Extraction de pesticides organochlorés à partir de granulés en plastique et analyse de type plastique
Summary
Les microplastiques agissent comme vecteurs de contaminants organiques potentiellement toxiques avec des effets imprévisibles. Ce protocole décrit une méthodologie alternative pour évaluer les niveaux de pesticides organochlorés adsorbés sur des pastilles en plastique et l'identification de la structure chimique du polymère. L'accent est mis sur l'extraction de fluide sous pression et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier à réflexion totale atténuée.
Abstract
Les granulés en résine plastique, classés en microplastiques (≤ 5 mm de diamètre), sont des petits granulés qui peuvent être rejetés involontairement dans l'environnement pendant la fabrication et le transport. En raison de leur persistance environnementale, ils sont largement distribués dans les océans et sur les plages du monde entier. Ils peuvent servir de vecteur de composés organiques potentiellement toxiques ( p. Ex., Polychlorobiphényles) et pourraient par conséquent Affecter négativement les organismes marins. Leurs impacts possibles sur la chaîne alimentaire ne sont pas encore bien compris. Afin d'évaluer les dangers associés à l'apparition de granulés de plastique dans le milieu marin, il est nécessaire de développer des méthodologies permettant une détermination rapide des niveaux de contaminants organiques associés. Le présent protocole décrit les différentes étapes requises pour l'échantillonnage des granulés de résine, l'analyse des pesticides organochlorés adsorbés (OCP) et l'identification du type plastique. L'accent est mis surL'extraction d'OCP à partir de granulés de plastique au moyen d'un extracteur de fluide sous pression (PFE) et sur l'analyse chimique du polymère en appliquant la spectroscopie Transformée par Fourier Transformée-InfraRed (FT-IR). La méthodologie développée se concentre sur 11 OCP et les composés apparentés, y compris le dichlorodiphényltrichloroéthane (DDT) et ses deux métabolites principaux, le lindane et deux isomères de production, ainsi que les deux isomères biologiquement actifs de l'endosulfan technique. Ce protocole constitue une alternative simple et rapide à la méthodologie existante pour évaluer la concentration de contaminants organiques adsorbés sur des pièces en plastique.
Introduction
La production mondiale de plastiques augmente continuellement depuis les années 1950 pour atteindre 311 millions de tonnes en 2014, avec environ 40% utilisés dans les emballages 1 . Parallèlement, des quantités croissantes de ces matières s'accumulent dans l'environnement, ce qui pourrait constituer une grave menace pour les écosystèmes 2 . Bien que déjà signalé dans les années 1970, l'apparition de débris plastiques dans le milieu marin n'a reçu qu'une attention accrue au cours de la dernière décennie. Surtout les microplastiques, les fragments plastiques d'un diamètre ≤ 5 mm, sont maintenant reconnus comme l'un des principaux problèmes de qualité de l'eau marine 3 .
Les granulés en résine plastique sont des petits granulés généralement sous la forme d'un cylindre ou d'un disque et d'un diamètre de quelques mm ( par exemple, 2 à 5 mm) 4 , 5 . Ils tombent dans la catégorie des microplastiques. Ces granulés en plastique sontMatière première industrielle à partir de laquelle les produits plastiques finaux sont fabriqués par refoulement et moulage à haute température 6 . Ils peuvent être transmis involontairement à l'environnement pendant la fabrication et le transport. Par exemple, ils peuvent être directement introduits dans l'océan par des déversements accidentels lors de l'expédition 4 , 7 , 8 . Ils peuvent être transportés de la terre à l'océan par écoulement de surface, cours d'eau et rivières. En raison de leur persistance environnementale, les granulés de plastique sont largement distribués dans les océans et se trouvent sur les plages du monde entier 4 . Ils peuvent affecter négativement les organismes marins et peuvent entrer dans la chaîne alimentaire, où leurs effets sont imprévisibles 6 , 7 . En outre, plusieurs études ont révélé la présence de contaminants environnementaux adsorbés sur des granulés de plastique recueillis dans une coastaL environnement, qui jouent le rôle de vecteur de ces produits chimiques potentiellement toxiques 4 , 9 , 10 . En fait, il existe des preuves de laboratoire suggérant que ces produits chimiques peuvent se bioaccumuler dans des tissus d'organismes après avoir été libérés à partir de fragments de plastique 11 , 12 impliqués .
Afin de mieux évaluer les dangers associés à l'apparition de granulés de plastique dans le milieu marin, il est nécessaire de développer des méthodologies qui permettent de déterminer les contaminants organiques absorbés. Une étape importante est l'extraction des produits chimiques à partir des matrices plastiques, qui peuvent présenter des caractéristiques physico-chimiques hétérogènes selon le type de polymère, son stade de dégradation et les prétraites. La plupart des enquêtes rapportées dans la littérature utilisent la macération ou les techniques Soxhlet 4 ,5 , 6 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , qui sont solvants et / ou qui prennent beaucoup de temps. En ce qui concerne l'intérêt croissant pour ce problème, des solutions de rechange devraient être développées, pour une évaluation plus rapide des contaminants organiques adsorbés sur des pièces en plastique. En outre, l'analyse chimique en plastique fournit des informations sur la structure chimique des microplastiques. En conséquence, les types prédominants de polymères et de copolymères présents dans l'environnement peuvent être évalués. Bien que les fragments de plastique soient habituellement en polyéthylène (PE) et en polypropylène (PP) 5 , certains emplacements d'échantillonnage peuvent présenter un profil particulier où d'autres catégories sont représentées de manière significative ( p. Ex. Copolymère éthylène / acétate de vinyleEt le polystyrène (PS)). La spectroscopie FT-IR est une technique fiable et conviviale pour l'identification de polymères couramment utilisée pour identifier les microplastiques 19 , 20 .
L'objectif principal du présent travail est d'offrir une option rapide et simple pour l'extraction d'OCP et de composés apparentés à partir de granulés de plastique au moyen d'un PFE. Cependant, la conception du protocole comprend toutes les étapes menant à la détermination des OCP sèches, de l'échantillonnage des pastilles de résine à l'analyse des composés. Le procédé d'identification du type plastique est également décrit. La méthodologie développée se concentre sur 11 OCP et les composés apparentés: i) DDT (2,4'- et 4,4'-dichlorodiphényltrichloroéthane) et ses deux principaux métabolites DDE (2,4'- et 4,4'-dichlorodiphényldichloroéthylène) et DDD (2,4'- et 4,4'-dichlorodiphényldichloroéthane); Ii) l'isomère gamma-hexachlorocyclohexane (γ-HCH) comme principal ingrédient oF le pesticide lindane et les deux isomères α-HCH et β-HCH libérés lors de sa production 15 ; Iii) et les deux isomères biologiquement actifs endosulfan I (Endo I) et II (Endo II) présents dans l'endosulfan technique. Les pesticides étudiés sont des insecticides à large spectre, chimiquement stables, hydrophobes et classés comme polluants organiques persistants (POP) par la Convention de Stockholm 21 .
Protocol
Representative Results
Discussion
La plupart des études portant sur les contaminants organiques associés aux granulés de plastique reposent sur des méthodes classiques d'extraction des produits chimiques adsorbés. L'appareil Soxhlet est la technique la plus utilisée avec des temps d'extraction typiques allant de 12 à 24 h et avec une forte consommation de solvants organiques ( c.-à-d. De 100 à 250 mL par extraction) 23 . Les extractions de macération nécessitent un long temps de contact entre…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été financé par le programme de coopération transfrontalière Adriatique 2007-2013 de l'IPA, dans le cadre du projet DeFishGear (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 |
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).
