Выделение микропластика из речной воды во вращающейся спиральной колонке с использованием системы вода–масло

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Определение содержания микропластика в природных водах является актуальной задачей при оценке степени загрязнения водоемов, выявлении источников загрязнения, а также при оценке потенциальных рисков для обитателей водных экосистем и потребителей воды. Решение такой задачи главным образом лежит в области аналитической химии, при этом важнейшую роль играют методы разделения частиц. В настоящей работе впервые показана возможность применения метода проточного выделения микропластика во вращающейся спиральной колонке с использованием системы вода–масло для оценки содержания микропластика в речной воде. Микропластик в выделенных образцах частиц определяли методом пиролитической газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием (Пиро-ГХ-МС). В работе анализировали пробу воды из Москвы-реки. С помощью системы вода–касторовое масло из речной воды выделено 1.8 мг/л взвешенных частиц. Процедура разложения органического вещества (30 % H2O2) пробы позволила уменьшить массу выделенных частиц до 0.4 мг/л. Остаточная фракция изучена методом оптической микроскопии. По данным Пиро-ГХ-МС общее содержание микропластика в исследуемой пробе воды составило 109 мкг/л, что составляет 1.4 % от общего содержания взвешенных частиц в исследуемой пробе воды. Идентифицированы пять видов микропластика, а именно: полиэтилен, полипропилен, акрилонитрилбутадиенстирол, акрилбутадиеновый каучук и полиэтилентерефталат, среди которых основным видом является полиэтилен (97 мкг/л). Предложенный метод перспективен для оценки содержания микропластика в природных водах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. С. Ермолин

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ermolin@geokhi.ru
Россия, Москва

А. И. Иванеев

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: ermolin@geokhi.ru
Россия, Москва

Е. Ю. Савонина

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: ermolin@geokhi.ru
Россия, Москва

Р. Х. Дженлода

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: ermolin@geokhi.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Geyer R., Jambeck J.R., Law K.L. Production, use, and fate of all plastics ever made // Sci. Adv. 2017. P. 3.
  2. The Lancet Planetary Health. Microplastics and human health – An urgent problem // Lancet Planet. Health. 2017. V. 1. Article e254.
  3. Lebreton L., Andrady A. Future scenarios of global plastic waste generation and disposal // Palgrave Commun. 2019. V. 5. P. 1.
  4. Vivekanand A.C., Mohapatra S., Tyagi V.K. Microplastics in aquatic environment: Challenges and perspectives // Chemosphere. 2021. V. 282. Article 131151.
  5. Jambeck J.R., Geyer R., Wilcox C., Siegler T.R., Perryman M., Andrady A. et al. Plastic waste inputs from land into the ocean // Science. 2015. V. 347. P. 768.
  6. Yuan Z., Nag R., Cummins E. Human health concerns regarding microplastics in the aquatic environment – From marine to food systems // Sci. Total Environ. 2022. V. 823. Article 153730.
  7. Wagner M., Scherer C., Alvarez-Muñoz D., Brennholt N., Bourrain X., Buchinger S. et al. Microplastics in freshwater ecosystems: What we know and what we need to know // Environ. Sci. Eur. 2014. V. 26. P. 1.
  8. Bergmann M., Gutow L., Klages M. Marine Anthropogenic Litter. Cham: Springer, 2015. 447 p.
  9. Thompson R.C., Olson Y., Mitchell R.P., Davis A., Rowland S.J., John A.W.G., McGonigle D., Russell A.E. Lost at sea: Where is all the plastic? // Science. 2004. V. 304. P. 838.
  10. Thompson R.C. Courtene-Jones W., Boucher J., Pahl S., Raubenheimer K., Koelmans A.A. Twenty years of microplastic pollution research-what have we learned? // Science. 2024. V. 386. № 6720. Article eadl2746.
  11. Ivleva N.P., Primpke S., Lynch J.M. Advances in chemical analysis of micro- and nanoplastics // Anal. Bioanal. Chem. 2023. V. 415. № 15. P. 2869.
  12. Ivleva N.P. Chemical Analysis of Microplastics and Nanoplastics: Challenges, Advanced Methods, and Perspectives // Chem. Rev. 2021. V. 121. № 19. P. 11886.
  13. Kuznetsova O.V., Shtykov S.N., Timerbaev A.R. Mass Spectrometry Insight for Assessing the Destiny of Plastics in Seawater // Polymers. 2023. V. 15. № 6. P. 1523.
  14. Ермолин М.С. Оценка содержания микропластика в природных водах и донных отложениях: пробоотбор и пробоподготовка // Журн. аналит. химии. 2024. Т. 79. № 5. С. 500 (Ermolin M.S. Assessment of the microplastics content in natural waters and sediments: Sampling and sample preparation // J. Anal. Chem. 2024. V. 79. № 5. P. 500.)
  15. Pasquier G., Doyen P., Kazour M., Dehaut A., Diop M., Duflos G., Amara R. Manta net: The golden method for sampling surface water microplastics in aquatic environments // Front. Environ. Sci. 2022. V. 10. Article 811112.
  16. Masura J., Baker J., Foster G., Arthur C. Laboratory Methods for the Analysis of Microplastics in the Marine Environment: Recommendations for Quantifying Synthetic Particles in Waters and Sediments. NOAA Technical Memorandum NOS-OR&R-48, 2015. 39 p.
  17. European Commission. MSDF Guidance on Monitoring Marine Litter. Luxembourg, 2013. 128 p.
  18. Vermaire J.C., Pomeroy C., Herczegh S.M., Haggart O., Murphy M. Microplastic abundance and distribution in the open water and sediment of the Ottawa River, Canada, and its tributaries // FACETS. 2017. V. 2. P. 301.
  19. Lindeque P.K., Cole M., Coppock R.L., Lewis C.N., Miller R.Z., Watts A.J.R. et al. Are we underestimating microplastic abundance in the marine environment? A comparison of microplastic capture with nets of different mesh-size. Elsevier, 2020. V. 265. P. 114721.
  20. Dris R., Gasperi J., Rocher V., Saad M., Renault N., Tassin B. Microplastic contamination in an urban area: A case study in Greater Paris // Environ. Chem. 2015. V. 12. P. 592.
  21. Prata J.C., da Costa J.P., Duarte A.C., Rocha-Santos T. Methods for sampling and detection of microplastics in water and sediment: A critical review // TrAC, Trends Anal. Chem. 2019. V. 110. P. 150.
  22. Stock F., Kochleus C., Bänsch-Baltruschat B., Brennholt N., Reifferscheid G. Sampling techniques and preparation methods for microplastic analyses in the aquatic environment – A review // TrAC, Trends Anal. Chem. 2019. V. 113. P. 84.
  23. Wang W., Wang J. Investigation of microplastics in aquatic environments: An overview of the methods used, from field sampling to laboratory analysis // TrAC, Trends Anal. Chem. 2018. V. 108. P. 195.
  24. Hidalgo-Ruz V., Gutow L., Thompson R.C., Thiel M. Microplastics in the marine environment: A review of the methods used for identification and quantification // Environ. Sci. Technol. 2012. V. 46. P. 3060.
  25. Claessens M., De Meester S., Van Landuyt L., De Clerck K., Janssen C.R. Occurrence and distribution of microplastics in marine sediments along the Belgian coast // Mar. Pollut. Bull. 2011. V. 62. P. 2199.
  26. Sánchez-Nieva J., Perales J.A., González-Leal J.M., Rojo-Nieto E. A new analytical technique for the extraction and quantification of microplastics in marine sediments focused on easy implementation and repeatability // Anal. Methods. 2017. V. 9. P. 6371.
  27. Coppock R.L., Cole M., Lindeque P.K., Queirós A.M., Galloway T.S. A small-scale, portable method for extracting microplastics from marine sediments // Environ. Pollut. 2017. V. 230. P. 829.
  28. Imhof H.K., Schmid J., Niessner R., Ivleva N.P., Laforsch C. A novel, highly efficient method for the separation and quantification of plastic particles in sediments of aquatic environments // Limnol. Oceanogr. Methods. 2012. V. 10. P. 524.
  29. Quinn B., Murphy F., Ewins C. Validation of density separation for the rapid recovery of microplastics from sediment // Anal. Methods. 2017. V. 9. P. 1491.
  30. Monteiro S.S., Pinto da Costa J. Methods for the extraction of microplastics in complex solid, water and biota samples // Trends Environ. Anal. Chem. 2022. V. 33. Article e00151.
  31. Nuelle M.T., Dekiff J.H., Remy D., Fries E. A new analytical approach for monitoring microplastics in marine sediments // Environ. Pollut. 2014. V. 184. P. 161.
  32. Stolte A., Forster S., Gerdts G., Schubert H. Microplastic concentrations in beach sediments along the German Baltic coast // Mar. Pollut. Bull. 2015. V. 99. P. 216.
  33. Erni-Cassola G., Gibson M.I., Thompson R.C., Christie-Oleza J.A. Lost, but found with Nile Red: A novel method for detecting and quantifying small microplastics (1 mm to 20 μm) in environmental samples // Environ. Sci. Technol. 2017. V. 51. P. 13641.
  34. Rodrigues M.O., Gonçalves A.M.M., Gonçalves F.J.M., Nogueira H., Marques J.C., Abrantes N. Effectiveness of a methodology of microplastics isolation for environmental monitoring in freshwater systems // Ecol. Indic. 2018. V. 89. P. 488.
  35. Pfeiffer F., Fischer E.K. Various digestion protocols within microplastic sample processing – Evaluating the resistance of different synthetic polymers and the efficiency of biogenic organic matter destruction // Front. Environ. Sci. 2020. V. 8. Article 572424.
  36. Duan J., Han J., Zhou H., Lau Y.L., An W., Wei P. et al. Development of a digestion method for determining microplastic pollution in vegetal-rich clayey mangrove sediments // Sci. Total Environ. 2020. V. 707. Article 136030.
  37. Karami A., Golieskardi A., Choo C.K., Romano N., Ho Y.B., Salamatinia B. A high-performance protocol for extraction of microplastics in fish // Sci. Total Environ. 2017. V. 578. P. 485.
  38. Phuong N.N., Zalouk-Vergnoux A., Kamari A., Mouneyrac C., Amiard F., Poirier L., Lagarde F. Quantification and characterization of microplastics in blue mussels (Mytilus edulis): Protocol setup and preliminary data on the contamination of the French Atlantic coast // Environ. Sci. Pollut. Res. 2018. V. 25. P. 6135.
  39. Naidoo T., Goordiyal K., Glassom D. Are nitric acid (HNO3) digestions efficient in isolating microplastics from juvenile fish? // Water Air Soil Pollut. 2017. V. 228. P. 1.
  40. Cole M., Webb H., Lindeque P.K., Fileman E.S., Halsband C., Galloway T.S. Isolation of microplastics in biota-rich seawater samples and marine organisms // Sci. Rep. 2014. V. 4. P. 1.
  41. Courtene-Jones W., Quinn B., Murphy F., Gary S.F., Narayanaswamy B.E. Optimisation of enzymatic digestion and validation of specimen preservation methods for the analysis of ingested microplastics // Anal. Methods. 2017. V. 9. P. 1437.
  42. Karlsson T.M., Vethaak A.D., Almroth B.C., Ariese F., van Velzen M., Hassellöv M., Leslie H.A. Screening for microplastics in sediment, water, marine invertebrates and fish: Method development and microplastic accumulation // Mar. Pollut. Bull. 2017. V. 122. P. 403.
  43. Löder M.G.J., Imhof H.K., Ladehoff M., Löschel L.A., Lorenz C., Mintenig S. et al. Enzymatic purification of microplastics in environmental samples // Environ. Sci. Technol. 2017. V. 51. P. 14283.
  44. Crichton E.M., Noël M., Gies E.A., Ross P.S. A novel, density-independent and FTIR-compatible approach for the rapid extraction of microplastics from aquatic sediments // Anal. Methods. 2017. V. 9. P. 1419.
  45. Mani T., Frehland S., Kalberer A., Burkhardt-Holm P. Using castor oil to separate microplastics from four different environmental matrices // Anal. Methods. 2019. V. 11. P. 1788.
  46. Crew A., Gregory-Eaves I., Ricciardi A. Distribution, abundance, and diversity of microplastics in the upper St. Lawrence River // Environ. Pollut. 2020. V. 260. Article 113994.
  47. Koelmans A.A., Mohamed Nor N.H., Hermsen E., Kooi M., Mintenig S.M., De France J. Microplastics in freshwaters and drinking water: Critical review and assessment of data quality // Water Res. 2019. V. 155. P. 410.
  48. Марютина Т.А., Федотов П.С. Жидкостная хроматография со свободной неподвижной фазой в элементном анализе: от нефти до особо чистых веществ // Журн. аналит. химии. 2019. Т. 74. № 3. С. 201. (Maryutina T.A., Fedotov P.S. Countercurrent chromatography in elemental analysis: From oil to high-purity substances // J. Anal. Chem. 2019. V. 74. I. 3. P. 239.)
  49. Mandava N.B., Ito Y. Countercurrent Chromatography: Theory and Practice. New York, 1988. 841 p.
  50. Maryutina T.A., Soin A. V., Katasonova O.N. Counter-current chromatography for oil analysis: Retention features and kinetic effects // J. Chromatogr. A. 2009. V. 1216. № 19. P. 4232.
  51. Ermolin M.S. Savonina E.Yu., Katasonova O.N., Ivaneev A.I., Maryutina T.A., Fedotov P.S.. Continuous-flow separation and preconcentration of microplastics from natural waters using countercurrent chromatography // Talanta. 2024. V. 278. Article 126504.
  52. Munno K., Helm P.A., Jackson D.A., Rochman C., Sims A. Impacts of temperature and selected chemical digestion methods on microplastic particles // Environ. Toxicol. Chem. 2018. V. 37. P. 91.
  53. Pan Z., Guo H., Chen H., Wang S., Sun X., Zou Q. et al. Microplastics in the Northwestern Pacific: Abundance, distribution, and characteristics // Sci. Total Environ. 2019. V. 650. P. 1913.
  54. Gewert B., Plassmann M.M., Macleod M. Pathways for degradation of plastic polymers floating in the marine environment // Environ. Sci.: Process Impacts. 2015. V. 17. P. 1513.
  55. Prata J.C., da Costa J.P., Girão A.V., Lopes I., Duarte A.C., Rocha-Santos T. Identifying a quick and efficient method of removing organic matter without damaging microplastic samples // Sci. Total Environ. 2019. V. 686. P. 131.
  56. Li K., Xing R., Liu S., Qin Y., Meng X., Li P. Microwave-assisted degradation of chitosan for a possible use in inhibiting crop pathogenic fungi // Int. J. Biol. Macromol. 2012. V. 51. № 5. P. 767.
  57. Huang Q.Z., Zhuo L.H., Guo Y.C. Heterogeneous degradation of chitosan with H2O2 catalysed by phosphotungstate // Carbohydr. Polym. 2008. V. 72. № 3. P. 500.
  58. Ishimura T., Iwai I., Matsui K., Mattonai M., Watanabe A., Robberson W. et al. Qualitative and quantitative analysis of mixtures of microplastics in the presence of calcium carbonate by pyrolysis-GC/MS // J Anal. Appl. Pyrolysis. 2021. V. 157. Article 105188.
  59. Scherer C., Weber A., Stock F., Vurusic S., Egerci H., Kochleus C. et al. Comparative assessment of microplastics in water and sediment of a large European river // Sci. Total Environ. 2020. V. 738. Article 139866.
  60. Ferreira M., Thompson J., Paris A., Rohindra D., Rico C. Presence of microplastics in water, sediments and fish species in an urban coastal environment of Fiji, a Pacific small island developing state // Mar. Pollut. Bull. 2020. V. 153. Article 110991.
  61. Kole P.J., Löhr A.J., Van Belleghem F.G.A.J., Ragas A.M.J. Wear and tear of tyres: A stealthy source of microplastics in the environment // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2017. V. 14. № 10. Article 1265.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микрофотографии бесцветных частиц, выделенных в масляную фазу из речной воды с использованием вращающейся спиральной колонки.

Скачать (312KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Микрофотографии окрашенных частиц, выделенных в масляную фазу из речной воды с использованием вращающейся спиральной колонки.

Скачать (138KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микрофотографии частиц-волокон, выделенных в масляную фазу из речной воды с использованием вращающейся спиральной колонки.

Скачать (91KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Содержание в пробе воды Москвы-реки взвешенных частиц, выделенных в масляную фазу частиц, неразложившегося в 30 %-ном H2O2 остатка и микропластика.

Скачать (104KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025