Waiting
Login processing...

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

Environment

Provtagning, sortering och karaktärisera mikroplast i akvatiska miljöer med högt svävande Sediment laster och stora flytande skräp

doi: 10.3791/57969 Published: July 28, 2018

Summary

De flesta mikroplast forskning hittills har inträffat i Marina system där Suspenderade fasta nivåer är relativt låga. Nu skiftar fokus till sötvattensystem, som kan innehålla höga sediment laster och flytande skräp. Detta protokoll adresser insamling och analys av mikroplast prover från vattenmiljöer som innehåller hög hängande fast laster.

Abstract

Allestädes närvarande närvaro av plast skräp i havet är allmänt erkänd av offentliga, vetenskapliga samhällen och myndigheter. Emellertid först nyligen har mikroplast i sötvattensystem, såsom floder och sjöar, kvantifierats. Mikroplast provtagning vid ytan oftast består av distribuera drivgarn bakom antingen stationära eller rörliga båt, som begränsar provtagningen för miljöer med låga halter av suspenderat sediment och flytande eller nedsänkt skräp. Tidigare studier som anställd drivgarn att samla mikroplast skräp vanligtvis används nät med maskstorlek ≥300 µm, vilket gör att plast skräp (partiklar och fibrer) nedanför denna storlek att passera igenom nätet och gäcka kvantifiering. Protokollet beskrivs här möjliggör: 1) provtagning i miljöer med hög svävande laster och flytande eller nedsänkt skräp och 2) avskiljning och kvantifiering av mikroplast partiklar och fibrer < 300 µm. Vattenprover samlades in med hjälp av en Peristaltisk pump i polyeten (PE) behållare förvaras före filtrering och analys i labbet. Filtrering gjordes med en skräddarsydd mikroplast filtrering enhet som innehåller löstagbar unionens lederna som inrymt nylon mesh såll och mixed cellulosa membranfilter av ester. Mesh såll och membranfilter undersöktes med ett stereomikroskop att kvantifiera och separat mikroplast partiklar och fibrer. Dessa material granskades sedan använda en mikro-försvagade totala reflexionsfaktor Fourier transform infraröd spektrometer (micro ATR-FTIR) för att avgöra mikroplast polymer typ. Återhämtning mättes genom tillsatta exempel med blå PE partiklar och grön nylon fibrer; procent återhämtning var fast besluten att vara 100% för partiklar och 92% för fibrer. Detta protokoll guidar liknande studier på mikroplast i hög hastighet vattendrag med höga koncentrationer av sediment. Med enkla ändringar till Peristaltisk pump och filtrering enhet, kan användarna samla in och analysera olika provvolymer och partiklar storlekar.

Introduction

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

Plast observerades först i havet så tidigt som på 1930-talet1. Senaste beräkningarna av Marina plast skräp sortiment från över 243,000 ton (MT) plast på havsytan till 4,8-12,7 miljoner MT av plast in havet från terrestrial källor årligen2,3. Tidiga studier på Marina plast skräp fokuserade på macroplastics (> 5 mm diameter) som de är lätt synliga och mätbara. Men det upptäcktes nyligen att macroplastics representerar < 10% av plast skräp, greve, i havet, vilket indikerar att den överväldigande majoriteten av plast skräp är mikroplast (< 5 mm diameter)2.

Mikroplast kategoriseras in i två grupper: primär och sekundär mikroplast. Primära mikroplast består av plast som tillverkas vid en diameter < 5 mm och inkluderar nurdles, rå pellets används för att göra konsumentprodukter, mikrokulor som används som exfoliants i personliga hygienprodukter (t.ex. ansiktstvätt, bodyscrub, tandkräm), och slipmedel eller smörjmedel i branschen. Sekundär mikroplast skapas inom miljön som större plast skräp är splittrad genom fotolys, nötning och mikrobiell nedbrytning4,5. Syntetiska fibrer är också sekundär mikroplast och en växande oro. Ett enda plagg kan släppa > 1.900 fibrer per tvätt i en inhemsk tvättmaskin6. Dessa mikrofibrer, liksom mikrokulor från kroppsvårdsprodukter, tvättas ner avlopp och i avloppsnätet innan avloppsvatten behandlingar växter. Murphy (2016) fann att ett avloppsreningsverk som betjänar en befolkning på 650,000 reduceras mikroplast koncentrationen av 98,4% från inflödet till utflödet, ännu 65 miljoner mikroplast återstod i avloppsvatten och slam varje dag7. Även med höga procentsatser av mikroplast tas bort under behandlingsprocesser, miljoner, kanske miljarder, av mikroplast passerar genom reningsverken dagligen och ange ytvatten i utflödet6,8 ,9,10,11.

På grund av deras miljömässiga release, har mikroplast hittats i mag- och respiratoriska vävnader i marina organismer över alla trofinivåer12,13,14,15. Deras inverkan efter upptag är variabel, med några studier inte observera skada, medan andra visar många effekter såsom fysiska och kemiska vävnad skada4,6,14,15. På grund av dessa upptäckter ökat intresse inom detta område under de senaste fem decennierna. Men har bara nyligen studier börjat kvantifiera plast skräp, särskilt mikroplast, i sötvatten system, såsom floder och sjöar, eller bedöma effekten på organismer bostad i dessa livsmiljöer12,16, 17,18. Floderna är en stor källa till plast skräp hittade i havet som de får avloppsvatten avloppsvatten och ytvatten avrinning som innehåller mikroplast och macroplastics.

Protokollet beskrivs här kan användas för att samla mikroplast prover där drivgarn inte är möjligt. specifikt, flytande i akvatiska miljöer med höga koncentrationer av svävande sediment och stora skräp som floden Mississippi. Mississippifloden vattendelaren är en av världens största och har en befolkning på > 90 miljoner människor, troligen gör den till en av de största källorna till plast skräp till ocean19,20. Varje år Mississippifloden utsläpp genomsnitt 735 km3 av sötvatten i Mexikanska golfen, tillsammans med höga koncentrationer av svävande sediment (~ 60 till > 800 mg/L) och stora skräp13,21. Vattenprover samlades på två djup (dvs ytan och 0,6-djup) på olika platser längs Mississippi-floden och dess bifloder i genomskinlig 1 L polyeten (PE) containrar med en Peristaltisk pump. I labbet filtrerades prover med nylon mesh såll och mixed cellulosa membranfilter av ester samtidigt med skräddarsydda 63,5 mm (2,5 tum) polyvinylklorid (PVC) cylinder med unionens lederna för att infoga såll och filter22. Införandet av PVC fackföreningar i filtrering enheten möjliggör filtrering av så många eller så få partikel storleksklasser som önskas. Dessutom kan det användas för att fånga mikroplast skräp ner till sub micron storlekar med membranfilter när man studerar syntetiska fibrer. När filtrerad, proverna torkades och misstänkta plast identifierades och sorteras från mesh såll och membranfilter under ett stereomikroskop. Misstänkta plast undersöktes sedan använder mikro-försvagade totala reflektans Fourier transform infraröd spektroskopi (micro ATR-FTIR) att eliminera icke-syntetiska material eller bestämma polymer typ. Med tanke på storleken av mikroplast partiklar och fibrer är kontaminering vardagsmat. Källor till kontaminering är atmosfäriskt nedfall, kläder, fält och lab utrustning, samt avjoniserat vatten (DI) vatten källor. Flera steg ingår i hela protokollet att reducera kontaminering från olika källor under utförande av alla stadier 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. vatten provsamling

  1. Samla vattenprover och vatten kvalitet uppgifter av intresse med båt där floden är väl blandade, helst på platser där floden scenen eller ansvarsfrihet är kända (t.ex. United States Geological Survey (USGS) mäta posterar). 20 för att säkerställa att vattnet är väl blandade, styra båten med en handhållen mätare nedsänkt i floden för att där ledningsförmåga förblir relativt konstant.
  2. Vid provtagningsplatser, rekord positionskoordinater och djup. För att hitta 0,6-djupet, bara multiplicera det totala djupet 0,6. Mäta vatten kvalitetsparametrar av intresse (t.ex., grumlighet, temperatur, konduktivitet, pH och löst syre (DO)) med hjälp av en handhållen mätare. Att mäta parametrar, pumpa prov vatten från önskat djup i en bred mun behållare med hjälp av peristaltiska pumpen och omedelbart göra mätningarna (steg 1,5).
  3. Använda en Peristaltisk pump med slang för att erhålla prover från ytan och 0,6-djup. Koppla rätt slang längd till pumpen för visst djup.
    1. På grund av de starka strömmarna i flodsystem, bifoga en 6,4 mm svetsad kedja till pumpen slangen med buntband för att hjälpa vikt slangen. I slutet av kedjan, placera en vikt eller cement block att ytterligare vikt kedjan och slangar församlingen.
      Varning: Fäst inte vikt eller cement block direkt på pumpen slangen.
  4. Placera i spillvatten från slutet av slangen över båtens kant, från kläder som kunde sprida fibrer. Långsamt sänka inflödet slutet av slangen till önskat djup (dvs ytan eller 0,6-djup). Kör sedan pumpen i omvänd att rensa slangen med luft för minst 30 s. Efter luft rensning, värderiktning pump och skölj slangen med prov vatten från önskat djup samtidigt som vattnet rinna av båten eller i en papperskorg. Stoppa pumpen efter slangen har sköljts i minst 30 s.
  5. Skölj den behållare som används för vatten kvalitetsmätningar tre gånger med prov vatten, dumpning sköljvattnet varje gång. När sköljas, Fyll behållaren med prov vatten och mäta vatten kvalitet parametrarna för intresse med hjälp av en handhållen mätare (steg 1.2).
  6. Samla en mikroplast delprov genom att placera slangen utflödet i en märkt, 1 L-behållare som har varit pre sköljda med minst 250 mL DI vatten tre gånger. Sedan skölj behållaren ytterligare tre gånger med prov vatten, kasta sköljvattnet varje gång. När behållaren mikroplast sköljs, fyll det med provet.
  7. Med metoden för samma peristaltiska pumpen som beskrivs i steg 1,6, samla ett delprov för totalt suspenderat material (TSS) i en märkt, 250 mL-flaska som har varit pre sköljda med minst 100 mL DI vatten tre gånger. Skölj flaskan tre gånger med prov vatten, kasta sköljvattnet varje gång. När behållaren TSS sköljs, fyll det med provet.
  8. Samla in fältet exemplar och tomma minst en gång per dag i fältet, på samma sätt som beskrivs i steg 1,6-1,7, kontrollsyfte kvalitet kvalitetssäkring/kvalitetskontroll (QA/QC). Samla in en tom, få två 1 L behållare av DI vatten till fältet. Efter rensning pump slangen med luft, öppna den första behållaren DI vatten och skölj pump slangen med metoden som beskrivs i steg 1.4. När slangen sköljs, öppna den andra behållaren DI vatten och pumpa det i en tom 1 L-behållare och en 250 mL flaska för mikroplast och TSS blanks, respektive.
  9. Lagra mikroplast och TSS delprover på is innan hon återvände till labbet, där de kommer att lagras vid-20 ° C tills de behandlas.
    Varning: Se till att lämna huvudet utrymme i provbehållare så att de inte är skadade på grund av is expansion när frysning.
    Obs: Protokollet kan pausas här.

2. TSS bestämning

  1. Användning United States Environmental Protection Agency (USEPA) metod 160,2 för att bestämma TSS med 250 mL delproverna samlas i fält23. Jämför de TSS-värdena som beräknats med de totala plast hittade.

3. mikroplast filtrering enhet församling

  1. Tre gånger med minst 250 mL DI vatten skölj filtrering enhet och nylon mesh siktarna (figur 1). Placera mesh siktarna av önskad porstorlek (t.ex. 50 µm, 100 µm, 300 µm, 500 µm) i varje unionen gemensamt med pore storlek minskar från toppen till botten av filtrering enheten (figur 1A). Försegla varje unionen gemensamma tätt för att förhindra läckage.
  2. Vika blandad cellulosa ester membran filter (142 mm diameter) av önskad pore storlek (t.ex. 0,45 µm) i en konformad och placera det i enhetens filtrering:
    Obs: Fällbara membranfiltret ger mer yta för att förhindra igensättning av filtret.
    1. Våt membranfiltret med DI-vatten. Medan fuktig, vik membranfiltret en konformad med en diameter som passar in i filtreringsanordning. Vik också, en liten läpp längs kanten av konen så att den passar över toppen av unionens gemensamma (figur 1B).
      Varning: Membranfiltret måste vara våt innan vikning för att förhindra att riva.
    2. Plats rostfritt stål mesh korgen till sista unionen gemensamma (figur 1 c). Placera försiktigt koniska membranfiltret i korgen (figur 1 d). Vik läppen av membranfiltret över kanten på unionens gemensamma.
      Obs: Mesh korgen kommer att stödja filtret och minska brott när ett vakuum har tillämpats.
  3. Plats en maska sikten med minsta önskade porstorlek (t.ex. 50 µm) ovanpå membranfiltret i sista unionen gemensamma ses i figur 1.
    Obs: Detta kommer att ge extra stöd för att hålla membranfiltret på plats under filtreringen.
  4. När alla unionens fogar förseglas tätt, Fäst slangen från toppen av filtrering kolven till basen av filtreringsanordning. Sedan koppla slangen från sidan av filtrering kolven till vakuumpump som illustreras i figur 2.

Figure 1
Figur 1 : Montering av filtreringsanordning. (A), filtrering enheten monteras genom att placera mesh såll med önskad porstorlek i övre unionens lederna. (B), blandad cellulosa ester membran filter måste vikas in en konformad att passa diameter filtrering enheten; konen bör innehålla en liten läpp att passa över kanten av unionens gemensamma att säkra filtret på plats. (C) en mesh korg placeras i unionen att lägga till stabilitet i membranfiltret. (D), vikta membranfiltret läggs till mesh korgen och den minsta maskstorleken som sikten är placerad över toppen av membranfiltret. (E) den färdigmonterad filtreringsanordning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2 : Filtrering kolv och pumpen församling. En filtrering kolv är kopplad till filtrering enhet vakuum adaptern med en tydlig vinyl slangar. Filtrering kolven är sedan kopplad till vakuumpumpen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

4. prov filtrering

  1. Samla utrustning tomma före filtrering varje gång enheten monteras. Skölj enheten tre gånger med minst 250 mL DI vatten innan tomrummet samlas. Dessa ämnen samlas in med hjälp av stegen som beskrivs i steg 4.2-4.4.
  2. Slå på vakuumpumpen. Se till att trycket på den vakuumpump som inte överstiger 127 mm Hg, eller membranfiltret kunde Riva.
    Varning: Beroende på flödet klassar av prov filtrering, kan trycket öka insidan filtrering om sediment täpper den mesh siktar eller membranfilter. Detta kan potentiellt leda till en bristning i membranfiltret innan de når en läsning av 127 mm Hg. Av denna anledning, titta trycket noga eftersom det kan behöva justeras under 127 mm Hg på grundval av prov genom provet.
  3. Använd en 500 mL graderad cylinder, trippel sköljas med minst 250 mL DI vatten, för att mäta den totala volymen av provet. Spela in volymen och överföra provet från graderade cylindern till filtrering enhet.
    Varning: Beroende på storleken av vattenprov och filtrering kolven, kan filtrering kolven behöva tömmas flera gånger under prov filtrering.
    1. För att tömma filtrering kolven, stänga av pumpen och lossa de två slangarna från kolven. Töm kolven i en separat papperskorg.
      Varning: Håll vattnet filtrerat prov tills hela provet har filtrerats och det bekräftas att membranfiltret är intakt.
    2. Att fortsätta filtrering cykeln, Anslut slangarna till filtrering kolven, som beskrivs i steg 3,4 och slå på pumpen.
  4. När hela provet har filtrerats, skölj provbehållaren och graderad cylinder tre gånger med minst 250 mL DI vatten. Efter varje sköljning, filtrera vattnet brukade skölj behållaren och graderad cylinder att säkerställa att alla partiklar har filtrerats.

5. mikroplast filtrering enhet demontering

  1. Skölj filtreringsanordning väggar tre gånger med minst 250 mL DI vatten så att alla partiklar har filtrerats och ingen kvar i den filtrering enheten.
  2. Stänga av vakuumpump, och sedan försiktigt skruva och lossa den första unionen. Slå på pumpen igen och använda en DI vatten tvättflaska för att skölja kanterna av unionens gemensamma. Tvätta partiklar vid kanterna av mesh sikten i mitten för att säkerställa att de alla samlas.
  3. Stänga av pumpen och ta bort i sikten med maskstorlek försiktigt med ren pincett, se till att inte röra partiklar på ytan av mesh sikten. Placera i sikten med maskstorlek i en övertäckt petriskål och torka den på 60 ᵒC för 24 h. När torr, kan prover lagras tills analysen kan börja.
  4. Upprepa steg 5.1-5.3 för varje unionens gemensamma bostäder en sikt med maskstorlek.
  5. Upprepa steg 5.1-5.3 för mesh sikten för sista unionens gemensamma som inrymmer ett mesh sikten och membran filter.
    Varning: Vara försiktig när sköljning i sikten med maskstorlek, eftersom provet kan förloras om sköljas under membranfiltret.
  6. Slå på vakuumpumpen och skölj kanterna på det membranfilter använder en DI vatten tvättflaska. Tvätta partiklar vid kanterna av membranfiltret i mitten för att säkerställa full provet filtreras. Innan du tar bort membranfiltret, se till att allt vatten har gått igenom det och att inget vatten poolning på dess yta.
    Varning: Igen, var försiktig när du sköljer membranfiltret som prov kan förloras om sköljas under den.
  7. Försiktigt bort och utvecklas membranfiltret med tången. Placera membranfiltret i en petriskål eller folie kuvert passar dess diameter.
    Obs: Membranfiltret måste vara fuktig samtidigt som hanteras för att förhindra att riva.
  8. Torka membranfiltret täckta i ugn på 60 ᵒC för 24 h. När torr, lagra prover tills analysen kan börja.
    Obs: Protokollet kan pausas här.

6. partikelformiga analys

  1. Lämna i sikten med maskstorlek eller membran filter i petriskål och ta bort bara locket börja undersöka provet för mikroplast. Detta kommer att säkerställa att alla partiklar avlägsnas från mesh sikten eller membran filtret om någon partiklar ramlar av i SIL eller membran nätfiltret kommer de att förbli i petriskål, som kan analyseras efter.
  2. Undersöka mesh sikten eller membran filtret under ett stereomikroskop (14-90 X förstoring) att identifiera misstänkta plast partiklar och fibrer. Använd följande kriterier när identifiera misstänkta plast: ingen cellstruktur, fibrer är samma tjocklek i hela, och partiklar är inte blanka24.
  3. Ta bort alla misstänkta plast från mesh sikten eller membran filtret och placera dem i en samling injektionsflaska innehållande 70% etanol. Registrera färg och form (t.ex. partiklar, fiber, film, etc.) av varje misstänkt plast.
  4. När alla misstänkta plaster är bort från mesh sikten eller membran filtret och kvantifieras, undersöka både locket och botten av Petri skålen efter steg 6.2-6.3.
  5. Efter mesh sikten eller membranfilter och petriskål har undersökts och all misstänkt plast bort och kvantifierade, placera partiklar eller fibrer från injektionsflaskan samling på ett 12-spåret aluminium belagda objektglas för analys med hjälp av en micro ATR-FTIR.
    Obs: Det är inte alltid möjligt att testa varje misstänkt plast på mikro ATR-FTIR. Därför ”strategiskt välja” det belopp som kommer att behandla målen för att studera och anomalier i misstänkta plaster (t.ex. ett stort antal liknande fibrer eller partiklar)25. I en allmän bemärkelse, test som många misstänkte plast som möjligt, men inte mindre än 20%.
    1. När misstänkta plast analyseras med micro ATR-FTIR, användning spektrala databaser att avgöra om ett givet prov är plast och, om så är fallet, avgöra plastens polymer typ.

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

För att validera återvinningsprocenten av detta protokoll, tre prover (V1-V3) från Oso Bay, var Corpus Christi, Texas (intill Texas A & M University Corpus Christi Campus), spetsat med 10 blå PE partiklar (alltifrån 50-100 µm i diameter) och 50 grön nylon fibrer av olika längder (figur 3). Prov TSS var beräknade (avsnitt 2) och sedan proven var filtreras med hjälp av de metoder som anges i avsnitt 3-5. Den blå PE partiklar och grön nylon fibrer skildes sedan och kvantifieras (tabell 1). Andra fibrer och partiklar observerades på mesh såll och membranfilter, sannolikt härrör från Oso Bay vatten provet. I genomsnitt återvanns 100% PE partiklar och 92% av nylon fibrerna. En förlust av fibrer kan bero på en liten mängd prov förlust under filtrering eller felaktiga identifiering.

En utrustning blank inhämtades från enhetens filtrering genom att filtrera 1000 mL DI vatten. Denna tomt analyserades med hjälp av 100 µm och 50 µm mesh såll och ett 0,45 µm membranfilter. Totalt 7 fibrer (blå och klar) hittades i utrustningen tomt. Denna kontaminering kunde ha varit från filtreringsanordning, laboratorieutrustning, atmosfäriskt nedfall eller DI-vatten. Fibrerna var dock inte liknar den blå PE partiklar och grön nylon-fibrer som används till spike proverna.

Detta protokoll skapades för att bearbeta prover från Mississippi River vattendelare, inklusive den Mississippi floden mainstem och Missourifloden. Preliminära analyser från Mississippifloden och Missourifloden hade genomsnitt TSS 63 mg/L. Medan TSS värdena för Oso Bay är vanligtvis nedan observerades i Mississippi River vattendelare, stördes sediment avsiktligt före vatten samlingen att simulera högre suspenderade sediment koncentrationer som kan påträffas i stor flod system. Den genomsnittliga TSS i Oso Bay proven var 1 865 mg/L, vilket är ~ 30 gånger högre än TSS beräknas i Mississippifloden och Missourifloden proverna. De grumliga Oso Bay proverna föreslår framgångsrika filtrering för prover med en TSS upp till ~ 1 800 mg/l med de metoder som beskrivs här.

Figure 3
Figur 3 : Partiklar och fibrer som används för validering av procent återhämtning. Bild av två blå PE partiklar och två gröna nylon fibrer i en rad storlekar används för att spika validering proverna från Oso Bay i Corpus Christi, Texas. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Prov TSS (g/L) 0,45 μm 50 μm 100 μm Totalt % Återvinns
Fibrer Partiklar Fibrer Partiklar Fibrer Partiklar Fibrer Partiklar Fibrer Partiklar
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: resultat från validering prover. Ett antal blå PE partiklar och grön nylon fibrer har lagts till i prover tagna från Oso Bay i Corpus Christi, Texas, att validera protokollet filtrering enhet och analys. Tre mikroplast validering prover (V1-V3) och ett TSS prov togs på samma plats vid bank of Oso Bay. De fibrer och partiklar kvantifierades för varje porstorlek och totalt beräknades för varje validering prov. Med hjälp av kända mängden fibrer och partiklar som används för att spika proverna och den totala återhämtat sig från varje prov, beräknades procent återvinning.

Protokollet var också avsedd att provet floder från två djup: ytan (floden djup med den högsta hastigheten) och 0,6-djup (floden djup med ca genomsnittlig hastighet för hela vattenmassan). Prover från Mississippifloden och Missourifloden (tabell 2) samlades in och analyserades enligt ovan. För att undersöka effekten av djup på mikroplast koncentration, de första och andra proverna har tagits på samma plats (dvs, den Mississippi floden i Alton, Illinois) men på olika djup. För att undersöka den möjliga effekten av provtagning läge på mikroplast lastning, togs första och tredje proven på samma djup men på olika platser (dvs, den Mississippi floden i Alton, Illinois, och Missourifloden ovanför Saint Louis, Missouri). Exempel på fibrer och partiklar i de preliminära Mississippi River basin urval visas i figur 4.

Läge USGS mäta Station Djup Turbiditet TSS Fibrer Partiklar Fibrer Partiklar Fibrer Partiklar Fibrer Partiklar Totalt Fiber / Particule baserat
0,45 mm 50 mm 100 mm Totalt
m NTU HB # / 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 botten, MO USGS 06935965 0 30,8 0,036 122 4 57 0 37 0 216 4 220 54
MS = Mississippifloden; MO = Missourifloden

Tabell 2: Mississippi River vattendelare exempeldata av insamling och analys av. Preliminära prover samlades nära USGS mäta stationer vid Mississippifloden och Missourifloden. Djup (m), grumlighet (NTU) och TSS (mg/L) uppmättes för varje plats. Proverna var filtreras och analyseras efter detta protokoll. Fibrer och partiklar kvantifierades för 50 µm och 100 µm porstorlek mesh siktar liksom en 0.45 µm membranfilter. På grund av en brist på material samlas in på en sikt med maskstorlek på 500 µm utesluts denna storlek från de resultat som presenteras.

Figure 4
Figur 4 : Finns exempel partiklar och fibrer i preliminära prover från Mississippi River vattendelare. Bilder av fibrer och partiklar kvantifieras i ett prov (tabell 2) från ytan av Mississippifloden i Alton, Illinois. (A) bild av två blå fibrer som varierar i storlek på ett 0,45 µm membranfilter. (B) bild av en röd partiklar och olika fibrer finns på en sikt med maskstorlek på 50 µm, visar intervallet i färg, storlek och form av den mikroplast i Mississippi River vattendelare. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

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

Mikroplast samlingen med hjälp av drivgarn är den konventionella metoden i miljöer som havet där både sediment och plast koncentrationerna är låga, således som kräver stora provmängder. Drivgarn är dock inte alltid praktiskt eller säkert i vattendrag med hög sediment laster och stora flytande eller nedsänkt skräp. Dessutom är det inte möjligt att använda en drivgarn när försöker grundligt fånga och kvantifiera mikroplast material, särskilt fibrer, som de flesta nät som används för plast undersökningar har mesh storlekar ≥300 µm. Protokollet beskrivs i detta dokument tillåter för provtagning i waterbodies som innehåller hög sediment laster medan också tillåta fångst av mikroplast < 300 µm i diameter. Metod och associerade filtreringsenhet är mångsidiga och kan anpassas till specifika projekt behov. Data som erhållits med detta protokoll kommer dessutom bidra till att utveckla riskreducerande strategier för att förbättra vattenkvaliteten och mäta effektiviteten av dessa strategier, såsom den senaste microbead ban26.

Denna metod möjliggör kontroll av provet samling djup, volym input och separation av mikroplast i storleksklasser medan redovisning av flera källor till förorening. Anställa en Peristaltisk pump tillåter användaren att samla in prover på varje önskat djup genom att justera längden på pumpen slangen. Användare kan enkelt styra provvolymen med hjälp av filtrering enheten, medan de löstagbara union kopplingar möjliggöra justeringar i filtermaterialet och pore storlekar för att passa varierande diametrar och koncentrationer av plast. Vi fann att en 1 L provstorlek var perfekt för att kvantifiera mikroplast i Mississippi River vattendelare av flera skäl. Först inom 1 L vatten fann vi att det fanns flera hundra misstänkt fibrer och partiklar. För det andra, hög sediment massorna i prover med volymer som är större än 1 L saktade filtrering väsentligen. För det tredje, längre filtrering gånger kan potentiellt leda till större lab kontaminering. Filtreringsanordning och möjlighet att enkelt anpassa den till olika projekt måste underlätta insamling och analys av mikroplast skräp på sub micron storlekar, vilket är särskilt användbart när man studerar syntetiska fibrer.

Införandet av unionens lederna underlättar avlägsnandet av mesh siktar eller membran filtrerar mellan filtrering cykler men kräver att fogar förseglas ordentligt och noggrant för att säkerställa mesh såll och membranfilter sitter ordentligt, som förhindrar förlust av provet ( Avsnitt 3 och 5). Att förhindra att riva eller hudsprickor, den membran filter behöver vara fuktigt innan du hanterar det, men torka innan Mikroskop analys. Spricker kan uppstå i membranfiltret innan pumptrycket når 127 mm Hg (steg 4,2), särskilt i prover med hög sediment volym. Därför trycket måste övervakas noggrant och justera efter behov.

Även om protokollet för att använda filtreringsanordning lindrar problem i samband med distribution av drivgarn såsom igensättning av nätet med svävande sediment, ökar det prov bearbetning i labbet, vilket ökar chanserna för kontaminering. För att minska eller eliminera risken för nedsmutsning från provhantering, måste all utrustning sköljas grundligt med tillräckliga mängder DI vatten tre gånger och blankvärden måste tas från varje enhet (t.ex. peristaltiska pumpen, filtrering enhet, Collection behållare) under hela provinsamling, bearbetning och analys. Varje miljö och utrustning tomt sedan filtreras och analyseras med hjälp av protokollet som beskrivs i avsnitt 4-6. Användning av ett ultrarent vattenfiltreringssystem kan minska risken för nedsmutsning från DI vatten som används för sköljning och tomma.

I labbet, bör minst 20% av proverna analyseras av två individer att säkerställa konsekvent plast identifiering. Under filtrering och analys i labbet, öppna Petri rätter kan fungera som lab blankvärden och placeras på anvisad plats under hela skadeundersökningsperioden. Varje lab blank kommer sedan att analyseras med protokollet i avsnitt 6. För att förhindra kontaminering från atmosfäriskt nedfall, täcka all utrustning med aluminiumfolie efter tvätt med DI-vatten.

Användning av en Peristaltisk pump och skräddarsydda mikroplast filtreringsanordning i detta protokoll tillåter användare att samla in prover i miljöer som innehåller höga koncentrationer av svävande sediment. Dessutom, denna metod tillåter användare att fånga och kvantifiera mikroplast skräp < 300 µm, specifikt mikrofibrer. Procent återvinning för detta protokoll mättes för att vara 100% och 92% för PE partiklar och nylon fibrer, respektive, visar relativt hög återvinningsgrad. Preliminära proven togs i Mississippi River vattendelare också använder detta protokoll där 1 L prover i genomsnitt > 200 mikroplast varierar i storlek (0,45-500 µm), form och färg. Detta protokoll guidar liknande studier på den öde, effekter och källor till mikroplast.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Projektet som detta protokoll fastställdes finansierades av National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Marina skräp Program (# NA16NO29990029). Vi tackar Miles Corcoran vid stora floder forsknings och utbildning Center (NGRREC) i Alton, Illinois, för hjälp med val och båt drift. Fält och lab arbetet slutfördes med hjälp av Camille Buckley, Michael Abegg, Josiah Wray och 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).
Provtagning, sortering och karaktärisera mikroplast i akvatiska miljöer med högt svävande Sediment laster och stora flytande skräp
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