उच्च निलंबित तलछट भार और बड़े तैरते मलबे के साथ जलीय वातावरण में नमूना, छंटाई, और निस्र्पक Microplastics
Summary
सबसे microplastic अनुसंधान की तारीख को समुद्री प्रणालियों में हुई जहां निलंबित ठोस स्तर अपेक्षाकृत कम कर रहे हैं । ध्यान अब मीठे पानी प्रणालियों के लिए जा रहा है, जो उच्च तलछट भार और तैरते मलबे की सुविधा हो सकती है । यह प्रोटोकॉल उच्च निलंबित ठोस loads वाले जलीय वातावरणों से microplastic नमूनों को एकत्रित और उनका विश्लेषण करने के पते ।
Abstract
सागर में प्लास्टिक के मलबे की सर्वव्यापी उपस्थिति व्यापक रूप से जनता, वैज्ञानिक समुदायों, और सरकारी एजेंसियों द्वारा मांयता प्राप्त है । हालांकि, केवल हाल ही में मीठे पानी प्रणालियों में microplastics है, नदियों और झीलों के रूप में, quantified गया है । सतह पर Microplastic नमूना आमतौर पर या तो एक स्थिर या चलती नाव है, जो निलंबित तलछट के निम्न स्तर के साथ वातावरण के लिए नमूना सीमा और तैर या जलमग्न मलबे के पीछे बहाव जाल की तैनाती के होते हैं । पिछले अध्ययनों कि बहाव जाल microplastic आमतौर पर ≥ ३०० µm मेष आकार के साथ जाल का इस्तेमाल किया, प्लास्टिक मलबे (कणों और फाइबर) इस आकार के नीचे की अनुमति नेट और टलना ठहराव के माध्यम से पारित करने के लिए इकट्ठा करने के लिए कार्यरत हैं । प्रोटोकॉल यहां विस्तृत सक्षम बनाता है: 1) उच्च निलंबित भार और तैरते या जलमग्न मलबे के साथ वातावरण में नमूना संग्रह और 2) कैप्चर और microplastic कणों और फाइबर के ठहराव < 300 µm । पानी के नमूने एकत्र किए गए एक का उपयोग कर कम घनत्व पॉलीथीन में सिकुड़नेवाला पंप (पीई) कंटेनरों को छानने और लैब में विश्लेषण से पहले संग्रहीत किया जाना है । निस्पंदन एक कस्टम बनाया microplastic निस्पंदन उपकरण detachable संघ जोड़ों कि नायलॉन जाल छलनी और मिश्रित फाइबर एस्टर झिल्ली फिल्टर से युक्त के साथ किया गया था । मेष छलनी और झिल्ली फिल्टर एक stereomicroscope के साथ जांच की थी और यों तो अलग microplastic कण और फाइबर । इन सामग्रियों तो एक सूक्ष्म तनु कुल चिंतनशील का उपयोग कर जांच की थी रूपान्तर अवरक्त स्पेक्ट्रोमीटर (माइक्रो एटीआर-स्विचेज) microplastic बहुलक प्रकार निर्धारित करने के लिए बदलना । वसूली नीले पीई कण और हरे रंग नायलॉन फाइबर का उपयोग कर spiking नमूनों द्वारा मापा गया था; प्रतिशत वसूली कण और फाइबर के लिए ९२% के लिए १००% होना निर्धारित किया गया था । इस प्रोटोकॉल तलछट की उच्च सांद्रता के साथ उच्च वेग नदियों में microplastics पर इसी तरह के अध्ययन का मार्गदर्शन करेंगे । सिकुड़नेवाला पंप और निस्पंदन डिवाइस के लिए सरल संशोधनों के साथ, उपयोगकर्ताओं को इकट्ठा करने और विभिन्न नमूना संस्करणों का विश्लेषण और आकार कण कर सकते हैं ।
Introduction
प्लास्टिक पहले 1930 के रूप में के रूप में जल्दी सागर में मनाया गया था1। समुद्री प्लास्टिक मलबे के हाल के अनुमान से अधिक २४३,००० मीट्रिक टन (मीट्रिक टन) प्लास्टिक के सागर की सतह पर से 4.8-12.7 लाख मीट्रिक टन प्लास्टिक की स्थलीय स्रोतों से सागर में प्रवेश करने के लिए प्रतिवर्ष2,3. समुद्री प्लास्टिक मलबे पर प्रारंभिक अध्ययन macroplastics पर ध्यान केंद्रित (> 5 मिमी व्यास) के रूप में वे आसानी से दिखाई और quantifiable हैं । हालांकि, यह हाल ही में पता चला कि macroplastics प्लास्टिक मलबे के < 10% का प्रतिनिधित्व करता है, गिनती द्वारा, महासागर में, यह दर्शाता है कि प्लास्टिक के मलबे के भारी बहुमत microplastic (< 5 mm व्यास)2है ।
Microplastics दो समूहों में वर्गीकृत कर रहे हैं: प्राथमिक और माध्यमिक Microplastics । प्राथमिक microplastics प्लास्टिक कि एक व्यास < 5 मिमी पर निर्मित कर रहे हैं और शामिल nurdles, कच्चे छर्रों उपभोक्ता उत्पादों बनाने के लिए इस्तेमाल किया, microbeads व्यक्तिगत देखभाल उत्पादों में exfoliants के रूप में इस्तेमाल किया (जैसे, चेहरे धोने, शरीर साफ़, टूथपेस्ट), और घर्षण या उद्योग में स्नेहक । माध्यमिक microplastics वातावरण के भीतर बनाया जाता है के रूप में बड़ा प्लास्टिक मलबे photolysis, घर्षण, और माइक्रोबियल अपघटन4,5द्वारा खंडित है । सिंथेटिक फाइबर भी माध्यमिक microplastics रहे हैं और एक बढ़ती चिंता का विषय हैं. एक एकल परिधान जारी कर सकते हैं > 1, 900 एक घरेलू वाशिंग मशीन6में धोने प्रति फाइबर. इन microfibers, साथ ही व्यक्तिगत देखभाल उत्पादों से microbeads, नालियों नीचे धोया और अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में प्रवेश करने से पहले सीवर प्रणाली में हैं । मर्फी (२०१६) ने पाया कि एक अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र ६५०,००० की आबादी की सेवा के लिए प्रवाह से ९८.४% द्वारा microplastic एकाग्रता कम कर दिया, अभी तक ६५,०००,००० microplastics प्रवाह और कीचड़ में एक दिन में बने रहे7। यहां तक कि उपचार प्रक्रियाओं के दौरान हटाया जा रहा microplastics के उच्च प्रतिशत के साथ, लाखों, संभवतः अरबों, microplastics अपशिष्ट उपचार संयंत्रों के माध्यम से दैनिक पास और6,8 प्रवाह में सतह पानी दर्ज ,9,10,11.
उनके पर्यावरण की रिहाई के कारण, microplastics सभी पौष्टिकता स्तर12,13,14,15भर में समुद्री जीवों के पाचन और श्वसन ऊतकों में पाया गया है । के बाद उनके प्रभाव चर रहा है, कुछ अध्ययनों से नुकसान नहीं देख के साथ, जबकि दूसरों को इस तरह के शारीरिक और रासायनिक ऊतक क्षति4,6,14,15के रूप में कई प्रभाव का प्रदर्शन । इन खोजों के कारण पिछले पाँच दशकों में इस क्षेत्र में रुचि बढ़ गई है. हालांकि, केवल हाल ही में अध्ययन के लिए प्लास्टिक के मलबे, विशेष रूप से microplastics, मीठे पानी प्रणालियों में, जैसे नदियों और झीलों, या इन आवासों में निवास करने वाले जीवों पर प्रभाव का आकलन करने के लिए शुरू कर दिया है12,16, 17,18. नदियों के समुद्र में पाया प्लास्टिक मलबे का एक प्रमुख स्रोत है के रूप में वे अपशिष्ट जल प्रवाह और सतह पानी अपवाह कि microplastics और macroplastics शामिल प्राप्त करते हैं ।
यहाँ विस्तृत प्रोटोकॉल microplastic नमूने इकट्ठा करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है जहां बहाव जाल व्यवहार्य नहीं हैं; विशेष रूप से, निलंबित तलछट की उच्च सांद्रता और मिसिसिपी नदी की तरह बड़े तैरते मलबे के साथ जलीय वातावरण में । मिसिसिपी नदी वाटरशेड दुनिया के सबसे बड़े में से एक है और > 90 लाख लोगों की एक आबादी है, की संभावना यह समुद्र19,20को प्लास्टिक के मलबे का सबसे बड़ा स्रोत में से एक बना । हर साल, मिसिसिपी नदी मेक्सिको की खाड़ी में ७३५ किमी मीठे पानी की एक औसत निर्वहन, निलंबित तलछट के उच्च सांद्रता के साथ (~ ६० करने के लिए > 800 मिलीग्राम/एल) और बड़े मलबे13,21। पानी के नमूने दो गहराई पर एकत्र किए गए थे (यानी, सतह और ०.६-मिसिसिपी नदी और पारदर्शी 1 L कम घनत्व पॉलीथीन (पीई) एक सिकुड़नेवाला पंप का उपयोग कर कंटेनरों में अपने सहायक नदियों साथ विभिंन स्थानों पर गहराई । प्रयोगशाला में, नमूनों नायलॉन जाल छलनी और मिश्रित फाइबर एस्टर झिल्ली फिल्टर का उपयोग कर फ़िल्टर किया गया साथ ही साथ एक कस्टम निर्मित ६३.५ मिमी (२.५ में) polyvinyl क्लोराइड (पीवीसी) संघ जोड़ों के साथ सिलेंडर छलनी और फिल्टर डालने के लिए22. निस्पंदन उपकरण में पीवीसी संघों के शामिल किए जाने के रूप में कई या के रूप में वांछित के रूप में कुछ कण आकार वर्गों द्वारा निस्पंदन के लिए अनुमति देता है । इसके अतिरिक्त, यह उप-माइक्रोन झिल्ली फिल्टर का उपयोग कर जब सिंथेटिक फाइबर का अध्ययन करने के लिए नीचे microplastic मलबे को पकड़ने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । एक बार छान, नमूने सूख गए थे और संदिग्ध प्लास्टिक की पहचान की और एक stereomicroscope के तहत जाल छलनी और झिल्ली फिल्टर से हल किया गया । संदिग्ध प्लास्टिक तो सूक्ष्म तनु कुल चिंतनशील का उपयोग कर जांच कर रहे थे-गैर सिंथेटिक सामग्री को खत्म करने के लिए अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (माइक्रो एटीआर-स्विचेज) को बदलने या बहुलक प्रकार निर्धारित करते हैं । microplastic कण और तंतुओं के आकार को ध्यान में रखते हुए, संदूषण आम है । संदूषण के स्रोत वायुमंडलीय जमाव, कपड़े, क्षेत्र और प्रयोगशाला उपकरण, साथ ही साथ (DI) जल स्रोतों में शामिल हैं । कई कदम प्रोटोकॉल भर में शामिल है विभिंन स्रोतों से संदूषण को कम करते हुए अध्ययन के सभी चरणों का आयोजन ।
Protocol
Representative Results
Discussion
बहाव जाल का उपयोग Microplastic संग्रह समुद्र की तरह वातावरण में पारंपरिक विधि है जहां दोनों तलछट और प्लास्टिक सांद्रता कम कर रहे हैं, इस प्रकार बड़े नमूना मात्रा की आवश्यकता है । हालांकि, बहाव जाल हमेशा व्यावह?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
परियोजना के लिए जो इस प्रोटोकॉल की स्थापना की गई थी राष्ट्रीय ओशियानिक और वायुमंडलीय प्रशासन (NOAA) समुद्री मलबे कार्यक्रम (# NA16NO29990029) द्वारा वित्त पोषित किया गया । हम आवंटंन, इलिनोइस में राष्ट्रीय महान नदियों अनुसंधान और शिक्षा केंद्र (NGRREC) में मील Corcoran, साइट चयन और नाव संचालन के साथ मदद के लिए धंयवाद । फील्ड और लैब का काम केमिली बकले, माइकल Abegg, योशिय्याह Wray, और रेबेका Wagner की मदद से पूरा किया गया ।
Materials
| 1L Cubitainer Containers, Low-Density Polyethylene | VWR | 89094-140 | Containers used to collect and store samples. |
| 2-1/2" Clear Schedule 40 Rigid PVC Pipe | United States Plastic Corporation | 34138 | The PVC pipe used to make the device comes as an 2.43 m pipe. The pipe was then cut to the desired lengths for each section seperated by union joints. Section lengths were decided by predicting smaller pore sizes would clogg the device quicker. Longer sections were placed above the smaller pore sizes to collect and hold water to prevent needing to disassemble the device to change a filter while a sample remained in the device. For one filtration device one 18 in, one 12 in, and two 6 in peices are needed. |
| 2-1/2" PVC SCH 40 Socket Union | Supply House | 457-025 | Union joints were glued to PVC pipe to house nylon sieves and mixed cellulose membranes. |
| Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque Off-White, 12" Width, 12" Length, 500 microns Mesh Size, 38% Open Area (Pack of 5) | Small Parts via Amazon | CMN-0500-C/5PK-05 | Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. |
| Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque White, 12" Width, 12" Length, 100 microns Mesh Size, 44% Open Area (Pack of 5) | Small Parts via Amazon | B0043D1TB4 | Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. |
| Nylon 6 Woven Mesh Sheet, Opaque White, 12" Width, 12" Length, 50 microns Mesh Size, 37% Open Area (Pack of 5) | Small Parts via Amazon | B0043D1SGA | Mesh sheets were cut into circles to match the diameter of the outer diameter of the PVC pipe. The edges were glued to esure no fraying would occur. The glue 's diamter should not extend into the inner diameter of the PVC so that it will not be affected during filtration. |
| Mixed Cellulose Ester Membrane, 0.45um, 142mm, 25/pk | VWR | 10034-914 | Mixed cellulose membrane filter with 0.45 um was used as the last filter. A large diameter was used to allow the filter to be folded into a cone to increase surface area of the filter to prevent clogging. |
| Metal Mesh Basket Tea Leaves Strainer Teapot Filter 76mm Dia 3pcs | Uxcell via Amazon | a15071600ux0260 | The mesh basket used to provide extra support for the membrane filter to prevent tearing when pressure was applied by a vacuum pump. |
| 1/2" PVC Barbed Insert Male Adapter | Supply House | 1436-005 | A vacuum adapter was added to allow vacuum filtration in the case of slow filtration due to high sediment concentration. |
| 1/2 in. O.D. x 3/8 in. I.D. x 10 ft. PVC Clear Vinyl Tube | Home Depot | 702229 | Tubing used to connect the vacuum pump to the filtration device. |
| YSI Professional Plus Multiparameter Instrument with Quatro Cable | YSI | 6050000 | Handheld meter used to measure additional water quality parameters parameters (e.g., turbidity, temperature, conductivity, pH, and dissolved oxygen (DO)). |
| 2100P Portable Turbidimeter | Hach | 4650000 | Handheld meter used to measure turbidity. |
| FEP-lined PE tubing | Geotech | 87050529 | Tubing used with perestaltic pump to collect water samples from desired depths. |
| Geopump Peristaltic Pump Series II | Geotech | 91350123 | Pump used to collected water samples. |
| MeiJi Techno EMZ-8TR Microscope | Microscope.com | EMZ8TR-PLS2 | Microscope used analyze mesh sieves and membrane filters to quanitfy suspect microsplastics. |
| Nicolet iS10 FTIR Spectrometer | Thermo Electron North America | 912A0607 | FTIR used to analyze suspect microplastics. |
| Nicolet iN5 FTIR microscope | Thermo Electron North America | 912A0895 | FTIR microscope used to analyze suspect microplastics. |
| Germanium (Ge) ATR | Thermo Electron North America | 869-174400 | Geranium ATR accessory used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic. |
| Aluminum EZ-Spot Micro Mounts (Pkg of 5) | Thermo Electron North America | 0042-545 | Microscope slides used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic. |
| Aluminum Coated Glass Sample Slides | Thermo Electron North America | 0042-544 | Microscope slides used along with the Nicolet iN5 FTIR microscope to analyze suspect microplastic. |
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