플라스틱 펠렛 및 플라스틱 유형 분석에서 유기 염소 농약의 추출
Summary
마이크로 플라스틱은 잠재적으로 유독 한 유기 오염 물질의 벡터로 작용하여 예기치 않은 영향을 미칩니다. 이 프로토콜은 플라스틱 펠렛에 흡착 된 유기 염소 농약의 수준을 평가하고 중합체 화학 구조를 확인하는 대체 방법을 설명합니다. 초점은 가압 유체 추출 및 감쇠 된 총 반사율 푸리에 변환 적외선 분광법에 있습니다.
Abstract
마이크로 플라스틱 (≤5 mm 직경)으로 분류되는 플라스틱 수지 펠렛은 제조 및 운송 중에 우연히 환경으로 방출 될 수있는 작은 입자입니다. 그들의 환경 끈기 때문에, 그들은 전 세계의 바다와 해변에 널리 분포되어 있습니다. 이들은 잠재적으로 유독 한 유기 화합물 ( 예 : 폴리 염화 비 페닐)의 벡터로 작용할 수 있으며 결과적으로 해양 생물에 부정적인 영향을 미친다. 먹이 사슬에 미칠 수있는 영향은 아직 잘 이해되지 않았습니다. 해양 환경에서 플라스틱 펠릿의 발생과 관련된 위험성을 평가하기 위해서는 관련 유기 오염 물질 수준을 신속히 결정할 수있는 방법론을 개발할 필요가있다. 현재 프로토콜은 수지 펠렛 샘플링, 흡착 된 유기 염소 농약 분석 (OCP) 및 플라스틱 유형 식별에 필요한 여러 단계를 설명합니다. 초점은가압 유체 추출기 (PFE)에 의한 플라스틱 펠릿으로부터의 OCP의 추출 및 푸리에 변환 – 적외선 (FT-IR) 분광학을 사용하는 중합체 화학 분석에 관한 것이다. 개발 된 방법론은 dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT)와 그 두 가지 주 대사 산물, 린드 인 및 2 개의 생산 이성질체, 기술적 인 endosulfan의 2 가지 생물학적 활성 이성질체를 포함한 11 개의 OCP 및 관련 화합물에 초점을 맞 춥니 다. 이 프로토콜은 플라스틱 조각에 흡착 된 유기 오염물의 농도를 평가하기위한 기존의 방법론에 대한 간단하고 신속한 대안을 구성합니다.
Introduction
플라스틱의 세계적인 생산은 1950 년대 이래 꾸준히 증가하여 포장재 1 에 약 40 %가 사용되어 2014 년에는 3 억 1,100 만 톤에 이릅니다. 동시에 이러한 물질의 증가하는 양이 환경에 축적되어 생태계에 심각한 위협이 될 수 있습니다 2 . 1970 년대에 이미보고되었지만, 해양 환경에서 플라스틱 파편의 발생은 지난 10 년 동안 더 큰 주목을 받았다. 특히 직경 5 mm 이하의 플라스틱 조각 인 마이크로 플라스틱은 현재 주요 수질 문제 3 중 하나로 인정 받고 있습니다.
플라스틱 수지 펠릿은 일반적으로 실린더 또는 디스크 형태이고 직경이 수 mm ( 예 : 2 내지 5 mm) 인 작은 과립이다. 그들은 마이크로 플라스틱 범주에 속합니다. 이 플라스틱 과립은고온에서의 재 용융 및 성형을 통해 최종 플라스틱 제품을 제조하는 산업 원료 6 . 그들은 의도하지 않게 제조 및 운송 중에 환경으로 방출 될 수 있습니다. 예를 들어, 선적 4 , 7 , 8 중에 우발적 인 유출을 통해 바다에 직접 유입 될 수 있습니다. 그것들은 지표 유출수, 하천 및 하천에 의해 육지에서 대양으로 운송 될 수 있습니다. 환경 적 지속성 때문에 플라스틱 펠렛은 해양에 널리 분포되어 있으며 전 세계의 해변에서 발견됩니다. 그들은 해양 생물에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 그 효과가 예측할 수없는 먹이 사슬에 들어갈 수 있습니다 6 , 7 . 또한, 여러 연구에 의하면 해안에 모아진 플라스틱 알약에 흡착 된 환경 오염 물질의 존재가 밝혀졌습니다l의 환경에 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 잠재적으로 유독 한 화학 물질 4 , 9 , 10의 벡터 역할을합니다. 사실, 이러한 화학 물질은 섭취 된 플라스틱 조각으로부터 방출 된 후 유기체 조직에 생체 축적 될 수 있다는 실험실 증거가 있습니다 11,12 .
해양 환경에서 플라스틱 펠릿의 발생과 관련된 위험을 더 잘 평가하기 위해서는 흡수 된 유기 오염 물질을 결정할 수있는 방법을 개발할 필요가 있습니다. 중요한 단계는 중합체 유형, 분해 단계 및 전처리에 따라 이질적인 물리 화학적 특성을 나타낼 수있는 플라스틱 매트릭스에서 화학 물질을 추출하는 것입니다. 문헌에서보고 된 대부분의 연구는 연화 또는 속 슬레 (Soxhlet) 기법 4 )4 , 5 , 6 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 이다. 이 문제에 대한 관심 증가와 관련하여 플라스틱 조각에 흡착 된 유기 오염 물질을 더 빨리 평가할 수있는 대안을 개발해야합니다. 또한 플라스틱 화학 분석은 마이크로 플라스틱의 화학 구조에 대한 정보를 제공합니다. 결과적으로, 환경에 존재하는 중합체 및 공중 합체의 주된 유형을 평가할 수 있습니다. 플라스틱 조각은 일반적으로 폴리에틸렌 (PE)과 폴리 프로필렌 (PP)으로 만들어 지지만, 일부 샘플링 위치는 다른 카테고리가 크게 표시되는 특정 프로파일을 나타낼 수 있습니다 ( 예 : 에틸렌 / 비닐 아세테이트 공중 합체및 폴리스티렌 (PS))을 포함한다. FT-IR 분광법은 마이크로 플라스틱 19 , 20 을 식별하는 데 일반적으로 사용되는 폴리머 식별을위한 신뢰할 수 있고 사용자 친화적 인 기술입니다.
본 연구의 주요 목표는 PFE를 사용하여 플라스틱 펠렛으로부터 OCP 및 관련 화합물을 추출하는 빠르고 간단한 옵션을 제공하는 것이다. 그러나 프로토콜 설계에는 수지 펠릿 샘플링에서 화합물 분석까지 수착 된 OCP를 결정하는 모든 단계가 포함됩니다. 플라스틱 유형을 식별하는 방법에 대해서도 설명합니다. i) DDT (2,4'- 및 4,4'- 디클로로 디 페닐 디클로로 에탄)와 그 주요 대사 물인 DDE (2,4'- 및 4,4'- 디클로로 디 페닐 디클로로 에틸렌) 및 DDD (2,4'- 및 4,4'- 디클로로 디 페닐 디클로로 에탄); ii) 이성체 γ- 헥사 클로로 시클로 헥산 (γ-HCH)을 주성분으로한다.f 살충제 lindane과 두 가지 이성질체 인 α-HCH와 β-HCH가 생산 중에 배출된다. iii) 및 기술적 인 endosulfan에 존재하는 두 가지 생물학적 활성 이성질체 인 endosulfan I (Endo I) 및 II (Endo II). 연구 된 살충제는 광범위한 스펙트럼의 살충제로 화학적으로 안정하고 소수성이며 스톡홀름 협약 21에 의해 잔류성 유기 오염 물질 (POPs)로 분류됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
플라스틱 펠릿과 관련된 유기 오염 물질에 초점을 맞춘 대부분의 연구는 흡착 된 화학 물질의 고전적인 추출 방법에 의존해 왔습니다. Soxhlet 장치는 12-24 시간 범위의 일반적인 추출 시간과 유기 용매 ( 즉, 추출 당 100-250 mL)의 높은 소비로 가장 널리 사용되는 기술입니다 23 . Maceration 추출은 시료와 유기 용제 ( 예 : 6 일) 간의 긴 접촉 시간을 필요로하며, 초음파 …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작업은 DeFishGear 프로젝트 (1 ° str / 00010)에서 IPA Adriatic Cross-border Cooperation Program 2007-2013에 의해 지원되었습니다.
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 |
Riferimenti
- 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).
