Ekstraksjon av organisk klorpesticider fra plastpellets og plasttypeanalyse
Summary
Mikroplastikk fungerer som vektor av potensielt giftige organiske forurensninger med uforutsigbare effekter. Denne protokollen beskriver en alternativ metodikk for å vurdere nivåene av organisk klorpesticider adsorbert på plastpellets og identifisere polymerkemisk struktur. Fokus er på trykkluftutvinning og svekket totalrefleksjon Fourier transformer infrarødspektroskopi.
Abstract
Plastharpikspellets, kategorisert som mikroplastikk (≤5 mm i diameter), er små granulater som kan utilsiktet slippes ut i miljøet under produksjon og transport. På grunn av deres miljømessige utholdenhet, er de brede distribuert i havene og på strendene over hele verden. De kan fungere som en vektor av potensielt toksiske organiske forbindelser ( f.eks. Polyklorerte bifenyler) og kan derfor Negativt påvirke marine organismer. Deres mulige innvirkning langs næringskjeden er ennå ikke godt forstått. For å kunne vurdere farene forbundet med forekomst av plastpellets i havmiljøet, er det nødvendig å utvikle metoder som muliggjør rask bestemmelse av tilhørende organiske forurensningsnivåer. Den foreliggende protokoll beskriver de forskjellige trinn som kreves for prøvetaking av harpikspelleter, analyse av adsorberte organoklorpesticider (OCP) og identifisering av plasttype. Fokuset er påUtvinning av OCP fra plastpellets ved hjelp av en trykkfluidekstraktor (PFE) og polymerkemisk analyse ved anvendelse av Fourier Transform-InfraRed (FT-IR) spektroskopi. Den utviklede metodikken fokuserer på 11 OCP og relaterte forbindelser, inkludert diklorodifenyltrichloretan (DDT) og dets to hovedmetabolitter, lindan og to produksjonsisomerer, samt de to biologisk aktive isomerer av teknisk endosulfan. Denne protokollen utgjør et enkelt og raskt alternativ til eksisterende metode for å vurdere konsentrasjonen av organiske forurensninger adsorbert på plastbiter.
Introduction
Den globale produksjonen av plast øker kontinuerlig siden 1950-tallet for å nå 311 millioner tonn i 2014 med om lag 40% brukt i emballasje 1 . Parallelt øker økende mengder av disse materialene i miljøet, noe som kan utgjøre en alvorlig trussel mot økosystemene 2 . Selv om det allerede er rapportert på 1970-tallet, har forekomsten av plastrester i havmiljøet bare fått større oppmerksomhet i det siste tiåret. Spesielt mikroplastikk, plastfragmenter med en diameter på ≤ 5 mm, er nå anerkjent som en av de viktigste problemene med marine vannkvalitet 3 .
Plastharpikspellets er små granulat generelt i form av en sylinder eller en disk og med en diameter på noen få mm ( f.eks. 2 til 5 mm) 4 , 5 . De faller i kategorien mikroplastikk. Disse plastgranulatene erIndustrielt råmateriale hvorfra endelige plastprodukter fremstilles ved re-smelting og støping ved høy temperatur 6 . De kan utilsiktet slippes ut i miljøet under produksjon og transport. For eksempel kan de bli direkte introdusert til havet ved utilsiktet utslipp under frakt 4 , 7 , 8 . De kan transporteres fra land til hav ved overflate avstrømning, bekker og elver. På grunn av deres miljømessige utholdenhet, er plastpellets fordelt i havene og funnet på strender over hele verden 4 . De kan påvirke marine organismer negativt og kan komme inn i matkjeden, der deres effekter er uforutsigbare 6 , 7 . Videre har flere studier avslørt tilstedeværelsen av miljøforurensninger adsorbert på plastpellets samlet i en coastaL miljø, som fungerer som vektor av disse potensielt giftige kjemikaliene 4 , 9 , 10 . Faktisk finnes det laboratoriebevis som tyder på at disse kjemikaliene kan bioakkumulere i vev av organismer etter å ha blitt frigjort fra inntatt plastfragmenter 11 , 12 .
For bedre å vurdere farene forbundet med forekomst av plastpellets i havmiljøet, er det nødvendig å utvikle metodikker som kan bestemme sorberte organiske forurensninger. Et viktig skritt er utvinning av kjemikaliene fra plastmatrices, som kan presentere heterogene fysisk-kjemiske egenskaper, avhengig av polymertypen, nedbrytningstrinnet og pre-behandlinger. De fleste av undersøkelsene som er rapportert i litteraturen, bruker macerasjon eller Soxhlet teknikker 4 ,5 , 6 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , som er løsningsmiddel og / eller tidkrevende. Når det gjelder den økende interessen for dette problemet, bør alternativer utvikles, for en raskere vurdering av organiske forurensninger adsorbert på plastbiter. I tillegg gir plastisk kjemisk analyse informasjon om mikroplastikkens kjemiske struktur. Som et resultat kan de overordnede typer polymerer og kopolymerer tilstede i miljøet bli vurdert. Selv om plastfragmenter vanligvis er laget av polyetylen (PE) og polypropylen (PP) 5 , kan enkelte prøvetakingssteder presentere en bestemt profil der andre kategorier er signifikant representert ( f.eks. Etylen / vinylacetat-kopolymerOg polystyren (PS)). FT-IR-spektroskopi er en pålitelig og brukervennlig teknikk for polymeridentifikasjon som ofte brukes til å identifisere mikroplastikk 19 , 20 .
Hovedformålet med nåværende arbeid er å tilby et raskt og enkelt alternativ for å trekke ut OCP og relaterte forbindelser fra plastpellets ved hjelp av en PFE. Imidlertid omfatter utformingen av protokollen alle trinn som fører til bestemmelsen av sorberte OCP, fra prøvetaking av harpikspelletsene til analysen av forbindelsene. Metoden for å identifisere plastypen er også beskrevet. Den utviklede metodologien fokuserer på 11 OCP og relaterte forbindelser: i) DDT (2,4'- og 4,4'-diklordifenyltrikloretan) og de to hovedmetabolittene DDE (2,4'- og 4,4'-diklorodifenyldikloretylen) og DDD (2,4'- og 4,4'-diklorodifenyldikloretan); Ii) isomer gamma-heksaklorcykloheksan (y-HCH) som hovedbestanddel oF pesticid lindan og de to isomerer a-HCH og p-HCH frigitt under produksjonen 15 ; Iii) og de to biologisk aktive isomerer endosulfan I (Endo I) og II (Endo II) tilstede i den tekniske endosulfan. De studerte plantevernmidler er brede spektrum insekticider, kjemisk stabile, hydrofobe og klassifisert som vedvarende organiske forurensninger (POP) ved Stockholmskonvensjonen 21 .
Protocol
Representative Results
Discussion
De fleste studier som fokuserer på organiske forurensninger knyttet til plastpellets har stått på klassiske ekstraksjonsmetoder av de adsorberte kjemikaliene. Soxhlet-apparatet er den mest brukte teknikken med typiske utvinningstider fra 12 til 24 timer og med høyt forbruk av organiske løsningsmidler ( dvs. fra 100 til 250 ml per ekstraksjon) 23 . Maceration ekstraksjoner krever lang kontakttid mellom prøven og det organiske løsningsmiddelet ( f.eks. 6 dager) <sup c…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble finansiert av IPA Adriatiske grenseoverskridende samarbeidsprogram 2007-2013, innenfor DeFishGear-prosjektet (1 ° str / 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 |
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).
