JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

פרוטוקול עבור דגימת חלקיקים על פני הים וניתוח לדוגמא

Published: December 16, 2016
doi:
10.3791/55161
, , , , ,
1Sector for Marine Waters,Institute for water of the Republic of Slovenia, 2Laboratory for Polymer Chemistry and Technology,National Institute for Chemistry Slovenia

Summary

הפרוטוקול שלהלן מתאר את המתודולוגיה: דגימת חלקיקים על פני הים, הפרדת זיהוי חלקיקי פלסטיק והכימי של חלקיקים. פרוטוקול זה עולה בקנה אחד עם ההמלצות לניטור חלקיקים בהוצאה בתת הטכנית MSFD על זבל ימי.

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

1. דגימה של חלקיקים על פני הים לפרוס את הרשת מאנטה מהצד של כלי שיט באמצעות בום Spinnaker או »A-מסגרת« באמצעות קווים karabiners. לפרוס את רשת מאנטה מחוץ לאזור בעקבות (כ 3 -. מרחק 4 מ מהסירה) כדי למנוע איסוף מים מושפעי מערבולת בתוך אזור השרות. רשום את נקודות ציון הראשוניות וזמן ראשוני בגיליון הנתונים. התחל לנוע בכיוון אחד ישר עם מהירות של כ. 2 – 3 קשרים למשך 30 דקות ולהתחיל מדידת הזמן. לאחר 30 דקות לעצור את הסירה ולרשום קואורדינטות GPS סופיים, אורך המסלול (הדרך הנכונה ביותר היא לחשב את האורך מן קואורדינטות GPS) ואת מהירות סירה הממוצעת לתוך גיליון הנתונים המסופק ולהרים את רשת מאנטה מתוך המים. יש לשטוף את רשת מאנטה ביסודיות מהחלק החיצוני של הרשת עם מי ים באמצעות משאבת צוללת או מים מן wa הסירהמאגר ter. לשטוף בכיוון מפיו מאנטה עד הסוף בקלה כדי לרכז את כל חלקיקי דבקה נטו לתוך סוף בקלה. הערה: לעולם אל לשטוף את המדגם דרך הפתח של הרשת על מנת למנוע זיהום. בבטחה להסיר סוף בקלה מסננת את הדוגמה בקלה לסיים דרך מסננת גודל רשת 300 מיקרומטר או פחות. שוטפים את סוף בקלה ביסודיות מבחוץ ויוצקים את שאר המדגם דרך המסננת. חזור על שלב זה עד שאין עוד כל חלקיקים בתוך סוף בקלה. לרכז את כל החומר על המסננת בחלק אחד של המסננת. עם השימוש של משפך, לשטוף את המסננת לתוך צנצנת זכוכית או בקבוק פלסטיק באמצעות אתנול 70%. סגור את הבקבוק, לנגב אותו עם מגבות נייר לתייג את המכסה החיצוני של הצנצנת עם שם המדגם ותאריך עם סמן עמיד למים (כדאי גם לשים תווית שנייה כתובה בעיפרון על נייר וִילוֹנוֹת בצנצנת על מנת להימנע מהפגיעה האפשרית שֶׁלשם המדגם בשל התווית נמחקה על הצנצנת). עבר בקבוק פלסטיק שכותרתו לתוך התיבה המגניבה. הערה לתנאי דגימה כלליות: מהירות הרוח לא צריכה להיות יותר מ -2 בופור, מאז הגלים גבוהים מדי ואת הנקי אינו יציב על פני הים. חשוב לשמור על מסלול ליניארי יציב במהירות קבועה במהלך trawls. מחצית הפתיחה נטו מאנטה צריכה להיות קומטי במהלך דגימה. משך הדגימה צריך להיות 30 דקות (במקרים בהם קיימת כמות גדולה של חומר טבעי, בלום פלנקטון למשל, משך הדגימה יכול להיות קצר יותר). יש להימנע משימוש של כלי פלסטיק ומיכלי. הימנעו בגדים סינטטיים (צמר למשל), חבלי קשר של נטו מאנטה עם כלי על מנת למנוע זיהום של המדגם. להיזהר מאוד שלא לפגוע נטו מאנטה או גוף הסירה תוך פריסת לכידת הרשת. 2. הפרדת חלקיקי ממדגמים פני הים אם המדגם אינו מכילכל פריט גדול מ -25 מ"מ ומופיע להיות נקי, להמשיך ישירות לשלב 3. יוצקי מדגם דרך המסנן (גודל רשת מיקרומטר ≤300) ולהסיר את כל אובייקטי ההמלטה טבעיות או מלאכותיים של מ"מ גודל> 5 (המלטת מאקרו מצו) מן המדגם, באמצעות זיהוי פינצטה חזותי. היזהר לשטוף כל אובייקט סיר בזהירות עם מים מזוקקים כדי להסיר כל המלטת חלקיקי פלסטיק דבקה בו. אחסן את כל אובייקטי ההמלטה טבעיים ומלאכותיים מיכלים נפרדים. לייבש את כל אובייקטי ההמלטה טבעיות ומלאכותיים ייבוש (או באוויר הפתוח, אבל בצלחת סגורה) ולשקול אותם. לזהות את כל אובייקטי המלטה> 25 המ"מ (המלטת מאקרו) על פי רשימת ריבונו של קטגוריות של פריטי זבל 16. לאחר הסרת כל האובייקטים הגדולים, לרכז את כל החלקים הנותרים בחלק אחד של המסננת באמצעות בקבוקי לחיצים או מי ברז. יוצק את המדגם לתוך מיכל זכוכית באמצעות כמות מינימאלית של אתנול 70% עם העזרה של funnאל. הערה: בשלב זה את השימוש באתנול 70% הוא חיוני כדי לשמר את המדגם. גם בשלב של בדיקה ויזואלית של המדגם, אתנול עוזר לטשטש את האורגניזמים פלסטיק צבעוני ולכן להיות קל יותר למצוא. קח כמות קטנה של המדגם (subsample) ושופכים אותו לתוך צלחת זכוכית פטרי. לנתח את המדגם עם שימוש סטראו (20 – 80x זום) ולחפש חלקיקי חלקיקי פלסטיק. כל חלקיק חלקיקי פלסטיק צריך להיות מסווג לתוך אחת הקטגוריות המפורטות בטבלת 1 והכניס לתוך צלחת פטרי או צלוחיות זכוכית אחרות, מסמנת בשם קטגוריה. צלחת פטרי צריכה להיסגר בכל העת. הערה: כאשר מפרידים חלקיקים מהמדגם שלך להיות שמרניים ובוחרים יותר ולא חלקיקים פחות לניתוח. המבנה הכימי האמיתי של חלקיקים עדיין ייקבע בהמשך. הקפד לנתח עצמים גדולים מכל העבר כמו חלקיקים עלולים להיתקע ולכן מוסתרים תחת פריטים גדולים יותר.זה יכול להיות גם מועיל להזיז חפצים נתחו כבר בצד אחד של צלחת פטרי. שים את צלחת פטרי תחת מיקרוסקופ עם ציוד המדידה (שליט עיני מכויל על ידי תוכנת ניתוח שקופיות או תמונת מיקרומטר) ולמדוד את הגודל של כל חלקיק (למדוד את הארוך באלכסון), למעט חוטים, ושים לב צבעיו. כל subsample צריך להיבדק על ידי אדם אחר. היזהר לשטוף את מכל הזכוכית המכיל את המדגם כך שכל החלקיקים דבקים קירות הזכוכית נשטפים לתוך צלחת פטרי. לשקול את חלקיקי חלקיקי הפלסטיק של כל קטגוריה בנפרד על ידי שימוש בקנה מידה אנליטית. חלקיקי חלקיקי פלסטיק צריכים להיות מיובשים לפני השקילה. צלחת פטרי הסגורה ניתן להכניס ייבוש או הדגימות ניתן לייבוש בצלחת סגורה עד חלקיקים התייבשו (המשקל של צלחת פטרי סגורה עם חלקיקים הוא קבוע). זהה המלטה מיקרו. כשמנתחי מדגם בחיפוש אחר חלקיקים, אנא שקלו כיחלקיקים מסוימים יהיו גלויים בקלות (צבע, צורה, גודל), בעוד שאחרים עשויים להיות מסובכים למצוא. להלן כמה תכונות לזהות חלקיקי חלקיקי פלסטיק במדגם: לדוגמה, אין מבנה תא, אחידות, חד, זוויות עקומות, עובי אחיד, צבעים מיוחדים (כחול, ירוק, צהוב, וכו '). 3. זיהוי כימי של חלקיקים ספקטרוסקופיה ATR-FTIR לפני הניתוח לנקות את מערכת זיהוי עם אלכוהול ומטלית חינם מוך. קלט ספקטרום רקע. מניחים את המדגם על בעל מדגם ולאסוף את הספקטרום. זהה את ספקטרום ATR- FTIR שהושג באמצעות השוואה אוטומטית של הספקטרום המתקבל עם ספקטרום במסד נתונים. ספקטרוסקופיה מיקרו ATR-FTIR לפני הניתוח לנקות את מערכת זיהוי עם אלכוהול ומטלית חינם מוך. מניחים את המדגם על פילטר זכוכית. הערה: מסננים אחרים יכולים להיות לנוed אבל טבע הפולימר שלהם יכול להפריע אפיון. מניח את המסנן עם המדגם על שולחן הסריקה האוטומטי ולהשתמש ג'ויסטיק לאתר המדגם. להקליט תמונה אופטית ולסמן בשטח (למשל 20 ב -20 מיקרומטר) שבו המדגם יאופיין. קלט ספקטרום רקע. מניחים את המדגם על בעל מדגם ולאסוף את הספקטרום במיקום מוגדר מראש. זהה את ספקטרום ATR-FTIR מיקרו שהושג באמצעות השוואה אוטומטית של הספקטרום המתקבל עם ספקטרום במסד נתונים.

Representative Results

התוצאה הראשונה של הפרוטוקול המתואר הן חלקיקי חלקיקי פלסטיק מסווגים לשש קטגוריות על פי המאפיינים החזותיים שלהם (טבלת 1). הקטגוריה הראשונה, ובדרך כלל אחד הנפוץ ביותר, הם שבר (איור 1). הם נוקשים, עבים, עם קצוות חדים עקומים צורה לא סדירה. הם יכולים להיות במגוון צבעים שונים. הקטגוריה השנייה הם סרטים (איור 2). הם מופיעים גם צורות לא סדירות, אך בהשוואת שברים, הם דקים וגמישים ובדרך כלל שקופים. הקטגוריה השלישית הם כדורי (איור 3), בדרך כלל שמקורן בתעשיית הפלסטיק. הם צורות חריגות, עגול, ובדרך כלל בגודל גדול יותר, כ -5 מ"מ קוטר. הם בדרך כלל שטוח בצד אחד יכולים להיות בצבעים שונים. הקטגוריה הרביעית הן גרגירים (איור 4). לשם השוואה עם כדורים, יש להם צורה עגולה קבועה ובדרך הכלל לגודל קטן יותר, סביב 1 מ"מ הקוטר. הם מופיעים בצבעים טבעיים(לבן, בז ', חום). הקטגוריה החמישית הן חוטים (איור 5). הם, לצד שבר, הסוג הנפוץ ביותר של חלקיקי חלקיקי פלסטיק. הם יכולים להיות קצרים או ארוכים, עם עובי וצבעים שונים. הקטגוריה האחרונה הם קצף (איור 6). הם לרוב מגיעים חלקיקים גדולים של קלקר. הם צורה רכה, לא סדיר מלבן לצהוב בצבע. התוצאה העיקרית של דגימת חלקיקים וניתוח מדגם היא מספר חלקיקי חלקיקי פלסטיק לדגימה. נתונים אלה יכולים להיות מנורמלים נוספים לקילומטר 2. הנוסחה המשמשת לנורמליזציה היא: חלקיקי חלקיקי פלסטיק ליחידת שטח מדגם / דגימה, איפה באזור הדגימה מחושב על ידי הכפלת מרחק דגימה על ידי הרוחב של פתיחת נטו מאנטה (לוחות 2, 3; איור 7). בנוסף, ניתן לנתח חלקיקים עם imתוכנת ניתוח גיל. התוצאות כוללות אורך מרבי ואזור של כל חלקיק (לוח 4). חלקיקי איור צג 8a לפני ניתוח תמונה והאיור 8b הוא אחרי ניתוח תמונה, שבה כל חלקיק נמדד וממוספרים. לבסוף, ניתוח כימי של המספר הכולל או הגבוה ביותר האפשרי של חלקיקים לדגימה מומלץ. באמצעות ספקטרוסקופיית פורה ספקטרום של החלקיק שנבחר נרכש, כפי שמוצג על איור 9. ספקטרום זה אז לעומת הספקטרום מספריית התוכנה (איור 10). התוצאה הסופית תוצג אם חלקיק נתון הוא פלסטיק או לא לציין את הסוג של פלסטיק מן המבנה הכימי. 1 שבר 2 סרטים 3 פלטות 4 גרגרים 5 חוטים 6 קֶצֶף הים טבלה 1: קטגוריות של חלקיקים חלקיקי הפלסטיק. איור 1: דוגמא של חלקיקים מתוך קטגוריה: שברים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 2: דוגמא של חלקיקים מתוך קטגוריה: סרטים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. /55161fig3.jpg "/> איור 3: דוגמה של חלקיקים מתוך הקטגוריה: פלטות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 4: דוגמא של חלקיקים מתוך קטגוריה: גרגרים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 5: דוגמה של חלקיקים מתוך הקטגוריה: חוטי זיכרונות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <p cילדה = "jove_content" FO: keep-together.within-page = "1"> איור 6: דוגמה של חלקיקים מתוך הקטגוריה: קצף. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. מרחק דגימה [ק"מ] 2 רוחב מנטה [ק"מ] 0.0006 באזור דגימה [ק"מ 2] .0012 טבלה 2: דוגמא של נתונים מסקרים, המשמשים לחישוב של חלקיקי חלקיקי פלסטיק לקילומטר 2. לא אין / ק"מ 2 שבר 301 250,833 סרטים 45 37500 כדורים 15 12500 גרגרים 8 6667 קצף 33 27500 חוטים 223 185,833 טבלה 3: דוגמה של תוצאות הסקר, שבו נתונים מסווגים 6 קבוצות נספרים מנורמל לקילומטר 2 (אין – מספר החלקיקים). איור 7: דוגמה של תוצאות נציג לאחר קטגוריזציה החזותי של pמאמרים (לא – מספר החלקיקים). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. אזור אינדקס פינה [ממ"ר] אורך מרבי [מ"מ] 1 8.010 5.506 2 10.517 5.628 3 12.185 5.429 4 3.367 3.367 5 2.475 2.155 6 1.809 2.943 7 6.604 5.238 8 5.779 4.037 9 4.472 3.791 10 16.907 5.355 11 7.246 3.733 12 7.867 4.622 13 6.411 5.056 14 3.281 3.070 15 12.937 5.554 16 6.709 3.716 לוח 4: דוגמה של תוצאות ניתוח התמונה איפה באזור [מ"מ 2] ו [מ"מ] האורך המרבי של כל חלקיק נמדדים. איור 8: דוגמא של תמונת רכש א) לפני ב) לאחר ניתוח תמונה של חלקיקים עם תוכנת ניתוח תמונה.ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55161/55161fig8large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 9: דוגמא ספקטרום נמדד על חלקיק שנבחר עם פסגות מסומנות אורכי הגל שלהם [-1 סנטימטר]. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. איור 10: דוגמה של השוואה של ספקטרה שנרכש החלקיקים שנבחרו ההתאמה הטובה ביותר מספריית ספקטרה ATR-FTIR. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של f זהigure.

Discussion

דגימת חלקיקים על פני הים על ידי נטו מאנטה היא שיטה בשימוש נרחבת עבור הדגימה של חלקיקים על פני הים, אך עד כה לא חלה כל מתודולוגיה אחידה. כמויות גדולות של מים ניתן לסנן דרך רשת מאנטה, ובכך את האפשרות של לכידת מספר רלוונטי של חלקיקי גבוה והתוצאות נתפסות כאמינה. השוואה של תוצאות בקרב מדגמים שונים מובטחת על ידי נורמליזציה. במקרה שלנו, הריכוזים היו קשורים לאזור שנדגמו על ידי הכפלת מרחק מכמורת ידי הרוחב האופקי של הפתח נטו. אפשרות נוספת היא להשתמש מד זרימה, קבוע בפתיחת נטו. שימוש מד זרימה אפשרי מאז נטו מאנטה עם הכנפיים לרוחב שלה הוא מאוד יציב על פני הים ולכן מקפץ על הגלים הוא מינימאלי. מד זרימה מתעד את נפח מים מסוננים ובכך מאפשר הנורמליזציה של תוצאות בכל נפח המים שנדגמו 16.

<p class="jove_content"> רשתות מאנטה השכיחות ביותר יש סביב 300 מיקרומטר רשת בגודל 3 – 4.5 מ 'ארוכים. ממדים אלה היו אופטימיזציה כדי למנוע סתימה של הרשת כדי לאפשר דגימת נפח מים גדולים ככל האפשר. Trawling מהירות מומלץ להיות בין 2 – 3 קשרים, אבל זה תלוי גובה הגל, מהירות הרוח והזרמים בים. זה מאוד חשוב כי נטו מאנטה מצוי בהשגחה כל הזמן במהלך הדגימה ואם זה מתחיל לדלג, מהירות trawling חייב להיות מופחת. השעה trawling מומלץ להיות כ -30 דקות, אך הדבר תלוי בריכוזים seston. זה יכול לקרות כי seston לפעמים סותם את נטו מאנטה. במקרה זה trawling צריך להיפסק מיד, אחרת חלקיקים חלקיקי הפלסטיק יכול להיאבד ברשת יכול להיפגע. נטו Manta הוא קבוע בדרך כלל מהצד של כלי השיט. זהו גם באפשרות המתאימה ביותר, בעוד נטו מאנטה הוא בוודאי מחוץ לאזור בעקבות. בסקרים מסוימים נטו מאנטה נקבע מן הירכתיים של כלי השיט17, 18, אבל במקרה זה אתה צריך להיות בטוח כי נטו הוא מחוץ לאזור בעקבות. המרחק, שעליו המכמורת מוגדרת לדגימה, צריך להיקבע בנפרד, שכן האזור של מערבולות שנגרם על ידי הכלי נע בין הגודל של כלי השיט מן המהירות של הסירה 19, 20.

הפרדת חלקיקי חלקיקי פלסטיק מן הדגימות פני הים היא לרוב נעשתה רק על ידי זיהוי חזותי 21. חלקיקים גדול מ -1 מ"מ ניתן לזהות בקלות על ידי בעין בלתי מזוינת, ואילו חלקיקים קטנים מ -1 מ"מ דורשים שימוש סטראו. כדי לצמצם את האפשרות של מבלבל החלקיקים הלא פלסטיק בכאלו מפלסטיק, באמצעות אור קיטוב על stereomicroscopes מומלץ. האפשרות של זיהוי שגוי של חלקיקי פלסטיק מקבלת גבוהה עם חלקיקים קטנים. כך חלקיקים> 0.5 מ"מ ניתן לזהות רק 21 חזותית, על ידי שימוש סטראו. עבור חלקיקים קטנים מ -0.5 מ"משיטה נוספת, מדויקת יותר נדרשת ספקטרוסקופיה ATR-FTIR מייקרו למשל 21.

במהלך תהליך היפרדות חלקיקים מדגימת האפשרות של זיהום המדגם עם החוטים המוטסים היא גבוהה מאוד. מסיבה זו, לשלוט צלחות פטרי נותרות פתוח על שולחן העבודה מומלץ בחום לזיהוי חלקיקים הנישאים באוויר מזהמים פוטנציאליים. כלומר, את איכות הנתונים מאוד תלוי: 1) את הדיוק של אדם עובד עם המדגם, 2) איכות והגדלה של סטראו, ו -3) את כמות החומר האורגני המדגם 16. לאחר זיהוי חזותי מומלץ מאוד לנתח את חלקיקי מיון עם אחת הטכניקות הזמינות עבור זיהוי כימי של החומר 8.

שיטות קיימות מספר זיהוי פולימר, בקרב שבו ספקטרוסקופיה FTIR ו ספקטרוסקופיית ראמאן הם הכי frequently בשימוש 22. ספקטרוסקופיה FTIR ראמאן טכניקות משלימות והדיוק שלהם דומה. בפרוטוקול שלנו, FTIR וספקטרוסקופיה FTIR מיקרו עם "ההחזרה הכולל נחלש" (ATR) מוצגים. הם פשוט לשימוש, והם מאפשרים תוצאות מהירות ומדויקות. פולימרי פלסטיק להחזיק ספקטרום אינפרא אדום מאוד ספציפי (IR) עם דפוסי להקה נפרדים, ובכך IR ספקטרוסקופיה טכניקה אופטימלית לזיהוי החלקיקים 21. האנרגיה של קרינת IR שמרגשת רטט מולקולרי ספציפי בעת אינטראקציה עם מדגם, המאפשר מדידת ספקטרום IR מאפיין 22. ספקטרוסקופיה FTIR יכול גם לספק מידע נוסף על חלקיקים, כגון עוצמת חמצון 23 ורמת השפלה 24. בעוד ATR-FTIR מתאים זיהוי כימי של חלקיקים גדולים יותר (> 0.5 מ"מ), ספקטרוסקופיה ATR-FTIR מיקרו יכולים לספק מידע על המבנה הכימי של החלקיקים & #60; 0.5 מ"מ, כפי שהוא משלב את הפונקציה של מיקרוסקופ ספקטרומטר אינפרא אדום.

לפני השימוש FTIR וספקטרוסקופיה FTIR מיקרו, חלקיקים חלקיקי הפלסטיק צריך להיות מיובש בעבר, מאז מים בחום סופג IR קרינה 22, ומטוהר, למקרה שהם מכוסים biofilms ו / או חסידי אורגניים ואי-אורגניים אחרים, אשר יכולים להשפיע על ספקטרום IR. הדרך לא פולשנית ביותר לטהר דגימות ידי ערבוב ושטיפה במים מתוקים 25. אם זה לא מספיק, אז השימוש של מי חמצן 30% מומלץ. כל שיטות אחרות יכולות להיות השפעות שליליות על חלקיקים חלקיקי הפלסטיק (ניקוי קולי למשל יכול להמשיך ולפצל חלקיקים, פתרונות חומצי או בסיסי חזק יכול לפגוע פולימרים פלסטיים כמה, וכו ') ולכן השימוש בהם אינו מומלץ. עוד מבטיח הוא השימוש של עיכול אנזימטי רציפים כצעד טיהור פלסטיק ידידותי. טיהור באמצעות אנזימים טכניים שונים (lipase למשל,mylase, proteinase, chitinase, cellulase, proteinase-K) יושם בהצלחה לצמצום מטריצה ביולוגית של פלנקטון ובכך הוכיח שהוא טכניקה יקרה כדי למזער חפצים מטריקס במהלך מדידות ספקטרוסקופיה FTIR 22.

הפרדת החלקיקים ידי זיהוי חזותי והזדהות כימית של חלקיקים שנבחרו הן שני תהליכי הזמן רבים מאוד. יש המון עבודה, זה חייב להיעשות על ידי אדם מדויק חולה שיש לו ניסיון עם stereomicroscopes, לא רק לזהות את חלקיקי הפלסטיק, אלא גם הכרת חומר ביולוגי. אפילו אדם מנוסה אינו יכול להפלות כל חלקיקי חלקיקי פלסטיק הפוטנציאל חד משמעי מרסיסים כיטין או diatom 22. לפיכך, שיעור השגיאה של מיון ויזואלי נע בין 20% 26 עד 70% 21 ומגביר עם הפחתת גודל חלקיקים.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

הפיתוח של פרוטוקול זה הוקם על ידי IPA האדריאטי מעבר לגבול שיתוף פעולה תוכנית 2007-2013, במסגרת הפרויקט DeFishGear (1 ° str / 00,010).

Materials

In this protocol no specific equipment or reagents were used.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Law, K. L., et al. Plastic accumulation in the North Atlantic subtropical gyre. Science. 329 (5996), 1185-1188 (2010).
  2. Thompson, R. C. Microplastics in the marine environment: Sources, consequences and solutions. Marine anthropogenic litter. , 185-200 (2015).
  3. Lusher, A. Microplastics in the marine environment: distribution, interactions and effects. Marine anthropogenic litter. , 245-307 (2015).
  4. 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).
  5. Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment. Marine pollution bulletin. 62 (8), 1596-1605 (2011).
  6. Browne, M. A. Sources and pathways of microplastics to habitats. Marine anthropogenic litter. , 229-244 (2015).
  7. . Marine litter: an analytical overview. UNEP’s REGIONAL SEAS PROGRAMME. , (2005).
  8. 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).
  9. Setälä, O., Fleming-Lehtinen, V., Lehtiniemi, M. Ingestion and transfer of microplastics in the planktonic food web. Environmental pollution. 185, 77-83 (2014).
  10. Farrell, P., Nelson, K. Trophic level transfer of microplastic: Mytilus edulis. (L.) to Carcinus maenas (L). Environmental Pollution. 177, 1-3 (2013).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Zarfl, C., et al. Microplastics in oceans. Marine Pollution Bulletin. 62, 1589-1591 (2011).
  15. Hanke, G., et al. . MSFD GES technical subgroup on marine litter. Guidance on monitoring of marine litter in European Seas. , (2013).
  16. Löder, M. G. J., Gerdts, G. Methodology used for the detection and indentification of microplastics – A critical appraisal. Marine anthropogenic litter. , 201-227 (2015).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Shu, J. -. J. Transient Marangoni waves due to impulsive motion of a submerged body. International Applied Mechanics. 40 (6), 709-714 (2004).
  20. Rabaud, M., Moisy, F. Ship wakes: Kelvin or Mach angle. Physical Review Letters. 110 (21), 214503 (2013).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Ioakeimidis, C., et al. The degradation potential of PET bottles in the marine environment: An ATR-FTIR based approach. Scientific reports. 6, 23501 (2016).
  24. 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).
  25. Eriksen, M., et al. Microplastic pollution in the surface waters of the Laurentian Great Lakes. Marine pollution bulletin. 77 (1-2), 177-182 (2013).

Tags

Microplastic SamplingSea SurfaceManta NetGPS CoordinatesBoat SpeedSieve300 MicrometerEthanolMicroplastic SeparationNatural LitterArtificial LitterVisual IdentificationTweezersDesiccatorWeighing

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Kovač Viršek, M., Palatinus, A., Koren, Š., Peterlin, M., Horvat, P., Kržan, A. Protocol for Microplastics Sampling on the Sea Surface and Sample Analysis. J. Vis. Exp. (118), e55161, doi:10.3791/55161 (2016).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image