समुद्र सतह और नमूना विश्लेषण पर Microplastics सैम्पलिंग के लिए प्रोटोकॉल
Summary
समुद्र की सतह पर microplastics नमूने, कणों की microplastic और रासायनिक पहचान की जुदाई: नीचे प्रोटोकॉल के लिए पद्धति का वर्णन है। इस प्रोटोकॉल समुद्री कूड़े पर MSFD तकनीकी Subgroup द्वारा प्रकाशित microplastics निगरानी के लिए सिफारिशों के साथ लाइन में है।
Abstract
Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of scientific publications address microplastic pollution of the sea surface. The protocol below describes the methodology for sampling, sample preparation, separation and chemical identification of microplastic particles. A manta net fixed on an »A frame« attached to the side of the vessel was used for sampling. Microplastic particles caught in the cod end of the net were separated from samples by visual identification and use of stereomicroscopes. Particles were analyzed for their size using an image analysis program and for their chemical structure using ATR-FTIR and micro FTIR spectroscopy. The described protocol is in line with recommendations for microplastics monitoring published by the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) Technical Subgroup on Marine Litter. This written protocol with video guide will support the work of researchers that deal with microplastics monitoring all over the world.
Introduction
Microplastic pollution in the sea represents a growing concern to contemporary society, due to the constant increase in plastic production and its subsequent disposal and accumulation in the marine environment1. Even if plastic macro litter would no longer enter the seas, microplastic pollution would continue to grow due to fragmentation of already existing plastic litter in the sea2. The majority of microplastic pollution studies were carried out in marine and fresh water ecosystems and mainly addressed sea surface pollution3.
The term microplastic refers to plastic particles smaller than 5 mm in size4. This term describes a heterogeneous mixture of particles, which can differ in size (from a few microns to several millimeters), color and shape (from very different shapes of fragments to long fibers). Microplastic particles can be of a primary or secondary origin5. Microplastic of primary origin is manufactured as small particles used in the cosmetics industry (pilling crème etc.) or chemical industry as precursor for other plastic products (e.g. plastic pellets used in plastic industry). Microplastic of secondary origin arise via the degradation of larger plastic pieces in the environment due to physical and chemical processes, induced by light, heat, oxygen, water and organisms6. In 2015, four types of microplastic sources were defined: larger plastic litter, cleaning products, medicines and textiles6. The main source (80 %) of larger plastic litter is assumed to be land based7. Microplastic from cosmetic products, medicines and textile enters water ecosystems through sewage and storm waters6. Microplastic particles most frequently found in water ecosystems are fragments from larger plastic litter and textile fibers8.
Microplastics have several negative effects on the environment. Their small size allows them to enter the food web through ingestion by marine organisms9, 10. Ingested particles can cause physical damage or block the digestive system of animals11. Particles can also be carriers of persistent organic pollutants (POPs). Their hydrophobic surface and favorable ratio of large surface area to small volume, enables POPs to adsorb onto the microplastics12. In the environment or digestive systems of animals who ingest them, POPs and other plastic additives can be leached from microplastic particles13.
Previous studies reported the ubiquitous presence of microplastics in the marine environment3, from the water column to the bottom sediments. The threat of microplastic pollution was already identified by the Marine Strategy Framework Directive in the EU and, consequently, mandatory monitoring of microplastics was advised14. Accordingly, the EU Technical Subgroup on Marine Litter (TSG-ML) prepared recommendations for monitoring of microplastics in the European seas15. Thus, the video guidelines for microplastics sampling are of high importance, as they support comparative monitoring and a coherent management process all over the world.
This protocol was developed within the DeFishGear project for the first monitoring of microplastic pollution in the Adriatic Sea. Recommendations from the document “Guidance on Monitoring of Marine Litter in European Seas” by TSG-ML15 were taken into account. This protocol describes the methodology for microplastics sampling on the sea surface, separation of microplastics from the samples, and chemical analysis of microplastic particles to confirm that particles are from plastic material and to identify the type of plastic. Sampling was done by the use of a manta net, which is the most suitable equipment for sampling in calm waters16. Separation of microplastics from the samples was carried out by visual identification using a stereomicroscope. Isolated particles were later chemically identified using Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and micro FTIR spectroscopy.
Protocol
Representative Results
Discussion
मानता शुद्ध द्वारा समुद्र की सतह पर Microplastics नमूना समुद्र की सतह पर microplastics का नमूना लेने के लिए एक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया विधि है, लेकिन आज तक कोई एकीकृत कार्यप्रणाली किया गया है। पानी की एक बड़ी मात्रा, मानता नेट के माध्यम से फ़िल्टर किया जा सकता है इस प्रकार microplastics की एक प्रासंगिक नंबर फँसाने की संभावना अधिक है और परिणाम विश्वसनीय माना जाता है। विभिन्न नमूनों के बीच परिणामों की तुलनात्मकता सामान्यीकरण द्वारा आश्वासन दिया है। हमारे मामले में, सांद्रता शुद्ध खोलने की क्षैतिज चौड़ाई से ट्राउल दूरी गुणा करके जांचा क्षेत्र से संबंधित थे। एक अन्य विकल्प के एक प्रवाह मीटर, शुद्ध उद्घाटन के अवसर पर तय इस्तेमाल होता है। एक प्रवाह मीटर का उपयोग संभव है, क्योंकि इसके पार्श्व पंखों के साथ मानता शुद्ध समुद्र की सतह पर बहुत स्थिर है और इसलिए लहरों पर hopping कम है। एक प्रवाह मीटर फ़िल्टर्ड पानी की मात्रा रिकॉर्ड है और इस तरह से जांचा पानी 16 की मात्रा प्रति परिणामों को सामान्य बनाने में सक्षम बनाता है।
<p class="jove_content"> सबसे अक्सर इस्तेमाल किया मानता जाल लगभग 300 माइक्रोन जाल आकार है और 3 रहे हैं – 4.5 मीटर लंबा है। इन आयामों शुद्ध के clogging से बचने के लिए और संभव के रूप में बड़े रूप में पानी की मात्रा नमूना लेने की अनुमति के लिए अनुकूलित किया गया। Trawling गति 2 के बीच होना करने के लिए सिफारिश की है – 3 समुद्री मील, लेकिन यह लहर ऊंचाई, हवा की गति और समुद्र धाराओं पर निर्भर है। यह बहुत महत्वपूर्ण मानता शुद्ध नमूने के दौरान पूरे समय देखरेख में है और अगर यह hopping शुरू होता है, trawling गति कम किया जाना चाहिए। trawling समय लगभग 30 मिनट होना करने के लिए सिफारिश की है, लेकिन seston सांद्रता पर निर्भर करता है। यह भी हो सकता है कि कभी कभी seston मानता शुद्ध डालते हैं। इस मामले में trawling, तुरंत बंद कर दिया जाना है अन्यथा microplastic कणों खो दिया जा सकता है और शुद्ध क्षतिग्रस्त हो सकता है। Manta शुद्ध सबसे अधिक बार पोत की ओर से तय है। यह भी सबसे उपयुक्त विकल्प है, जबकि मानता शुद्ध मद्देनजर क्षेत्र से बाहर निश्चित रूप से है। कुछ सर्वेक्षणों में मानता शुद्ध पोत की कड़ी से तय की गई थी17, 18, लेकिन यह मामला आपको लगता है कि शुद्ध मद्देनजर क्षेत्र से बाहर है होना है। दूरी, जिस पर ट्राउल नमूना लेने के लिए सेट किया गया है, व्यक्तिगत रूप से निर्धारित किया जाना चाहिए के बाद से पोत की वजह से turbulences के क्षेत्र पोत के आकार से और नाव 19, 20 की गति से भिन्न होता है।समुद्र की सतह नमूनों से microplastic कणों के पृथक्करण सबसे अधिक बार दृश्य पहचान 21 से सिर्फ किया जाता है। 1 मिमी से भी बड़ा कण, नग्न आंखों से आसानी से पहचाना जा सकता है, जबकि कणों 1 मिमी की तुलना में छोटे एक stereomicroscope के उपयोग की आवश्यकता है। प्लास्टिक के लोगों के साथ गैर-प्लास्टिक कणों भ्रमित, stereomicroscopes पर ध्रुवीकरण प्रकाश के उपयोग की संभावना को कम करने के लिए सिफारिश की है। प्लास्टिक कणों की गलत पहचान की संभावना के छोटे कणों के साथ अधिक हो जाता है। इस प्रकार के कणों> 0.5 मिमी केवल नेत्रहीन 21 की पहचान की जा सकती है, stereomicroscope के उपयोग के द्वारा। 0.5 मिमी की तुलना में छोटे कणों के लिएएक अतिरिक्त, अधिक सटीक विधि की आवश्यकता है जैसे सूक्ष्म एटीआर FTIR स्पेक्ट्रोस्कोपी 21।
नमूना से microplastics जुदाई की प्रक्रिया के दौरान हवाई तंतु के साथ नमूना संदूषण की संभावना बहुत अधिक है। इस कारण से, पेट्री डिश काम करने की मेज पर खुला छोड़ दिया पर नियंत्रण जोरदार संभावित दूषित पदार्थों को हवाई कणों की पहचान के लिए सिफारिश कर रहे हैं। अर्थात्, डेटा की गुणवत्ता दृढ़ता पर निर्भर करता है: 1) नमूना, 2) गुणवत्ता और stereomicroscope की बढ़ाई, और 3) कार्बनिक पदार्थ की मात्रा नमूना 16 में साथ काम कर रहे व्यक्ति की परिशुद्धता। दृश्य पहचान के बाद यह दृढ़ता से सामग्री 8 की रासायनिक पहचान के लिए उपलब्ध तकनीकों में से एक के साथ हल कणों का विश्लेषण करने की सिफारिश की है।
कई तरीकों बहुलक पहचान के लिए मौजूद हैं, जो बीच में FTIR स्पेक्ट्रोस्कोपी और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी सबसे frequen हैंtly 22 का इस्तेमाल किया। FTIR और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी पूरक तकनीकों कर रहे हैं और उनकी सटीकता के समान है। हमारे प्रोटोकॉल में, FTIR और "तनु कुल reflectance" (एटीआर) के साथ सूक्ष्म FTIR स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रस्तुत कर रहे हैं। वे का उपयोग करने के लिए सरल कर रहे हैं और वे तेजी से और सही परिणाम सक्षम। प्लास्टिक पॉलिमर अलग बैंड पैटर्न के साथ अति विशिष्ट अवरक्त (आईआर) स्पेक्ट्रा के अधिकारी, इस प्रकार आईआर microplastics 21 की पहचान के लिए एक इष्टतम तकनीक स्पेक्ट्रोस्कोपी कर रही है। जब एक नमूना है, जो विशेषता आईआर स्पेक्ट्रा 22 की माप में सक्षम बनाता है के साथ बातचीत आईआर विकिरण की ऊर्जा एक विशिष्ट आणविक कंपन उत्तेजित। FTIR स्पेक्ट्रोस्कोपी भी इस तरह के ऑक्सीकरण 23 और गिरावट 24 के स्तर की तीव्रता के रूप में कणों, पर अतिरिक्त जानकारी प्रदान कर सकते हैं। जबकि एटीआर FTIR बड़े कणों की रासायनिक पहचान (> 0.5 मिमी) के लिए उपयुक्त है, माइक्रो एटीआर FTIR स्पेक्ट्रोस्कोपी कणों & # की रासायनिक संरचना के बारे में जानकारी प्रदान कर सकते हैं60, 0.5 मिमी, के रूप में यह एक खुर्दबीन और एक अवरक्त स्पेक्ट्रोमीटर के समारोह को जोड़ती है।
FTIR और सूक्ष्म FTIR स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करने से पहले, microplastic कणों पहले सूख जाना, क्योंकि पानी की जोरदार आईआर विकिरण 22, और शुद्ध अवशोषित कर लेता है, के मामले में वे biofilms और / या अन्य कार्बनिक और अकार्बनिक लगाव है, जो आईआर स्पेक्ट्रा प्रभावित कर सकते हैं के साथ कवर किया जाता है। नमूने शुद्ध करने के लिए सबसे अधिक गैर-आक्रामक तरीका सरगर्मी और ताजा पानी के 25 के साथ rinsing के द्वारा होता है। यदि यह पर्याप्त नहीं है, तो 30% हाइड्रोजन पेरोक्साइड के उपयोग की सिफारिश की है। अन्य सभी तरीकों microplastic कणों पर नकारात्मक प्रभाव (जैसे अल्ट्रासोनिक सफाई आगे कणों को तोड़ सकते हैं, मजबूत अम्लीय या क्षारीय समाधान कई प्लास्टिक पॉलिमर, आदि को नुकसान पहुंचा सकता है) और इसलिए उनके उपयोग अनुशंसित नहीं है हो सकता है। अधिक होनहार एक प्लास्टिक अनुकूल शुद्धि कदम के रूप में एक अनुक्रमिक enzymatic पाचन का इस्तेमाल होता है। शुद्धीकरण विभिन्न तकनीकी एंजाइमों का उपयोग कर (जैसे lipase, एकmylase, proteinase, काइटिनेस, cellulase, proteinase-कश्मीर) को सफलतापूर्वक प्लवक के एक जैविक मैट्रिक्स को कम करने और इस प्रकार एक महत्वपूर्ण तकनीक FTIR स्पेक्ट्रोस्कोपी माप 22 के दौरान मैट्रिक्स कलाकृतियों को कम करने के लिए साबित हुई करने के लिए लागू किया गया है।
दृश्य पहचान और चयनित कणों की रासायनिक पहचान द्वारा microplastics के पृथक्करण दोनों बहुत समय लेने वाली प्रक्रिया है। इस काम के लिए एक सटीक और रोगी व्यक्ति जो stereomicroscopes, न केवल प्लास्टिक कणों को पहचानने में, लेकिन यह भी जैविक बात को पहचानने में साथ अनुभव किया है के द्वारा किया जाना है। यहां तक कि एक अनुभवी व्यक्ति काइटिन या डायटम टुकड़े 22 से स्पष्ट रूप से सभी संभावित microplastic कणों भेदभाव नहीं कर सकते हैं। इसलिए, दृश्य छँटाई की त्रुटि की दर 20% से 26% से 70 से 21 के बीच है और कण आकार घटने के साथ बढ़ जाती है।
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस प्रोटोकॉल के विकास आईपीए एड्रियाटिक सीमा पार से सहयोग कार्यक्रम 2007-2013 द्वारा DeFishGear परियोजना (1 ° एसटीआर / 00010) के भीतर स्थापित किया गया था।
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