластмассового мусора, нашли в океане, как они получают сточных вод и стока поверхностных вод, который содержат частицы и macroplastics.

Протокол, подробно здесь может использоваться для сбора образцов микропластика где дрифтерных сетей не осуществимы; конкретно в водной среде с высокой концентрацией взвешенных отложений и большой плавучий мусор как реки Миссисипи. Водораздел реки Миссисипи является одним из крупнейших в мире и имеет население > 90 миллионов человек, скорее всего делает его одним из крупнейших источников пластмассового мусора в океан19,20. Каждый год, реки Миссисипи сбросам в среднем3 735 км пресной воды в Мексиканском заливе, наряду с высокой концентрации взвешенных отложений (~ 60 до > 800 мг/Л) и большие мусора13,21. В различных местах вдоль реки Миссисипи и ее притоков в полупрозрачные 1 Л полиэтилен (PE) контейнеры с использованием перистальтического насоса на два глубинах (т.е., поверхность и 0,6 глубина) были собраны пробы воды. В лаборатории образцы были отфильтрованы, используя нейлона сетку сита и смешанные целлюлозы Эстер мембранных фильтров одновременно с цилиндром на заказ 63,5 мм (2,5) поливинилхлорид (ПВХ) с союза суставов для вставки сита и фильтры22. Включение ПВХ союзов в устройства фильтрации позволяет для фильтрации классами как много или как мало частиц размер по желанию. Кроме того она может использоваться для захвата микропластика мусора до субмикронных размеров с помощью мембранных фильтров при изучении синтетических волокон. После фильтрации, образцы были сушеные и подозреваемых пластмассы были выявлены и Сортировка от сетки сита и мембранные фильтры под стереомикроскопом. Подозреваемых пластмасс затем были изучены с помощью микро ослабленный полного отражения преобразование Фурье ИК-спектроскопии (микро ATR-FTIR) для устранения не синтетические материалы или определить тип полимера. Учитывая размер микропластика частиц и волокон загрязнение является обычным явлением. Источники загрязнения включают атмосферного осаждения, одежда, поле и лабораторного оборудования, а также дейонизированной (DI) водных источников. Множественные шаги включены во всем протокол для сокращения загрязнения из различных источников, во время проведения всех этапов исследования.

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. вода проб

  1. Сбор проб воды и воды качества данных интереса на лодке, где реки идеально перемешанных, в местах, где реки этап или разгрузки известно (например, обследование геологической службы США (ЮСГС) гидрометрических станциях). 20 заверить, что вода является полностью перемешанных, руководство лодке, с помощью ручной метр погружен в реке где проводимость остается относительно постоянным.
  2. На участках отбора проб, записывать координаты и глубины. Чтобы найти 0,6 глубина, просто умножьте общую глубину 0,6. Параметры качества воды мера интереса (например, мутность, температура, проводимость, рН и растворенного кислорода (ДУ)) с помощью портативных метр. Для измерения параметров, насос образца воды от желаемой глубины в контейнер широкий рот с использованием перистальтического насоса и немедленно принять измерений (шаг 1.5).
  3. Используйте Перистальтический насос с трубки для получения образцов от поверхности и 0,6 глубина. Придают правильный труб длину насос для заданной глубине.
    1. Из-за сильных течений в речных системах приложите 6,4 мм сварные цепи насоса трубок с помощью zip связей чтобы помочь вес трубки. В конце цепочки поместите блок веса или цемента для дальнейшего вес цепи и трубки Ассамблеи.
      Осторожностью: Не прикрепляйте веса или цементный блок непосредственно к трубе насоса.
  4. Поместите конец сточных труб над краем в лодке, от одежды, которая могла бы пролить волокон. Медленно опустите приточными конец трубки на желаемую глубину (т.е., поверхность или 0,6 глубина). Затем запустите насос в обратной очистки труб с воздуха для по крайней мере 30 s. После очистки воздуха направление насоса и промойте трубы с водой образца от желаемой глубины позволяя воде стечь из лодки или в контейнер для отходов. Остановить насос после трубки были промыть для по крайней мере 30 s.
  5. Промывайте контейнер, используемый для измерения качества воды три раза с водой образца, сброса промывочной воды каждый раз. После того, как промыть, заполните контейнер водой образца и измерения параметров качества воды интерес с помощью портативных метр (шаг 1.2).
  6. Собирайте микропластика подвыборки, поместив сточных труб в обозначенные, 1 Л контейнер, который был предварительно промыть с по крайней мере 250 мл воды ди три раза. Затем промойте контейнер три дополнительных раза водой образца, отбрасывая промывочной воды каждый раз. После того, как промыть микропластика контейнер, заполните его с образцом.
  7. Использование же Перистальтический насос метода, описанного в шаге 1.6, собирайте подвыборки для общего взвешенных веществ (TSS) в обозначенные, бутылка 250 мл, который был предварительно промыть с по крайней мере в 100 мл воды ди три раза. Промойте бутылку, три более раз образец водой, отбрасывая промывочной воды каждый раз. После того, как промыть ТВУ контейнер, заполните его с образцом.
  8. Собирать поля triplicates и бланки по крайней мере один раз в день в поле, таким же образом описано в шагах 1.6-1.7, для целей контроля (ОК/КК) качества качества. Для сбора пустым, принести два 1 Л контейнеров ди воды к полю. После продувки труб насоса с воздухом, открыть первый контейнер DI воды и промывать шланги насос, с помощью метода, описанного в шаге 1.4. После того, как промыть трубы, открыть второй контейнер DI воды и насос его в пустой контейнер 1 Л и бутылка 250 мл для микропластика и ТВУ заготовок, соответственно.
  9. Храните микропластика и ТВУ проб на льду до возвращения в лабораторию, где они будут храниться при температуре-20 ° C до тех пор, пока они обрабатываются.
    Осторожностью: Убедитесь в том оставить некоторые головы пространства в контейнеры образца таким образом, чтобы они не были повреждены из-за расширения льда при замораживании.
    Примечание: Протокол может быть приостановлена здесь.

2. ТВУ определение

  1. Использование Соединенных Штатов охране окружающей (USEPA) метод 160.2 определить ТВУ с 250 мл проб собранные в поле23. Сравните значения вычисляемого ТВУ пластмассами всего найдено.

3. микропластика фильтрации устройства Ассамблея

  1. Тщательно промойте фильтрации устройства и нейлона сетку сита (рис. 1) три раза с по крайней мере 250 мл воды ди. Поместите сетку сита желаемого поры размеров (например, 50 мкм, 100 мкм, 300 мкм, 500 мкм) в каждый союз совместно с порами размер уменьшается от верхней к нижней части устройства фильтрации (Рисунок 1A). Уплотнение каждого Союза совместной плотно для предотвращения утечки.
  2. Сложить смешанные целлюлозы фильтр(ы) Эстер мембраны (142 мм диаметром) о желаемых поры размер(ы) (например, 0,45 мкм) в форму конуса и поместите его в устройство фильтрации:
    Примечание: Складные мембранный фильтр будет предоставлять больше площади поверхности для предотвращения засорения фильтра.
    1. Влажные мембранный фильтр с ди водой. Во время влажной сложите мембранный фильтр в коническую форму с диаметром, который вписывается в устройства фильтрации. Кроме того сложите малых губ вдоль края конуса, так что он подходит над верхней частью Объединенного союза (рис. 1B).
      Осторожностью: Мембранный фильтр должна быть увлажнена перед складыванием для предотвращения разрывов.
    2. Место из нержавеющей стали Сетка корзины в последний совместный союз (рис. 1 c). Осторожно поместите конусообразной мембранный фильтр в корзину (рис. 1 d). Сложите губы мембраны фильтра через край Объединенного союза.
      Примечание: Сетка корзины будет поддерживать фильтр и уменьшить поломки, после применения вакуума.
  3. Место сетку сита с наименьший размер желаемого поры (например, 50 мкм) на вершине мембранный фильтр в последней совместной союз показан на рисунке 1.
    Примечание: Это обеспечит дополнительную поддержку провести мембранный фильтр на место во время фильтрации.
  4. После того, как все союза стыки плотно закрыты, присоедините шланг от верхней части фильтрации колбу на базе устройства фильтрации. Затем Прикрепите шланг со стороны фильтрации колбу для вакуумного насоса, как показано на рисунке 2.

Figure 1
Рисунок 1 : Ассамблея устройства фильтрации. (A) фильтрации устройство монтируется путем размещения сетки сита желаемого поры в верхней союза суставов. (B) смешанного целлюлозы Эстер мембранных фильтров необходимо сложить в конусообразную подогнать диаметр устройства фильтрации; конус должен включать малых губ подогнать через край Объединенного союза обеспечить фильтр на место. (C) A Сетка корзины помещается в союз чтобы добавить стабильность мембранного фильтра. (D) сложенный мембранный фильтр добавляется к корзине сетки и наименьший размер отверстия сита помещается над верхней части мембраны фильтра. (E) полностью смонтированные устройства фильтрации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2 : Ассамблея фильтрации колбу и насоса. Фильтрации колбу прилагается к адаптеру вакуумные устройства фильтрации с использованием четких виниловые трубки. Фильтрации колбу затем прикрепляется к вакуумному насосу. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

4. Пример фильтрации

  1. Сбор оборудования заготовок до фильтрации каждый раз, когда устройство монтируется. Тщательно прополощите устройства три раза с по крайней мере 250 мл воды ди перед пустым собирается. Эти бланки собираются, используя шаги, описанные в шагах 4.2-4.4.
  2. Включите вакуумный насос. Убедитесь, что давление вакуумного насоса не превышает 127 мм Hg, или мембранный фильтр может оторвать.
    Осторожностью: В зависимости от скорости потока образца фильтрации может увеличить давление внутри устройства фильтрации Если осадок забивает сетку сита или мембранные фильтры. Это может привести к разрыву мембраны фильтра до достижения чтение 127 мм ртутного столба. По этой причине внимательно следите за давлением как может потребоваться скорректировать ниже 127 мм Hg на образец на выборочной основе.
  3. Используйте 500 мл окончил цилиндр, тройной промыть с по крайней мере 250 мл воды ди, чтобы измерить общий объем выборки. Запишите объем и передать образец из мерного цилиндра на устройство фильтрации.
    Осторожностью: В зависимости от размера пробы воды и фильтрации колбу фильтрации настой может потребоваться быть очищены несколько раз во время фильтрации образца.
    1. Чтобы очистить фильтрации колбу, выключите насос и отсоединения двух шлангов из колбы. Пустой флакон в отдельный контейнер для отходов.
      Осторожностью: Держите отфильтрованных образца воды до тех пор, пока весь образец были отфильтрованы и он подтвердил, что мембранный фильтр нетронутыми.
    2. Чтобы продолжить цикл фильтрации, Присоедините шланги для фильтрации настой, как указано в шаге 3.4 и включите насос.
  4. После того, как весь образец были отфильтрованы, промойте образца контейнера и мерный цилиндр три раза с по крайней мере 250 мл воды ди. После каждого полоскания фильтрация воды, используемой для полоскания контейнера и мерный цилиндр для обеспечения всех частиц были отфильтрованы.

5. микропластика фильтрации устройства разборки

  1. Промойте стены устройства фильтрации три раза с по крайней мере 250 мл воды ди обеспечить всех частиц были отфильтрованы и не остаются на устройстве фильтрации.
  2. Выключите вакуумный насос, затем тщательно Отвинтите и снимите первый союз. Включите насос и мыть бутылки воды ди для полоскания края союза совместной. Вымойте частиц на краях сетки сито в центр, чтобы обеспечить, что все они собраны.
  3. Выключите насос и тщательно удалить сетку сита с чистой щипцами, убедившись в том, чтобы не коснуться частиц на поверхности сетки сита. Поместите сетку сита в крытой Петри и сушить на 60 ᵒC за 24 часа. После высыхания, образцы могут храниться до тех пор, пока анализ может начаться.
  4. Повторите шаги 5.1-5.3 для каждого Союза совместное жилье сетки сито.
  5. Для последнего союза совместный, что дома сетки сито и мембранный фильтр повторите шаги 5.1-5.3 для сетки сито.
    Осторожностью: Будьте осторожны, когда промывка сетки сито, как образца могут быть потеряны, если промыть под мембранный фильтр.
  6. Включите вакуумный насос и прополощите краям мембраны фильтра с помощью мыть бутылки воды ди. Мыть частиц на краях мембраны фильтра в центр, чтобы обеспечить полный пример фильтруется. Перед удалением мембранный фильтр, убедитесь, что все воды прошло через него и что вода не объединение на его поверхности.
    Осторожностью: Опять же будьте внимательны при промывка мембраны фильтра как образца могут быть потеряны, если промыть под ним.
  7. Тщательно удалить и разворачиваться мембранный фильтр с щипцами. Место мембранный фильтр в чашке Петри или фольги Конверт для его диаметра.
    Примечание: Мембранный фильтр должен быть влажной во время обрабатывается для предотвращения разрывов.
  8. Сухие покрыты мембранный фильтр в духовке на 60 ᵒC за 24 часа. После высыхания, хранения образцов до начала анализа.
    Примечание: Протокол может быть приостановлена здесь.

6. твердых анализ

  1. Оставьте сетки сито или мембранный фильтр в чашку Петри и крышку только приступить к изучению образца для частицы. Это будет гарантировать, что если любые частицы падают сетки сито или мембранный фильтр, который они будут оставаться в чашку Петри, которая может быть проанализирована после все частицы удаляются из сетки сито или мембраны фильтра.
  2. Изучите сетки сито или мембранный фильтр под стереомикроскопом (14-90 кратном) для выявления подозреваемых пластиковых частиц и волокон. Используйте следующие критерии при выявлении подозреваемых пластмасс: нет сотовой структуры, волокна являются равной толщине во всем, и частицы не блестящие24.
  3. Удаление всех подозрительных пластмасс из сетки сито или мембраны фильтра и поместите их в коллекции флакон, содержащий 70% этиловом спирте. Запись, цвет и форму (например, твердых частиц, волокна, пленки и т.д.) каждого подозреваемого пластика.
  4. После того, как все подозреваемые пластмассы удаляются из сетки сито или мембраны фильтра и количественно, изучите крышкой и нижней части Петри, следующие шаги 6.2-6.3.
  5. После сетки сито или мембранный фильтр и Петри были изучены и все подозреваемые пластмассы удалены и количественно, место частиц или волокон из коллекции флакона на 12-слот алюминия с покрытием слайд для анализа с помощью микро ATR-FTIR.
    Примечание: Это не всегда возможно проверить каждый подозреваемых пластика на микро ATR-FTIR. Таким образом, «стратегически выбрать» сумма, которая будет заниматься целей исследования и аномалий подозреваемых пластмасс (например, большое количество подобных волокон или частицы)25. В общем смысле проверьте, как многие подозревали пластмассы как можно скорее, но не менее 20%.
    1. Как только предположительно пластмасс анализируются с помощью микро ATR-FTIR, спектральные использования базы данных для определения если данный образец пластика и, если это так, определить тип пластика полимерная.

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

Для проверки ставок возмещения в данного протокола, три образца (V1-V3) от ОСО Бей, Корпус-Кристи, Техас (рядом с Texas A & M университета Корпус-Кристи), были шипами с 10 синий PE частиц (в диапазоне от 50-100 мкм диаметр) и 50 Зеленый Нейлон волокон различной длины (рис. 3). Образец TSS был расчетный (раздел 2), а затем образцы были отфильтрованы с помощью методов, описанных в разделах 3-5. Синий PE твердых частиц и волокон зеленый нейлон затем были отделены и количественно (Таблица 1). Других волокон и твердых частиц были замечены на сетку сита и мембранные фильтры, вероятно, полученных от образца воды залива ОСО. В среднем 100% ПЭ частиц и 92% нейлон волокон были восстановлены. Потеря волокон может быть из-за небольшого количества образца потери во время фильтрации или неправильной идентификации.

Оборудование пустой была собрана из устройства фильтрации фильтрация 1000 мл воды ди. Этот пробел был проанализирован с помощью 100 мкм и 50 мкм сетку сита и мембранного фильтра 0.45 мкм. В общей сложности 7 волокон (синий и ясно) были найдены в оборудовании пустым. Это загрязнение могло быть от устройства фильтрации, лабораторное оборудование, атмосферные осаждения или DI воды. Однако волокна не были похожи на синий PE частиц и Зеленый Нейлон волокон, используемых для всплеска образцы.

Этот протокол был создан для обработки образцов из водосборного бассейна реки Миссисипи, включая mainstem реки Миссисипи и Миссури. Предварительные анализы от реки Миссисипи и Миссури имел в среднем ТВУ 63 мг/л. В то время как ТВУ значения ОСО Бей, как правило, ниже тех, кто замечен в речном бассейне реки Миссисипи, отложений умышленно нарушается до сбора воды для моделирования более высокие концентрации взвешенных отложений, которые могут возникнуть в большой реки систем. Средняя ТВУ в образцах Oso залив был 1,865 мг/Л, которая ~ 30 раз выше, чем ТВУ, рассчитанные для реки Миссисипи и Миссури образцов. Мутных образцов Oso залив предложить успешный фильтрации для образцов с ТВУ до ~ 1800 мг/л, используя методы, описанные здесь.

Figure 3
Рисунок 3 : Твердых частиц и волокон, используемых для проверки % восстановления. Изображение двух синий PE частиц и два Зеленый Нейлон волокон в диапазоне размеров для всплеска проверки образцов от залива ОСО в Корпус-Кристи, Техас. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Пример TSS (г/Л) 0,45 мкм 50 мкм 100 мкм Итого % Восстановлены
Волокна Твердые частицы Волокна Твердые частицы Волокна Твердые частицы Волокна Твердые частицы Волокна Твердые частицы
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

Таблица 1: результаты проверки образцов. Определенное количество синий PE частиц и Зеленый Нейлон волокон были добавлены в образцах, взятых из ОСО Бей в Корпус-Кристи, Техас, для проверки фильтрации устройства и анализа протокола. Три микропластика проверки образцов (V1-V3) и один образец ТВУ были взяты в том же месте на берегу залива ОСО. Волокон и твердых частиц были количественно для каждого размера поры и всего была рассчитана для каждой проверки образца. Используя известные количество волокон и частиц используется для всплеска образцы и общая оправился от каждого образца, рассчитывался процент восстановления.

Также был разработан протокол для образца рек из двух глубин: поверхности (глубина реки с высокой скоростью) и 0,6 Глубина (глубина реки с приблизительно средняя скорость для всей водной толще). Образцы из реки Миссисипи и Миссури (Таблица 2) были собраны и проанализированы как описано выше. Для изучения влияния глубины на микропластика концентрации, первый и второй пробы были взяты в том же месте (т.е., реки Миссисипи на Alton, штат Иллинойс), но на разных глубинах. Для изучения возможного воздействия выборки расположение микропластика нагрузки на первый и третий пробы были взяты на одинаковой глубине, но в разных местах (т.е., реки Миссисипи на Alton, штат Иллинойс и Река Миссури выше Сент-Луис, Миссури). На рисунке 4приведены примеры волокон и твердых частиц в предварительных проб бассейна реки Миссисипи.

Местоположение USGS гидрометрической станции Глубина Мутность TSS Волокна Частицы Волокна Частицы Волокна Частицы Волокна Частицы Итого Волокно / Particule коэффициент
0,45 мм 50 мм 100 мм Итого
m НТУ g/L # / Л
МС; Алтон, IL ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА США 05587498 0 38.3 0.063 80 0 126 1 54 1 260 2 262 130
МС; Алтон, IL ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА США 05587498 20.1 61.4 0.090 191 0 151 5 195 1 537 6 543 90
MO; Дно Колумбия, MO ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЛУЖБА США 06935965 0 30,8 0,036 122 4 57 0 37 0 216 4 220 54
MS = реки Миссисипи; MO = Река Миссури

Таблица 2: реки Миссисипи водораздел образцов сбора и анализа данных. Предварительные пробы собирались возле USGS гидропостов на реке Миссисипи и Миссури. Глубина (m), мутность (НТУ) и TSS (мг/Л) были измерены для каждого сайта. Образцы были отфильтрованы и проанализированы после этого протокола. Волокон и твердых частиц были количественно для 50 мкм и 100 мкм поры сетки сит, а также мембраны фильтра 0.45 мкм. Из-за нехватки материалов, собранных на сетки сито 500 микрон этот размер исключается из представленные результаты.

Figure 4
Рисунок 4 : Пример твердых частиц и волокон по направлению предварительных проб из водосборного бассейна реки Миссисипи. Образы волокон и частиц, количественно в образце (Таблица 2), взятых с поверхности реки Миссисипи в Alton, штат Иллинойс. (A) изображение двух синий волокон, которые варьируются в размерах на мембраны фильтра 0.45 мкм. (B) изображение Красного твердых частиц и волокон различных марок на сито сетки 50 мкм, показывая диапазон в цвет, размер и форма частицы, найдены в речном бассейне реки Миссисипи. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

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

Микропластика коллекции с помощью дрифтерных сетей является традиционным методом в средах, как океан, где осадков и пластиковые концентрации являются низкая, поэтому требует большой образец томов. Однако дрифтерных сетей не всегда практических или безопасной в реках с высоким наносов и большие плавающие или погруженной мусора. Кроме того это не возможно использовать дрифтерные сети при попытке тщательно захвата и количественно микропластика материалы, особенно волокна, как большинство сетей, используемых для пластиковых обследований сетка размеров ≥300 мкм. Протокол, описанных в данном документе позволяет для отбора проб в водоемах, содержащие высокие наносов допуская также захват частицы < 300 мкм в диаметре. Метод и связанные устройства фильтрации универсальны и могут быть адаптированы к потребностям конкретного проекта. Кроме того данные, полученные с этого протокола будет содействовать разработке стратегии смягчения последствий для улучшения качества воды и измерить эффективность этих стратегий, таких как недавние запрет microbead26.

Этот метод позволяет управлять образец коллекции глубины, объем ввода и разделение частицы на размер классов во время учета для нескольких источников загрязнения. Использованием перистальтического насоса позволяет пользователю собирать образцы в любой желаемой глубины, регулируя длину шланга насоса. Пользователи могут легко контролировать объем образца с использованием устройства фильтрации, в то время как съемные фитинги союза предусматривают корректировок в фильтрующий материал и поры размеров для размещения переменной диаметров и концентрации пластика. Мы обнаружили, что размер выборки 1 L идеально подходит для количественной оценки частицы в речном бассейне реки Миссисипи по нескольким причинам. Во-первых в 1 Л воды, мы обнаружили, что там было несколько сотен подозреваемых волокон и частиц. Во-вторых высокая отложений масс в образцах с тома размером более 1 Л замедлился, фильтрация существенно. В-третьих больше фильтрации раз может привести к большей лаборатории загрязнения. Устройства фильтрации и способность легко адаптировать его для различных проектов должен облегчить сбор и анализ микропластика мусора на субмикронных размеров, который особенно полезны при изучении синтетических волокон.

Включение союза суставов облегчает удаление сетки сита или мембранные фильтры между циклами фильтрации, но требует, что суставы быть закрыты твердо и тщательно для обеспечения сетки сита и мембранные фильтры установлены правильно, которая предотвращает потерю образца ( Разделы 3 и 5). Для предотвращения разрыва или растрескивания, мембраны фильтра должна быть влажной перед их обработкой, но сухой перед Микроскоп анализа. Сверлении может возникнуть в мембранный фильтр до давление насоса достигает 127 мм Hg (шаги 4.2), особенно в образцах с высоким отложений тома. Таким образом давление должно быть смотрел внимательно и корректировать по мере необходимости.

Хотя протокол для использования устройства фильтрации устраняет проблемы, связанные с развертыванием дрифтерные сети, такие, как засорение в сети с взвешенных отложений, он увеличивает образец обработки в лаборатории, которая увеличивает шансы на загрязнение. Чтобы уменьшить или устранить потенциальное загрязнение с пробами, все оборудование необходимо тщательно промыть с достаточного количества ди воды три раза и пробелы должны быть взяты из каждого устройства (например, насос перистальтический, устройство фильтрации, контейнер для сбора) на протяжении всего сбора, обработки и анализа. Каждой среде и пустыми оборудования будут отфильтрованы и проанализированы с использованием протокола, изложенные в разделах 4-6. Использование ультра-чистой воды система фильтрации может уменьшить потенциальное загрязнение от ди воды, используемой для промывки и заготовок.

В лаборатории по крайней мере 20% пробы должны быть проанализированы двумя лицами, для обеспечения последовательного пластиковые идентификации. Во время фильтрации и анализа в лаборатории откройте Петри блюда могут служить в качестве лаборатории заготовок и помещены в специально отведенных местах в течение всего периода анализа. Затем каждый бланк лаборатории будут проанализированы с использованием протокола в разделе 6. Чтобы предотвратить загрязнение атмосферного осаждения, охватывают все оборудование с алюминиевой фольги после промывания водой ди.

Использование Перистальтический насос и заказные микропластика устройства фильтрации в этот протокол позволяет пользователям собирать образцы в средах, содержащих высокие концентрации взвешенных отложений. Кроме того, этот метод позволяет пользователям захватывать и количественно микропластика мусора < 300 мкм, специально микроволокна. Процент восстановления для этого протокола был измерен быть 100% и PE частиц и волокон нейлона, 92% соответственно, показатели относительно высокой восстановления. Предварительные пробы были взяты в речном бассейне реки Миссисипи и используя этот протокол где в среднем 1 L образцы > 200 частицы, размером (0,45-500 мкм), форма и цвет. Этот протокол будет руководить аналогичные исследования о судьбе, эффекты и источники частицы.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Проект, для которого был создан этот протокол финансировался национального управления океанических и атмосферных исследований (НОАА), морской мусор программа (# NA16NO29990029). Мы благодарим Коркоран миль на Национальный великой реки исследований и образования центр (NGRREC) в Alton, Иллинойс, за помощь с отбора и лодка работы сайта. Полевой и лабораторной работы был завершен с помощью Camille Бакли, Майкл Abegg, Джозия Рей и Ребекка 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).
Отбор проб, сортировка и характеризующие частицы в водной среде с высоким взвешенных наносов и большой плавучий мусор
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