Échantillonnage, tri et caractériser les microplastiques dans les milieux aquatiques avec les charges de sédiments en suspension haute et les gros débris flottant
Summary
La plupart des recherches microplastic à ce jour s’est produite dans les systèmes marins, où les niveaux de solides suspendus sont relativement faibles. Mise au point est maintenant passer à des systèmes d’eau douce, qui peuvent comporter des charges élevées de sédiments et débris flottants. Ce protocole traite de recueillir et d’analyser les échantillons microplastic de milieux aquatiques qui contiennent des hautes charges solides suspendues.
Abstract
L’omniprésence des débris en plastique dans l’océan est largement reconnu par les collectivités publiques, scientifiques et des organismes gouvernementaux. Cependant, seulement récemment ne microplastiques dans les systèmes d’eau douce, tels que des rivières et des lacs, ont été quantifiées. Échantillonnage de Microplastic à la surface généralement consiste à déployer des filets maillants dérivants derrière soit un bateau stationnaire ou en mouvement, ce qui limite l’échantillonnage aux environnements ayant de faibles niveaux de sédiments en suspension et des débris flottants ou immergés. Des études antérieures qui employait des filets maillants dérivants pour recueillir les débris microplastic généralement utilisant filets avec ≥300 µm maillage, permettant des débris en plastique (particules et fibres) inférieure à cette taille pour passer à travers le net et échapper de quantification. Le protocole détaillé ici permet : 1) prélèvement dans des environnements à haute suspendu charges et flottantes ou immergées débris et 2) la capture et la quantification des fibres et de particules de microplastic < 300 µm. les échantillons d’eau ont été recueillies selon une pompe péristaltique dans des contenants de polyéthylène basse densité (PE) pour être stockée avant le filtrage et l’analyse en laboratoire. Filtration a été faite avec un dispositif de filtration sur mesure microplastic contenant des joints union détachables qui abritait des tamis de maille en nylon et mélangés de cellulose filtres de membrane d’ester. Tamis de maille et membranes filtrantes ont été examinés avec un stéréomicroscope à quantifier et à séparer les fibres et particules microplastic. Ces matériaux ont été ensuite examiné en utilisant une réflexion totale atténuée micro spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (IRTF micro) pour déterminer le type de polymère de microplastic. Récupération a été mesurée par la fortification des échantillons à l’aide de bleu PE particules et fibres de nylon vert ; pourcentage de récupération a été établie à 100 % pour les particules et 92 % pour les fibres. Ce protocole guidera des études similaires sur microplastiques dans les rivières de grande vitesse avec des concentrations élevées de sédiments. Avec des modifications simples à la pompe péristaltique et filtreur, utilisateurs peuvent recueillir et d’analyser les différents volumes d’échantillon et les tailles de particules.
Introduction
Plastique fut observée dans l’océan, dès les années 19301. Des estimations récentes de la gamme les débris marins en plastique de plus de 243 000 tonnes métriques (TM) de plastique sur la surface des Océans à 12,7 millions de-4,8 MT de plastique entrant dans l’océan de la terre des sources chaque année de2,3. Les premières études sur les débris marins en plastique a été consacrée macroplastics (> 5 mm de diamètre) car ils sont facilement visibles et quantifiables. Toutefois, on a récemment découvert que représentent des macroplastics < 10 % des débris en plastique, en nombre, dans l’océan, ce qui indique que l’écrasante majorité des débris en plastique est microplastic (< 5 mm de diamètre)2.
Microplastiques sont classées en deux groupes : les microplastiques primaires et secondaires. Microplastiques primaires consistant de matière plastique qui est fabriqués dans un diamètre < 5 mm et comprennent nurdles, les boulettes de bruts utilisés pour fabriquer des produits de consommation, microbilles utilisée comme exfoliants en produits de soins personnels (p. ex., lavage de visage, gommage du corps, dentifrice) et de produits abrasifs ou de lubrifiants dans l’industrie. Microplastiques secondaires sont créés au sein de l’environnement comme les débris en plastique est fragmenté par photolyse, à l’abrasion et la décomposition microbienne4,5. Fibres synthétiques sont également microplastiques secondaire et une préoccupation croissante. Un vêtement unique peut libérer > 1 900 fibres / cycle de lavage dans une machine à laver domestique6. Ces microfibres, mais aussi des microbilles de produits d’hygiène personnelle sont lavés dans égouts et dans les égouts, avant d’entrer dans les usines de traitements des eaux usées. Murphy (2016) constaté qu’une usine de traitement des eaux usées desservant une population de 650 000 réduit la concentration de microplastic par 98,4 % des affluents à l’effluent, pourtant microplastiques 65 millions sont restés dans les effluents et des boues chaque jour7. Même avec un pourcentage élevé de microplastiques être supprimés au cours des procédés de traitement, des millions, peut-être des milliards, des microplastiques passent par les usines de traitement des eaux usées par jour et entrer dans les eaux de surface dans les effluents6,8 ,9,10,11.
En raison de leur dissémination dans l’environnement, les microplastiques ont été trouvés dans les tissus digestifs et respiratoires des organismes marins à travers tous les niveaux trophiques12,13,14,15. Leur impact après que absorption est variable, avec quelques études dommage pas d’observation, tandis que d’autres démontrent de nombreux effets tels que les tissus physiques et chimiques des dommages4,6,14,15. En raison de ces découvertes, intérêt dans ce domaine a augmenté au cours des cinq dernières décennies. Toutefois, seulement récemment des études ont commencé à quantifier les débris en plastique, en particulier les microplastiques, dans les systèmes d’eau douce, tels que les rivières et les lacs, ou d’évaluer l’effet sur les organismes de logement dans ces habitats12,16, 17,18. Cours d’eau sont une source importante de débris en plastique trouvé dans l’océan qu’ils reçoivent les effluents d’eaux usées et de ruissellement de l’eau de surface qui contiennent microplastiques et macroplastics.
Le protocole détaillé ici peut être utilisé pour prélever des échantillons de microplastic où les filets dérivants ne sont pas réalisables ; plus précisément, dans les milieux aquatiques avec des concentrations élevées de sédiments en suspension et grandes flottant débris comme le fleuve Mississippi. Le bassin hydrographique du Mississippi est l’un des plus grands du monde et a une population de > 90 millions de personnes, probablement ce qui en fait une des plus importantes sources de débris en plastique à l’océan19,20. Chaque année, le fleuve Mississippi s’acquitte une moyenne de 735 km3 d’eau douce dans le golfe du Mexique, ainsi que de fortes concentrations de sédiments en suspension (~ 60 à > 800 mg/L) et gros débris13,21. Échantillons d’eau ont été prélevés à deux profondeurs (c.-à-d., surface et profondeur de 0,6) à divers endroits le long du fleuve Mississippi et ses affluents dans des contenants de polyéthylène basse densité (PE) 1 L translucide à l’aide d’une pompe péristaltique. En laboratoire, les échantillons ont été filtrés à l’aide de tamis de maille en nylon et mélangés de cellulose ester membranes filtrantes simultanément avec un cylindre de polychlorure de vinyle (PVC) sur mesure 63,5 mm (2,5 po) avec raccords union pour insérer le tamis et filtres22. L’inclusion des syndicats de PVC dans le dispositif de filtration permet de filtration par classes de taille de particules autant ou aussi peu que désiré. En outre, il peut être utilisé pour capturer les débris microplastic bas pour des tailles de sub-micronique utilisant des membranes filtrantes en étudiant des fibres synthétiques. Une fois filtré, les échantillons ont été séchés et plastiques présumés ont été identifiés et triés des tamis de maille et membranes filtrantes sous un stéréomicroscope. Plastiques présumés ont été examinés puis à l’aide de réflexion totale atténuée micro spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF micro) pour éliminer les matières non synthétique ou déterminer le type de polymère. Compte tenu de la taille de microplastic particules et de fibres, la contamination est monnaie courante. Sources de contamination comprennent les dépôts atmosphériques, vêtements, équipement de terrain et de laboratoire, ainsi que désionisée (DI) sources d’eau. Plusieurs étapes sont inclus dans le protocole visant à réduire la contamination provenant de diverses sources en effectuant toutes les étapes de l’étude.
Protocol
Representative Results
Discussion
Collection de Microplastic à l’aide de filets maillants dérivants est la méthode conventionnelle dans des environnements comme l’océan où les sédiments et les concentrations en plastique sont des volumes faibles, nécessitant ainsi une large échantillon. Cependant, filets dérivants ne sont pas toujours pratique ou sécuritaire dans les rivières avec les charges de sédiments haute et grande flottant ou débris submergés. En outre, il n’est pas possible d’utiliser un filet dérivant lorsqu’une tentativ…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Le projet pour lequel le présent protocole a été établi a été financé par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) programme de débris marins (# NA16NO29990029). Nous remercions Miles Corcoran au National grand fleuves Research and Education Center (NGRREC) à Alton, Illinois, de l’aide avec l’opération de sélection et de bateau de site. Travail de terrain et de laboratoire a été réalisé avec l’aide de Camille Buckley, Michael Abegg, Josiah Wray et Rebecca Wagner.
Materials
| 1L Cubitainer Containers, Low-Density Polyethylene | VWR | 89094-140 | Containers used to collect and store samples. |
| 2-1/2" Clear Schedule 40 Rigid PVC Pipe | United States Plastic Corporation | 34138 | The PVC pipe used to make the device comes as an 2.43 m pipe. The pipe was then cut to the desired lengths for each section seperated by union joints. Section lengths were decided by predicting smaller pore sizes would clogg the device quicker. Longer sections were placed above the smaller pore sizes to collect and hold water to prevent needing to disassemble the device to change a filter while a sample remained in the device. For one filtration device one 18 in, one 12 in, and two 6 in peices are needed. |
| 2-1/2" PVC SCH 40 Socket Union | Supply House | 457-025 | Union joints were glued to PVC pipe to house nylon sieves and mixed cellulose membranes. |
| Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque Off-White, 12" Width, 12" Length, 500 microns Mesh Size, 38% Open Area (Pack of 5) | Small Parts via Amazon | CMN-0500-C/5PK-05 | Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. |
| Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque White, 12" Width, 12" Length, 100 microns Mesh Size, 44% Open Area (Pack of 5) | Small Parts via Amazon | B0043D1TB4 | Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. |
| Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque White, 12" Width, 12" Length, 50 microns Mesh Size, 37% Open Area (Pack of 5) | Small Parts via Amazon | B0043D1SGA | Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. |
| Mixed Cellulose Ester Membrane, 0.45um, 142mm, 25/pk | VWR | 10034-914 | Mixed cellulose membrane filter with 0.45 um was used as the last filter. A large diameter was used to allow the filter to be folded into a cone to increase surface area of the filter to prevent clogging. |
| Metal Mesh Basket Tea Leaves Strainer Teapot Filter 76mm Dia 3pcs | Uxcell via Amazon | a15071600ux0260 | The mesh basket used to provide extra support for the membrane filter to prevent tearing when pressure was applied by a vacuum pump. |
| 1/2" PVC Barbed Insert Male Adapter | Supply House | 1436-005 | A vacuum adapter was added to allow vacuum filtration in the case of slow filtration due to high sediment concentration. |
| 1/2 in. O.D. x 3/8 in. I.D. x 10 ft. PVC Clear Vinyl Tube | Home Depot | 702229 | Tubing used to connect the vacuum pump to the filtration device. |
| YSI Professional Plus Multiparameter Instrument with Quatro Cable | YSI | 6050000 | Handheld meter used to measure additional water quality parameters parameters (e.g., turbidity, temperature, conductivity, pH, and dissolved oxygen (DO)). |
| 2100P Portable Turbidimeter | Hach | 4650000 | Handheld meter used to measure turbidity. |
| FEP-lined PE tubing | Geotech | 87050529 | Tubing used with perestaltic pump to collect water samples from desired depths. |
| Geopump Peristaltic Pump Series II | Geotech | 91350123 | Pump used to collected water samples. |
| MeiJi Techno EMZ-8TR Microscope | Microscope.com | EMZ8TR-PLS2 | Microscope used analyze mesh sieves and membrane filters to quanitfy suspect microsplastics. |
| Nicolet iS10 FTIR Spectrometer | Thermo Electron North America | 912A0607 | FTIR used to analyze suspect microplastics. |
| Nicolet iN5 FTIR microscope | Thermo Electron North America | 912A0895 | FTIR microscope used to analyze suspect microplastics. |
| Germanium (Ge) ATR | Thermo Electron North America | 869-174400 | Geranium ATR accessory used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic. |
| Aluminum EZ-Spot Micro Mounts (Pkg of 5) | Thermo Electron North America | 0042-545 | Microscope slides used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic. |
| Aluminum Coated Glass Sample Slides | Thermo Electron North America | 0042-544 | Microscope slides used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic. |
Referenzen
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