海面上microplasticsサンプリング、粒子のmicroplasticおよび化学的同定の分離:プロトコルは、以下のための方法論について説明します。このプロトコルは、海洋ごみにMSFD技術サブグループによって公開されmicroplastics監視のための勧告に沿ったものです。
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.
マンタネットによる海面上Microplasticsサンプリングは、海面上microplasticsのサンプリングのために広く用いられている方法であるが、現在までに統一方法論は存在しませんでした。大量の水は、マンタネットを通して濾過することができ、したがってmicroplasticsの関連数を捕捉する可能性が高く、その結果を信頼できるものと認識されています。異なる試料間の結果の比較は、正規化によって保証されています。私たちのケースでは、濃度はネット開口部の横幅によってトロール距離を乗じてサンプリングされた領域に関連していました。別のオプションは、正味の開口部に固定された流量計を使用することです。その横方向翼を持つマンタネットが海面上に非常に安定であり、したがって、波にホッピングが最小であるため、流量計の使用が可能です。流量計は、ろ過水の量を記録し、このようにサンプリングされた水16の体積あたりの結果の正規化を可能にします。
<p class="jove_content">最も頻繁に使用されるマンタネットは300μm程度のメッシュサイズを有しており、3です – 4.5メートル長いです。これらの寸法は、ネットの目詰まりを回避し、できるだけ大きく水の量をサンプリングできるように最適化しました。トローリング速度は2の間であることが推奨されます – 3ノットが、それは波の高さ、風速や海流に依存しています。マンタネットがサンプリング中に監督の下で全体の時間であり、それはホッピング開始した場合、トローリング速度を減少させなければならないことが非常に重要です。トロール時間は約30分であることをお勧めしますが、セストン濃度に依存しています。セストンは時々マンタネットを詰まらせることが起こる可能性があります。この場合、トローリングは、そうでなければmicroplastic粒子が失われることができ、ネットが損傷を受けることができ、すぐに停止する必要があります。マンタネットは、ほとんどの場合、容器の側面から固定されています。マンタネットはウェイクゾーンの外に確かにあるが、これはまた、最も適したオプションです。いくつかの調査ではマンタネットは船尾から修正されました17、18が、その場合、あなたはネットはウェイクゾーンの外であることを確認する必要があります。容器に起因する乱流のゾーンは、容器の大きさから、ボート19、20の速度から変化するのでトロールは、サンプリングのために設定されている距離は、個別に決定されるべきです。海面サンプルからmicroplastic粒子の分離は、ほとんどの場合、視覚的な識別21でちょうど行われます。粒子は、1mm未満の実体顕微鏡の使用を必要にして1 mMより大きな粒子は、肉眼で容易に識別することができます。実体顕微鏡の偏光を使用して、プラスチック製のものと非プラスチック粒子を混乱する可能性を低減することを推奨します。プラスチック粒子の誤認の可能性が小さい粒子と高くなります。したがって粒子> 0.5mmでのみ実体顕微鏡を用いて、視覚的に21を識別することができます。 0.5 mMより小さな粒子のために付加的な、より正確な方法が必要例えばマイクロATR-FTIR分光21です。
試料からmicroplastics分離のプロセス中に浮遊フィラメントとサンプルの汚染の可能性が非常に高いです。このため、作業テーブルの上に開いたままにペトリ皿を制御することを強く潜在的な汚染物質、浮遊粒子の同定のために推奨されています。すなわち、データの品質が強く依存する:1)サンプル16のサンプル、2)品質と実体顕微鏡の倍率、および有機物の3)量で働く人の精度。視覚識別した後、それを強く材料8の化学的同定のために利用可能な技術の一つでソートされた粒子を分析することをお勧めします。
いくつかの方法は、FTIR分光法及びラマン分光法が最もfrequenである間、ポリマー同定のために存在しますTLY 22を使用していました。 FTIRとラマン分光法は、相補的な技術であり、その精度は似ています。我々のプロトコルでは、FTIRと「減衰全反射率」と顕微赤外分光法(ATR)が提示されています。彼らは使用が簡単であり、彼らは迅速かつ正確な結果を有効にします。プラスチックポリマーは、このようにIRがmicroplastics 21の同定のための最適な手法を分光すること、明確なバンドパターンを持つ高度に特異的な赤外線(IR)スペクトルを有しています。特徴的なIRスペクトル22を測定することができる試料と相互作用する場合、IR放射のエネルギーは、分子の特定の振動を励起します。 FTIR分光法はまた、このような酸化23や劣化24のレベルの強度などの粒子、に関する追加情報を提供することができます。 ATR-FTIRは、より大きな粒子(> 0.5のmm)との化学的同定のために適しているが、ミクロATR-FTIR分光法は、粒子&#の化学構造に関する情報を提供することができます60 0.5 mmであり、それは顕微鏡および赤外線分光器の機能を兼ね備えています。
FTIRマイクロFTIR分光法を使用する前に、microplastic粒子は水が強く、それらがバイオフィルムおよび/またはIRスペクトルに影響を与えることができる他の有機及び無機の付着物で覆われている場合、IR放射22、および精製を吸収するため、以前に、乾燥されなければなりません。サンプルを精製するための最も非侵襲的な方法は、攪拌し、新鮮な水25で洗浄することによってです。これが十分でない場合、次いで、30%過酸化水素の使用が推奨されます。他のすべての方法はmicroplastic粒子上に負の効果を持つことができる(例えば、超音波洗浄は、さらに粒子を破ることができる、強い酸性またはアルカリ性溶液は、いくつかのプラスチックポリマーなどを損傷する可能性があり)、したがって、その使用は推奨されません。より有望なプラスチック優しい精製工程などの順次酵素消化の使用です。精製異なる技術的な酵素を用いて(例えばリパーゼ、mylase、プロテイナーゼ、キチナーゼ、セルラーゼ、プロテイナーゼK)が正常プランクトンの生体マトリックスの低減に適用し、このようにFTIR分光測定22中行列アーチファクトを最小にするために有益な技術であることが証明されています。
視覚的な識別と選択された粒子の化学的同定によりmicroplasticsの分離は、両方の非常に時間のかかるプロセスです。この作品は、プラスチック粒子を認識する際に、だけでなく、生物学的な問題を認識していないだけで、実体顕微鏡での経験を持ち、正確かつ患者者によって行われなければなりません。でも経験のある人はキチンや珪藻断片22から明確にすべての潜在的microplastic粒子を区別することはできません。したがって、視覚的ソートの誤り率を20%から26 70%21の範囲であり、粒子サイズの減少とともに増加します。
The authors have nothing to disclose.
このプロトコルの開発はDeFishGearプロジェクト(1°STR / 00010)の中に、IPAアドリアクロスボーダー協力プログラム2007から2013によって設立されました。