Отбор проб, сортировка и характеризующие частицы в водной среде с высоким взвешенных наносов и большой плавучий мусор
Summary
Большинство исследований микропластика до настоящего времени произошла в морских системах, где взвешенных твердых уровни являются относительно низкими. Теперь акцент переносится на пресноводных систем, которые может особенность высокий наносов и плавающего мусора. Этот протокол касается сбора и анализа микропластика образцы из водных сред, которые содержат высокие нагрузки взвешенных твердых.
Abstract
Повсеместное наличие пластмассового мусора в океан широко признан общественности, научных сообществ и государственных учреждений. Однако только недавно частицы в пресноводных системах, таких как реки и озера, был количественно определен. Микропластика выборки на поверхности обычно состоит из развертывания дрифтерные сети позади либо стационарных или подвижных лодку, которая ограничивает выборки в средах с низким уровнем взвешенных отложений и плавающей или погруженной мусора. Предыдущие исследования, которые применяют дрифтерные сети для сбора мусора микропластика обычно используются сетки с ≥300 мкм размер ячеи, позволяя пластмассового мусора (частиц и волокон) ниже этот размер, чтобы пройти через сеть и скрыться от количественной оценки. Протокол подробно здесь включает: 1) проб в средах с высокой приостановлено нагрузок и плавающей или погруженной мусора и 2 захвата и количественной оценки микропластика частиц и волокон < пробы воды 300 µm. были собраны с помощью Перистальтический насос в полиэтилен (PE) контейнеры должны храниться до фильтрации и анализа в лаборатории. Фильтрации было сделано с заказной микропластика фильтрации устройства, содержащего съемный союза суставов, которые размещены нейлона сетку сита и смешанные целлюлозы Эстер мембранные фильтры. Сетку сита и мембранные фильтры были рассмотрены с стереомикроскопом для количественного определения и разделения микропластика частиц и волокон. Эти материалы затем были изучены с помощью микро ослабленный полного отражения инфракрасного спектрометра Фурье преобразование (микро ATR-FTIR) для определения типа микропластика полимера. Восстановление измерялась пики образцов, используя синий PE частиц и Зеленый Нейлон волокон; процент возмещения преисполнена решимости быть 100% для частиц и 92% для волокон. Этот протокол будет руководить аналогичные исследования на частицы в реках высокой скорости с высокой концентрацией отложений. С простых изменений Перистальтический насос и фильтрации устройства пользователи могут собирать и анализировать различные объемы выборки и размеров частиц.
Introduction
Пластик впервые было отмечено в океане еще в 1930-х1. Последние оценки диапазона морской пластмассового мусора более чем 243 000 метрических тонн (МТ) из пластика на поверхности океана до 4,8-12,7 млн тонн пластика, ввод в океан от наземных источников ежегодно2,3. Ранние исследования на пластиковые замусоривание сосредоточены на macroplastics (> 5 мм диаметр) как они легко видимыми и поддающихся количественной оценке. Однако, недавно было обнаружено, что macroplastics представляют < 10% пластиковых мусора, по подсчетам, в океане, о том, что подавляющее большинство пластиковых мусора микропластика (< диаметром 5 мм)2.
Частицы делятся на две группы: первичный и вторичный частицы. Первичной частицы состоят из пластмасс, которые производятся на диаметр < 5 мм и nurdles, сырые окатыши, используется для потребительских товаров, микрошарики, используется в качестве отшелушиватели в продуктах личной внимательности (например, пенка для умывания, скраб для тела, Зубная паста) и абразивными или смазочных материалов в промышленности. Вторичные частицы, создаются в среде как больших пластиковых мусора фрагментирована, фотолиз, истиранию и микробного разложения4,5. Синтетические волокна также являются вторичные частицы и растущую озабоченность. Можно освободить один одежды > 1900 волокон в мыть в семье Стиральная машина6. Эти микроволокна, а также микрошарики от продуктов личной гигиены, промывают вниз стоков и в системе канализации перед входом сточных вод лечения растений. Мерфи (2016) установлено, что сточных, обслуживающих население составляет 650000 сократить концентрацию микропластика 98,4% от приточно для сточных вод, еще 65 миллионов частицы остаются в сточных вод и шлама каждый день7. Даже с высоким процентом частицы удаляются во время процессов обработки, миллионы, возможно, миллиарды частицы проходят через очистные ежедневно и ввести поверхностных стоков6,8 ,9,10,11.
Из-за их выбросов в окружающую среду частицы были найдены в тканях пищеварительной и дыхательной морских организмов во всех трофических уровнях12,13,14,15. Их влияние после поглощения является переменной величиной, с некоторыми исследования не наблюдения вреда, в то время как другие демонстрируют многочисленные эффекты, такие как физические и химические ткани ущерб4,6,14,15. Вследствие этих открытий возрос интерес к этой области за последние пять десятилетий. Однако только недавно исследования начали количественно пластмассового мусора, особенно частицы, в пресноводных системах, таких как реки и озера, или оценить воздействие на организмы, обитающие в этих местообитаний12,16, 17,18. Реки являются основным источником пластмассового мусора, нашли в океане, как они получают сточных вод и стока поверхностных вод, который содержат частицы и macroplastics.
Протокол, подробно здесь может использоваться для сбора образцов микропластика где дрифтерных сетей не осуществимы; конкретно в водной среде с высокой концентрацией взвешенных отложений и большой плавучий мусор как реки Миссисипи. Водораздел реки Миссисипи является одним из крупнейших в мире и имеет население > 90 миллионов человек, скорее всего делает его одним из крупнейших источников пластмассового мусора в океан19,20. Каждый год, реки Миссисипи сбросам в среднем3 735 км пресной воды в Мексиканском заливе, наряду с высокой концентрации взвешенных отложений (~ 60 до > 800 мг/Л) и большие мусора13,21. В различных местах вдоль реки Миссисипи и ее притоков в полупрозрачные 1 Л полиэтилен (PE) контейнеры с использованием перистальтического насоса на два глубинах (т.е., поверхность и 0,6 глубина) были собраны пробы воды. В лаборатории образцы были отфильтрованы, используя нейлона сетку сита и смешанные целлюлозы Эстер мембранных фильтров одновременно с цилиндром на заказ 63,5 мм (2,5) поливинилхлорид (ПВХ) с союза суставов для вставки сита и фильтры22. Включение ПВХ союзов в устройства фильтрации позволяет для фильтрации классами как много или как мало частиц размер по желанию. Кроме того она может использоваться для захвата микропластика мусора до субмикронных размеров с помощью мембранных фильтров при изучении синтетических волокон. После фильтрации, образцы были сушеные и подозреваемых пластмассы были выявлены и Сортировка от сетки сита и мембранные фильтры под стереомикроскопом. Подозреваемых пластмасс затем были изучены с помощью микро ослабленный полного отражения преобразование Фурье ИК-спектроскопии (микро ATR-FTIR) для устранения не синтетические материалы или определить тип полимера. Учитывая размер микропластика частиц и волокон загрязнение является обычным явлением. Источники загрязнения включают атмосферного осаждения, одежда, поле и лабораторного оборудования, а также дейонизированной (DI) водных источников. Множественные шаги включены во всем протокол для сокращения загрязнения из различных источников, во время проведения всех этапов исследования.
Protocol
Representative Results
Discussion
Микропластика коллекции с помощью дрифтерных сетей является традиционным методом в средах, как океан, где осадков и пластиковые концентрации являются низкая, поэтому требует большой образец томов. Однако дрифтерных сетей не всегда практических или безопасной в реках с высоким наносо?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Проект, для которого был создан этот протокол финансировался национального управления океанических и атмосферных исследований (НОАА), морской мусор программа (# NA16NO29990029). Мы благодарим Коркоран миль на Национальный великой реки исследований и образования центр (NGRREC) в Alton, Иллинойс, за помощь с отбора и лодка работы сайта. Полевой и лабораторной работы был завершен с помощью Camille Бакли, Майкл Abegg, Джозия Рей и Ребекка 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. |
References
- Fowler, C. W. Marine debris and northern fur seals: A case study. Marine Pollution Bulletin. 18, 326-335 (2015).
- Eriksen, M., et al. Plastic pollution in the world’s oceans: More than 5 trillion plastic pieces weighing over 250,000 tons afloat at sea. PLoS One. 9 (12), e111913 (2014).
- Jambeck, J. R., et al. Marine pollution. Plastic waste inputs from land into the ocean. Science. 347 (6223), 768-771 (2015).
- Andrady, A. L. Microplastics in the marine environment. Marine Pollution Bulletin. 62 (8), 1596-1605 (2011).
- 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).
- Browne, M. A., et al. Accumulation of microplastic on shorelines worldwide: Sources and sinks. Environmental Science & Technology. 45 (21), 9175-9179 (2011).
- Murphy, F., Ewins, C., Carbonnier, F., Quinn, B. Wastewater treatment works (WwTW) as a source of microplastics in the aquatic environment. Environmental Science & Technology. 50 (11), 5800-5808 (2016).
- Zubris, K. A., Richards, B. K. Synthetic fibers as an indicator of land application of sludge. Environmental Pollution. 138 (2), 201-211 (2005).
- Fendall, L. S., Sewell, M. A. Contributing to marine pollution by washing your face: Microplastics in facial cleansers. Marine Pollution Bulletin. 58 (8), 1225-1228 (2009).
- Gregory, M. R. Plastic ‘scrubbers’ in hand cleansers: A further (and minor) source for marine pollution identified. Marine Pollution Bulletin. 32 (12), 867-871 (1996).
- Bayo, J., Olmos, S., López-Castellanos, J., Alcolea, A. Microplastics and microfibers in the sludge of a municipal wastewater treatment plant. International Journal of Sustainable Development and Planning. 11, 812-821 (2016).
- McCormick, A., Hoellein, T. J., Mason, S. A., Schluep, J., Kelly, J. J. Microplastic is an abundant and distinct microbial habitat in an urban river. Environmental Science & Technology. 48 (20), 11863-11871 (2014).
- Farrell, P., Nelson, K. Trophic level transfer of microplastic: Mytilus edulis (L.) to Carcinus maenas (L.). Environmental Pollution. 177, 1-3 (2013).
- Rochman, C. M., et al. Scientific evidence supports a ban on microbeads. Environmental Science & Technology. 49 (18), 10759-10761 (2015).
- Taylor, M. L., Gwinnett, C., Robinson, L. F., Woodall, L. C. Plastic microfibre ingestion by deep-sea organisms. Scientific Reports. 6, 33997 (2016).
- Mani, T., Hauk, A., Walter, U., Burkhardt-Holm, P. Microplastics profile along the Rhine River. Scientific Reports. 5, 17988 (2015).
- Morritt, D., Stefanoudis, P. V., Pearce, D., Crimmen, O. A., Clark, P. F. Plastic in the Thames: a river runs through it. Marine Pollution Bulletin. 78 (1-2), 196-200 (2014).
- . National Park Servies Available from: https://www.nps.gov/miss/riverfacts.htm (2017)
- . United States Census Bureau Available from: https://www.census.gov/geo/maps-data/data/tiger-data.html (2010)
- . United States Geological Survey (USGS) Available from: https://waterdata.usgs.gov/nwis/rt (2016)
- Grimes, C. B. Fishery Production and the Mississippi River. Fisheries. 28 (8), 17-26 (2001).
- Talvitie, J., et al. Do wastewater treatment plants act as a potential point source of microplastics? Preliminary study in the coastal Gulf of Finland, Baltic Sea. Water Science and Technology. 72 (9), 1495-1504 (2015).
- . . United States Environmental Protection Agency (USEPA) Method 160.2: Residue, Non-filtereable (Gravimetric, Dried at 103-105C). , (1971).
- Nor, N. H., Obbard, J. P. Microplastics in Singapore’s coastal mangrove ecosystems. Marine Pollution Bulletin. 79 (1-2), 278-283 (2014).
- Woodall, L. C., Gwinnett, C., Packer, M., Thompson, R. C., Robinson, L. F., Paterson, G. L. Using a forensic science approach to minimize environmental contamination and to identify microfibres in marine sediments. Marine Pollution Bulletin. 95 (1), 40-46 (2015).
- . . S. 1424 – 114th Congress: Microbead-Free Waters Act of 2015. , (2015).
