Il protocollo seguente descrive la metodologia per: microplastiche campionamento sulla superficie del mare, la separazione di identificazione microplastic e chimica delle particelle. Questo protocollo è in linea con le raccomandazioni per il monitoraggio microplastiche pubblicati dal sottogruppo tecnico MSFD su rifiuti marini.
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.
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.
Microplastiche campionamento sulla superficie del mare da rete manta è un metodo ampiamente utilizzato per il campionamento delle microplastiche sulla superficie del mare, ma ad oggi non c'è stata alcuna metodologia unificata. Un grande volume di acqua può essere filtrata attraverso la rete manta, così la possibilità di intrappolare un numero rilevante di microplastiche è elevato ed i risultati sono percepiti affidabili. La comparabilità dei risultati tra diversi campioni è assicurata dalla normalizzazione. Nel nostro caso, le concentrazioni sono state riportate l'area campionata moltiplicando distanza rete tramite la larghezza orizzontale della luce netta. Un'altra opzione è quella di utilizzare un misuratore di flusso, fissato alla luce netta. L'uso di un misuratore di flusso è possibile poiché la rete manta con le sue ali laterali è molto stabile sulla superficie del mare e quindi saltellando sulle onde è minimo. Un flussometro registra il volume di acqua filtrata e quindi consente la normalizzazione dei risultati per volume di acqua campionata 16.
<p class="jove_content"> Le reti di manta di uso più frequente sono circa 300 micron dimensione delle maglie e sono 3 – lunghezza 4,5 m. Queste dimensioni sono state ottimizzate per evitare l'intasamento della rete e per consentire al campionamento un volume d'acqua più grande possibile. velocità di traino si consiglia di essere compresa tra 2 – 3 nodi, ma dipende da altezza d'onda, la velocità del vento e delle correnti marine. E 'molto importante che la rete manta è sotto controllo tutto il tempo durante il campionamento e se inizia hopping, la velocità di traino deve essere ridotta. Si raccomanda il tempo di pesca a strascico a circa 30 minuti, ma dipende dalla concentrazione seston. Può succedere che a volte seston intasa la rete manta. In questo caso il traino deve essere fermato immediatamente, altrimenti le particelle microplastic può essere perso e la rete può danneggiarsi. net Manta è il più spesso fisso dal lato della nave. Questo è anche l'opzione più adatta, mentre la rete manta è sicuramente fuori dalla zona di scia. In alcune indagini netta manta è stato fissato dalla poppa della nave17, 18, ma in questo caso si deve essere sicuri che la rete è fuori dalla zona di scia. La distanza, sul quale è impostato il traino per il campionamento, deve essere stabilito caso, poiché la zona di turbolenze causate dalla nave varia dalla dimensione della nave e dalla velocità della barca 19, 20.Separazione delle particelle microplastic dai campioni della superficie del mare è più spesso eseguita solo da identificazione visiva 21. Particelle più grandi di 1 mm possono essere identificate facilmente ad occhio nudo, mentre le particelle di dimensioni inferiori a 1 mm richiedono l'uso di uno stereomicroscopio. Si raccomanda di ridurre la possibilità di confondere le particelle non-plastica con quelle di plastica, utilizzando la luce di polarizzazione su stereomicroscopi. La possibilità di errata identificazione di particelle di plastica diventa più alto con particelle più piccole. Così particelle> 0,5 mm può essere identificato solo visivamente 21, mediante l'uso di stereomicroscopio. Per particelle inferiori a 0,5 mmun ulteriore metodo più accurato è necessario ad esempio micro ATR-FTIR spettroscopia 21.
Durante il processo di separazione microplastiche dal campione la possibilità di contaminazione del campione con filamenti dispersi nell'aria è molto alta. Per questo motivo, controllare Petri lasciate aperte sul piano di lavoro sono fortemente raccomandato per l'identificazione di potenziali contaminanti particelle sospese nell'aria. Vale a dire, la qualità dei dati dipende fortemente: 1) la precisione della persona che lavora con il campione, 2) la qualità e l'ingrandimento dello stereomicroscopio, e 3) la quantità di materia organica nel campione 16. Dopo l'identificazione visiva si raccomanda di analizzare le particelle ordinati con una delle tecniche disponibili per l'identificazione chimica del materiale 8.
Esistono diversi metodi per l'identificazione polimeri, tra cui la spettroscopia FTIR e spettroscopia Raman sono i più frequently utilizzato 22. spettroscopia FTIR e Raman sono tecniche complementari e la loro accuratezza è simile. Nel nostro protocollo, il FTIR e spettroscopia micro FTIR con "riflessione totale attenuata" (ATR) sono presentati. Sono semplici da usare e permettono risultati rapidi e precisi. Polimeri plastici possiedono spettri (IR) altamente specifico infrarossi con bande che distinti, rendendo così spettroscopia IR una tecnica ottimale per l'identificazione di microplastiche 21. L'energia della radiazione IR eccita una vibrazione molecolare specifico quando interagisce con un campione, che consente la misurazione della caratteristica di spettri IR 22. Spettroscopia FTIR può anche fornire ulteriori informazioni sulle particelle, come l'intensità di ossidazione 23 e il livello di degradazione 24. Mentre ATR-FTIR è adatto per l'identificazione chimica delle particelle più grandi (> 0,5 mm), micro spettroscopia ATR-FTIR può fornire informazioni sulla struttura chimica delle particelle e #60; 0,5 mm in quanto combina la funzione di un microscopio e uno spettrometro infrarosso.
Prima di utilizzare FTIR e spettroscopia micro FTIR, particelle microplastic devono essere preventivamente essiccato, in quanto l'acqua assorbe fortemente IR radiazione 22, e purificato, nel caso siano coperti di biofilm e / o altri aderenti organici ed inorganici che possono influenzare gli spettri IR. Il modo più non invasivo per purificare campioni è agitando e risciacquo con acqua fresca 25. Se questo non è sufficiente, allora è consigliabile l'uso di perossido di idrogeno al 30%. Tutti gli altri metodi possono avere effetti negativi sulle particelle microplastic (ad esempio, la pulizia ad ultrasuoni in grado di rompere ulteriormente particelle, forti soluzioni acide o alcaline possono danneggiare diversi polimeri di plastica, ecc) e quindi il loro uso non è raccomandato. Più promettente è l'utilizzo di una digestione enzimatica sequenziale come un passaggio di purificazione di plastica amichevole. Purificazione mediante diversi enzimi tecniche (ad esempio lipasi, unmylase, proteinasi, chitinasi, cellulasi, proteinasi-K) è stata applicata con successo per la riduzione di una matrice biologica di plancton e quindi dimostrato di essere una tecnica preziosa per ridurre al minimo gli artefatti matrice durante FTIR misure di spettroscopia 22.
Separazione di microplastiche di identificazione visiva e identificazione chimica delle particelle selezionate sono entrambi processi estremamente richiede tempo. Questo lavoro deve essere fatto da una persona precisa e paziente che ha esperienza con stereomicroscopi, non solo nel riconoscere le particelle di plastica, ma anche a riconoscere la materia biologica. Anche una persona con esperienza non può discriminare tutti i potenziali particelle microplastic senza ambiguità dalla chitina o diatomee frammenti 22. Pertanto, il tasso di errore di smistamento visivo varia dal 20% 26 al 70% 21 e aumenta al diminuire delle dimensioni delle particelle.
The authors have nothing to disclose.
Lo sviluppo di questo protocollo è stata fondata da Programma di Cooperazione IPA Transfrontaliero Adriatico 2007-2013, nell'ambito del progetto DeFishGear (1 ° str / 00010).