Deniz Yüzey ve Numune Analizi Microplastics Örnekleme Protokolü
Summary
deniz yüzeyinde microplastics örnekleme, parçacıkların mikroplastik ve kimyasal kimlik ayrımı: protokol aşağıda için yöntem anlatılmaktadır. Bu protokol Deniz Çöp üzerinde MSFD Teknik Alt grup tarafından yayınlanan microplastics izleme önerileri doğrultusunda olduğunu.
Abstract
Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of scientific publications address microplastic pollution of the sea surface. The protocol below describes the methodology for sampling, sample preparation, separation and chemical identification of microplastic particles. A manta net fixed on an »A frame« attached to the side of the vessel was used for sampling. Microplastic particles caught in the cod end of the net were separated from samples by visual identification and use of stereomicroscopes. Particles were analyzed for their size using an image analysis program and for their chemical structure using ATR-FTIR and micro FTIR spectroscopy. The described protocol is in line with recommendations for microplastics monitoring published by the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) Technical Subgroup on Marine Litter. This written protocol with video guide will support the work of researchers that deal with microplastics monitoring all over the world.
Introduction
Microplastic pollution in the sea represents a growing concern to contemporary society, due to the constant increase in plastic production and its subsequent disposal and accumulation in the marine environment1. Even if plastic macro litter would no longer enter the seas, microplastic pollution would continue to grow due to fragmentation of already existing plastic litter in the sea2. The majority of microplastic pollution studies were carried out in marine and fresh water ecosystems and mainly addressed sea surface pollution3.
The term microplastic refers to plastic particles smaller than 5 mm in size4. This term describes a heterogeneous mixture of particles, which can differ in size (from a few microns to several millimeters), color and shape (from very different shapes of fragments to long fibers). Microplastic particles can be of a primary or secondary origin5. Microplastic of primary origin is manufactured as small particles used in the cosmetics industry (pilling crème etc.) or chemical industry as precursor for other plastic products (e.g. plastic pellets used in plastic industry). Microplastic of secondary origin arise via the degradation of larger plastic pieces in the environment due to physical and chemical processes, induced by light, heat, oxygen, water and organisms6. In 2015, four types of microplastic sources were defined: larger plastic litter, cleaning products, medicines and textiles6. The main source (80 %) of larger plastic litter is assumed to be land based7. Microplastic from cosmetic products, medicines and textile enters water ecosystems through sewage and storm waters6. Microplastic particles most frequently found in water ecosystems are fragments from larger plastic litter and textile fibers8.
Microplastics have several negative effects on the environment. Their small size allows them to enter the food web through ingestion by marine organisms9, 10. Ingested particles can cause physical damage or block the digestive system of animals11. Particles can also be carriers of persistent organic pollutants (POPs). Their hydrophobic surface and favorable ratio of large surface area to small volume, enables POPs to adsorb onto the microplastics12. In the environment or digestive systems of animals who ingest them, POPs and other plastic additives can be leached from microplastic particles13.
Previous studies reported the ubiquitous presence of microplastics in the marine environment3, from the water column to the bottom sediments. The threat of microplastic pollution was already identified by the Marine Strategy Framework Directive in the EU and, consequently, mandatory monitoring of microplastics was advised14. Accordingly, the EU Technical Subgroup on Marine Litter (TSG-ML) prepared recommendations for monitoring of microplastics in the European seas15. Thus, the video guidelines for microplastics sampling are of high importance, as they support comparative monitoring and a coherent management process all over the world.
This protocol was developed within the DeFishGear project for the first monitoring of microplastic pollution in the Adriatic Sea. Recommendations from the document “Guidance on Monitoring of Marine Litter in European Seas” by TSG-ML15 were taken into account. This protocol describes the methodology for microplastics sampling on the sea surface, separation of microplastics from the samples, and chemical analysis of microplastic particles to confirm that particles are from plastic material and to identify the type of plastic. Sampling was done by the use of a manta net, which is the most suitable equipment for sampling in calm waters16. Separation of microplastics from the samples was carried out by visual identification using a stereomicroscope. Isolated particles were later chemically identified using Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and micro FTIR spectroscopy.
Protocol
Representative Results
Discussion
manta net deniz yüzeyinde Microplastics örnekleme deniz yüzeyinde microplastics örnekleme için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir, ancak bugüne kadar birleşik bir metodoloji olmuştur. Su büyük bir hacmi, manta net üzerinden filtre edilebilir ve böylece microplastics ilgili bir dizi yakalama olasılığı yüksektir ve sonuçları güvenilir olarak algılanmaktadır. Farklı örnekleri arasında sonuçların Karşılaştırılabilirlik normalleştirme ile güvence altına alınmıştır. Bizim durumumuzda, konsantrasyonlar net açıklığın yatay genişliği ile trol mesafe çarpılarak örneklenen alanı ile ilgili edildi. Başka bir seçenek de, net açıklık sabit bir akış ölçer, kullanmaktır. yanal kanatları ile manta net deniz yüzeyinde çok kararlı olduğunu ve bu nedenle dalgalar atlamalı az olduğundan bir akış ölçer kullanımı mümkündür. Bir debimetre filtrelenmiş su hacmini kaydeder ve böylece alınan su numunelerinin 16 hacmi başına sonuç normalleşme sağlar.
<p class="jove_content"> En sık kullanılan manta ağlar yaklaşık 300 mikron örgü boyutu var ve 3 olan – 4.5 m uzunluğunda. Bu boyutlar net tıkanmasını önlemek ve mümkün olduğu kadar büyük bir su hacmini örneği almak için optimize edilmiştir. Trol hızı 2 arasında olması tavsiye edilir – 3 knot, ama dalga yüksekliği, rüzgar hızı ve deniz akıntılar bağlıdır. Manta net gözetiminde örnekleme sırasında bütün zaman çok önemlidir ve atlamalı başlarsa, trol hızı azaltılmalıdır. trol süresi yaklaşık 30 dakika olması önerilir, ancak seston konsantrasyonları bağlıdır. Seston bazen manta net takunya olduğunu olabilir. Bu durumda trol, derhal durdurulmalı, aksi takdirde mikroplastik parçacıklar kaybetmiş olabilir ve net zarar görebilir. Manta ağ genellikle kabın yan tarafına tespit edilir., manta net uyandırma bölgesi dışında kesinlikle iken Bu, aynı zamanda en uygun seçenektir. Bazı araştırmalarda manta net geminin kıç tarafından tespit edildi17, 18, ama net uyanma bölgesi dışında olduğundan emin olmak zorunda bu durumda. Kap kaynaklanan dalgalanmaların bölgesi kabının boyutu ve tekne 19, 20 hızına değişir çünkü trol numune için ayarlanmış olan ilgili mesafe, ayrı ayrı belirlenmelidir.Deniz yüzeyi örneklerinden mikroplastik parçacıkların ayrılması en sık görsel kimlik 21 ile sadece yapılır. 1 mm'den daha küçük parçacıkların bir stereo kullanımını gerektirmektedir büyük 1 mm 'den küçük parçacıklar, çıplak gözle kolayca tespit edilebilir. stereomicroscopes üzerinde polarizasyon ışık kullanılarak, plastik olanlarla olmayan plastik parçacıkları kafa karıştırıcı olasılığını azaltmak için tavsiye edilir. Plastik parçacıkların hatalı tanımlama imkanı küçük partiküller daha yüksek olur. Böylece parçacıklar> 0.5 mm, sadece stereomikroskop kullanılarak, görsel olarak 21 tespit edilebilir. 0.5 mm'den daha küçük partiküller içinEk, daha doğru bir yöntem gibi mikro ATR-FTIR spektroskopisi 21 gereklidir.
örnek microplastics ayırma işlemi sırasında hava ipliklerin numune kirlenme olasılığı çok yüksektir. Bu nedenle, çalışma masasının üzerinde açık bırakılan Petri kapları kontrol kuvvetle muhtemel kirletici havadaki partiküllerin belirlenmesi için tavsiye edilir. Yani, veri kalitesi kuvvetle bağlıdır: 1) numunede 16 numune, 2) kalite ve stereomikroskopta büyütme ve organik madde 3) miktarı ile çalışan kişinin hassas. Görsel tanımlama sonra güçlü bir malzemeden 8 kimyasal tanımlanması için mevcut tekniklerin biri ile sıralanmış parçacıkların analiz edilmesi gerekmektedir.
Çeşitli yöntemler bunlar arasında FTIR spektroskopisi ve Raman spektroskopisi çoğu FREKAN vardır, polimer tanımlanması için anatly'ait 22 kullanılır. FTIR ve Raman spektroskopisi tamamlayıcı teknikler ve bunların doğruluğu benzer. Protokolde, "zayıflatılmış toplam yansıma" (ATR) ile FTIR ve mikro FTIR spektroskopisi sunulmaktadır. Onlar kullanımı basit ve hızlı ve doğru sonuçlar sağlar. Plastik polimerler, böylece IR microplastics 21 tanımlanması için en uygun teknik spektroskopisi hale tat bant desenleri ile yüksek düzeyde spesifik kızılötesi (IR) spektrumları sahiptir. Karakteristik IR spektrumları 22 ölçümünü sağlayan bir numune ile etkileşimde IR radyasyonunun enerjisinin belirli bir molekül titreşim uyarır. FTIR spektroskopisi aynı zamanda oksidasyon 23 ve bozulma 24 düzeyinde yoğunluğu olarak parçacıklar, ek bilgi sağlayabilir. ATR-FTIR büyük parçacıkların kimyasal tanımlaması (> 0,5 mm) için uygun olmakla birlikte, mikro ATR-FTIR spektroskopisi parçacıklar # kimyasal yapısı hakkında bilgi verebilir60 0.5 mm, bir mikroskop ve bir kızılötesi spektrometre işlevini birleştirir gibi.
Su güçlü IR radyasyonunu 22 ve saflaştırılmış emmediği FTIR ve mikro FTIR spektroskopisi kullanılarak önce mikroplastik parçacıklar halinde de İR spektrumları etkileyebilir biyofilm ve / veya diğer organik ve inorganik yapıştırma, ile kaplıdır, daha önce kurutulmalıdır. Örnekleri arındırmak için en non-invaziv bir yolu karıştırma ve tatlı su 25 ile durulama gereğidir. Bu yeterli değilse, o zaman% 30'luk hidrojen peroksit kullanılması tavsiye edilir. Diğer tüm yöntemler negatif mikroplastik parçacıkların üzerindeki etkileri (örneğin daha partikülleri kırabilir ultrasonik temizleme, güçlü asidik veya bazik solüsyonlar vs. çeşitli plastik polimerler, zarar verebilir) ve bu nedenle bunların kullanımı tavsiye edilmez olabilir. Daha umut verici bir plastik için uygun saflaştırma adımı olarak sıralı bir enzimatik sindirme kullanılmasıdır. Arıtma farklı teknik enzimler kullanılarak (örneğin lipaz, birmylase, proteinaz, kitinaz, selülaz proteinaz-K) başarılı bir şekilde plankton, bir biyolojik matris azaltmak ve böylece FTIR spektroskopisi ölçümleri 22 boyunca matris eşya en aza indirmek için çok faydalı bir teknik olduğunu kanıtladı uygulanmıştır.
Görsel tanımlama ve seçilen parçacıkların kimyasal tanımlaması ile microplastics ayrılması hem de son derece zaman alıcı işlemlerdir. Bu çalışma plastik parçacıkları tanıma, aynı zamanda biyolojik maddeyi tanıma değil sadece stereomicroscopes, deneyimi olan bir doğru ve hasta bir kişi tarafından yapılmalıdır. Hatta deneyimli bir kişi kitin veya diatom parçaları 22 açıkça tüm potansiyel mikroplastik partikülleri ayırt edemez. Bu nedenle, görsel sıralama hata oranı% 20 den 26% 70 21 arasında değişmektedir ve partikül büyüklüğü azaldıkça artar.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu protokolün geliştirilmesi DeFishGear projesi (1 ° str / 00010) içinde, IPA Adriyatik Sınır Ötesi İşbirliği Programı 2007-2013 tarafından kurulmuştur.
References
- Law, K. L., et al. Plastic accumulation in the North Atlantic subtropical gyre. Science. 329 (5996), 1185-1188 (2010).
- Thompson, R. C. Microplastics in the marine environment: Sources, consequences and solutions. Marine anthropogenic litter. , 185-200 (2015).
- Lusher, A. Microplastics in the marine environment: distribution, interactions and effects. Marine anthropogenic litter. , 245-307 (2015).
- Arthur, C., Baker, J., Bamford, H. . Proceedings of the International Research Workshop on the Occurrence, Effects, and Fate of Microplastic Marine Debris, September 9-11. , (2008).
- Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment. Marine pollution bulletin. 62 (8), 1596-1605 (2011).
- Browne, M. A. Sources and pathways of microplastics to habitats. Marine anthropogenic litter. , 229-244 (2015).
- . Marine litter: an analytical overview. UNEP’s REGIONAL SEAS PROGRAMME. , (2005).
- van der Wal, M., et al. . SFRA0025: Identification and Assessment of Riverine Input of (Marine) Litter, Final Report for the European Commission DG Environment under Framework Contract No ENV.D.2/FRA/2012/0025. , (2015).
- Setälä, O., Fleming-Lehtinen, V., Lehtiniemi, M. Ingestion and transfer of microplastics in the planktonic food web. Environmental pollution. 185, 77-83 (2014).
- Farrell, P., Nelson, K. Trophic level transfer of microplastic: Mytilus edulis. (L.) to Carcinus maenas (L). Environmental Pollution. 177, 1-3 (2013).
- Wright, S. L., Thompson, R. C., Galloway, T. S. The physical impacts of microplastics on marine organisms: a review. Environmental Pollution. 178, 483-492 (2013).
- Bakir, A., Rowland, S. J., Thompson, R. C. Transport of persistent organic pollutants by microplastics in estuarine conditions. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 140, 14-21 (2014).
- 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).
- Zarfl, C., et al. Microplastics in oceans. Marine Pollution Bulletin. 62, 1589-1591 (2011).
- Hanke, G., et al. . MSFD GES technical subgroup on marine litter. Guidance on monitoring of marine litter in European Seas. , (2013).
- Löder, M. G. J., Gerdts, G. Methodology used for the detection and indentification of microplastics – A critical appraisal. Marine anthropogenic litter. , 201-227 (2015).
- Kang, J. H., Kwon, O. Y., Lee, K. W., Song, Y. K., Shim, W. J. Marine neustonic microplastics around the southeastern coast of Korea. Marine pollution bulletin. 96 (1), 304-312 (2015).
- Lusher, A. L., Tirelli, V., O’Connor, I., Officer, R. Microplastics in Arctic polar waters: the first reported values of particles in surface and sub-surface samples. Scientific reports. 5, (2015).
- Shu, J. -. J. Transient Marangoni waves due to impulsive motion of a submerged body. International Applied Mechanics. 40 (6), 709-714 (2004).
- Rabaud, M., Moisy, F. Ship wakes: Kelvin or Mach angle. Physical Review Letters. 110 (21), 214503 (2013).
- Hidalgo-Ruz, V., Gutow, L., Thompson, R. C., Thiel, M. Microplastics in the marine environment: a review of the methods used for identification and quantification. Environmental science & technology. 46 (6), 3060-3075 (2012).
- Löder, M. G. J., Kuczera, M., Mintenig, S., Lorenz, C., Gerdts, G. Focal plane array detector-based micro-Fourier-transform infrared imaging for the analysis of microplastics in environmental samples. Environmental Chemistry. 12 (5), 563-581 (2009).
- Ioakeimidis, C., et al. The degradation potential of PET bottles in the marine environment: An ATR-FTIR based approach. Scientific reports. 6, 23501 (2016).
- McDermid, K. J., McMullen, T. L. Quantitative analysis of small-plastic debris on beaches in the Hawaiian archipelago. Marine pollution bulletin. 48 (7), 790-794 (2004).
- Eriksen, M., et al. Microplastic pollution in the surface waters of the Laurentian Great Lakes. Marine pollution bulletin. 77 (1-2), 177-182 (2013).
