Summary

Campionamento, ordinamento e caratterizzando microplastiche negli ambienti acquatici con carichi di materiale solido in sospensione alta e grandi detriti galleggianti

Published: July 28, 2018
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Summary

Maggior parte della ricerca microplastic fino ad oggi si è verificato nei sistemi marini dove sono relativamente bassi livelli di solidi sospesi. Attenzione si sta ora spostando ai sistemi d’acqua dolce, che possono caratterizzato da carichi di alta sedimenti e detriti galleggianti. Questo protocollo risolve raccogliendo ed analizzando campioni di microplastic provenienti dagli ambienti acquatici che contengono carichi elevati di solidi sospesi.

Abstract

La presenza ubiquitaria di detriti di plastica nell’oceano è ampiamente riconosciuta dalla comunità scientifica, pubbliche e agenzie governative. Tuttavia, solo recentemente microplastiche nei sistemi d’acqua dolce, come fiumi e laghi, stato quantificato. Campionamento di Microplastic alla superficie solitamente consiste di distribuzione di reti da posta dietro neanche una barca fissa o in movimento, che limita il campionamento per ambienti con bassi livelli di sospese sedimenti e detriti galleggianti o sommersi. Gli studi precedenti che impiegate reti da posta derivanti per raccogliere microplastic detriti in genere utilizzato reti con ≥ 300 µm maglia, permettendo di detriti in plastica (particelle e fibre) sotto questa dimensione per passare attraverso la rete e quantificazione di eludere. Il protocollo dettagliato qui consente: 1) campionario in ambienti con alta sospesi carichi e galleggianti o sommerse detriti, 2) la cattura e la quantificazione di fibre e particelle microplastic < 300 µm. campioni di acqua sono stati raccolti utilizzando un pompa peristaltica in contenitori di polietilene a bassa densità (PE) per essere archiviati prima di filtraggio e di analisi in laboratorio. Filtrazione è stato fatto con un dispositivo di filtrazione microplastic su misura contenenti staccabili giunti di Unione che ospitava in nylon mesh setacci e misto cellulosa filtri a membrana estere. Maglia setacci e filtri a membrana sono stati esaminati con un microscopio stereoscopico a quantificare e separare le fibre e le particelle in microplastic. Questi materiali sono stati poi esaminati usando una riflettanza totale attenuata micro Fourier transform infrared spectrometer (micro ATR-FTIR) per determinare il tipo di polimero di microplastic. Recupero è stata misurata da chiodare campioni usando blu PE polveri e fibre di nylon verde; recupero percentuale è stata determinata per essere 100% per il particolato e 92% per le fibre. Questo protocollo guiderà studi simili su microplastiche nei fiumi ad alta velocità con alte concentrazioni di sedimento. Con semplici modifiche alla pompa peristaltica e dispositivo di filtrazione, gli utenti possono raccogliere e analizzare i vari volumi di campione e dimensioni del particolato.

Introduction

Plastica in primo luogo è stata osservata nell’oceano più presto 1930s1. Stime recenti della gamma di detriti marini di plastica da oltre 243.000 tonnellate metriche (MT) di plastica sulla superficie dell’oceano a MT 4,8-12,7 milioni di plastica entrando sull’oceano da terrestre fonti annualmente2,3. I primi studi su detriti marini plastica focalizzata sulla macroplastics (> 5 mm di diametro) come sono facilmente visibili e quantificabili. Tuttavia, recentemente è stato scoperto che rappresentano macroplastics < 10% dei detriti in plastica, dal conteggio, nell'oceano, che indica che la stragrande maggioranza dei detriti in plastica è microplastic (< 5 mm di diametro)2.

Microplastiche sono suddivise in due gruppi: microplastiche primario e secondario. Microplastiche primari sono costituiti da materie plastiche che sono fabbricate a un diametro < 5 mm e includono nurdles, crudo pellet usato per fare prodotti di consumo, microsfere usato come esfolianti in prodotti di cura personale (ad es., lavaggio del viso, scrub corpo, dentifricio in pasta) e abrasivi o lubrificanti nell’industria. Microplastiche secondari vengono creati all’interno dell’ambiente come detriti di plastica più grandi sono frammentato da fotolisi, abrasione e decomposizione microbica4,5. Fibre sintetiche sono anche microplastiche secondario e una preoccupazione crescente. Può rilasciare un singolo indumento > 1.900 fibre per lavare in lavatrice domestica6. Queste microfibre, come pure di microsfere da prodotti di cura personale, vengono lavati giù gli scoli e nel sistema fognario prima di entrare in impianti di trattamenti delle acque reflue. Murphy (2016) trovato che un impianto di trattamento delle acque reflue che serve una popolazione di 650.000 ridotto la concentrazione di microplastic di 98,4% da affluente di effluente, ancora 65 milioni microplastiche rimase in acque reflue e fanghi ogni giorno7. Anche con alte percentuali di microplastiche viene rimosso durante i processi di trattamento, milioni, forse miliardi, di microplastiche passano attraverso impianti di trattamento delle acque reflue al giorno e immettere acque superficiali degli effluenti6,8 ,9,10,11.

A causa del loro rilascio nell’ambiente, microplastiche sono stati trovati nei tessuti digestivi e respiratori di organismi marini attraverso tutti i livelli trofici12,13,14,15. Loro impatto dopo l’assorbimento è variabile, con alcuni studi danno non osservazione, mentre altri dimostrano numerosi effetti quali fisica e chimica del tessuto danno4,6,14,15. A causa di queste scoperte, l’interesse in questo campo è aumentato negli ultimi cinque decenni. Tuttavia, solo recentemente hanno cominciati a quantificare i detriti in plastica, particolarmente microplastiche, nei sistemi d’acqua dolce, come fiumi e laghi, o valutare l’effetto sugli organismi che abitano in questi habitat12,16, studi 17,18. I fiumi sono una fonte importante di plastica detriti trovati nell’oceano come ricevono scarichi di acque reflue e il deflusso di acque superficiali che contengono microplastiche e macroplastics.

Il protocollo dettagliato qui può essere utilizzato per raccogliere campioni di microplastic dove le reti da posta derivanti non sono realizzabili; in particolare, negli ambienti acquatici con alte concentrazioni di sedimenti sospesi e grandi detriti come il fiume Mississippi galleggianti. Lo spartiacque del fiume del Mississippi è uno dei più grandi del mondo ed ha una popolazione di > 90 milioni di persone, probabilmente rendendola una delle maggiori fonti di detriti in plastica per l’oceano19,20. Ogni anno, il fiume del Mississippi gli scarichi una media di 735 km3 di acqua dolce nel Golfo del Messico, insieme con alte concentrazioni di sedimenti sospesi (~ 60 a > 800 mg/L) e grandi detriti13,21. Sono stati raccolti campioni di acqua a due profondità (cioè, superficie e profondità di 0,6) in varie località lungo il fiume Mississippi e i suoi affluenti in contenitori di polietilene a bassa densità (PE) 1L traslucido utilizzando una pompa peristaltica. In laboratorio, i campioni sono stati filtrati utilizzando nylon mesh setacci e filtri a membrana estere mista cellulosa simultaneamente con un cilindro di cloruro di polivinile (PVC) su misura 63,5 mm (2,5 pollici) con giunti di Unione per inserire i filtri e setacci22. L’inclusione delle unioni di PVC nel dispositivo di filtrazione permette per la filtrazione di come tante o poche classi di dimensione delle particelle come desiderato. Inoltre, può essere utilizzato per catturare microplastic detriti fino a dimensioni inferiori al micron utilizzando filtri a membrana quando si studia fibre sintetiche. Una volta filtrato, i campioni sono stati essiccati e materie plastiche sospette sono state identificate e ordinate dalla maglia setacci e filtri a membrana sotto un microscopio stereoscopico. Materie plastiche sospetta quindi sono state esaminate usando micro-attenuato di riflettanza totale spettroscopia infrarossa trasformata di Fourier (micro ATR-FTIR) per eliminare i materiali non sintetici o per determinare il tipo di polimero. Considerando le dimensioni di microplastic polveri e fibre, la contaminazione è all’ordine del giorno. Fonti di contaminazione includono la deposizione atmosferica, abbigliamento, attrezzature di laboratorio e di campo, come pure deionizzata (DI) fonti d’acqua. Più passaggi sono incluse in tutto il protocollo per ridurre la contaminazione da varie fonti durante lo svolgimento di tutte le fasi dello studio.

Protocol

1. raccolta di campioni di acqua Raccogliere campioni d’acqua e acqua dati di qualità di interesse in barca dove il fiume è ben mescolato, idealmente alle posizioni dove la fase di fiume o di scarico è noto (ad esempio, stazioni di misura di United States Geological Survey (USGS)). 20 per assicurare che l’acqua è ben mescolata, guida la barca utilizzando un misuratore portatile immerso nel fiume dove la conducibilità rimane relativamente costante. Presso i siti di…

Representative Results

Per convalidare i tassi di recupero del presente protocollo, tre campioni (V1V -3) dalla baia di Oso, Corpus Christi, Texas (adiacente il Texas A & M University Campus di Corpus Christi), sono stati addizionati con particolati PE 10 blu (che vanno da 50-100 µm in diametro) e 50 fibre di nylon verde di varie lunghezze (Figura 3). TSS del campione è stata calcolata (sezione 2) e quindi i campioni sono stati filtrati utilizzando i metodi …

Discussion

Microplastic raccolta utilizzando reti da posta derivanti è il metodo convenzionale in ambienti come l’oceano dove sia sedimenti e le concentrazioni di plastica sono campioni di basso, così che richiedono grandi volumi. Tuttavia, reti da posta derivanti non sono sempre pratici o sicuro nei fiumi con sedimento elevati carichi e grandi galleggianti o sommersi detriti. Inoltre, non è possibile utilizzare una rete a deriva quando tentando di accuratamente catturare e quantificare microplastic materiali, in particolare fib…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Il progetto per il quale è stato istituito questo protocollo è stato finanziato dal National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) programma di detriti marini (n # NA16NO29990029). Vi ringraziamo Miles Corcoran alle grandi fiumi National Research and Education Center (NGRREC) a Alton, Illinois, per aiuto con operazione di selezione e barca di sito. Lavoro di campo e di laboratorio è stato completato con l’aiuto di Camille Buckley, Michael Abegg, Josiah Wray e 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.

Referencias

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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).

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