方法检测和表征船油漆塑料微粒的海洋环境
Andreas Gondikas
卡琳·马特
马丁Hassellov- 1海洋科学学系Kristineberg海洋研究站,Fiskebackskil、瑞典哥德堡大学
- 2大学地质系和Geoenvironment雅典,雅典,希腊
塑料微粒在海洋环境研究的焦点最近,然而人们却很少关注给船油漆来源,尽管对海洋生态系统的直接影响。这主要是由于缺乏建立了分析方法。塑料微粒划船来源可能源自防污漆在水下的身体,表面涂层顶部,甲板和上层建筑,以及塑料部分船施工。他们的释放可以发生在施工期间,操作(休闲渔船和商船),服务,和维护,从材料本身或使用化学物质(例如,研磨清洁剂)。最重要的是,船漆塑料微粒含有杀虫剂,如金属铜和锌,和粒子含有锡(残留物从旧或当前使用三丁基锡船体涂料)应该提高更高的关注潜在的环境影响。本研究旨在提供实用的洞察方法量化的船漆塑料微粒在海洋水域,并提供一个基线调查事件。采样和分析方法应用于案例研究,即。在瑞典海岸,码头。多种方法的识别和描述船漆塑料微粒基于视觉和化学特性。一般来说,测量内容biocide-containing塑料微粒在所有码头非常高,铜粒子的浓度水平> 10在400 - 1400年间μm粒子/ l .鉴于杀虫剂的颜料粒子制造有毒,这是特别重要的考虑到实地测量未来的环境状况评估。这项研究强调了监测数据的重要性在行动工作有关部门和利益相关者之间的关系。
介绍
塑料微粒是一种固体污染引起了高度关注,特别是但不限于在海洋环境中,因为它无处不在的发生和分布和大小分布重叠与自然粒子。因为它已经提出,塑料微粒构成潜在的危害和对水生生态系统的影响促使强烈研究潜在的物理和化学作用(高桥et al ., 2012;Galloway et al ., 2017;Corinaldesi et al ., 2021)。然而塑料微粒颗粒组成各种各样的化学成分(聚合物,添加剂和其他成分)和物理形式和大小(哈特曼et al ., 2019)。为了解决这个问题,最近规定目标塑料微粒,故意生产消费产品的组件,如化妆品、个人护理产品、洗涤剂、目标等,从而限制其在环境中释放(Comitology注册,2021)。然而,无意中产生降解的塑料微粒产生较大的塑料更难以控制,因为聚合物被广泛的使用与全球经济交织在一起。Degradation-produced塑料微粒是大多数的塑料微粒污染环境,尽管毒理学研究并不总是决定性的各种类型所带来的风险,从油漆、塑料微粒轮胎,面料是有潜在危险的塑料微粒的主要来源。特别是防污涂料粒子,可能会对海洋生态系统造成巨大的风险,因为有毒防污涂料生产是为了禁止生物生长在船的船体。涂料主要由碳聚合物及其贡献全球塑料污染在很大程度上被忽视;估计有7.4吨油漆泄漏环境中,63%是塑料微粒和37%释放在海洋和水域,使海洋涂料最大的塑料微粒来源(Gaylarde et al ., 2021;Muller-Karanassos et al ., 2021;特纳,2021;Paruta et al ., 2022)。因此必须开发分析方法来检测和描述漆塑料微粒在海洋环境。
漆塑料微粒生成从环境风化、维护或退役操作,并且可以来自两个陆基(房屋、建筑物、建筑),和海洋资源(休闲船只,船只残骸,海事结构)。在沿海水域,休闲渔船和商船可能主导来源(Paruta et al ., 2022)。有许多不同的配方油漆,清漆,涂料用于船舶,取决于他们的建筑材料和使用概要文件。最常见的休闲船生产材料是玻璃纤维增强聚酯复合材料(GRP) (格兰,1982)这本身可以生成塑料微粒,经常涂上一个十字架与聚酯漆(凝胶涂层)。金属船舶通常受到各种环氧树脂涂料的保护,而木船通常应用与清漆或油漆(alkyde或聚氨酯为基础)。在水线以上部分,在环氧树脂漆外观和保护不同硬聚氨酯(PU)面漆通常应用。在水下表面的防污(AFC)或犯规释放涂料(FRC)通常应用在防护涂料。防污漆通常含有杀虫剂的原料,每定义是为了是有害的,不一定非目标污染物种,但副作用等良好的文档记录,例如,(Karlsson et al ., 2010;Muller-Karanassos et al ., 2021)。使防污涂料粒子发生的关键研究塑料微粒来源,运输、命运,和影响。有一些罕见的例外,例如,玻璃片状增强聚酯,所谓的破冰设备油漆,或其他non-biocidal包含颜料用于机械清洁,以及基于不同的硅胶或硅烷和包含FRC的含氟聚合物,用于释放的生物淤积代理在运动通过水或机械清洗(Watermann和埃克伦,2019)。商业船只,允许在指定地区水下清洗操作是由潜水员或机器人(歌曲和崔,2020年),为休闲船只有越来越多的水下洗船站建在世界各地的港口。这些水下刷牙操作显然是产生大量的颜料粒子同时删除软硬生物淤积涂料,因此监管当局需要密切关注什么样的涂料可以清洗,和控制措施和有效性这个设备可能有(Scianni Georgiades, 2019)。
在瑞典有一个非常大量的休闲船只人均,近一百万休闲船只和根据瑞典运输署700.000 L的船每年底涂料应用不同类型(Transportstyrelsens融洽Batlivsundersokningen 2020, 2021)。最常见的含铜杀生的成分是不同的物质,主要是氧化亚铜(铜2O)和铜硫氰酸(CuSCN),在粉末配方粉的形式。杀菌剂的三丁基锡(TBT)是一个很常见的亚足联杀虫剂多年,即使很久以后,它被发现有严重的副作用,特别是在海洋蜗牛(苏萨et al ., 2014),至今仍在一些市场销售(Uc-Peraza et al ., 2022)。后逐步禁止年代和二千年初有一些其他的杀虫剂,如氧化亚铜和大量有机杀虫剂。TBT仍然是一个大关心的优先污染物在水框架指令在许多港口和沿海沉积物和船的维护和存储区域(EC报告社署(2019)439年决赛)。TBT可以resuspended疏浚,船交通或建筑工作,另外还有船老TBT漆层下新亚足联的应用程序可以调动,因此本研究也注意到含有锡粒子。在欧洲,杀生的活跃成分的规范是由杀虫剂指令,并实现了与国家法律各自的主管机关,在这种情况下是瑞典化学机构KEMI。船的使用和服务维护产生抗微生物剂积累,在港沉积物和颜料粒子,在船服务和存储区域(Fauser et al ., 2019;Fauser et al ., 2022;特纳,2022;特纳et al ., 2022)。然而,理解的生成、传播、运输和船的命运油漆颗粒,得到了很少的关注,尽管其中一些可能最有毒的塑料微粒由于杀虫剂组合类型。这部分是由于缺乏测量方法。
本研究的目的是双重的;i)研究传统粒子的适用性分析方法的探测和识别海上油漆塑料微粒,与关注亚足联和ii)这些方法估计基线研究休闲船卡特加特海峡海上和波罗的海海岸的港口瑞典。
塑料微粒研究是一个相对较新的科学领域和一些变化和差异出现由于来自不同背景的科学家研究这个跨学科的主题。一个典型的例子是塑料微粒的定义的成分和物理性质。因为这里的研究是一个非常早期的研究的量化漆塑料微粒在海洋环境中,目标材料的定义是定义和分类框架提出的(哈特曼et al ., 2019)(图1)。漆塑料微粒与合成聚合物固体复合材料作为基本要素,要么不溶于海水或表现出缓慢溶解,可以持续几个月或几年。他们发生nanoplastics (1 - 1000 nm),塑料微粒(1 - 1000µm)和mesoplastics(1 - 10毫米)和不规则的形状和不同的颜色。哈特曼等人承认油漆颗粒塑料展示他们作为一个特殊情况由于缺乏一个阈值的聚合内容,允许简单分类为塑料。然而,涂料粒子目前广泛接受为全球塑料微粒污染的挑战不可分割的一部分,它的一个最危险的和被忽视的方面(2019年国际海事组织;Gaylarde et al ., 2021;托雷斯和de la torre, 2021年;特纳,2021;Paruta et al ., 2022)。
图1。漆塑料微粒定义通用的框架后,哈特曼等。
由于广泛使用大型船舶防污漆的小船和建筑物的外墙,这的确是有趣的多少是知道油漆塑料微粒的分布和命运的海洋环境。这部分是由于现有分析方法的分析挑战和理化性质的粒子,它阻碍监控油漆塑料微粒的努力(马特et al ., 2021 a)。在这里,一个新颖的分析方法用于量化和描述这些粒子在一个广泛的尺寸范围,即。,从0.1µm到几毫米。为了确定目标粒子从其他人为或自然粒子,使用了两个参数:视觉特征和金属含量。在第一种情况下,颜色蓝色和红色是用来确定油漆塑料微粒,由于缺乏天然粒子相同的颜色。棕色的颜色与形状作为一个额外的处理。在第二种情况下,金属含量的铜、锌、或使用锡,由于他们使用在防污漆(当前和过去的)。最后,我们讨论的挑战和其他方法的可能性和现在的相关显微镜的方法,提供了一个全面的表征方法。
材料和方法
采样地点的描述
抽样进行了六个码头(补充图S1;表1),两个西海岸的瑞典(Smogen和Stenungsund),两个在瑞典和丹麦之间的厄勒海峡海峡(Raa和Limhamn),和两个瑞典东海岸(玻色子和Fisksatra)。除了地理位置和不同成分的海水(Skagerak大海,厄勒海峡和波罗的海),这些码头都选择包括差异区域法规关于使用和服务沿海水域。维护活动在这些码头了,然而,抽样发生在清晨,这样的工作开始之前。在每个码头泊位的数量(表1)预计将影响油漆释放的大量海水,还有当地的天气状况,水流,日常活动可能会影响参数。
表1。码头取样的位置和大小。
抽样方法和控制
为了覆盖广泛的粒径,以下采样技术。
·蝠鲼拖网集成在每个方向约100米到1000米总长度(粒子大小> 300μm,地表水)
与真空泵·水样过滤(颗粒大小> 10μm, 0.5米深)
·收集滤液通过10µm膜分析对铜纳米粒子(粒径0.1 -10μm, 0.5米深)
首次使用外套拖网(进行抽样补充图S2300μm),筛孔尺寸。为了能够统计大样本粒子(> 300μm),用外套拖网和拖小型摩托艇和舷外巡航在1 - 2节。为了避免可能的污染从船上用于抽样,蝠鲼取样器转移2米的船与繁荣和外部的船。在每个方向的距离测量提前从航空摄影,拖网捕鱼是重复这1000是覆盖在每个采样位置。这相当于约65米3样本数量在每一种情况下,通过300μm网。拖网的样品有很多天然有机物(包括海洋和陆地)直接视觉分析是不可能的,通常可能在其他时期和/或在更远的海域,它成为必要的预处理方法。首先,轻微的化学降解法是测试pump-filtered浮游生物样品分解有机物效率和非破坏性影响塑料和油漆片了。过氧化氢的分解(30%)是有效的天然有机物质,但同时漂白油漆片。因此,鱼的方法用于分解塑料微粒分析(恩德斯et al ., 2017)进行了测试,发现是两个有效的海洋浮游生物和不影响测试塑料粒子。然而,事实证明,拖网样本没有有效地降解由于存在较高的植物种子、和其他陆地有机物。因此,降低治疗也补充了一个密度分离样本处理沉重的液体(氯化锌溶液),导致天然有机材料浮动而非常沉重的油漆片和小海贝残留接收器(马特et al ., 2022)。然后拖网过滤样本过滤在100年一个新的µm筛网过滤器为进一步显微镜分析。
水在深度0.5米采集标本使用Ruttner收藏家通过10µm过滤膜孔隙大小和滤液收集分析含金属微粒。过滤是直接从水取样器,与10μm过滤器(预设置补充图S3)和样本最初重力过滤。第一个200毫升滤液体积是收集到酸洗塑料瓶与spICPMS铜粒子的分析解决方案。过滤器被连接到一个真空泵和大约。此外,筛选了700毫升(体积测量)用超纯水清洗之前。收集的样本体积远远低于外套拖网和包含无关紧要的海洋和陆地有机物,从而进一步处理是没有必要在这种情况下。
分析方法和控制
不同的分析方法应用于不同的采样方法,并包括视觉计算更大的颜色片、自动计数的彩色微粒子,自动扫描电子显微镜特定于元素的粒子分析,识别主要的铜、锌和tin-rich粒子。此外,水样滤液(< 10μm)对铜的纳米粒子进行了分析。
§视觉识别的粒子> 300μm光学显微镜(LM)
过滤器的拖网样本光显微镜下视觉识别(蔡司AxioImager M2),拍照和分为形态类(颜色、形状、大小等)后Karlsson et al。(Karlsson et al ., 2020)。一个图像领域的一次收购,如果任何粒子存在,照片拍摄,然后每个粒子测量分为类的颜色和大小。
§视觉识别的粒子> 10μm LM
粒子采样10日μm过滤器是视觉识别使用一个自动化的方法与光学显微镜(蔡司AxioImager平方米,暗视野,20×镜头)。首先,整个滤波器成像,然后用AxioVison粒子分析仪分析了红色,蓝色,棕色,颜色以及其他粒子揭示每个粒子的大小结合他们的颜色。
§自动扫描电子显微镜(SEM)和x射线光谱分析(EDX)元素
SEM和EDX元素分析是一种行之有效的方法,识别和描述粒子。这里,SEM(σ,卡尔蔡司显微镜GmbH)使用EDX (Xflash 6 | 100年,力量纳米GmbH)分析,应用一个自动化的方法和智能粒子调查员(SmartPI)卡尔蔡司。分析过去参数:20 kV,孔径:60,变压:40 Pa,亮度:45.1,21.9对比,扫描速度:7,放大:325像素大小:1.145µm领域重叠:5%。样品面积在1341平方领域划分(补充图S3)和一个自动校准的亮度原定每400字段。粒子部分检测到边缘的一个字段的最小大小1μm2缝在一起的自动化过程。背散射电子检测(BSD),它的对比度更高更重的元素(Hassellov Kaegi, 2009)。因此可以选择粒子根据他们的元素进行了分析对比。在这里,第一次检测阈值调整铝钛粒子。接下来,一个小区域扫描使用各种阈值(补充图S4)和阈值150被选中作进一步分析,根据发现的铜粒子的数量,分数总无机铜的内容,时间和效率。因此,当务之急是给粒子与铜含量高,避免与微量的铜粒子也可能自然发生。使用这些参数,没有时间花在测量浮游生物粒子和轻矿物,但只有那些包含更重的元素。选择的粒子然后自动分析元素内容和形态参数(大小、形状)。方法是基于一个自动扫描过滤器没有操作符的偏差,保证客观性和良好的统计数据分析,在这成千上万的粒子进行了分析研究。样本分析后,所有粒子被排序第一个基于铜、锌、锡内容和选择的粒子被手动映射元素内容(ESPRIT软件,力量)。相关的显微镜与LM和SEM-EDX ZenCore软件(蔡司)使用上述工具。
§单粒子ICPMS
铜粒子被发现,他们的数量浓度(数量/ L)和大小(从中铜粒子的质量)量化,使用icp在单粒子模式(Tuoriniemi 2013)。NexIon 350 d (PerkinElmer, Inc .)是用来测量63年铜、停留时间5 ms和180年代每个样本的测量时间。样品在超纯水稀释20倍不到1分钟前分析,以减少总溶解固体的海水。量化是通过使用认证元素铜和黄金标准。运输效率计算(3.55%)使用标准的金纳米粒子与公称尺寸30 nm (PerkinElmer)。冲洗过程组成的顺序清洗解决方案1%硝酸混合2%的盐酸和1%的硝酸,然后超纯水样本之间的应用。之间的空格只包含超纯水分析样品检查遗留。使用这种方法,每个粒子只有一个元素可以测量;选择铜由于其高含量涂料、低背景,和建立方法与spICPMS (纳芙拉蒂诺娃et al ., 2015)。
结果
第一个应用程序是抽样的结合对大型塑料微粒(> 300µm)和mesoplastics和自动光学显微镜分析。外套拖网样本分析使用一个自动化的光学显微镜过程,包括扫描整个过滤面积,确定粒子颜色对比的基础上,和记录的颜色,大小和形状。的例子,蓝色,红色,棕色颗粒检测所示图2。红色和蓝色粒子可能船漆粒子,因为这些颜色不自然发生和他们的形状像油漆片。其他颜色,如白色和黑色在大量被确定,但是不可能区分人为和天然来源基于这些颜色。偶尔的黄色颗粒也确定了。distinctive分数进行了进一步分析,即。蓝色,红色,棕色的颗粒。
图2。蓝色的例子(一)、红(C)和棕色(B)粒子与LM发现外套拖网样本。
总数浓度范围从0.1到4.4粒子每立方米,0.2 - -0.3毫米的大小分布表现出一个峰值(最大尺寸)和在某些情况下,第二个峰在0.5 - -0.7毫米(图3一)。海水从码头东部含有多种粒子,由于高水平的悬浮粒子和有机物在波罗的海,而卡特加特海峡海清晰的水域。之间没有明显的趋势码头位于东部或西部海岸,或厄勒海峡海峡,然而,增加变化是观察到的东部位置(玻色子和Fisksatra),而更高浓度观察厄勒海峡海峡的位置(Limhamn和Raa)。一个因素可以解释大量的船油漆颗粒释放的海水是码头的规模,表示为船的最大数量,它可以(泊位)。事实上,颜色颗粒的数量浓度增加而可用在码头泊位的数量(图3 b),尽管有很大的变化。相关系数的泊位数量的蓝色,红色,和布朗粒子是0.64,0.58,和0.39,分别。船停靠在码头的确切数字,预计当地水流和风影响这些趋势。
图3。(一):收集的颗粒大小分布与外套拖网(300µm)和检测与自动LM方法。(B):粒子数浓度绘制与码头泊位的取样数量(轴绘制于对数尺度)。
粒子的检测和表征与降低粒径变得更具挑战性;此外,数量浓度增加与减少颗粒大小(马特et al ., 2021 b)。因此,第二个应用程序是更复杂的和有针对性的小塑料微粒和nanoplastics。海水收集在码头立即被过滤膜10µm孔隙大小、收集膜和滤液进行进一步分析。过滤器是由两个自动处理方法:过程与光学显微镜利用颜色和形状识别(类似于外套拖网样本)和SEM-EDX过程,利用金属含量来区分船油漆颗粒。使用spICPMS滤液进一步分析了铜的内容,针对船油漆nanoplastics。
发现了一些蓝色和红色颗粒使用自动化光学显微镜法(图4)。黄色,黑色,棕色颗粒也被检测到,但不记录由于稀缺或模棱两可的起源(自然的或人为的)。更多的粒子被发现在这个尺寸范围小。浓度范围从9到4.2万个粒子总数每立方米monomodal或双峰大小分布(图5)。在厄勒海峡海峡样本表现出更高的蓝色和红色粒子浓度,与这些码头的泊位数量一致。这些数据表明,船油漆颗粒释放大量的码头。然而,颜色本身并不是一个足够的源指标和成分信息也是必要的。
图4。红色的例子(一)和蓝色的(B)粒子与LM过滤样品中检测到。
图5。粒子的大小分布和Ruttner取样器收集,过滤(10µm)和检测与自动LM方法。
自动SEM-EDX方法应用于识别包含金属粒子在船体防污漆或涂料常见,如铜、锌、锡。三丁基锡(TBT)已经禁止船油漆但可能会持续在港口径流受污染的土地,或从砂光或爆破的旧漆层在船维护操作(特纳et al ., 2015)。铜和锌是常见的自然粒子的成分。为了区分船油漆从这些自然粒子,粒子SEM-EDX数据进行荟萃分析,仅计算粒子含有铜和锌,都高于5%的总无机粒子的内容(聚碳酸酯膜使用以来,碳是不包括在记录的数据)。5%的阈值被认为是高到足以排除大多数Cu-containing有机物和足够低,包括船漆塑料微粒与悬浮粒子聚合或减少由于浸出金属含量。粒子最大Feret直径超过10µm孔隙大小增加了膜的标准,提高定量分析。结果显示越来越趋势的红色/蓝色粒子和铜/锌含粒子与越来越多的码头泊位(图6),提供进一步证据的海水中的船油漆塑料微粒的释放。相关系数与蓝色/红色的泊位数量和铜/锌/ Sn包含粒子是0.86和0.05,分别,这表明其他人为来源的含金属粒子可能会降低SEM-EDX方法的特异性。粒子含有锡也发现分散和少量(补充图S5)。每天和每周的变化发生,由于当地条件和来访的船只,在Fisksatra,两个样本收集1天分开Stenungsund,两样本收集1周(图6;补充图S5)。
图6。粒子数浓度和含铜、锌、锡或高于阈值(5%的无机内容)画在蓝色和红色的和粒子与Ruttner取样器收集的样本中,过滤(10µm)和检测与自动SEM-EDX和LM方法。
超越国家的艺术
自动化方法的发展使得整个膜表面的分析,从而克服的局限性分析只膜的一部分耗时的手工检查方法,也妨碍了整个样本的结果外推。因此,呈现的结果证明使用自动化LM或SEM-EDX监视船油漆塑料微粒的释放方法接近点光源,例如,水中洗船,在视觉和成分属性可以提前确定,例如,从船前样品洗建立目标属性。在监视船漆塑料微粒共同发布的船,很明显,一个方法基于视觉外观(颜色选择)或元素组成(含金属粒子的其他来源)不足以确定船漆塑料微粒在海洋环境和互补信息从多个分析技术是必要的。在这项研究中,分析方法分别应用在整个粒子群样本,使用先进的仪器。推进超出了最先进的,应用程序的多个分析方法在单个粒子(即基础。,characterizing the same particle with different instruments) offers clear advantages and the way forward in terms of analysis. This work is in progress both from scientists and instrument manufacturers. Here, we demonstrate the applicability of a correlative microscopy approach on selected samples. Scanning the sample with SEM-EDX, we were able to identify particles enriched in copper and zinc, which were then reprocessed to produce elemental maps (图7 a - c)。使用适当的样品持有人允许匹配坐标之间的SEM和LM,分析了这些粒子颜色使用LM (图7 d)。所示的例子中图7显示了一个蓝色的颜料粒子与铜和锌含量高。逆的方法,即。,first categorizing particles based on color with LM and then acquiring compositional information with SEM-EDX (e.g.,补充数据S6, S7)也可能是有利的,尤其是考虑到梁损伤的富碳膜元素映射程序,这可能会干扰分析LM(见黄色背景图7 d)。
图7。一个蓝色的粒子,如由LM(D)锌和铜含量高,测量SEM-EDX(B)和元素地图所示(A, C),是一个相关的例子显微镜方法使用第一SEM-EDX元素映射为基本内容和LM颜色识别。
分析纳米粒子的挑战SEM-EDX不可能和LM自动化的方法。使用spICPMS,含铜量作为标准检测颗粒小于10µm穿过细胞膜。铜纳米颗粒的数量浓度发现了数百万每立方米(补充图S6)。用这种方法可以测量只有一个元素,因此几个假设需要获得粒子的大小。的粒度,粒度分布是来源于测量质量的铜/粒子,假设球形和氧化铜矿物结构。这些假设是一个简化的真实组成和形状粒子在海水中,包括人为和自然产生的粒子。大部分的粒子与这个过程检测到对应的等效粒径45 - 100 nm (补充图S6)。
讨论
在这项研究中使用的方法目标船漆粒子,利用颜色、形状、和金属含量区别于其他悬浮物。因为数量浓度增加对数粒度降低,两种抽样方法被成功应用。的蝠鲼拖网取样大量海水目标粒子大于300μm,更稀缺和过滤设置采样小卷和目标粒子大于10μm,丰度较高。颗粒小于10µm滤液中也被检测到。这些抽样方法旨在促进与LM的分析,SEM-EDX, spICPMS。使用颜色作为主要标准,误报的风险是高的,除了“异国情调”的颜色,明亮的蓝色和红色等被用于这项研究。此外,non-paint塑料粒子或油漆颗粒从其他来源(如房屋)可能被误认为是目标粒子。大小、形状和结构特征对应于油漆片可以用来加强决策过程。使用金属含量作为主要标准姿势识别优势防污涂料粒子,造成海洋生态系统的最高风险由于其固有的毒性。然而,non-paint粒子(例如,富有金属摩擦副产物,或引擎残留物)可能会被错误地归类为船漆塑料微粒因其金属成分。 Using combinations of metals as a compositional “fingerprint”, such as the copper-zinc combination used in this study appears to be a promising way forward, however, additional criteria are needed to exclude other natural or anthropogenic particles. Analysis with spICPMS provides information on the smallest particles, which are more likely to diffuse outside the limits of a marina, in the open sea or ocean. However, the information acquired is limited to one element, providing partial information about the particle composition. Using a time-of-flight spICPMS (Praetorius et al ., 2017)可能会提供一个更全面的的粒子组成,允许使用的组合元素(如铜、锌和Sn)确定船的颜料粒子。
这些方法的比较(表2)强调了检测和量化的船漆塑料微粒比大多数塑料微粒带来了额外的挑战。颜料粒子包含,总的来说,比塑料添加剂,因此阻碍分析使用工具通常用于塑料微粒,如拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)。分析涂料粒子或颜料与红外光谱可以挑战的原因很多。由于粒子的性质,是不适合使用传输模式(高能吞吐量,从而高灵敏度),在反射模式,如果表面不完全反射产生的输出光谱的低质量。此外,光谱范围通常是600 - 4000厘米−1硫化排除许多乐队从颜料,颜料,如红色颜料无法分析和红外光谱(卡斯特罗et al ., 2003)。红外光谱谱的粒子样本可能被拿来与参考光谱从产品市场或特定的船舶(如。(y K。歌et al ., 2014),然而,获得一个完整的参考图书馆是一项非常具有挑战性的任务。最后,与红外光谱检测粒度的限制是相对较高(约。10µm)。拉曼光谱的主要挑战是克服荧光干扰。然而,当质量光谱,它揭示了化学成分的油漆颜色(图8)。对于较大的粒子,可见通过光学显微镜、拉曼分析来验证一个颜色是不必要的。然而,彩色粒子不一定是油漆,它可能是一个彩色的塑料粒子。光谱分析的彩色塑料通常显示颜色本身的化学成分和聚合物为颜料粒子并非如此。的挑战,区分颜色的颜料粒子的聚合物中演示了图8适用于particle-specific分析和化学映射。出于这个原因,科学家们利用拉曼对颜料粒子进行分类的基础上,缺乏一种聚合物的信号(例如,(Imhof et al ., 2016;de Haan et al ., 2019))。
表2。评价的方法在本研究中用于分析船油漆塑料微粒。
图8。一个蓝色的颜料粒子的例子(一)和蓝色的塑料粒子(B),用拉曼光谱获得显微镜(红色)与参考光谱材料蓝色油漆和聚丙烯聚合物。
总的来说,我们的工作证明了独立和相关方法的适用性应对挑战乘船漆塑料微粒在海洋环境检测和量化。优点和缺点是LM的概述,SEM-EDX, spICPMS内外先进的相关显微镜展示了有前景的结果。此外,我们表明,船油漆颗粒出现在码头内的海水,包括防污漆,含有锡,最有可能坚持从历史使用颜料含有TBT(禁止)自2008年以来,从沉积物resuspended或刚从爆破释放旧漆层的船体(雷欧和Watermann, 2018)。本研究进行了介绍后,船在码头洗。为了说服休闲船主停止绘画和相反的习惯刷牙清洗站的船只,最初也允许刷船难防污涂料。尽管很明显在科学文献中,金属用于亚足联影响海洋生态系统(辛格和特纳,2009年;公园et al ., 2010;特纳,2010;特纳和雷德福,2010年;特纳,2013;哈桑et al ., 2014;Muller-Karanassos et al ., 2021),船油漆塑料微粒的扩散和命运在很大程度上是未知的。进一步研究船油漆塑料微粒的释放机制和命运过程需要帮助指导监管努力最近的地址(如塑料微粒)和历史(例如,TBT油漆)环境问题。开发适当的分析方法进行采样和分析在这方面是至关重要的。
数据可用性声明
原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。
作者的贡献
MH构思项目想法,采样和数据分析,AG)和公里做样品分析和数据分析,所有作者写道。
资金
瑞典水和海洋管理机构,瑞典环境保护局,弗拉姆号:中心未来化学风险评估和管理策略,和JPI-OCEANS项目仙女座。
确认
作者要感谢Per-Olof萨缪尔森关于取样的帮助,评论者的洞察力的评论,和瑞典水和海洋管理机构,瑞典环境保护局,弗拉姆号:中心未来化学风险评估和管理策略,和JPI-OCEANS项目仙女座的财政支持。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fenvc.2023.1090704/full补充材料
引用
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关键词:防污漆、塑料微粒、海洋,相关显微镜、电子显微镜、光学显微镜、单粒子ICPMS
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收到:2022年11月05;接受:2023年1月11日;
发表:2023年1月26日。
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