Waiting
Login processing...

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

Environment

Örnekleme, sıralama ve Microplastics su ortamlarında yüksek askıya alınan tortu yükler ve büyük yüzen enkaz ile karakterize

Published: July 28, 2018 doi: 10.3791/57969
Automatic Translation
1, 2, 3, 4, 1
1Department of Physical and Environmental Sciences, Texas A&M University-Corpus Christi, 2Department of Earth and Atmospheric Sciences, Saint Louis University, 3Department of Oceanography and Coastal Sciences, Louisiana State University, 4Department of Biology, University of Central Florida

Summary

Çoğu microplastic araştırma bugüne deniz sistemleri asma katı düzeyleri nispeten düşük olduğu ortaya çıktı. Odak şimdi yüksek tortu yükler ve yüzen enkaz özelliği olabilir tatlı su sistemleri için kayıyor. Bu iletişim kuralı toplama ve asma katı yük içeren su ortamları microplastic örnekleri analiz giderir.

Abstract

Okyanusta plastik enkaz her yerde varlığını yaygın kamu, bilimsel topluluklar ve devlet kurumları tarafından kabul edilmektedir. Ancak son zamanlarda ancak, nehirler ve göller, gibi tatlı su sistemlerinde microplastics sayısal. Microplastic örnekleme yüzeyi genellikle örnekleme ortamlara düşük düzeylerde askıya alınmış çökeller ve yüzen veya batık enkaz ile sınırlayan bir sabit veya hareketli tekne drift nets ya arkasında dağıtma oluşur. Drift ağlar genellikle microplastic enkaz toplamak için istihdam önceki çalışmalarda ≥300 µm kafes boyutu, plastik enkaz (parçacıklar ve lifleri) net arasından geçmek ve miktar kurtulmak bu boyut altında izin ile ağlar kullanılır. Protokol burada sağlar ayrıntılı: 1) örnek koleksiyonu ile yüksek ortamlarda askıya yükler ve yüzen veya batık enkaz ve 2) yakalama ve miktar microplastic parçacıklar ve lifleri < 300 µm. su örnekleri toplanan kullanarak bir peristaltik pompa düşük yoğunluklu polietilen (PE) kaplarda filtreleme ve laboratuvarda analiz daha önce depolanan. Filtrasyon naylon mesh elek yer alan ve selüloz ester membran filtreleri karışık ayrılabilir Birliği eklemler içeren bir özel yapım microplastic filtrasyon cihazı ile yapıldı. Mesh elek ve Membran filtreler ölçmek ve microplastic partikülleri ve lifleri ayırmak için stereomicroscope ile incelendi. Bu malzemelerin sonra microplastic polimer türünü belirlemek için bir mikro-zayıflatılmış toplam yansıma Fourier transform Infrared spektrometre (mikro ATR-FTIR) kullanarak incelenmiş. Kurtarma mavi PE parçacıklar ve yeşil naylon iplikler kullanarak örnekleri spiking tarafından ölçüldü; yüzde kurtarma parçacıklar için % 100 ve % 92 lifleri için kararlıydı. Bu iletişim kuralı benzer çalışmalar microplastics tortu yüksek konsantrasyonları ile yüksek hız nehirler üzerinde yol gösterecektir. Peristaltik pompa ve filtreleme aygıtı basit değişiklikler ile kullanıcılar toplamak ve çeşitli örnek birimleri ve partikül boyut analiz.

Introduction

Plastik ilk olarak 1930'larda1erken okyanusta gözlendi. 4.8-12,7 milyon MT okyanus karasal girerek Plastik için okyanusun yüzeyinde plastik 243,000 metrik ton (MT)'den fazla deniz plastik enkaz aralığının son tahminler kaynakları her yıl2,3. Deniz plastik enkaz üzerinde erken çalışmalar odaklı üzerinde macroplastics (> 5 mm çapında) kolayca görünür ve ölçülebilir olduğu gibi. Ancak, bu son zamanlarda macroplastics temsil ettiğini keşfedildi < Plastik enkaz, okyanusu, plastik enkaz ezici çoğunluğu microplastic olduğunu belirten sayı yüzde 10'u (< 5 mm çapında)2.

Microplastics iki gruplar halinde kategorize edilir: birincil ve ikincil microplastics. Birincil microplastics oluşur çapı üretilmektedir plastik < 5 mm ve nurdles, tüketici ürünleri yapmak için kullanılan ham granül, kişisel bakım ürünleri (Örneğin, yüz yıkama, vücut fırçalayın, exfoliants olarak kullanılan lastikteki içerir Diş macunu) ve aşındırıcılar veya sanayi yağları. Daha büyük plastik enkaz photolysis, aşınma ve mikrobiyal ayrışma4,5tarafından parçalanmış gibi ikincil microplastics ortamı içinde oluşturulur. Sentetik lifler de ikincil microplastics ve büyüyen bir endişe vardır. Tek bir giysi serbest bırakabilirsiniz > yıkama iç çamaşır makinesi6başına 1.900 lifleri. Kişisel bakım ürünleri, lastikteki yanı sıra bu microfibers aşağı drenaj ve kanalizasyon sistemine Atıksu tedaviler tesisleri girmeden önce yıkanır. Murphy (2016) 65 milyon microplastics atık içinde kaldı ve her gün7çamur henüz 650.000 bir nüfusa hizmet veren bir atıksu arıtma tesisi microplastic konsantrasyon 98.4 oranında influent atık için azaltılmış buldum. Hatta sırasında tedavi süreçleri, milyonlarca, belki milyarlarca kaldırılmakta olan microplastics yüksek oranlarda, microplastics Atıksu arıtma tesisleri ile her gün geçmek ve yüzey suları atık6,8 ' girin ,9,10,11.

Nedeniyle çevre serbest bırakılmaları, microplastics tüm trophic düzeyleri12,13,14,15soldan sağa deniz organizmalar sindirim ve solunum dokularda bulunmuştur. Diğerleri fiziksel ve kimyasal doku hasar4,6,14,15gibi çok sayıda etkileri göstermek süre sonra uptake değişkenle bazı etkileri değil gözlem zarar, çalışmaları. Bu keşifler nedeniyle faiz bu alandaki son beş yılda artmıştır. Ancak, ancak son zamanlarda çalışmalar plastik enkaz, özellikle microplastics, nehirler ve göller, gibi tatlı su sistemleri ölçmek veya bu habitatları12,16'konut organizmalar üzerindeki etkisini değerlendirmek için başladık, 17,18. Nehir plastik enkaz atık su atık ve microplastics ve macroplastics içeren yüzey su akış aldıkları okyanusta bulundu önemli bir kaynağıdır.

Burada ayrıntılı Protokolü nerede drift ağlar mümkün değildir microplastic örnekleri toplamak için kullanılabilir; Özellikle, sucul ortamlarda yüksek konsantrasyonda askıya alınmış çökeller ve büyük Mississippi Nehri gibi enkaz yüzen. Mississippi Nehri Havzası dünyanın en büyük biridir ve bir nüfusa sahiptir > 90 milyon kişi, büyük olasılıkla plastik enkaz en büyük kaynaklarından biri olan okyanus19,20' ye yapma. Her yıl, Mississippi Nehri Meksika Körfezi ile birlikte yüksek konsantrasyonda askıya alınmış çökeller içine ortalama 735 km3 tatlı su deşarj (~ 60'a > 800 mg/L) ve büyük enkaz13,21. Su örnekleri iki derinliklerde (Yani, yüzey ve 0,6-derinlik) Mississippi Nehri ve kollarının kaplarda peristaltik pompa kullanarak saydam 1 L düşük yoğunluklu polietilen (PE) boyunca çeşitli yerlerde toplanmıştır. Laboratuarda örnekleri naylon mesh elek ve karışık selüloz ester membran filtreleri aynı anda bir ısmarlama 63,5 mm (2,5 inç) Polivinil klorür (PVC) silindir ile sendika eklem ile22elekler ve filtreler eklemek için kullanarak filtre. PVC sendikalar içinde filtrasyon aygıt dahil filtrasyon için istediğiniz kadar çok veya az parçacık boyutu sınıfları tarafından sağlar. Ayrıca, sentetik elyaf okurken membran filtreleri kullanarak alt mikron boyutlarını aşağı microplastic enkaz yakalamak için kullanılabilir. Filtre uygulanmış bir kez örnekleri kurutulmuş ve şüpheli plastik tespit ve mesh elek ve membran filtreleri bir stereomicroscope altında sıralanır. Şüpheli plastik sentetik olmayan malzemeler ortadan kaldırmak veya polimer türü belirlemek için toplam yansıma Fourier transform Infrared spektroskopisi (mikro ATR-FTIR) mikro-zayıflatılmış kullanarak incelenmiş. Microplastic partikülleri ve lifleri boyutu göz önüne alındığında, kirlenme sıradan olduğunu. Kirlenme kaynakları atmosferik ifade içerir, giyim, alan ve laboratuvar donanımları gibi deiyonize (DI) kaynakları su. Birden çok adımı tüm aşamaları çalışmanın yürütülmesi sırasında kirlenme--dan çeşitli kaynak azaltmak için protokol boyunca dahil edilmiştir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. su örnek koleksiyonu

  1. Su örnekleri toplamak ve kalitede veri Nehri ideal nehir sahne ya da deşarj (örn., Amerika Birleşik Devletleri jeolojik araştırma (USGS) tartmanın istasyonları) nerede bilinen yerlerde iyi karma, nerede tekne ile ilgi su. 20 su iyi karışık temin ederim, iletkenlik nispeten sabit kaldığı için nehrin dalmış bir el ölçeri kullanmayı tekne Kılavuzu.
  2. Örnekleme site, kayıt konumu koordinatları ve derinliği. 0,6-derinlik bulmak için Toplam derinlik 0,6 tarafından çarpın. Ölçü su kalite parametreleri ilgi bir el metre kullanarak (Örneğin, bulanıklık, sıcaklık, iletkenlik, pH ve çözünmüş oksijen ()). Parametrelerini ölçmek için istenen derinlik sudan örnek peristaltik pompa kullanarak bir geniş ağız konteyner içine pompa ve hemen ölçümler (adım 1.5) alır.
  3. Peristaltik pompa boru ile yüzey ve 0,6-derinlik örneklerini almak için kullanın. Doğru boru uzunluğu verilen derinlik için pompa iliştirin.
    1. Akıntı nedeniyle nehir sistemleri 6.4 mm kaynaklı zinciri kilo yardımcı olmak için ZIP bağları kullanarak pompa boru tüp takın. Zincirinin sonuna bir ağırlık veya çimento blok daha fazla ağırlık zinciri ve boru montaj için yerleştirin.
      Uyarı: Ağırlık veya çimento blok doğrudan pompa boru eklemek.
  4. Atık su boru sonuna lifleri döken giyim uzak tekne kenar üzerine getirin. Yavaşça akın sonuna hortumunun istenen Derinlik (Yani, yüzey veya 0,6-derinlik) için indirin. Daha sonra tüp hava için en az 30 ile tasfiye tersten pompa çalıştırmak s. Hava Temizleme sonra pompa yönünü tersine çevirmek ve tekneden veya atık bir kaba süzün su izin verirken boru istenen derinlik örnek su ile durulayın. Tüp için en az 30 durulanır sonra pompa durdurun s.
  5. Su kalitesi ölçümleri ile üç kez örnek su, durulama su her zaman damping için kullanılan kapsayıcı durulayın. Sonra durulanır, kapsayıcı örnek su ile doldurun ve su kalite parametreleri ilgi el metre (adım 1.2) kullanarak ölçün.
  6. Microplastic subsample boru atık üç kez en az 250 mL DI su durulanır önceden yapılmış bir etiketli, 1 L konteyner içine yerleştirerek toplamak. O zaman, konteyner üç ek kez her zaman durulama su atarak örnek su ile durulayın. Bir kez microplastic konteyner durulanır, örnek ile doldurun.
  7. 1.6. adımda belirtilen aynı peristaltik pompa yöntemi kullanarak, bir subsample için üç kez en az 100 mL DI su durulanır önceden yapılmış bir etiketli, 250 mL şişe halinde toplam askıda katı (TDH) toplamak. Şişe üç kez daha her zaman durulama su atarak örnek su ile durulayın. Bir kez TSS konteyner durulanır, örnek ile doldurun.
  8. Alan triplicates ve günde en az bir kez boşlukları alanı toplamak, açıklanan aynı şekilde 1,6-1.7, kalite güvence/kalite kontrol (QA/QC) amaçlar için adımlar. Boş bir toplamak için iki 1 L kapsayıcı DI, alana su getir. Pompa boru hava ile tasfiye sonra DI su ilk konteyner açmak ve 1.4. adımda açıklanan yöntemi kullanarak pompa boru durulayın. Bir kez tüp durulanır, DI su ikinci konteynırı açın ve boş bir 1 L kapsayıcı ve microplastic ve TSS boşlukları, 250 mL şişe içine sırasıyla pompa.
  9. Microplastic ve TSS subsamples buzda onlar işleninceye kadar onlar-20 ° C'de depolanacağı laboratuara geri kadar saklayın.
    Uyarı: Böylece onlar ne zaman buz gibi buz genişleme nedeniyle zarar değil örnek kaplarda kafa biraz boşluk bıraktığınızdan emin olun.
    Not: Protokol burada duraklatılmış.

2. TSS belirlenmesi

  1. TSS ile 250 mL subsamples belirlemek için kullanım Birleşik Devletler çevre koruma ajansı (USEPA) yöntemini 160.2 alan23yılında toplanan. Hesaplanan TSS değerleri bulunan toplam plastik ile karşılaştırın.

3. Microplastic filtrasyon aygıt montaj

  1. Üç kez en az 250 mL ile DI su filtrasyon aygıt ve naylon mesh Elek (Şekil 1) iyice durulayın. Mesh elek istenen gözenek boyutları (Örneğin, 50 µm, 100 µm, 300 µm, 500 µm) her Birliği gözenek boyutu en baştan cihazın alt tarafına filtrasyon (Şekil 1A) için azalan ile ortak yerleştirin. Her Birliği ortak sıkıca sızıntı önlemek için mühür.
  2. İstenen gözenek size(s) (Örneğin, 0.45 µm), karışık selüloz ester membran filtreleri (142 mm çap) bir koni şeklini katlayın ve filtrasyon cihazın içine yerleştirin:
    Not: Katlama membran filtre filtre tıkanmaları önlemek için daha fazla yüzey alanı sağlayacaktır.
    1. Membran filtre DI su ile ıslak. Nemli, membran filtre filtrasyon cihazın içine sığan bir çapı olan bir koni şekil içine katlayın. Böylece Birliği ortak (Şekil 1B) üst üzerinde uygun da, küçük bir dudak koni kenarı boyunca katlayın.
      Uyarı: Membran filtre yırtılma önlemek için katlama önce ıslak gerekir.
    2. Son Birliği ortak (Şekil 1 c) Paslanmaz çelik hasır sepet bir yer. Dikkatle koni şeklinde membran filtre sepet (Şekil 1 d) yer. Membran filtre dudak Birliği ortak kenarına katlayın.
      Not: Örgü sepeti filtresini desteklemekte ve bir vakum uygulandıktan sonra kırılma azaltmak.
  3. Bir mesh elek üstünde tepe-in Şekil 1' de görülen Birliği'nin son ortak membran filtre en küçük istenen gözenek boyutu (Örneğin, 50 µm) ile yer.
    Not: Bu membran filtre filtrasyon sırasında tutmak için ekstra destek sağlar.
  4. Bir kez tüm sendika eklem sıkı kapalı, hortum filtreleme balonun en baştan filtrasyon aygıt tabanına iliştirin. Sonra hortum vakum pompası Şekil 2' de gösterildiği gibi süzme kabı taraftan ekleyin.

Figure 1
Resim 1 : Filtreleme aygıtı Meclisi. (A) filtreleme aygıtı mesh elek istenen gözenek boyutu üst Birliği eklem içine yerleştirerek monte edilir. (B) karışık selüloz ester membran filtreleri bir koni şeklinde filtreleme aygıtı çapını sığacak şekilde katlanmış olması gerekir; koni filtre yerde güvenliğini sağlamak için ortak Birliği kenarına sığacak şekilde küçük bir dudak içermelidir. (C) A örgü sepeti istikrar membran filtre eklemek için Birliği içine yerleştirilir. (D) katlanmış membran filtre örgü sepeti eklenir ve küçük mesh elek boyutunu membran filtre üst üzerinde yer alıyor. (E) tam olarak birleştirilmiş filtrasyon aygıt. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Resim 2 : Filtre uygulama şişesi ve pompa kurul. Bir filtreleme şişesi açık vinil tüp kullanarak filtreleme aygıtı vakum bağdaştırıcısına bağlı olduğu. Filtreleme şişeye sonra vakum pompası için eklenir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

4. örnek filtrasyon

  1. Ekipman boşlukları filtrasyon cihazın monte her zaman önce toplamak. Boş toplanmadan önce aygıt üç kez en az 250 mL DI su ile iyice durulayın. Bu boşluklar 4.2-4.4 adımlarda anlatılan adımları tamamlayarak toplanır.
  2. Vakum Pompası açmak. Vakum Pompası 127 mm Hg geçmediğiveya membran filtre basınç evrenimizi emin olun.
    Uyarı: Eğer mesh elek veya membran filtreleri tortu takunya bağlı olarak debi örnek filtrasyon, filtrasyon cihazın içinde basıncı artırmak olabilir. Bu potansiyel olarak membran filtre bir kopma 127 mm Hg bir okuma ulaşmadan önce neden olabilir. 127 mm Hg örnek örnek olarak aşağıda ayarlanması gerekir bu nedenle, basınç yakından izle.
  3. En az 250 mL DI su, durulanır üçlü bir 500 mL mezun silindir hacmi örnek ölçmek için kullanın. Ses kayıt ve örnek--dan mezun silindir filtrasyon cihaza aktarın.
    Uyarı: Su örneği ve filtreleme şişeye boyutuna bağlı olarak, filtre şişeye örnek filtrasyon sırasında birden çok kez boşaltılması gerekebilir.
    1. Filtreleme şişeye boşalt, pompa kapatmak ve balonun üzerinden iki hortumlar ayırmak için. Şişeye ayrı bir atık konteyner içine boşaltın.
      Uyarı: Filtre uygulanmış örnek su filtre tüm örnek ve membran filtre sağlam olduğunu teyit edildi kadar tutun.
    2. Filtrasyon döngüsü devam etmek için hortumlar için filtreleme şişeye 3.4. adımda açıklandığı şekilde yeniden iliştirin ve pompa üzerindeki çevirmek.
  4. Bir kez tüm örnek filtre, örnek kabı ve mezun silindir üç kez en az 250 mL DI su ile durulayın. Sonra her durulama, konteyner ve tüm partikülleri filtre emin olmak için mezun silindir durulama için kullanılan su filtresi.

5. Microplastic filtreleme aygıtı sökme

  1. Filtrasyon aygıt duvarları üç kez en az 250 mL tüm partikülleri filtre ve hiçbiri filtrasyon aygıtta kalır emin olmak için DI su ile durulayın.
  2. Vakum pompa kapatmak sonra dikkatlice sökün ve ilk sendika bağlantısını kesin. Pompa yeniden açın ve bir DI su yıkama şişesi Birliği ortak kenarlarını durulama için kullanın. Parçacıklar mesh elek kenarlarında tüm toplanır sağlamak için merkezi haline yıkayın.
  3. Pompa kapatmak ve mesh elek mesh elek yüzeyinde tanecikleri dokunmak emin temiz forseps ile dikkatli bir şekilde çıkarın. Mesh elek kapalı bir Petri kabına yerleştirin ve 24 saat için 60 ᵒC, Kuru. Çözümlemesi'ni başlatmak kadar kuru bir kez örnekleri depolanabilir.
  4. 5.1-5,3 mesh elek Konut Birliği her ortak için yineleyin.
  5. Gözenekli elek ve membran filtre evler son Birliği için ortak adımları 5.1-5,3 mesh elek için yineleyin.
    Uyarı: Örnek membran filtre altında durulanır kayıp olabilir gibi mesh elek, durulama yaparken dikkatli olun.
  6. Vakum Pompası açmak ve bir DI su yıkama şişesi kullanarak membran filtre kenarlarını durulayın. Parçacıklar tam örnek filtre emin olmak için merkeze membran filtre kenarlarında yıkayın. Membran filtre kaldırmadan önce tüm su içinden geçti ve su yüzeyindeki havuzu olun.
    Uyarı: Yine, örnek altında durulanır kayıp olabilir gibi membran filtre durulama yaparken dikkatli olun.
  7. Dikkatli bir şekilde çıkarın ve membran filtre forseps ile açılmak. Membran filtre çapına uygun bir Petri kabına veya folyo zarf içine yerleştirin.
    Not: Membran filtre yırtılma önlemek için işlenen süre nemli olması gerekir.
  8. 60 ᵒC fırında kaplı membran filtre 24 h için kuru. Çözümlemesi'ni başlatmak kadar kuru bir kez örnekleri saklayın.
    Not: Protokol burada duraklatılmış.

6. Partikül analizi

  1. Gözenekli elek veya membran filtre kabında bırakın ve microplastics için örnek inceleyerek başlamak için sadece kapağı kaldırın. Bu herhangi bir parçacık Petri dish, sonra analiz alanında bulunacaktır gözenekli elek veya membran filtre kapalı düşersen tüm parçacıklar mesh elek veya membran filtreden kaldırılır sağlayacaktır.
  2. Gözenekli elek veya membran filtre şüpheli plastik parçacıklar ve lifleri tanımlamak için bir stereomicroscope (14-90 X büyütme) altında inceleyin. Şüpheli plastik tanımlarken aşağıdaki ölçütleri kullanın: yok hücresel yapısı lifleri boyunca eşit kalınlıkta ve parçacıklar değil parlak24.
  3. Tüm şüpheli plastik mesh elek veya membran filtreden kaldırın ve % 70 etanol içeren bir koleksiyon şişe koyun. Rengi ve şekli (Örneğin, partikül, fiber, film, vb) her şüpheli plastik kaydedin.
  4. Bir kez tüm şüpheli plastik mesh elek veya membran filtreden kaldırılır ve sayısal, Petri kabına adımları 6.2-6,3 takip altında ve kapak inceleyin.
  5. Elek veya membran filtre ve Petri kabına kafes sonra muayene ve kaldırıldı ve sayısal, tüm şüpheli plastik koleksiyonu şişeyi bir mikro ATR FTIR analizi için 12 yuvası alüminyum kaplamalı slayda üzerinden parçacıkları veya fibers yerleştirin.
    Not: Her zaman her şüpheli plastik ATR-FTIR mikro test etmek mümkün değildir. Bu nedenle, seçin"stratejik" çalışma ve anomaliler şüpheli plastik (Örneğin, yüksek sayıda benzer lifler veya parçacıklar)25gol ele alacak tutarı. Birçok plastik mümkün ama en az % 20 şüpheli olarak genel anlamda, sınayın.
    1. Şüpheli plastik mikro ATR-FTIR kullanılarak analiz sonra belirli bir örnek olup olmadığını belirlemek için kullanım spektral veritabanları plastik ve eğer öyleyse, plastik'ın polimer türünü belirlemek.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bu iletişim kuralı, üç örnek (V1-V3) Oso yuvasından kurtarma oranları doğrulamak için Corpus Christi, Teksas (bitişik) Texas A & M Üniversitesi Corpus Christi Kampüsü, çivili (50-100 µm arasında değişen 10 mavi PE tanecikleri ile çapı) ve 50 yeşil naylon iplikler, çeşitli uzunlukta (Şekil 3). Örnek TSS yapıldı hesaplanan (Bölüm 2) ve sonra örnekleri bölüm 3-5'te açıklanan yöntemleri kullanarak filtre. Mavi PE parçacıklar ve yeşil naylon iplikler sonra ayrıldık ve (Tablo 1) sayılabilir. Diğer elyaf ve parçacıklar mesh elek ve membran filtreleri, büyük olasılıkla Oso Bay su örneği türetilmiş tespit edildi. Ortalama olarak, PE partikülleri % 100 ve % 92 naylon liflerinin ele geçirildi. Elyaf kaybı filtrasyon veya yanlış tanımlama sırasında az miktarda örnek kaybı nedeniyle olabilir.

Bir ekipman boş filtrasyon aygıttan DI suyu 1000 mL süzme yoluyla toplanmıştır. Bu boş 100 µm ve 50 µm mesh elek ve 0,45 µm membran filtre kullanılarak analiz. Toplam 7 liflerinin (mavi ve açık) aletleri boş bulunmuştur. Bu kirlenme filtrasyon aygıt, Labaratuar donanımları, atmosferik ifade veya DI su da olabilir. Ancak, lifler mavi PE parçacıklar ve yeşil naylon iplik örnekleri spike için kullanılan benzer değildi.

Bu protokolü örnekleri Mississippi Nehri mainstem ve Missouri Nehri gibi Mississippi Nehri Havzası işlemek için oluşturulmuştur. Mississippi Nehri ve Missouri Nehri ön analizler 63 mg/l ortalama TSS vardı Oso Bay TSS değerler genellikle bu Mississippi Nehri havzası içinde gözlenen aşağıda olmakla birlikte, tortu kasıtlı olarak büyük nehirde karşılaştı daha yüksek askıya alınan tortu konsantrasyonları benzetimini yapmak için su toplama önce rahatsız oldu sistemleri. Oso Bay örneklerinde ortalama TSS ~ 30 kat daha fazla Mississippi Nehri ve Missouri Nehri örnekleri için hesaplanan TSS 1,865 mg/L, idi. Bulanık Oso Bay örnekleri kadar ~ 1800 mg/L burada açıklanan teknikleri kullanarak başarılı filtrasyon için bir TSS örnekleriyle öneririz.

Figure 3
Şekil 3 : Tanecikleri ve yüzde kurtarma doğrulamak için kullanılan lifleri. Görüntü iki mavi PE parçacıklar ve Corpus Christi, Texas Oso yuvasından doğrulama örnekleri spike için kullanılan boyutlarda bir dizi iki yeşil naylon lifler. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Örnek TSS (g/L) 0,45 mikron 50 mikron 100 μm Toplam Kurtarıldı %
Lifler Parçacıklar Lifler Parçacıklar Lifler Parçacıklar Lifler Parçacıklar Lifler Parçacıklar
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

Tablo 1: sonuçlar doğrulama örnekleri. Mavi PE parçacıklar ve yeşil naylon iplikler belirlenmiş sayıda Oso Bay Corpus Christi, Texas, filtreleme aygıtı ve Çözümleme Protokolü doğrulamak için alınan örnekleri için eklenmiştir. Üç microplastic doğrulama örnekleri (V1-V3) ve bir TSS örnek Oso Bay bankada aynı yerde çekildi. Lifleri ve parçacıklar her gözenek boyutu için sayısal ve toplam her doğrulama örnek için hesaplanmıştır. Lifleri ve örnekleri ve her örnek Kurtarılan toplam spike için kullanılan parçacıklar bilinen miktarda kullanarak, yüzde kurtarma hesaplanır.

Protokol ayrıca iki derinliklerinden örnek nehirler için tasarlanmıştır: yüzey (nehir derinliği en yüksek hızı) ve 0,6-derinliği (nehir derinliği tüm su sütunu için yaklaşık ortalama hız ile). Mississippi Nehri ve Missouri Nehri (Tablo 2) örnekleri toplanmış ve yukarıda açıklandığı gibi analiz. Microplastic konsantrasyonu derinlik etkisini incelemek için birinci ve ikinci örnekleri (Yani, Alton, Illinois, Mississippi Nehri) aynı yerde çekildi ama farklı derinliklerde. Microplastic yükleme konumunda örnekleme olası etkisini incelemek için birinci ve üçüncü örnekleri aynı derinlikte ama farklı yerlerde (Yani, Mississippi Nehri Alton, Illinois, ve yukarıda Saint Louis, Missouri Nehri alınmıştır Missouri). Elyaf ve ön Mississippi Nehri Havzası örneklerinde bulunan partiküller örnekleri Şekil 4' te gösterilmiştir.

Konumu USGS gözlem istasyonu Derinlik Bulanıklık TSS Lifler Parçacıklar Lifler Parçacıklar Lifler Parçacıklar Lifler Parçacıklar Toplam Lif / partikül oranı
0,45 mm 50 mm 100 mm Toplam
m NTU g/M # / 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 alt, MO USGS 06935965 0 30.8 0.036 122 4 57 0 37 0 216 4 220 54
MS Mississippi Nehri; = MO Missouri Nehri =

Tablo 2: Mississippi Nehri Havzası örnek veri toplama ve analiz. Ön örnekleri Mississippi Nehri ve Missouri Nehri istasyonlarında ölçüm USGS yakınındaki toplanmıştır. Derinlik (m), bulanıklık (NTU) ve TSS (mg/L) her site için ölçüldü. Örnekleri filtre ve bu iletişim kuralı analiz. Lifleri ve parçacıklar için 50 µm sayısal ve 100 µm gözenek boyutu mesh elek gibi bir 0,45 µm membran filtre. Malzemeler 500 µm mesh elek üzerinde toplanan eksikliği nedeniyle, bu boyutta sunulan sonuçlarından söz konusu değildir.

Figure 4
Şekil 4 : Örnek parçacıklar ve lifleri Mississippi Nehri Havzası ön örnekleri bulundu. Görüntüleri lifleri ve partiküller Alton, Illinois, Mississippi Nehri'nin yüzeyinden alınan bir örnek (Tablo 2) sayılabilir. (A) görüntü 0,45 µm membran filtre üzerinde cellulosumda iki mavi liflerinin. (B) Aralık rengi, boyutu ve Mississippi Nehri havzası içinde bulunan microplastics şeklinde gösterilen görüntü kırmızı bir partikül ve çeşitli lifleri 50 µm mesh elek üzerinde bulundu. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Drift ağları kullanarak Microplastic koleksiyon tortu ve plastik konsantrasyonları düşük, böylece gerektiren büyük örnek birimleri nerede okyanus gibi ortamlarda geleneksel yöntemdir. Ancak, drift ağlar her zaman nehirler yüksek tortu yükler ve büyük yüzen veya batık enkaz ile pratik veya güvenli değildir. Ayrıca, en ağları için plastik anketler kullanılan kafes gibi iyice yakalamak ve microplastic malzemeleri, özellikle lifleri, ölçmek girişiminde ≥300 µm boyutları bir drift net kullanmak mümkün değildir. Bu raporda açıklanan protokolü de microplastics yakalama izin iken yüksek tortu yükleri içeren waterbodies örnekleme sağlar < çapı 300 µm. Yöntemi ve ilişkili filtreleme aygıtı çok yönlü ve belirli proje ihtiyaçlarına adapte edilebilir. Ayrıca, bu iletişim kuralı ile alınan verileri su kalitesini artırmak ve son microbead yasağı26gibi bu stratejilerin etkinliğini ölçmek için azaltma stratejileri geliştirmek yardımcı olacaktır.

Bu yöntem örnek toplama derinliği, ses giriş ve microplastics ayrılması sırasında kirlenme birden çok kaynak için muhasebe boyutu sınıflara kontrol sağlar. Peristaltik pompa istihdam pompa boru uzunluğunu ayarlayarak istediğiniz herhangi bir derinlikte örnekleri toplamak için Kullanıcı izin verir. Süre ayrılabilir Birliği bağlantı elemanları filtre malzemesi ayarlamalar için izin ve gözenek boyutları değişken çap ve plastik konsantrasyonları karşılamak için kullanıcıların kolayca numune hacmi filtrasyon cihazın kullanımı ile kontrol edebilirsiniz. Biz bir 1 L örnek boyutu microplastics Mississippi Nehri havzası içinde çeşitli nedenlerle miktarının için ideal olduğunu ortaya koymuştur. Önce 1 litre su içinde orada birkaç yüz şüpheli lifleri ve parçacıklar buldum. İkinci olarak, yüksek tortu kitleler örneklerinde 1 L büyük birimleri ile önemli ölçüde filtreleme yavaşladı. Üçüncü olarak, artık bu filtre kez büyük laboratuvar kirlenme yol açması olası. Filtrasyon aygıt ve kolayca farklı projeye uyum yeteneği toplama ve analiz microplastic enkaz alt mikron boyutunda olan sentetik lifler eğitim özellikle yararlıdır kolaylaştırmak.

Sendika eklem dahil mesh elek kaldırılmasını kolaylaştırır veya membran filtrasyon döngüsü arasında filtre uygular ancak eklem sıkıca kapalı gibi gerektirir ve dikkatli bir şekilde kafes emin olmak için elekler ve membran filtreleri düzgün, hangi örnek () kaybını önler oturuyorlar Bölüm 3 ve 5). Yırtılma veya çatlama, membran filtre, tutmadan önce nemli olması gereken engellemek, ancak mikroskop analiz daha önce kuru için. Pompa basınç 127 mm Hg (4.2 adımlar), özellikle de yüksek tortu hacim örnekleriyle ulaşmadan önce omuriliği membran filtre oluşabilir. Bu nedenle, baskı dikkatle izlenmesi gerekir ve gereken şekilde ayarlayın.

Filtreleme aygıtı kullanarak için protokol drift askıya alınmış çökeller ile net tıkanma gibi ağları dağıtma ile ilgili sorunları azaltır rağmen örnek işleme bulaşma şansını artırır Lab artırır. Azaltmak veya potansiyel örnek işleme kirlenme ortadan kaldırmak, tüm ekipman iyice ile yeterli miktarda DI üç kere su ve boşluklar her aygıttan (Örneğin, peristaltik pompa, filtreleme aygıtı, alınması gereken durulanır gerekir koleksiyon kapsayıcı) boyunca örnek toplama, işleme ve analiz. Her ortam ve ekipman boş sonra filtre uygulanır ve bölümler 4-6'da belirtilen iletişim kuralı kullanılarak analiz. Bir ultra saf su filtrasyon sistemi potansiyel durulama ve boşluklar için kullanılan DI su kirlenme azaltmak olabilir.

Laboratuarda örnekleri en az % 20 tutarlı plastik kimlik sağlamak için iki kişi tarafından analiz edilmelidir. Filtrasyon ve laboratuvarda analiz sırasında Petri yemekler laboratuvar boşluk olarak hizmet verebilir ve analiz dönemi süresince belirlenen alanlarda yer açın. Her laboratuar boş sonra Bölüm 6 ' protokolü kullanılarak analiz edilebilir. Atmosferik ifade kirlenme önlemek için tüm ekipman alüminyum folyo ile DI su ile yıkama sonra kapak.

Peristaltik pompa ve özel yapım microplastic filtreleme aygıtı bu iletişim kuralı kullanımını askıya alınmış çökeller yüksek konsantrasyonda içeren ortamlarda örnekler toplamak kullanıcılara izin verir. Ayrıca, bu yöntem yakalamak ve microplastic enkaz ölçmek kullanıcılar sağlar < 300 µm, özellikle microfibers. Bu iletişim kuralı için yüzde kurtarma % 100 ve % 92 PE parçacıklar ve naylon iplikler, sırasıyla, olmak nispeten yüksek kurtarma oranları gösterilen ölçüldü. Ön örnekleri nerede ortalama 1 L örnekleri de bu iletişim kuralını kullanan Mississippi Nehri bir dönüm noktası alınmıştır > 200 microplastics boyutu değişen (0.45-500 µm), şekil ve renk. Bu iletişim kuralı benzer çalışmalar kader, etkileri ve microplastics kaynaklarının yol gösterecektir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Bu iletişim kuralı kurulduğu proje Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi (NOAA) deniz enkaz Program (# NA16NO29990029) tarafından finanse edildi. Ulusal büyük nehirler araştırma ve Eğitim Merkezi (NGRREC) Alton, Illinois, Miles hapis site seçimi ve tekne işlemi ile yardım için teşekkür. Alan ve laboratuar çalışmaları Camille Buckley, Michael Abegg, Josiah Wray ve Rebecca Wagner yardımı ile tamamlandı.

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).

Tags

Çevre Bilimleri sayı: 137 Microplastics microfibers deniz enkaz nehir örnekleme tatlı su örnekleme su filtrasyon
Örnekleme, sıralama ve Microplastics su ortamlarında yüksek askıya alınan tortu yükler ve büyük yüzen enkaz ile karakterize
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Martin, K. M., Hasenmueller, E. A.,… 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