Протокол ниже описывает методику: microplastics отбор проб на поверхности моря, разделение микропластической и химической идентификации частиц. Этот протокол в соответствии с рекомендациями по мониторингу microplastics, опубликованных MSFD Технической подгруппы по морскому мусору.
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.
Microplastics отбор проб на поверхности моря с помощью Manta сети является широко используемый метод для отбора проб microplastics на поверхности моря, но на сегодняшний день не было ни единой методологии. Большой объем воды может быть отфильтрована через МАНТА сеть, таким образом, возможность захвата соответствующего количества microplastics высока, и результаты воспринимаются как надежные. Сопоставимость результатов среди различных образцов обеспечивается за счет нормализации. В нашем случае, концентрации были связаны с оцифрованного области путем умножения траловый расстояние по горизонтали ширине чистого отверстия. Другой вариант заключается в использовании расходомера, фиксированный в сетку отверстие. Использование расходомера возможно, так как манта сеть с ее боковых крыльев очень устойчива на поверхности моря и, следовательно, прыгая на волнах минимальна. Расходомер регистрирует объем отфильтрованной воды и , таким образом , позволяет нормализацию результатов на объем отобранного воды 16.
<p class="jove_content"> Наиболее часто используемые манта сети имеют около 300 мкм размер ячейки и 3 – длиной 4,5 м. Эти размеры были оптимизированы, чтобы избежать засорения сети и позволить отбор проб объем воды, как можно больше. Скорость траления рекомендуется находиться в пределах от 2 – 3 узла, но это зависит от высоты волны, скорости ветра и морских течений. Очень важно, что манта сетка находится под наблюдением все время, во время отбора проб, и если он начинает скачкообразной перестройки, скорость траление должна быть уменьшена. Время траления рекомендуется быть около 30 мин, но зависит от концентрации сестоне. Может случиться, что сестон иногда закупоривает Манта сеть. В этом случае траление должен быть немедленно прекращена, иначе микропластической частицы могут быть потеряны, и сеть может быть поврежден. Манта сеть является наиболее часто фиксируется с борта судна. Это также самый подходящий вариант, в то время как манта чистая, безусловно, из зоны следа. В некоторых обследований манта сетка была зафиксирована с кормы судна17, 18, но в этом случае вы должны быть уверены , что сеть находится вне зоны следа. Расстояние, на котором траловый устанавливается для отбора проб, должна быть определена индивидуально, так как зона завихрений , вызванное судна варьируется от размера сосуда и от скорости судна 19, 20.Разделение микропластических частиц из образцов морской поверхности чаще всего делается только путем визуальной идентификации 21. Частицы больше чем 1 мм могут быть легко идентифицированы невооруженным глазом, а частицы размером менее 1 мм требуют использования стереомикроскопа. Для того, чтобы уменьшить возможность смущать непластиковых частицы с пластиковые, с помощью поляризации света на стереомикроскопов рекомендуется. Возможность неправильной идентификации пластиковых частиц становится выше с более мелких частиц. Таким образом , частицы> 0,5 мм могут быть идентифицированы только визуально 21, с использованием стереомикроскопа. Для частиц размером менее 0,5 ммдополнительный, более точный метод необходим , например , микро – ATR-FTIR спектроскопии 21.
Во время процесса отделения microplastics из образца возможность загрязнения образца с бортовыми филаментов очень высока. По этой причине, контролировать чашки Петри оставлены открытыми на рабочем столе настоятельно рекомендуется для выявления потенциальных загрязняющих частиц в воздухе. А именно, качество данных сильно зависит от: 1) точность человека , работающего с образцом, 2) качества и увеличении стереомикроскопа, и 3) количество органического вещества в образце 16. После визуальной идентификации настоятельно рекомендуется анализировать отсортированные частицы с одним из имеющихся методов для химической идентификации материала 8.
Существует несколько способов идентификации полимеров, среди которых спектроскопии ИК-Фурье и спектроскопии комбинационного рассеяния света являются наиболее frequenTLY используется 22. ИК-Фурье спектроскопии комбинационного рассеяния света и являются взаимодополняющими методы и их точность аналогична. В нашем протоколе, ИК-Фурье и микро ИК-Фурье-спектроскопии с "нарушенного полного внутреннего отражения» (ATR) представлены. Они просты в использовании и позволяют быстро и точные результаты. Пластиковые полимеры обладают высокой специфической инфракрасной (ИК) спектры с различными узорами полосы, что делает ИК – спектроскопии оптимальную методику для идентификации microplastics 21. Энергия ИК – излучения возбуждает специфическую молекулярную вибрацию при взаимодействии с образцом, который позволяет измерять характеристика ИК – спектров 22. ИК – Фурье – спектроскопии можно также представить дополнительную информацию о частицах, таких как интенсивность окисления 23 и уровень деградации 24. В то время как ATR-FTIR подходит для химической идентификации частиц большего размера (> 0,5 мм), микро-ATR-FTIR-спектроскопия может дать информацию о химическом составе частиц & #60; 0,5 мм, так как она сочетает в себе функцию с помощью микроскопа и инфракрасного спектрометра.
Перед использованием FTIR и микро FTIR спектроскопии, микропластических частицы должны быть предварительно обезвожена, так как вода сильно поглощает инфракрасное излучение 22, и очищенный, в случае , если они покрыты биопленок и / или других органических и неорганических приверженцев, которые могут влиять на ИК – спектры. Наиболее неинвазивный способ очистки образцов путем перемешивания и промывки пресной водой 25. Если этого недостаточно, то использование 30% пероксида водорода рекомендуется. Все другие методы могут иметь негативные последствия для микропластических частиц (например, ультразвуковой очистки может дополнительно разбить частицы, сильные кислотные или щелочные растворы могут повредить несколько пластиковых полимеров и т.д.) и, следовательно, их использование не рекомендуется. Более перспективным является использование последовательного ферментативного расщепления как пластический дружественной стадии очистки. После очистки с использованием различных технических ферментов (например, липаза, Amylase, протеиназы, хитиназы, целлюлазы, протеиназы-К) успешно применяется для снижения биологической матрицы планктона и , таким образом , оказался ценный метод для минимизации матричных артефактов при измерениях спектроскопии ИК – Фурье 22.
Разделение microplastics по визуальной идентификации и химической идентификации отдельных частиц являются чрезвычайно трудоемкие процессы. Эта работа должна быть сделана путем точного и пациента человеком, который имеет опыт работы с стереомикроскопов, а не только в признании пластиковых частиц, но и в признании биологического материала. Даже опытный человек не может различить все возможные частицы микропластической однозначно из хитина или диатомовых фрагментов 22. Таким образом, частота появления ошибок визуальной сортировки находится в диапазоне от 20% от 26 до 70% , 21 и возрастает с уменьшением размера частиц.
The authors have nothing to disclose.
Развитие этого протокола была основана Программой сотрудничества МПА Адриатическая приграничному 2007-2013, в рамках проекта DeFishGear (1 °, ул / 00010).