استخراج المبيدات العضوية من البلاستيك الكريات والبلاستيك تحليل نوع
Summary
تعمل اللدائن الدقيقة كناقلات للملوثات العضوية السامة المحتملة مع تأثيرات لا يمكن التنبؤ بها. يصف هذا البروتوكول منهجية بديلة لتقييم مستويات المبيدات العضوية الكلورية العضوية كثف على الكريات البلاستيكية وتحديد الهيكل الكيميائي البوليمر. التركيز على استخراج السوائل المضغوط و الموهن الكلي انعكاس تحويل فورييه مطياف الأشعة تحت الحمراء.
Abstract
حبيبات الراتنج البلاستيكية، المصنفة كلدائن بلاستيكية (قطرها 5 مم)، هي حبيبات صغيرة يمكن إطلاقها عن غير قصد على البيئة أثناء التصنيع والنقل. وبسبب استمرارها البيئي، فإنها توزع على نطاق واسع في المحيطات وعلى الشواطئ في جميع أنحاء العالم. ويمكن أن تكون بمثابة ناقل للمركبات العضوية السامة المحتملة ( مثل مركبات ثنائي الفينيل المتعددة الكلور) تؤثر سلبا على الكائنات البحرية. وآثارها المحتملة على طول السلسلة الغذائية ليست مفهومة جيدا بعد. من أجل تقييم المخاطر المرتبطة بحدوث الكريات البلاستيكية في البيئة البحرية، من الضروري وضع منهجيات تسمح بتحديد سريع لمستويات الملوثات العضوية المرتبطة بها. يصف هذا البروتوكول الخطوات المختلفة المطلوبة لأخذ عينات من الكريات الراتنجية، وتحليل مبيدات الآفات الكلورية العضوية الممتصة (أوكبس) وتحديد نوع البلاستيك. التركيز علىواستخراج أوكبس من الكريات البلاستيكية عن طريق مستخرج السوائل المضغوط (ب) وعلى التحليل الكيميائي البوليمر تطبيق التحليل الطيفي فورييه-إنفرارد (فت-إر). وتركز المنهجية المتقدمة على 11 من مركبات أوكب والمركبات ذات الصلة، بما في ذلك ثنائي كلوريد الفينيل ثنائي الفينيل (دت) واثنين من الأيضات الرئيسية والليندين واثنين من ايزومرات الإنتاج، فضلا عن إيزومرات نشطة بيولوجيا من الإندوسلفان التقني. هذا البروتوكول يشكل بديلا بسيط وسريع للمنهجية القائمة لتقييم تركيز الملوثات العضوية كثف على قطع من البلاستيك.
Introduction
يرتفع الإنتاج العالمي من اللدائن بشكل مستمر منذ عام 1950 ليصل إلى 311 مليون طن في عام 2014 مع استخدام حوالي 40٪ في التعبئة والتغليف 1 . وفي موازاة ذلك، تتراكم كميات متزايدة من هذه المواد في البيئة، مما قد يشكل تهديدا خطيرا للنظم الإيكولوجية 2 . وعلى الرغم من الإبلاغ عنها بالفعل في السبعينيات، فإن حدوث الحطام البلاستيكي في البيئة البحرية لم يحظ إلا بقدر أكبر من الاهتمام في العقد الماضي. خاصة اللدائن البلاستيكية، شظايا البلاستيك التي يبلغ قطرها ≤ 5 ملم، هي الآن معترف بها باعتبارها واحدة من القضايا الرئيسية نوعية المياه البحرية 3 .
حبيبات الراتنج البلاستيكية هي حبيبات صغيرة عموما في شكل اسطوانة أو قرص وقطرها بضعة ملم (على سبيل المثال، 2 إلى 5 ملم) 4 ، 5 . وهي تقع في فئة اللدائن الدقيقة. هذه حبيبات البلاستيك هيالمواد الخام الصناعية التي يتم تصنيعها من المنتجات البلاستيكية النهائية من خلال إعادة ذوبان وقولبة في درجة حرارة عالية 6 . ويمكن إطلاقها عن غير قصد في البيئة أثناء التصنيع والنقل. على سبيل المثال، يمكن إدخالها مباشرة إلى المحيط من خلال الانسكابات العرضية أثناء الشحن 4 ، 7 ، 8 . ويمكن نقلها من الأرض إلى المحيطات عن طريق الجريان السطحي، والجداول والأنهار. بسبب استمرارها البيئي، يتم توزيع الكريات البلاستيكية على نطاق واسع في المحيطات وجدت على الشواطئ في جميع أنحاء العالم 4 . ويمكن أن تؤثر سلبا على الكائنات البحرية، ويمكن أن تدخل السلسلة الغذائية، حيث تكون آثارها غير متوقعة 6 ، 7 . وعلاوة على ذلك، كشفت العديد من الدراسات وجود الملوثات البيئية كثف على الكريات البلاستيكية التي تم جمعها في كواستال، التي تعمل كموجة من هذه المواد الكيميائية السامة المحتملة 4 ، 9 ، 10 . في الواقع، هناك أدلة مختبرية تشير إلى أن هذه المواد الكيميائية يمكن أن تتراكم أحيائيا في أنسجة الكائنات الحية بعد إطلاقها من شظايا بلاستيكية مبتللة 11 ، 12 .
من أجل تقييم أفضل للأخطار المرتبطة بحدوث حبيبات بلاستيكية في البيئة البحرية، من الضروري وضع منهجيات يمكن أن تحدد الملوثات العضوية السائلة. وتتمثل إحدى الخطوات الهامة في استخراج المواد الكيميائية من المصفوفات البلاستيكية التي يمكن أن تقدم خصائص كيميائية فيزيائية غير متجانسة تبعا لنوع البوليمر ومرحلة التدهور والمعالجات المسبقة. معظم التحقيقات التي ذكرت في الأدب استخدام تقنيات التهدئة أو سوكسليت 4 ،5 ، 6 ، 9 ، 13 ، 14 ، 15 ، 16 ، 17 ، 18 ، والتي هي المذيبات و / أو تستغرق وقتا طويلا. وفيما يتعلق بالاهتمام المتزايد بهذه المسألة، ينبغي وضع بدائل من أجل إجراء تقييم أسرع للملوثات العضوية الممتزة على القطع البلاستيكية. وبالإضافة إلى ذلك، يوفر التحليل الكيميائي البلاستيك معلومات عن التركيب الكيميائي للاللدائن الدقيقة. ونتيجة لذلك، يمكن تقييم الأنواع السائدة من البوليمرات والبوليمرات المشتركة الموجودة في البيئة. على الرغم من أن شظايا البلاستيك عادة ما تكون مصنوعة من البولي إيثيلين والبولي بروبلين (ب) 5 ، يمكن لبعض مواقع أخذ العينات تقديم ملف تعريف معين حيث يتم تمثيل فئات أخرى بشكل كبير (على سبيل المثال، البوليمرات أسيتات الإيثيلين / فينيل أسيتاتوالبوليستيرين (بس)). فت-إر الطيفي هو تقنية موثوقة وسهلة الاستعمال لتحديد البوليمر تستخدم عادة لتحديد البلاستيك الدقيقة 19 ، 20 .
الهدف الرئيسي من هذا العمل هو تقديم خيار سريع وبسيط لاستخراج أوكبس والمركبات ذات الصلة من الكريات البلاستيكية عن طريق ب. ومع ذلك، فإن تصميم البروتوكول يتضمن جميع الخطوات التي تؤدي إلى تحديد أوكبس سوربيد، من أخذ العينات من الكريات الراتنج لتحليل المركبات. كما يتم وصف طريقة تحديد نوع من البلاستيك. وتركز المنهجية المتقدمة على 11 من مركبات أوكب والمركبات ذات الصلة: 1) دت (2،4'- و 4،4'-ثنائي كلورو ثنائي الفينيل ثلاثي كلور الإيثان) واثنين من الأيض الرئيسي ددي (2،4'- و 4،4'-ثنائي كلورودي فينيلديكلور إيثيلين) و دد (2،4'- و 4،4'-ثنائي كلورودي فينيلديكلور إيثان)؛ 2) سداسي كلورو حلقي الهكسان (أيسومر غاما – سداسي كلور حلقي الهكسان) باعتباره العنصر الرئيسي o(و) لدينان مبيدات الآفات والايزومرات α – هش وسداسي كلورو حلقي الهكسان – هش أثناء إنتاجه 15 ؛ 3) والايزومرات النشطة بيولوجيا إندوسلفان الأول (إندو الأول) والثاني (إندو إي) الموجودة في إندوسلفان التقنية. والمبيدات المدروسة هي مبيدات حشرية واسعة الطيف، مستقرة كيميائيا، مسعور، وتصنف على أنها ملوثات عضوية ثابتة (بوبس) بموجب اتفاقية استكهولم 21 .
Protocol
Representative Results
Discussion
وقد اعتمدت معظم الدراسات التي تركز على الملوثات العضوية المرتبطة الكريات البلاستيكية على أساليب استخراج الكلاسيكية من المواد الكيميائية كثف. جهاز سوكسليت هو أكثر التقنيات استخداما على نطاق واسع مع فترات استخلاص نموذجية تتراوح من 12 إلى 24 ساعة ومع استهلاك عالي من…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا العمل من قبل برنامج التعاون الأدرياتيكي عبر الحدود 2007-2013، ضمن مشروع ديفيشجير (1 ° ستر / 00010).
Materials
| Alpha–HCH | Dr. Ehrenstorfer, Augsburg, Germany | DRE-C14071000 | H301, H351, H400, H410, H312 |
| Beta–HCH | Fluka, Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 33376-100MG | H301, H312, H351, H410 |
| Lindane | Fluka, Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 45548-250MG | H301, H312, H332, H362, H410 |
| Endosufan I | Supleco, Sigma-Aldrich Bellefonte, PA, USA | 48576-25MG | H301, H410 |
| Endosulfan II | Supleco, Sigma-Aldrich, Bellefonte, PA, USA | 48578-25MG | H301, H410 |
| 2,4'–DDD | Fluka, Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 35485-250MG | H351 |
| 4,4’–DDD | Dr. Ehrenstorfer, Augsburg, Germany | DRE-C12031000 | H301, H351, H400, H410, H312 |
| 2,4’–DDE | Dr. Ehrenstorfer, Augsburg, Germany | DRE-C12040000 | H351, H400, H410, H302 |
| 4,4’-DDE | Fluka , Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 35487-250MG | H302, H351, H410 |
| 2,4’–DDT | Dr. Ehrenstorfer, Augsburg, Germany | DRE-C12081000 | H301, H311, H330, H351, H400, H410 |
| 4,4’–DDT | National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, USA | RM8469-4,4'-DDT | H301, H311, H351, H372, H410 |
| n-Hexane | VWR International GmbH, Graumanngasse, Viena, Austria | 83992.320 | H225, H315, H336, H373, H304, H411 |
| Acetone for HPLC | J.T.Baker, Avantor performance Materials B.V., Teugseweg, Netherlands | 8142 | H225, H319, H 336 |
| FL-PR Florisil 1000mg/6mL | Phenomenex, Torrance, CA, USA | 8B-S013-JCH | |
| Fat free quartz sand 0.3-0.9 mm | Buchi, Flawil, Switzerland | 37689 | |
| Gas chromatograph Hawlett Packard HP 6890 Series gas chromatograph with GERSTEL MultiPurpose Sampler MPS 2XL with ECD and FID detector | Agilent technologies, Santa Clara USA | ||
| Presure fluid extractor, Speed Extractor E-916 | Buchi, Flawil, Switzerland | ||
| Solid phase extractor | Supleco, Sigma-Aldrich Bellefonte, PA, USA | ||
| Concentrator miVac DUO | Genevac SP Scientific, Suffolk UK | ||
| GC capillary column Zebron ZB-XLB (30 x 0.25 x 0.25) | Phenomenex, Torrance, CA, USA | 122-1232 | |
| ATR FT-IR Spectrometer, Spectrum-Two | Perkin Elmer |
References
- Plastic Europe. . Plastics – the Facts 2015. An analysis of European plastics production, demand and waste data. , (2017).
- Wang, J., Tan, Z., Peng, J., Qiu, Q., Li, M. The behaviors of microplastics in the marine environment. Mar Environ Res. 113, 7-17 (2016).
- UNEP. . Marine plastic debris and microplastics – Global lessons and research to inspire action and guide policy change. , (2016).
- Ogata, Y., et al. International Pellet Watch: Global monitoring of persistent organic pollutants (POPs) in coastal waters. 1. Initial phase data on PCBs, DDTs, and HCHs. Mar Pollut Bull. 58 (10), 1437-1446 (2009).
- Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment. Mar Pollut Bull. 62 (8), 1596-1605 (2011).
- Antunes, J. C., Frias, J. G. L., Micaelo, A. C., Sobral, P. Resin pellets from beaches of the Portuguese coast and adsorbed persistent organic pollutants. Estuarine Coastal Shelf Sci. 130, 62-69 (2013).
- Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C., Galloway, T. S. Microplastics as contaminants in the marine environment: A review. Mar Pollut Bull. 62 (12), 2588-2597 (2011).
- Takada, H. Call for pellets! International Pellet Watch Global Monitoring of POPs using beached plastic resin pellets. Mar Pollut Bull. 52 (12), 1547-1548 (2006).
- Teuten, E. L. Transport and release of chemicals from plastics to the environment and to wildlife. Phil Trans R Soc B. 364, 2027-2045 (2009).
- Heskett, M., et al. Measurement of persistent organic pollutants (POPs) in plastic resin pellets from remote islands: Toward establishment of background concentrations for International Pellet Watch. Mar Pollut Bull. 64 (2), 445-448 (2012).
- Besseling, E., Wegner, A., Foekema, E., Van Den Heuvel-Greve, M., Koelmans, A. A. Effects of microplastic on fitness and PCB bioaccumulation by the lugworm Arenicola marina (L.). Environ Sci Technol. 47 (1), 593-600 (2013).
- Rochman, C. M., Hoh, E., Kurobe, T. The SJ Ingested plastic transfers hazardous chemicals to fish and induces hepatic stress. Sci Rep. 3, 3263 (2013).
- Endo, S., et al. Concentration of polychlorinated biphenyls (PCBs) in beached resin pellets: Variability among individual particles and regional differences. Mar Pollut Bull. 50 (10), 1103-1114 (2005).
- Frias, J. P. G. L., Sobral, P., Ferreira, A. M. Organic pollutants in microplastics from two beaches of the Portuguese coast. Mar Pollut Bull. 60 (11), 1988-1992 (2010).
- Karapanagioti, H. K., Endo, S., Ogata, Y., Takada, H. Diffuse pollution by persistent organic pollutants as measured in plastic pellets sampled from various beaches in Greece. Mar Pollut Bull. 62 (2), 312-317 (2011).
- Mizukawa, K., et al. Monitoring of a wide range of organic micropollutants on the Portuguese coast using plastic resin pellets. Mar Pollut Bull. 70 (1-2), 296-302 (2013).
- Gauquie, J., Devriese, L., Robbens, J., De Witte, B. A qualitative screening and quantitative measurement of organic contaminants on different types of marine plastic debris. Chemosphere. 138, 348-356 (2015).
- Yeo, B. G., et al. POPs monitoring in Australia and New-Zealand using plastic resin pellets, and International Pellet Watch as a tool for education and raising public awareness on plastic debris and POPs. Mar Pollut Bull. 101 (1), 137-145 (2015).
- Kovač Viršek, M., Palatinus, A., Koren, &. #. 3. 5. 2. ;., Peterlin, M., Horvat, P., Kržan, A. Protocol for microplastics sampling on the sea surface and sample analysis. J Vis Exp. (118), e55161 (2016).
- 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. Environ Chem. 12 (5), 563-581 (2015).
- . . Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants (POPs) as amended in 2009 . , (2017).
- EPA – Environmental protection Agency. . Method 3620C: Florisil Cleanup, part of Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/Chemical Methods (2014). , (2017).
- Hirai, H., et al. Organic micropollutants in marine plastics debris from the open ocean and remote and urban beaches. Mar Pollut Bull. 62 (8), 1683-1692 (2011).
