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요약

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.

초록

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.

서문

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.

프로토콜

1. 플라스틱 펠렛 샘플링

  1. 현장에 가기 전에 필요한 모든 샘플링 재료 ( 예 : 핀셋 및 알루미늄 호일)를 아세톤 또는 에탄올 (99 %)로 세 번 헹굽니다. 재료를 용매로 씻어 낼 수없는 경우 오븐 ( 예 : 유리 제품)에서 밤새 450 ° C로 가열하십시오.
    참고 : 여행자 지역에서, 마이크로 플라스틱을 포함한 대부분의 해양 쓰레기를 제거 할 수있는 가능한 해변 청소 활동에 대한 정보를 얻으십시오. 가능하면이 작업 전에 샘플링을 계획하십시오. 청소 시즌 중에 샘플링하는 경우 신원 확인 양식 ( 예 : 날짜, 사용 된 청소 방법 등 )에서이 활동의 ​​세부 사항을 지정하십시오 .
  2. 장갑을 끼고 솔벤트로 씻어 낸 스테인리스 강 족집게로 해변에서 플라스틱 알약을 수집하십시오.
  3. 위치 당 샘플 50 내지 100 펠렛 (위치 당 5 내지 10 복제 (복제 당 10 개의 펠렛)에 상응 함). 필요한 펠릿 수를 계산할 수 없다면가능한 한 최대 펠릿을 모으고 정체 해변 형태로 지정하십시오.
  4. 샘플링이 끝나면 수집 된 펠릿을 솔벤트로 씻어 낸 알루미늄 호일로 포장하십시오. 유리 병은 종이 봉투 대신 사용할 수 있습니다.
  5. 누락 된 정보 ( 예 : 해변 위치, 기상 조건, 펠렛에 대한 세부 정보 등 )로 선택한 해변의 정체성 형태를 채 웁니다.
  6. 주변 온도가 25 ° C를 넘으면 샘플을 실험실로 운반하십시오. 이 단계는 짧은 여행 ( 예 : 1 시간 미만)의 경우 건너 뛸 수 있습니다.
  7. 실험실에서 일단 펠릿의 제거 가능한 입자 ( 예 : 모래)를 닦아냅니다. 필요하다면 보관하기 전에 데시 케이 터에서 시료를 건조시킨다 (어둠, T <25 ° C). OCP가 사용되는 룸을 피하십시오 ( 예 : 표준 용액 보관).
  8. 짧은 기간 ( 즉, 며칠) 동안 펠릿을 냉장고 (4 ° C)에 보관하거나(-18 ° C)에서 용매로 세척 한 알루미늄 호일을 장시간 보관하십시오.
  9. 인공 조명이나 햇빛에 샘플을 노출시키지 마십시오. 오염 위험을 줄이기 위해 분석 전에 가능한 한 시료를 다루지 마십시오.

2. 플라스틱 펠렛으로부터의 OCP 추출

  1. 오염의 위험을 줄이려면 신중하게 세척 한 유리 제품을 사용하여 깨끗한 실험실에서 다음과 같이 작업하십시오. 분석 등급의 아세톤, 디클로로 메탄 및 n- 헥산으로 2 회 헹구십시오. 질소 흐름 하에서 유리 제품을 건조시키고 주위 공기와의 접촉으로부터 보호하십시오 ( 예 : 깨끗한 알루미늄 호일로 덮음). 이 세척 절차를 프로토콜의 추가 단계에서 적용하십시오 ( 즉, 3 절 및 4 절).
  2. 솔벤트로 씻어 낸 핀셋을 사용하여 흰색 / 투명, 희끄무레 한 / 황색 / 황색 / 호박색 / 호박색 ( 예 : 적색, 녹색, 청색 등 ) 범주로 색상별로 펠릿을 분류하십시오.
  3. 펠렛 10 개 모으기( 즉, 플라스틱 유형은 고려되지 않음), 이는 하나의 복제를 구성합니다.
  4. 분석 저울에 샘플 무게를 측정하고 질량을 기록하십시오. 이 단계에서 샘플을 냉장고 또는 냉동실에 다시 넣을 수 있습니다.
  5. 배경 오염을 고려하기 위해 각 복제 세트 ( 예 : 5 복제본에 1 개의 빈칸)가있는 빈 샘플을 수행하십시오. 이를 위해 위에서 설명한 것과 동일한 프로토콜을 적용하지만 추출 셀에는 플라스틱 펠릿을 넣지 마십시오. 이 빈 샘플은 프로토콜의 추가 단계를 거쳐 샘플과 함께 분석됩니다.
  6. PFE를 켭니다. 추출 방법을 다운로드하고 장비를 60 ° C로 예열하십시오. 메소드의 세부 사항은 다음과 같습니다.
    1. 온도를 60 ° C로, 압력을 100 bar로 설정하십시오.
    2. 1 분의 가열 시간, 25 분의 유지 시간 및 2 분의 배출 시간으로 1 사이클을 선택하십시오.
    3. 용매 설정및 가스 (N2)는 각각 3 분으로 플러시된다.
    4. 추출 용매로 n- 헥산을 선택하십시오.
  7. 장비가 예열되는 동안 아래 설명 된대로 추출 셀을 준비하십시오. 필요한 경우 계측기의 공급자 지침에 프로토콜을 적용하십시오.
    1. 하단 필터와 frit을 추출 셀에 놓습니다. 그것을 닫고 뒤집으십시오.
    2. 깔때기를 사용하여 깨끗한 석영 모래로 세포의 약 절반을 채 웁니다.
    3. 무게 샘플 ( 즉, 10 펠릿 중 하나 복제)을 추가합니다. 냉동 플라스틱 알약은 추출하기 전에 밤새 냉장고에 보관해야합니다.
    4. 셀 위쪽에서 석영 모래를 최대 1cm까지 넣으십시오. 깨끗한 석영 모래 (또는 유리 구슬)는 시료와 동일한 추출 조건에 노출되므로 특별히주의하십시오. 모래를 청소하려면 분석 등급의 디클로로 메탄 및 n- 헥산의 PFE에서 연속적으로 추출하고 2 또는용매 당 더 많은 사이클 ( 예 : 100 bar에서 100 ℃에서 30 분). 또는 초음파 욕조 및 / 또는 회전 증발기를 사용하십시오. 필요한 경우 청소 절차를 반복합니다.
    5. 셀에 상단 필터를 넣고 셀을 악기에 놓습니다.
  8. 장비에 수집 용기를 놓고 추출 방법을 시작하십시오 (총 실행 약 35 분).
  9. 방법이 완료되면 깨끗한 유리 용기 ( 예 : 비커, 유리 세포 배양 접시)에서 추출 셀을 비우고 모래에있는 10 개의 알약을 꺼내십시오. 플라스틱 식별을 위해 추가 분석 ( 예 : 우편 봉투 또는 유리 병)이 될 때까지 컨테이너에 보관하십시오.

3. 추출물의 농도와 클린업

  1. 획득 한 추출물 (약 40 mL)을 수집 용기에서 유리관으로 옮기고 35 ℃로 설정 한 회전 농축기에서 1 분간 20 분간 증발시킨다. 대체 방법을 사용할 수 있습니다.ch를 질소 기류 또는 회전식 증발기에서 증발시켰다. 따라서 온도와 지속 시간을 최적화해야합니다.
  2. 그 동안 랙에 폐기 튜브를 넣고 폐쇄 밸브 위치의 매니 폴드에 활성화 된 마그네슘 실리케이트 흡착제 (1 g)가 채워진 카트리지를 배치하여 고상 추출기 (SPE)를 준비하십시오. 청소는 EPA 방법 3620C 22에 따라 다음과 같이됩니다.
    1. 소스에서 진공을 켜고 카트리지에 헥산 4 mL를 넣어 흡착제를 활성화하십시오.
    2. 밸브를 열고 솔벤트가 전체 흡착제 베드를 통과하게하십시오. 그런 다음 밸브를 닫고 흡착제를 헥산에 5 분간 담가 두십시오.
    3. 밸브를 열고 솔벤트를 통과 시키지만 흡착제가 마르기 전에 밸브를 닫으십시오.
    4. 샘플이 농축되면 유리 파스퇴르 피펫을 사용하여 카트리지로 옮깁니다. 부드럽게 밸브를 열고 천천히 통과 시키십시오. 초당 1-2 방울은적절한 속도.
    5. 추출물이 들어있는 유리관을 헥산 0.5 mL로 헹구고 추출물이 통과 할 때 카트리지에 넣으십시오.
    6. 전체 용제가 통과되면 밸브를 닫고 진공을 차단하십시오.
    7. 폐 튜브를 수집 튜브로 교체하고 깨끗한 솔벤트 가이드 바늘을 사용하십시오.
    8. 9 mL의 아세톤 / 헥산 (10/90, v / v)을 카트리지에 넣고 공급원에서 진공을 켭니다. 흡착제를 용매에 1 분간 담그십시오.
    9. 밸브를 열고 수집 튜브에서 전체 용리액을 수집합니다.
  3. 수집 튜브를 농축기에 넣고 35 ° C에서 9 분 동안 용매를 증발시켜 1 mL의 용리액에 도달시킵니다.
  4. 유리 파스퇴르 피펫으로 앰버 autosampler 유리 병에 집중 eluate를 전송합니다. 이 단계에서 시료는 분석 전에 냉동실에 보관할 수 있습니다.

4. 청결하고 집중 중심의 분석테드 추출물

  1. 분석 방법은 GC-μECD 장비 (마이크로 전자 포착 검출기가 장착 된 가스 크로마토 그래프)의 제어 소프트웨어에서 다운로드하십시오. 메소드의 세부 사항은 다음과 같습니다.
    1. 인젝터를 스플릿리스 모드로 설정하고 온도는 250 ° C로, 퍼지 시간은 1 분으로 설정하십시오.
    2. 운반 기체 (He)의 흐름을 1.5 mL min -1로 설정하십시오 .
    3. 다음과 같은 온도 구배로 컬럼 오븐을 프로그램하십시오 : 60 ° C에서 1 분간 유지, 30 ° C에서 1 분 ~ 200 ° C 상승, 5 ° C 분당 -1 °에서 230 ° C까지 상승, 3 ° C -1 로 250 ℃에 도달하면이 온도를 5 분 동안 유지하십시오.
    4. 검출기 온도를 300 ° C로 설정하고 백업 가스 유량 (N 2 )을 60 mL min -1로 설정하십시오 .
  2. 시료를 담은 바이알을 자동 시료 주입 장치 랙에 놓고 방법을 실행하십시오 (실행 시간 23.3 분). 나는 시료 2 μL를 꺼냅니다.
  3. 분석 후, 머무름 시간으로 크로마토 그램의 다른 화합물을 확인하고 해당 피크 면적을 기록하십시오.
  4. 회수율 (R)과 피크 면적 (A 1 )을 고려하여 다음과 같이 검량선의 식을 사용하여 추출물의 각 OCP 농도 (C 1 )를 계산하십시오.
    figure-protocol-5073
    여기서 b 는 원점에서의 절편이고 a 는 교정 방정식의 기울기이며,
    figure-protocol-5204
  5. 복제물의 질량 (m) ( 즉, 10 알약, 2.4 참조)과 최종 추출물 (1 mL)의 부피 (V)를 고려하여, 흡착 된 각 OCP의 농도 플라스틱 펠릿 ( 즉, 플라스틱 펠릿 1g 당 OCP ng) :
    /ftp_upload/55531/55531eq3.jpg "/>

5. 플라스틱 유형 식별

  1. 유리 배양 접시에 알약을 옮겨 비닐 봉지에 넣으십시오.
  2. 핀셋으로 하나의 펠렛을 잡고 메스로 펠렛 조각을 자릅니다. 비닐 봉지는 절단 과정에서 펠릿의 손실을 방지합니다.
  3. 에탄올로 FT-IR기구의 감쇠 된 전체 반사율 (ATR) 결정을 청소하십시오.
  4. 배경 스펙트럼을 기록하십시오.
  5. 조각을 ATR 크리스탈에 놓고 샘플 홀더를 조입니다. 조각의 안쪽은 크리스탈과 접촉해야합니다.
  6. 샘플을 스캔하고 스펙트럼을 기록하십시오.
  7. 얻은 스펙트럼을 스펙트럼 라이브러리와 비교하여 플라스틱 펠렛을 구성하는 폴리머를 확인합니다. 시간이 많이 걸리지 만 얻은 스펙트럼의 해석은 수동으로도 수행 할 수 있지만 대부분 도서관 바다에서 달성 한 특이도에 미치지 못한다.rch.

결과

플라스틱 쥐똥개는 보통 모래 사장의 높고 낮은 선을 따라 발견된다 ( 그림 1A ). 그들은 또한 예를 들어 폭풍우에 갓 해변가에 좌초 된 해조류를 고수 할 수 있습니다. 자갈과 돌이 많은 해변에서 가끔씩 쌓여있는 물질이 쌓인 곳에서 발견 될 수 있습니다.

플라스틱 펠렛은 일반적으로 그?...

토론

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 ...

공개

저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 말

이 작업은 DeFishGear 프로젝트 (1 ° str / 00010)에서 IPA Adriatic Cross-border Cooperation Program 2007-2013에 의해 지원되었습니다.

자료

NameCompanyCatalog NumberComments
Alpha–HCHDr. Ehrenstorfer, Augsburg, GermanyDRE-C14071000H301, H351, H400, H410, H312
Beta–HCHFluka, Sigma-Aldrich, St. Louis, USA33376-100MGH301, H312, H351, H410
LindaneFluka, Sigma-Aldrich, St. Louis, USA45548-250MGH301, H312, H332, H362, H410
Endosufan ISupleco, Sigma-Aldrich Bellefonte, PA, USA48576-25MGH301, H410
Endosulfan IISupleco, Sigma-Aldrich, Bellefonte, PA, USA48578-25MGH301, H410
2,4'–DDDFluka, Sigma-Aldrich, St. Louis, USA35485-250MGH351
4,4’–DDDDr. Ehrenstorfer, Augsburg, GermanyDRE-C12031000H301, H351, H400, H410, H312
2,4’–DDEDr. Ehrenstorfer, Augsburg, GermanyDRE-C12040000H351, H400, H410, H302
4,4’-DDEFluka , Sigma-Aldrich, St. Louis, USA35487-250MGH302, H351, H410
2,4’–DDTDr. Ehrenstorfer, Augsburg, GermanyDRE-C12081000H301, H311, H330, H351, H400, H410
4,4’–DDTNational Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, USARM8469-4,4'-DDTH301, H311, H351, H372, H410
n-Hexane VWR International GmbH, Graumanngasse, Viena, Austria83992.320H225, H315, H336, H373, H304, H411
Acetone for HPLCJ.T.Baker, Avantor performance Materials B.V., Teugseweg, Netherlands8142H225, H319, H 336
FL-PR Florisil 1000mg/6mLPhenomenex, Torrance, CA, USA8B-S013-JCH
Fat free quartz sand 0.3-0.9 mmBuchi, Flawil, Switzerland37689
Gas chromatograph Hawlett Packard HP 6890 Series gas chromatograph with GERSTEL MultiPurpose Sampler MPS 2XL with ECD and FID detectorAgilent technologies, Santa Clara USA
Presure fluid extractor, Speed Extractor E-916Buchi, Flawil, Switzerland
Solid phase extractorSupleco, Sigma-Aldrich Bellefonte, PA, USA
Concentrator miVac DUOGenevac SP Scientific, Suffolk UK
GC capillary column Zebron ZB-XLB (30 x 0.25 x 0.25)Phenomenex, Torrance, CA, USA122-1232
ATR FT-IR Spectrometer, Spectrum-TwoPerkin Elmer

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