Summary

Probenahme, Sortieren und Charakterisierung Mikroplastik in aquatischen Umgebungen mit hohen abgehängte Sedimentfracht und große schwimmende Trümmer

Published: July 28, 2018
doi:

Summary

Die meisten Microplastic Forschung bis jetzt aufgetreten in marinen Systemen wo abgehängte solide relativ niedrig sind. Fokus ist jetzt verschiebt sich auf Süßwasser-Systeme, die hohe Sedimentfracht und Treibgut bieten kann. Dieses Protokoll Adressen sammeln und Analysieren von Microplastic Proben von aquatischen Umgebungen, die hohe hängende solide Lasten enthalten.

Abstract

Die Omnipräsenz des Kunststoff Trümmer im Meer ist von dem öffentlichen, wissenschaftlichen Gemeinschaften und Behörden anerkannt. Jedoch haben erst vor kurzem mikroplastik in Süßwasser-Systemen, wie Flüsse und Seen, quantifiziert worden. Microplastic Probenahme an der Oberfläche in der Regel besteht der Bereitstellung von Treibnetzen hinter entweder einen stationären oder beweglichen Boot, das die Probenahme für Umgebungen mit niedrigen Niveaus der suspendierten Sedimente und unter Wasser oder schwimmend Schutt begrenzt. Frühere Studien, die Treibnetze, Microplastic Ablagerungen in der Regel sammeln beschäftigt verwendet Netze mit ≥300 µm Maschenweite, so dass Kunststoff Verunreinigungen (Partikel und Fasern) unterhalb dieser Größe durch das Netz und Quantifizierung entziehen. Das Protokoll hier detailliert ermöglicht: 1) Musterkollektion in Umgebungen mit hohen Lasten und schwimmende ausgesetzt oder untergetaucht, Schutt und (2) die Erfassung und Quantifizierung der Microplastic Partikel und Fasern < 300 µm. Wasserproben wurden gesammelt, mit einer Peristaltische Pumpe in Low-Density Polyethylen (PE) Containern vor Filterung und Analyse im Labor gelagert werden. Filtration erfolgte mit einem maßgeschneiderten Microplastic Filtration Gerät mit abnehmbaren Fugen, die Nylon-Mesh-Siebe untergebracht und Zellulose Ester Membranfilter gemischt. Netz-Siebe und Membranfilter wurden untersucht, mit einem Stereomikroskop zu quantifizieren und Microplastic Partikel und Fasern zu trennen. Diese Materialien wurden dann untersucht mit einer Mikro-gedämpft total Reflexion Fourier-Transform-Infrarot-Spektrometer (Mikro ATR-FTIR), um Microplastic Polymer-Typ zu bestimmen. Erholung wurde durch festnagelnd Proben mit blauen PE-Partikel und grünen Nylon-Fasern gemessen; Prozent Erholung wurde zu 100 % für Partikel und 92 % für Fasern bestimmt. Dieses Protokoll wird ähnliche Studien auf mikroplastik in hoher Geschwindigkeit Flüsse mit hohen Konzentrationen von Sedimenten führen. Mit einfachen Modifikationen der peristaltischen Pumpe und Luftfiltration Gerät können Benutzer sammeln und analysieren verschiedene Probenvolumen und partikuläre Größen.

Introduction

Kunststoff wurde erstmals Anfang der 1930er Jahre1im Meer beobachtet. Jüngste Schätzungen des meeresmülls Kunststoff Sortiment aus über 243.000 Tonnen (MT) aus Kunststoff auf der Oberfläche des Ozeans bis 4,8-12,7 Millionen MT aus Kunststoff in den Ozean von terrestrischen Quellen jährlich2,3. Frühe Studien auf Kunststoff meeresmüll konzentrierte sich auf Macroplastics (> 5 mm Durchmesser) sind gut sichtbar und messbar. Jedoch wurde es vor kurzem entdeckt, dass Macroplastics repräsentieren < 10 % Kunststoff Schutt, Graf, im Ozean, darauf hinweist, dass die überwältigende Mehrheit der Kunststoff Schutt Microplastic (< 5 mm Durchmesser)2.

Mikroplastik werden in zwei Gruppen kategorisiert: primäre und sekundäre mikroplastik. Primäre mikroplastik bestehen aus Kunststoffen, die bei einem Durchmesser hergestellt werden < 5 mm und beinhalten Nurdles, die Roh Pellets verwendet, um Konsumgüter, Microbeads als Peelings in Körperpflege-Produkten (z. B. Gesicht waschen, Körper-Peeling, Zahnpasta) und Schleifmittel oder Schmiermittel in der Industrie. Sekundäre mikroplastik sind in der Umgebung erstellt, da größere Kunststoff Schutt durch Photolyse, Abrieb und mikrobielle Zersetzung4,5fragmentiert ist. Synthetische Fasern sind auch sekundäre mikroplastik und ein wachsendes Problem. Eine einzige Kleidungsstück kann loslassen > 1.900 Fasern pro Waschgang in einer haushaltswaschmaschine6. Diese Mikrofasern sowie Microbeads von Körperpflege-Produkten, in die Kanalisation Kanalisation und gewaschen, vor dem Eintritt in Kläranlagen Behandlungen. Murphy (2016) festgestellt, dass eine Kläranlage mit einer Bevölkerung von 650.000 Microplastic Konzentration von 98,4 % von Zufluss auf Abwasser, reduziert noch 65 Millionen mikroplastik in Abwasser blieb und Klärschlamm jeden Tag7. Sogar mit einem hohen Anteil von mikroplastik entfernt wird, während die Aufbereitungsverfahren, Millionen, Milliarden von mikroplastik Kläranlagen täglich und anschließend Oberflächengewässer im Abwasser6,8 ,9,10,11.

Aufgrund ihrer ökologischen Freilassung wurden über alle trophischen Ebenen12,13,14,15mikroplastik im Verdauungs- und Atemwege Gewebe von marinen Organismen gefunden. Ihre Wirkung nach Aufnahme variabel, mit einigen ist Studien nicht beobachten Schaden, während andere zahlreiche Effekte wie physikalischen und chemischen Gewebe Schaden4,6,14,15zeigen. Aufgrund dieser Erkenntnisse hat Interesse in diesem Bereich in den vergangenen fünf Jahrzehnten zugenommen. Aber erst kürzlich haben Sie Studien begonnen, quantifizieren Kunststoff Schutt, besonders mikroplastik in Süßwasser-Systemen, wie Flüsse und Seen, oder die Auswirkungen auf Organismen, die in diesen Lebensräumen12,16wohnt, 17,18. Flüsse sind eine wichtige Quelle für Kunststoff Trümmer im Meer gefunden, wie sie erhalten Abwasser Abwasser und Oberflächenwasser Abfluss, die mikroplastik und Macroplastics enthalten.

Das Protokoll hier kann verwendet werden, Microplastic Proben zu sammeln, wo die Treibnetze sind nicht möglich; insbesondere Treibgut in aquatischen Umgebungen mit hohen Konzentrationen von suspendierten Sedimenten und großen wie den Mississippi River. Einzugsgebietes des Mississippi River ist einer der größten der Welt und hat eine Bevölkerung von > 90 Millionen Menschen und ist wahrscheinlich damit eine der größten Quellen von Kunststoff Schutt auf dem Ozean19,20. Jedes Jahr den Mississippi River entlädt einen Durchschnitt von 735 Kilometer3 von Süßwasser in den Golf von Mexiko, zusammen mit hohen Konzentrationen von suspendierten Sedimenten (~ 60 bis > 800 mg/L) und großen Trümmer13,21. Wasserproben wurden an verschiedenen Orten entlang des Mississippi River und seinen Nebenflüssen in transluzenten 1 L Low-Density Polyethylen (PE) Container mittels einer peristaltischen Pumpe in zwei tiefen (d. h. Oberfläche und 0,6-Tiefe) gesammelt. Im Labor wurden Proben gefiltert mit Nylon-Mesh-Siebe und gemischte Zellulose Ester Membranfilter gleichzeitig mit einem maßgeschneiderten 63,5 mm (2,5 Zoll) Polyvinylchlorid (PVC) Zylinder mit Fugen, Siebe und Filter22einzufügen. Die Einbeziehung der PVC-Gewerkschaften in der Luftfiltration Gerät ermöglicht für die Filtration durch so viele oder so wenige partikelgrößenklassen wie gewünscht. Darüber hinaus kann verwendet werden, um Microplastic Schutt bis Sub-Mikrometer-Größen mit Membranfilter, bei der Untersuchung von synthetischer Fasern zu erfassen. Sobald gefiltert, Proben wurden getrocknet und vermuteten Kunststoffe wurden identifiziert und aus dem Netz Siebe und Membranfilter unter einem Stereomikroskop sortiert. Mutmaßliche Kunststoffe wurden dann untersucht mit Mikro-gedämpft totale Reflexion Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie (Mikro ATR-FTIR) zur Beseitigung von nicht-synthetische Materialien oder Polymertyp zu bestimmen. Angesichts der Größe der Microplastic Partikel und Fasern ist die Verschmutzung an der Tagesordnung. Kontaminationsquellen sind atmosphärische Deposition, Kleidung, Feld und Laborgeräte sowie deionisiertes (DI) Wasser Quellen. Mehrere Schritte sind im gesamten Protokoll zur Verringerung der Kontamination aus verschiedenen Quellen während der Durchführung alle Phasen der Studie enthalten.

Protocol

1. Wasser Musterkollektion Wasserproben zu sammeln und Wasser Qualitätsdaten von Interesse mit dem Boot, wo der Fluss gut gemischt, im Idealfall an Standorten ist dem Fluss Bühne oder Entladung (z. B. United States Geological Survey (USGS) Messstationen) bekannt ist. Führen Sie 20 um sicherzustellen, dass das Wasser gut gemischt ist, das Boot mit einem handheld Meter mitten im Fluss, wo die Leitfähigkeit relativ konstant bleibt. In der Probenahmestellen, Rekord Pos…

Representative Results

Überprüfen die Verwertungsquoten dieses Protokolls, drei Proben (V1-V3) von Oso Bucht, waren Corpus Christi, Texas (angrenzend an der Texas A & M University-Corpus Christi-Campus), gespickt mit 10 blauen PE-Partikeln (im Bereich von 50-100 µm in Durchmesser) und 50 grüne Nylon-Fasern in verschiedenen Längen (Abbildung 3). Probe TSS war berechnete (Abschnitt 2) und dann die Proben mit den beschriebenen Abschnitte 3-5 Methoden gefilte…

Discussion

Microplastic-Sammlung mit Treibnetzen ist die konventionelle Methode in Umgebungen wie der Ozean, wo Sediment und Kunststoff-Konzentrationen niedrig, so dass große Probenvolumina sind. Allerdings sind Treibnetze nicht immer praktische oder sicher in Flüssen mit hoher Sedimentfracht und großen schwimmenden oder unter Wasser Schmutz. Darüber hinaus ist es nicht möglich, ein Treibnetz zu verwenden, wenn Sie versuchen, gründlich zu erfassen und zu quantifizieren, Microplastic Materialien, insbesondere Fasern, wie die m…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Das Projekt für das dieses Protokoll gegründet wurde wurde von der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Marine Debris Program (# NA16NO29990029) finanziert. Wir danken Miles Corcoran am nationalen große Flüsse Research and Education Center (NGRREC) in Alton, Illinois, für Hilfe bei der Auswahl und Boot Standortbetrieb. Feld und Labor Arbeiten wurden mit Hilfe von Camille Buckley, Michael Abegg, Josiah Wray und 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.

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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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