Konvansiyonel Mikroplastiklerin Tarım Arazisi Topraklarından Ayrılması ve Tanımlanması

Özet

Burada sunulan, mikroplastiklerin topraktan çıkarılması ve polimer türlerinin belirlenmesi için bir yöntemdir. Yöntem, yürütme, uygulanabilirlik ve maliyet etkinliği için optimize edilmiştir. Topraktaki mikroplastikleri tanımlamak için analitik yöntemi standartlaştırmak için bilimsel bir temel oluşturur.

Özet

Karasal ortamdaki mikroplastik (MP) kirliliği, farklı toprak sistemlerindeki MP'lerin sayısını ve türlerini ve bunların toprak ve mahsul sağlığı üzerindeki etkilerini açıklayan artan çalışmalarla son on yılda artan bir ilgi görmüştür. Bununla birlikte, farklı milletvekilleri çıkarma ve analitik yöntemler kullanılır, bu da sonuçları karşılaştırma ve endüstri tavsiyesi ve politika yapıcılar için güvenilir kanıtlar oluşturma fırsatlarını sınırlar. Burada, konvansiyonel MP'lerin topraktan örneklenmesi, ayrılması ve kimyasal olarak tanımlanması için metodolojiyi açıklayan bir protokol sunuyoruz. Yöntem düşük maliyetlidir ve malzemeler kolayca temin edilebilir. Bu, operasyonel kolaylığı artırır ve yaygın olarak benimsenmesine yardımcı olabilir. Protokol, plastik içermeyen kaplar kullanılarak toprağın üst 0-30 cm'sinden numune toplama hakkında ayrıntılı bilgi sağlar; çeşitli katı ortamların (bentonit kili, silikon dioksit ve kirlenmemiş toprak gibi) kullanılması yoluyla farklı toprak türlerinin simülasyonu, müteakip miktar tayini için aynı polietilen (PE) -MP kütlesinin eklenmesiyle; doymuş sodyum klorür (NaCl) çözeltisi kullanılarak plastik parçacıkların yoğunluk ayrımı ve 4 M sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi kullanılarak süpernatan içindeki organik safsızlıkların sindirimi; Nil Kırmızısı boyamadan sonra floresan mikroskobu kullanılarak partiküllerin miktarının belirlenmesi; ve mikro Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi (μ-FTIR) veya Lazer-Doğrudan Kızılötesi (LDIR) spektroskopisi kullanılarak polimer tanımlama. MP'lerin geri kazanım oranı, yukarıda belirtilen medya için %83 - %90 arasında değişmektedir. Bu protokol, fizibilite, uygulanabilirlik ve maliyet etkinliği için optimize edilmiş toprak MPS analizi için verimli bir yöntem sunar. Ayrıca, eşlik eden video, toprak milletvekillerini sanal olarak adım adım analiz etme sürecine rehberlik edebilir. Bu çalışma, toprak MPS analizi için yöntemlerin standartlaştırılmasına, ölçümlerin bağlanabilirliğinin ve karşılaştırılabilirliğinin geliştirilmesine ve daha standart ve bilimsel araştırmalar için bir temel oluşturulmasına adanmıştır.

Giriş

Karasal kaynaklardan yılda 4,8 ila 12,7 milyon metrik ton plastiğin okyanusa girdiği tahmin edilmektedir ^1,2. Bu plastik parçacıklar, ultraviyole ışınlamaya, mekanik aşınmaya ve biyolojik bozunmaya yanıt olarak yavaş yavaş daha küçük parçalara ayrılır ^3,4. Topraktaki çapı 5 mm'den küçük plastik parçacıkları olan mikroplastik (MP) kirliliği, özellikle toprak ve mahsul sağlığı üzerindeki potansiyel etkisi açısından giderek artan bir endişe kaynağı haline gelmektedir. Öncelikle plastik üretimindeki sürekli artış ve plastik atıkların uygun şekilde bertaraf edilmesiyle ilgili zorluklardan kaynaklanmaktadır ^5,6.

Milletvekillerinin toprakta birikmesi çeşitli dış faktörlere bağlanabilir. Plastikültür uygulamalarının (örneğin, plastik malç filmleri, sulama boruları, sera filmleri ve ilgili altyapı) kullanımı (örneğin, plastik malç filmleri, sulama boruları, sera filmleri ve ilgili altyapı)^7,8,9 ve organik değişikliklerin girdileri (arıtma çamuru uygulaması, tarımsal kompost ve organik gübre gibi) dahil olmak üzere topraklardaki potansiyel MP kaynakları karmaşıktır.10. Buna ek olarak, plastik çöpün uygun olmayan şekilde atılması¹¹, sindirilmiş gıda atıklarının gıda plastik ambalaj kalıntısından¹² ayrışması, kaplanmış gübrelerin kullanılması¹³, lastik lastiklerin aşınması ve yıpranması¹⁴ ve atmosferik birikim¹⁵ de topraktaki milletvekillerine katkıda bulunan bilinmektedir. Tarımsal plastiklerin, özellikle de plastik malç filmlerinin önde gelen üreticisi ve kullanıcısı olan Çin'in, yaklaşık 4231 adet ^kg-1 (kuru toprak)¹⁶ adet yoğun plastik malçlı tarımsal tarım arazilerinde ortalama milletvekili bolluğuna sahip olduğu tahmin edilmektedir16. 2018 yılında, 0-10 cm derinlikteki Çin tarım arazilerindeki milletvekili miktarları 4,9 × 10⁶ ile 1,0 × 10⁷ ton arasında değişmekte olup, tarımsal malç filmlerinin önemli bir katkısı olmuştur¹⁷. Avrupa ve Kuzey Amerika'daki tarım topraklarına yapılan çamur uygulamaları, yılda sırasıyla 63.000 ve 44.000 tondan fazla MP sağlayabilir¹⁸. Almanya'da yapılan bir araştırma, ekilebilir tarlalara yapılan kompost uygulamalarının aynı zamanda ekilebilir tarlalara yıllık plastik parçacıkların (>1 mm) girmesine yol açtığını gösterdi. Kompost uygulaması 35 milyar ila 2,2 trilyon plastik parçacığa yol açtı¹⁰. Atmosferik milletvekillerinin topraklara katkısı hala belirsizdir ve daha fazla nicelik ölçümü gerektirir¹⁵. Örneğin, atmosferik milletvekillerinin yıllık ortalama girdisinin Çin'de ^{m-2 yıl-1} 16 ×^{10 4} madde olduğu tahmin^{edilmektedir.} Topraktaki son derece geniş MP kaynakları yelpazesi birçok araştırmacının dikkatini çekmiştir, ancak örnekleme, ekstraksiyon ve analitik tespit yöntemlerinin çeşitliliği nedeniyle, çeşitli çalışmaların sonuçlarını entegre etmek ve karşılaştırmak zordur.

Milletvekillerinin çok çeşitli kaynaklardan birikmesi, küresel topraklar için potansiyel bir çevresel tehdit oluşturmaktadır¹⁶ ve bu da milletvekillerinin topraktaki çalışmalarına olan ihtiyacın açık olduğunu vurgulamaktadır. Bazı çalışmalar, MP'lerin tarım toprağı üzerindeki etkilerinin toprak özelliklerini değiştirmeyi, bitkilerin ve toprak organizmalarının büyümesini ve gelişmesini engellemeyi ve toprak mikrobiyal aktivitesini etkilemeyi içerdiğini göstermiştir^19,20. Diğer çalışmalar, MP'lerin besin zinciri²¹ boyunca daha yüksek trofik seviyelerde organizmalarda birikebileceğini ve insan sağlığı için potansiyel bir tehlikeye yol açabileceğini^{bulmuştur 22}. MP'lerin toprak çevresel etkilerini açıklığa kavuşturmak için, öncelikle bollukları, polimer tanımlamaları ve dağılım özellikleri dahil olmak üzere kontaminasyonlarının mevcut durumunu anlamak gerekir. Bu nedenle, toprak milletvekillerinin doğru bir şekilde tanımlanması ve tespiti büyük önem taşımaktadır.

Şu anda, giderek artan sayıda makale, toprakta milletvekillerinin küresel varlığını araştırmakta ve ekstraksiyon ve tespit yöntemlerinde önemli farklılıklar gözlemlenmektedir²³. Numunelerin dikkatli bir şekilde toplanmasından sonra (MPS kontaminasyonunu en aza indirmek için), MPS analizi protokolü tipik olarak üç temel adımdan oluşur. İlk olarak, MPS parçacıklarını toprak matrisinden izole etmek için yoğunluk ayrımı yaygın olarak benimsenmiştir. Bu işlem genellikle damıtılmış (DI) su (1.0 g ^cm-3), sodyum klorür (NaCl, 1.2 g ^cm-3) veya çinko klorür (ZnCl₂, 1.6 g ^cm-3) gibi reaktifleri kullanır. İkinci olarak, MP'lerin yüzeyinden organik safsızlıkları giderme yöntemleri, asidik ve alkali çözeltiler veya diğer oksitleyici maddelerle temizlemeyi ve enzimatik sindirimi içerir²⁴. Organik maddenin toprak matrisinde sindirilmesi veya MPS partiküllerine yapışması yaygın olarak %30 hidrojen peroksit (_H2O2), %65 nitrik asit (_HNO3) veya %50 sodyum hidroksit (NaOH)²⁵ kullanılarak gerçekleştirilir. Yoğunluk ayrımı ve organik madde sindirimini takiben, partikül sayısını belirlemek için MPS numunelerinin mikroskobik incelemesi gereklidir. Bu inceleme, Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), Raman spektroskopisi veya diğer yakın kızılötesi spektroskopi teknikleri²⁶ gibi teknikler aracılığıyla polimerlerin kimyasal bileşiminin analizi ile desteklenir.

Bununla birlikte, milletvekillerinin çıkarılması ve tespit edilmesi sürecindeki her adım, milletvekillerinin ortaya çıkmasının fazla tahmin edilmesi veya küçümsenmesi potansiyelini taşır. Örneğin, maliyet etkinliği ve tehlikeli özelliklerin olmaması nedeniyle yoğunluk ayrımı için bir reaktif olarak DI suyunun yaygın olarak kullanılmasına rağmen, daha yüksek yoğunluklu²⁷ MPS partiküllerinin dışlanmasına yol açabilir. Tersine, yüksek yoğunluklu reaktiflerin yaygın olarak uygulanması, çevresel tehlikeler ve artan maliyetler nedeniyle sınırlı olabilir²⁸. Ek olarak, organik sindirim için kullanılan bazı reaktifler, MPS partiküllerine²⁹ zarar verme potansiyeline sahiptir. Ayrıca, optik, stereoskopik ve anatomik mikroskopi kullanılarak görsel sınıflandırmanın zorlukları da vardır^26,30. MP parçacıklarının belirlenmesi, büyük ölçüde analistlerin uzmanlığına ve işleyişine ve ayrıca cihaz ayarlarına bağlıdır. Bu bulgular, çeşitli metodolojiler kullanılırken tutarlılık ve doğruluk elde etmenin zorluğunu vurgulamakta ve böylece sonuçların farklı çalışmalarda karşılaştırılmasını zorlaştırmaktadır.

Çalışmalar arasında verilerin güvenilirliğini ve karşılaştırılabilirliğini sağlamak için, toprakta MP'lerin çıkarılması ve tespiti için standart bir protokol oluşturmak zorunludur. Bu standardizasyon, yalnızca milletvekillerinin oluşum değerlendirmelerinin doğruluğunu artırmakla kalmayacak, aynı zamanda milletvekillerinin toprak ekosistemlerindeki çevresel etkilerinin daha kapsamlı ve birleşik bir şekilde anlaşılmasını da kolaylaştıracaktır. Ekstraksiyon ve tespit yöntemlerinin sınırlamalarını ele almak için, standartlaştırılmış yöntemler için seçilen reaktifler kolayca temin edilebilmeli, MPS partiküllerinin bütünlüğünü veya kimyasal bileşimini etkilememeli ve mümkün olan en düşük çevresel riski oluşturmalıdır. Ayrıca, standartlaştırılmış yöntemler hem MP'lerin geri kazanılmasında hem de toprak matrisinden organik maddenin uzaklaştırılmasında yüksek verimlilik göstermelidir.

Takip etmesi kolay bir protokol, farklı araştırma ortamlarında yaygın olarak benimsenmesi için hayati önem taşır. Hem MP'nin geri kazanım oranları hem de maliyet etkinliği göz önüne alındığında, doymuş NaCl, büyük ölçekli toprak numune yoğunluğu ayrımı için en uygun seçimdir. Organik maddenin sindirimi için NaOH kullanıldı, çünkü ön izolasyon deneyleri, 4 M NaOH çözeltisinin, MP'lere önemli bir zarar vermeden bitki kalıntıları gibi toprak numunesi safsızlıklarını etkili bir şekilde ayrıştırdığını göstermiştir. Genel olarak, bu deneysel yöntem, kolayca bulunabilen ve uygun maliyetli malzemeler kullanır, düşük operasyonel karmaşıklığa sahiptir ve güvenilir bir ekstraksiyon oranı sağlar.

Tarım alanlarında toplanan milletvekillerinin belirlenmesi için Çin Tarım Bilimleri Akademisi tarafından önerilen hızlı ve ekonomik ayırma metodolojisinin kullanılmasını öneriyoruz³¹. Aşağıdaki tüm adımlar için, kontaminasyonu en aza indirmek için kullanmadan önce tüm kapların, aletlerin ve cam eşyaların DI suyu ile temizlendiğinden emin olun. Ayrıca, toplama ve ekstraksiyon prosedürlerinin neden olduğu kontaminasyonu hesaba katmak için numunelerin yanında düzenli boşluklar çalıştırdığınızdan emin olun.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protokol

NOT: Ekstraksiyon işleminden önce aşağıdaki çözeltilerin ortam sıcaklığında hazırlanması gerekir: 1) Doymuş NaCl çözeltisi (5.7 M) - 1 kg NaCl'yi 3 L DI H₂O'da çözün; 2) 4 M NaOH - 480 g NaOH'yi 3 L DI H₂O'da çözün; 3) Nil Kırmızısı (100 μg ^mL-1) - 10 mg Nil Kırmızısını 100 mL uygun çözücü (örneğin, metanol, aseton) içinde çözün.

1. Toprak örneklemesi ve hazırlanması

1. Çalışma alanı boyunca "W" şeklinde beş noktalı örnekleme yöntemi kullanarak temsili bir toprak örneği toplayın (Şekil 1). Toplama prosedürü için 30 cm paslanmaz çelik toprak burgu kullanın. Numuneleri alüminyum folyo gibi plastik olmayan bir kapta toplayın ve saklayın.
   NOT: Toprak numuneleri istenen farklı derinliklere bölünebilir (örn. 0-10, 10-20 ve 20-30 cm). Plastik kontaminasyonunu en aza indirmek için plastik numune alma ekipmanı ve saklama kapları kullanmaktan kaçının. Bunun yerine, numuneleri toplamak ve saklamak için alüminyum folyo gibi plastik olmayan kaplar kullanılır. Bu numuneler, tek bir kompozit numune sağlamak için toplu hale getirilebilir veya bağımsız kopyalar olarak saklanabilir.
2. Toprağı oda sıcaklığında doğrudan güneş ışığından uzakta kurutun.
   1. Bir toprak kurutucu mevcutsa, birden fazla toprak örneğini aynı anda işlemek için kullanın, çünkü ayrı bölmelerdeki filtre çapraz kontaminasyon riskini en aza indirir.
   2. Aksi takdirde, 40 oC'ye ayarlanmış bir fırın kullanın ve toprağı tamamen kuruyana kadar en az 24 saat kurutun.
   3. 2-5 mm'lik bir metal elek kullanarak kuru toprağı öğütün ve süzün. Görünür bitki materyalini, taşları ve diğer inert malzemeleri çıkarın.
      NOT: Fırın/kurutucu içindeki hava kaynaklı kirlenmeyi en aza indirmek için toprağı alüminyum folyo ile gevşek bir şekilde örtün. Metal cımbızla topraktan görünür plastik kalıntıları (> 5 mm) toplayın ve daha sonra makroplastik analizi yapılacaksa plastik içermeyen bir saklama kabına koyun.
3. 2 ondalık basamaklı bir terazi kullanarak, 5,0 g ± 0,05 g toprak örneğini plastik içermeyen bir tartı kağıdına veya alüminyum folyoya tartın. Çapraz kontaminasyonu en aza indirmek için farklı numuneler için yeni bir tartım kağıdı kullanın. Numuneler plastik içermeyen kaplarda (örn. cam şişeler) saklanabilir.

2. Yoğunluk yüzdürme

1. 5.0 g kurutulmuş toprak örneğini 600 mL'lik temiz bir cam kabın içine aktarın (Beher A). Tüm saklama kaplarının ve beherlerin doğru şekilde etiketlendiğinden emin olun.
2. Beher A'ya 230 mL doymuş NaCl çözeltisi ekleyin. Beher A'yı manyetik bir karıştırma plakasına yerleştirin ve bir cam manyetik karıştırıcı ekleyin. Çözeltiyi tamamen homojen hale gelene kadar 260 rpm'de 30 dakika karıştırın.
3. Tamamen homojen hale geldikten sonra, manyetik karıştırıcıyı çözeltiden çıkarın ve plastik parçacıkların çözeltiden dışarı çıkmasını önlemek için doymuş NaCl çözeltisi ile durulayın. Beheri doğrudan güneş ışığı almayan düz bir yüzeye yerleştirin ve tam yoğunlukta ayrılma gerçekleşene kadar gece boyunca bekletin.
   NOT: Tüm prosedürü gerçekleştirirken, havadaki plastik kirleticileri önlemek için alüminyum folyo ile tamamen kaplamak gerekir.

3. Kirlilik sindirimi

1. Beher A'nın içeriği tamamen ayrıldıktan sonra, süpernatanı dikkatlice yeni, temiz 600 mL'lik bir cam behere (beher B) aktarın. Beher A'nın iç duvarlarını doymuş NaCl çözeltisi ile dikkatlice durulayın. Süpernatanı beher B'ye aktarın Bu işlemi 2-3 kez gerçekleştirin.
   NOT: Toplam 200 mL süpernatan önerilir. Bir sonraki adımda aynı sindirim çözeltisi konsantrasyonunu korurken toplam süpernatan hacminin tutarlı olduğundan emin olun.
2. 500 mL'lik sabit bir hacme ulaşmak için beher B'deki numuneye 4 M NaOH çözeltisi ekleyin. Beher B'yi manyetik bir karıştırma plakasına yerleştirin, bir cam manyetik karıştırıcı ekleyin ve çözeltiyi tamamen homojen hale gelene kadar 260 rpm'de 30 dakika karıştırın. Havadaki kontaminasyonu en aza indirmek için bu işlem sırasında beheri alüminyum folyo ile kapalı tutun.
3. Tamamen homojen hale geldikten sonra, manyetik karıştırıcıyı solüsyondan çıkarın ve bağlı partikülleri çıkarmak için doymuş NaCl solüsyonu ile durulayın. Beher B'yi doğrudan güneş ışığı almayan düz bir yüzeye yerleştirin ve tam yoğunlukta ayrılma ve organik madde sindirimi gerçekleşene kadar gece boyunca bekletin.
   NOT: Tüm prosedürü gerçekleştirirken, plastik kirleticilerin çözeltiye havadan girmesini önlemek için alüminyum folyo ile tamamen kaplanması gerekir. Sindirim süresi, organik materyalin miktarına ve türüne bağlıdır. Tam organik madde sindirimini sağlamak için gerekirse sindirim süresini uzatın. Başarılı bir sindirimden sonra, süpernatant, beherde yüzen görünür organik madde olmadan berrak görünmelidir.

4. Nil Kırmızısı çözeltisi ile renklendirme

1. Beher B'nin içeriği tamamen ayrıldıktan sonra, süpernatanı dikkatlice yeni, temiz 600 mL'lik bir cam behere (beher C) aktarın. Maksimum partikül transferini sağlamak için beher B'nin iç duvarlarını DI su ile durulayın.
   1. Beher C'deki hacim 500 mL'den azsa, çözelti hacmini birleştirmek için değeri DI su ile 500 mL'ye yükseltin.
2. 0,5 M'lik bir nihai maksimum konsantrasyon elde etmek için Nil Kırmızısı çözeltisini beher C'ye ekleyin. Çözeltiyi tamamen homojenize olana kadar bir cam çubukla karıştırın, ardından beheri alüminyum folyo ile kaplayarak çözeltinin karanlıkta 30 dakika inkübe etmesine izin verin.

5. Vakum filtrasyonu

1. Vakum filtrasyon cihazlarını şu sırayla kurun: cam huni, metal kelepçe, vakumlu filtrasyon tabanı, toplama kabı, bağlantı hortumu, nem tutucu ve vakum pompası. Metal cımbız kullanarak yeni bir zarı (0,2 μm gözenek boyutu, 47 mm çapında) saklama kabından dikkatlice çıkarın. Filtre membranını vakumlu filtrasyon tabanının üstüne merkezi ve düz bir şekilde yerleştirin.
   NOT: Vakum filtrasyon tabanını cam huni ile hizalayarak ve metal bir cl ile sabitleyerek güvenli bir bağlantı sağlayın.amp.
2. Vakum filtrasyonunu etkinleştirin ve beher C'deki sıvıyı yavaşça cam huniye dökün. Partikül geri kazanımını en üst düzeye çıkarmak için beher C'yi DI su ile birkaç kez durulayın. Minimum partikül kaybını sağlamak için numune filtrasyonundan sonra cam huninin kenarlarını DI su ile durulayın.
   NOT: Filtreleme işlemi sırasında havadaki kontaminasyonu en aza indirmek için cam huniyi alüminyum folyo ile kapatın. Numunenin partikül sayısı yüksekse ve filtrasyon hızı düşerse, aynı numune için birden fazla membran kullanılabilir. Bu, partiküllerin membran boyunca eşit bir şekilde dağılmasını sağlayacak ve partiküllerin daha sonraki miktar tayini için toplanma ve üst üste binme riskini en aza indirecektir.
3. Filtrasyon tamamlandıktan sonra, filtre membranını cımbız kullanarak gözenekli plakadan dikkatlice alın ve her bir membranı ayrı bir cam Petri kabına yerleştirin. Petri kabını kapatmadan ve alüminyum folyoya sarmadan önce zarın tamamen kurumasını bekleyin. Daha fazla analize kadar kuru ve karanlık bir yerde saklayın.

6. Floresan mikroskobu ile MPS partikül ölçümü

1. Floresan parçacıklarının membran üzerindeki tam konumu daha sonra polimer tanımlaması için gerekliyse (örneğin, FTIR kullanılarak), lütfen aşağıdaki adımlara bakın:
   1. "Z" şeklini takip ederek başlangıç konumunu ve filtre zarı üzerinde 10 işareti nazikçe işaretlemek için siyah bir jel kalem kullanın (Şekil 2). Membranı, düz bir numune yüzeyi sağlamak için cımbız kullanarak mikroskop tablasındaki cam slaytların üzerine dikkatlice yerleştirin.
   2. Floresan cihazını şu sırayla etkinleştirin: ana bilgisayar, floresan kaynakları, monitör ve floresan mikroskobu. Enstrümanı açın ve kaynağın ışık düğmesini maksimum parlaklığa ayarlayın. Sırasıyla BF ve FL görüntüleri çekmek için parlak alan (BF) ve floresan ışık (FL) anahtar düğmelerini kullanın.
   3. Örnek gözlem ve kayıt için yazılımı kullanarak (örn. DP2-BSW), BF konumu altında parlak alan resimleri çekin. Düğmeyi FL konumuna çevirin ve karanlıkta floresan filtresiyle fotoğraf çekin. Görüş alanı gözlem dizisinin 1 ile 10 arasında çalıştığından emin olun. FL ve BL fotoğraflarının aynı konumda çekildiğinden emin olun.
      NOT: Partiküllerin optimum floresansını sağlamak için floresan mikroskobik analiz, filtrasyondan sonraki 24-48 saat içinde yapılmalıdır. BF ve FL görüntülerinin aynı konumda çekildiğinden emin olun (Şekil 3). Tüm membranların aynı büyütme ve cihaz ayarları kullanılarak analiz edildiğinden emin olun.
2. LDIR kullanarak polimer tanımlaması için mikroskop adımlarını aşağıdaki gibi gerçekleştirin:
   1. Mikroskopi sistemini şu şekilde ayarlayın: kamera, filtreler, büyütme ve mikroskop aşaması ve bilgisayar. Numuneye ve arka plan floresansına bağlı olarak istenen uyarma ve emisyon dalga boyları (örn. sırasıyla 470 nm ve 495 nm) için en uygun filtre modunu seçin.
   2. Filtre membranı tutucularını tozsuz mendillerle silin, ardından membranı tutucuya sabitleyin ve mikroskop tablasına kaydırın. Parçacıkların eşit dağılımını sağlamak için tüm zarı görsel olarak tarayın.
   3. Kameranın bağlı olduğundan ve mikroskop büyütmesinin tüm numune türleri için uygun olduğundan ve aynı setteki tüm numuneler arasında tutarlı olduğundan emin olun. Analize başlamadan önce bir mezura kullanarak kamera ile yakalanan alanın boyutunu mm cinsinden belirleyin.
      NOT: Parçacıklar eşit olarak dağılmışsa, membran üzerinde gerekli sayıda örnekleme noktası seçerek toplam membran alanının en az %10'unu analiz edin. Kamerayı kullanarak her örnekleme noktasının fotoğrafını çekin.

7. FTIR veya LDIR spektroskopisi kullanılarak MP polimer tanımlaması

1. Polimer partiküllerini tanımlamak için FTIR kullanılıyorsa, lütfen aşağıdaki adımlara bakın.
   1. Numune gözlemi ve kaydı için FTIR spektrometresini ve ilgili yazılımı açın. Her numuneyi ölçmeden önce probu temizleyin.
   2. Gerçek zamanlı ekran kaydı yoluyla izlenecek parçacıkları tanımlayın. Rocker'ı manipüle ederek konumu ve keskinliği ayarlayın. İşletim platformunu merkeze getirin ve mevcut hava arka plan spektrumunu yakalayın.
      NOT: Hem BF hem de FL görüntülerine karşılık gelen hedef parçacıklar.
   3. 3-5 ^cm-400 kızılötesi dalga sayısı aralığında spektrum elde etmek için her parçacık üzerinde 4,000-1 sabit nokta ölçün. Sonuçlar sayfasında, orijinal verileri kaydedin, spektrumu elde edin ve numunenin isabet kalitesi indeksini doğrulamak için standart kitaplıktaki plastik spektrumla karşılaştırın (Şekil 4).
      NOT: Bu çalışmada, MP'lerin küçük boyutu ve bunların tüm filtre boyunca ölçülmesindeki zorluklar nedeniyle, FTIR analizi için her numuneden 5-7 temsili parçacık seçilmiştir. Eşit bir dağılım sağlamak için, filtre boyunca "Z şeklinde" bir desen izleyen parçacıklar seçildi. Bununla birlikte, partiküller tüm filtrenin taranması yerine rastgele seçildiği için bazı belirsizliklerin ortaya çıkabileceği unutulmamalıdır.
   4. İsabet kalite indeksi (HQI) 0,7 ≥ bir eşleşme kabul edilir. Şekil 4 , %0.04 PE-MPS ile çivilenmiş bir toprak örneğinde FTIR spektroskopisi ile tanımlanan parçacıkların bir örneğini göstermektedir.
2. Polimer partikül tanımlaması için LDIR kullanılıyorsa, aşağıdaki adımları izleyin:
   1. Floresan mikroskop adımları tamamlandıktan sonra, LDIR üzerinde analiz için parçacıkları yeniden askıya alın. Filtre membranını yeni bir cam şişeye yerleştirin ve 20 mL saf etanol ekleyin. Şişeleri sıkıca kapatın ve sızıntıyı önlemek için kapakları parafin film ile sarın.
   2. Tüm parçacıklar yeniden askıya alınana kadar en az 1 saat boyunca ultrasonik bir banyoda örnekleri sonikleştirin. Membranı cam şişeden çıkarın ve atın.
      NOT: Parçacıkların içeriye baktığı membran tarafının, yani flakon duvarından uzağa baktığından emin olun. Sonikasyon süresi kullanılan membran tipine bağlıdır; Membran rengi sızabilir, ancak bu polimer tanımlamasına müdahale etmeyecektir.
   3. Membranları floresan mikroskop altında yeniden analiz ederek ve partikül gidermenin %95'> olduğundan emin olarak başarılı partikül yeniden süspansiyonunu onaylayın.
   4. Etanol çözeltisi içeren cam şişeleri manyetik bir karıştırma plakasına yerleştirin ve şişeye küçük bir manyetik cam karıştırıcı ekleyin. Plaka sıcaklığını 100 °C'ye ayarlayarak ve partikülleri askıda tutmak için düşük hızda karıştırarak etanolün 5 mL'nin altına kadar buharlaşmasına izin verin.
      NOT: Numunelerin hava yoluyla bulaşan kontaminasyonunu en aza indirmek için şişeleri alüminyum folyo ile hafifçe örtün. İsteğe bağlı olarak, etanolün buharlaşması için çözeltiyi yumuşak bir nitrojen akışı altında kurutun.
   5. Partikül geri kazanımını en üst düzeye çıkarmak için 20 mL cam şişeyi durulamak için yeni etanol kullanarak numuneyi 8 mL'lik küçük bir cam şişeye aktarın.
      NOT: Gerekirse, tam olarak 5 mL'ye ulaşmak için küçük cam şişeye yeni etanol ekleyin.
   6. Numuneyi LDIR üzerinde analize hazırlamak için, tüm partiküller çözelti içinde homojen bir şekilde süspanse olana kadar numuneyi iyice çalkalayın ve numunenin 10 μL'sini hızlı bir şekilde lam üzerine pipetleyin ve etanolün buharlaşmasına izin verin. Her slaytta örnek başına 3 yinelemeyi analiz etmek için bu adımı iki kez daha tekrarlayın.
   7. Ayarlanan boyut aralığındaki her bir parçacığın kızılötesi spektrumlarını ölçmek ve bunları polimer tanımlaması için dahili kitaplıkla eşleştirmek için ilgili yazılımdaki parçacık analiz aracını kullanın.
      NOT: Her parçacık üzerindeki bir nokta, 800-1800 ^cm-1 kızılötesi dalga sayısı aralığında otomatik olarak ölçülür ve parçacıklar, polimerlerin ve diğer organik ve inorganik malzemelerin bilinen kütüphane spektrumlarıyla otomatik olarak eşleştirilir.
   8. İsabet kalite indeksi (HQI) 0,8 ≥ ise eşleşme kabul edilir. Şekil 5 , %0.04 PE-MPS ile çivilenmiş bir toprak örneğinde LDIR spektroskopisi ile tanımlanan parçacıkların bir örneğini göstermektedir.
      NOT: Düşük partikül sayısına sahip numuneler için numune hacmi artırılabilir.

8. ImageJ kullanılarak floresan membran görüntülerinin partikül miktar tayini

1. ImageJ^32'yi (sürüm 1.54f) açın ve görüntüleri yazılıma yükleyin. Görüntünün ölçeğini, gerçek görüntü boyutuna karşılık gelen doğru ölçümlere ayarlayın. Görüntü pikseli > boyutu ( mm) değerlerini girmek için Analiz Et ve Ölçeği ayarla işlevlerini kullanın, ardından bu ayarları oturum sırasında tüm görüntülere uygulamak için Genel'i seçin.
2. Görüntüyü ikili bir görüntüye dönüştürün ve sırasıyla 8 bit > > İşleme Görüntü > Türü işlevlerini kullanarak 8 bit'e dönüştürün. Partikül analizi için parametreleri seçmek için Analiz Et > Ölçümleri ayarla fonksiyonlarını kullanın ve istenen parametreleri seçin, örneğin Alan, Şekil tanımlayıcıları ve Feret çapı. Kaplamaya ekle'yi seçin ve veri çıkışı için ondalık basamak sayısını belirleyin.
3. Parçacıkları analiz etmek için Parçacıkları Analiz Et > Analiz Et'i seçin ve ilgilenilen parçacık boyutu aralığını belirleyin. Daireselliği 0-1 olarak ayarlayın, Piksel birimlerinin seçimini kaldırın, Kaplamanın gösterilmesini etkinleştirin ve şu kutuları seçin: Sonuçları görüntüle, Kenarları dışla, Sonuçları temizle, Delikleri dahil et, Özetle ve Kaplama. Sonuçları, sonuçlar penceresinden .csv dosyaları olarak dışa aktarın.
   NOT: Floresan görüntülerin analizi, polimer sayısı hakkında değil, yalnızca parçacık sayısı hakkında bilgi sağlayacaktır; bu nedenle, örneğin IR spektroskopi teknikleri kullanılarak ek bir tanımlama prosedürü gereklidir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Sonuçlar

Bu metodolojinin geri kazanım oranlarını doğrulamak için, üç farklı katı matristen (silikon dioksit (SD), bentonit kili (BT) ve toprak) alınan numuneler üç kopyadan oluşan setler halinde analiz edildi. Numuneler, ağırlıkça %0.04 beyaz polietilen (PE) mikroplastik (partikül boyutu aralığı 40-48 μm) eklenerek ve eklenmeden analiz edildi. Toprak örnekleri Haidian Bölgesi, Pekin, Çin'den (Çin Tarım Üniversitesi Batı Kampüsü) toplandı ve toprak, umber ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Tartışmalar

Basit rastgele örnekleme veya sistematik ızgara örneklemesi gibi yaklaşımların yanı sıra örnekleme alanı ve derinliği de dahil olmak üzere tarladaki toprak örnekleme stratejisi, belirli araştırma sorularına göre uyarlanmalı ve numune toplamadan önce açıkça tanımlanmalıdır. Bazı çalışmalar 0-10 cm^34,37 üst toprak tabakasına odaklanırken, diğerleri 0-40 cm derinliğe sahip toprak örnekleri toplamı...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-decimal balance	n/a	n/a	Standard 2-decimal balance
40 °C oven	n/a	n/a	Standard large fan-oven with temperature set to 40 °C
8700 LDIR	Agilent Technologies	n/a	LDIR used to identify particles
Aluminum container	n/a	n/a	Standard aluminum food take-away container
Aluminum foil	n/a	n/a	Standard heavy-duty aluminum foil
Axioplan 2	Zeiss	n/a	Fluorescence microscopy is used to observe microplastic particles in the fluorescent state
Bentonite clay	Sigma Aldrich	285234	Bentonite clay used for recovery tests
BX53	Olympus	n/a	Fluorescence microscopy is used to observe microplastic particles in the fluorescent state
Glass beaker (600 ml)	n/a	n/a	Standard glass beaker
Glass bottle (1 l)	n/a	n/a	Standard glass bottle
Glass magnetic stirrer bar	n/a	n/a	Standard glass coated magnetic stirrer bar
Glass measuring cylinder (500 ml)	n/a	n/a	Standard glass measuring cylinder
Glass pipette (10 ml)
Glass vacuum filtration device	Pyrex (purchased via Sigma Aldrich)	SLW5809/KIT	Glass filtration device with 500 ml funnel, porous plate, and 1 l collection beaker
LUMOS Alpha II	Bruker	n/a	FTIR used to analyze suspect microplastics.
Magnetic stirring plate	n/a	n/a	Standard magnetic stirring plate
MCE filter membrane	Jinteng company	JTMF0441/0442	White MCE membranes, 0.2 µm pore size, 50 mm diameter, with FTIR method
Nile Red	Fisher Scientific	10464311	Nile Red powder used to make stock solution of nile red dye using appropriate solvent (e.g. acetone)
PCTE filter membrane	Sterlitech Corporation	1270060	Black PCTE membranes, PVP-free, 0.2 µm pore size, 47 mm diameter, with LDIR method
Silicon dioxide	Sigma Aldrich	18649	Silicon dioxide used for recovery tests
Sodium chloride	Sigma Aldrich	S9888	Sodium chloride used for density separation
Sodium hydroxide	Fisher Scientific	10675692	Sodium hydroxide used for organic matter digestion
Soil auger	n/a	n/a	Length 30 cm; diameter 2 cm; material stainless steel
Ultra-high molecular weight polyethylene microplastic powder	Sigma Aldrich	434272	Polyethylene microplastic used to spike silicon dioxide, bentonite clay, and soil samples for recovery tests
Vacuum pump	Vacuubrand GmBH Co KG	ME 2C NT	Vacuum pump for vacuum filtration