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国家海洋环境监测中心专家到水德调研海洋微塑料研究方法
访问数量:169发布时间:2019-10-18

2019年10月17日上午,生态环境部海洋环境监测中心专家丁丽、张守锋、鞠茂伟等一行8人到水德进行调研,双方就海洋微塑料污染调查方法进行了深入探讨。

张国豪总经理致欢迎辞

张国豪总经理对各位专家的到来表示热烈的欢迎!同时也感谢各位专家对水德的关注和信任!水德专注海洋生态领域13年,一直致力于引进国际先进的研究海洋最前沿问题的仪器设备。海洋微塑料污染已成为近年来全球海洋问题研究热点,海洋微塑料在形态、大小、组分、成分以及数量分布都具有极大的差异性,因此研究手段也表现出相应的差异性,水德可以为国内专家提供整套研究工具(采样+分离+分析)。

赵燚工程师为专家介绍水德仪器微塑料系列产品

水德产品专员赵燚详细介绍了公司研究海洋微塑料的相关产品,主要包括海水表面微塑料采样器,表层海水微塑料采样器,中、深层水微塑料采样器,海洋微塑料分层采样网,沉积物取样器,微塑料沉积物分离器(MPSS),微塑料扫描分析系统(ZooSCAN)。


海洋表面微塑料采样网

海水表面微塑料采样网主要有Manta网、Neuston网、Microplastic网,这三款网均由德国HYDRO-BIOS公司设计,Manta网适合在平静的水域中进行采样,Neuston网适用于在宽阔的大洋里使用,而Microplastic网既适合在内陆水域中使用也适合在大洋中使用。

Manta网

Neuston网

Microplastic网

 

表层海水微塑料采样器主要有Bongo网、微塑料颗粒泵、浮游生物泵。

Bongo网

 

海洋微塑料颗粒采样泵

目前关于深海微塑料的污染情况少之又少,并且在针对如何精确定量水层中微塑料的方法上存在诸多缺陷,一些学者只是简单通过Niskin采水瓶、有机玻璃采水瓶等有限体积采水器来证明水层中含有微塑料并进行定量研究,该方法获得的样品量有限,通常会得到异常偏高的浓度值,所以这些数据值得怀疑。

因此如何在一次采样过程中获得大量的样品是研究不同水层微塑料含量的关键。针对该问题,华东师范大学刘凯博士等(K.Liu et al.,2019)在2019年4月27日在东海舟山群岛海域附件进行了采样研究,其使用的采样工具为丹麦KC-Denmark公司生产的浮游生物泵,该设备可长时间、大体积精确定量抽滤水中的物质。在此次调查中,刘凯博士在4m的水深中,分别采集了1m3、2m3、4m3、6m3、8m3、10m3、12m3、14m3、16m3的样品。

样品采样地点及丹麦KC公司浮游生物泵(引自,K.Liu et al. ,2019)

样品采集完成后,刘凯博士经过处理,根据形态将采集到的微塑料分为纤维状和碎片状,并对其进行计数(见下图)。从其中可以发现随着样品量的增加,微塑料的浓度减小,在1m3最小的样本量中发现了异常高的丰度值,这种高浓度很可能是微塑料随机分布引起的。并且当样本量达到8m3后,微塑料的浓度值趋于稳定。

样品量与微塑料浓度的关系(引自,K.Liu et al. ,2019)

 

鉴于深海微塑丰度值较低,原位过滤技术是采集深海微塑料最可靠的方法。

在研究深海微塑料中,获取足够的样品量是得到合理的微塑料丰度值的关键因素,因此大体积的滤水必不可少。

刘凯博士的研究结果认为,过滤水的样本量在确定海洋污染中起着至关重要的作用,对于揭示深海中的实际微塑料污染有重要指示意义。原位过滤技术是研究微塑料在水层中分布的一种理想而有效的采样方法,并且要想得到深海微塑料精确的浓度值,滤水量至少需8m3。

水德所合作的国外知名海洋设备制造商丹麦KC公司针对该方法,设计出了可长时间、大体积抽滤不同水层微塑料的设备,其中不仅包括上文提到的浮游生物泵及海洋微塑料颗粒采样泵。

丹麦KC-Denmark公司所生产的浮游生物泵是原位定点采样设备,该设备用来采集水体中的浮游生物、微塑料,泵速最高可达30000L/h,根据耐压深度的不同,有150m和6000m两种型号,其经过长时间抽滤,样品被收集在网底管中。

150m浮游生物泵                                 6000m浮游生物泵

项目

技术参数

耐压深度

150m

6000m

泵速

26000L/h

30000L/h

高度

147cm

151cm

重量

34kg

48kg

电源

230VAC

24VDC

标配目径

60μm(可定制)

60μm(可定制)

操作

在线操作

离线操作,压力触发,时间序列触发

丹麦KC-Denmark公司所生产的海洋微塑料颗粒泵也是原位定点采样设备,其是丹麦KC-Denmark公司在参加欧盟洁净海洋计划中推出的设备,其最大的特点是在一次采样过程中,可同时获得4种不同目径的微塑料,微塑料被存储在不锈钢滤网之上。

海洋微塑料颗粒泵

项目

技术指标

耐压深度

40m

泵速

18000L/h

泵体材质

AISI 304不锈钢

框架材质

AISI 316不锈钢

长度

137cm

重量

46kg

电源

230VAC

功率

0.75kw

标配过滤板目径

100μm、300μm、500μm

可搭载过滤板数量

4个


微塑料分层采样网MultiNet

对于在一次布放过程中完成不同水层微塑料采样的需求,德国HYDRO-BIOS公司的多联网MultiNet则可以满足,可以完成5个或者9个水层的采样,并且有水平和垂直两种操作模式,其可以搭载温度、盐度、叶绿素、浊度等传感器,在采样的过程中,获得相应的背景参数。

 

网口流量计

为了精确定量网采滤水体积,网口流量计必不可少。正对不同的拖网采样方式(垂直拖网和水平脱网),德国HYDRO-BIOS公司分别生产两款专用的数字网口流量计(Hydro-Bios Cat. No. 438110和438115)。这两款流量计以其优良的做工和稳定的性能,被全球科学家广泛使用。

张国豪总经理向来访专家介绍HYDRO-BIOS网口流量计

 

走航式微塑料采样系统

德国SubCtech公司的设计的走航式微塑料采样系统,可以在船体航行过程中完成海洋表面微塑料的的采集,采集的微塑料被收集在三个不同目径的不锈钢滤网之上,并且设备配有流量和压力报警系统,防止微塑料堵塞滤网。

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世界女子航海第一人Dee Caffari正在更换SubCtech海洋微塑料采样器过滤网

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微塑料走航系统不锈钢滤网

 

沉积物(微塑料)采样器

沉积物采样器主要有抓斗采泥器、小型箱式采泥器、重型箱式采泥器、柱状采泥器和多通道柱状采泥器,水德仪器为用户提供从浅水到深水的多种开口面积的采泥器。

抓斗式采泥器

重型箱式采泥器

多管柱状采泥器

多管柱状采泥器

 

微塑料沉积物分离器MPSS

微塑料沉积物分离器(MPSS)是由德国HYDRO-BIOS公司改善了经典的密度分离法而开发出来的。它能够从沉积物样品中可靠的分离出不同生态相关的各种尺寸的塑料粒子,包括大的碎片到小的微型颗粒。对于大型微塑料颗粒(L-MPP, 1-5mm),回收率可达100%,对于小型微塑料颗粒(S-MPP, <1mm),回收率可达95.5%。

沉积物样品采集回来后,由于样品中含较多有机质、藻类等杂质,不能直接进行分析,需要对样品进行密度分离和生化分离(消化)(Song Y K,,et al. 2015)。密度分离时,由于NaCL价格低廉易获取,饱和NaCL溶液是常用的密度浮选液(Thompson R C,,et al.2004),但其密度较低(~1.3 g cm−3),分离效果不如饱和ZnCl2(1.4 —1.6 g cm−3)和NaI(1.6—1.8 g cm−3)溶液,Imhof H K等(2012)对沉积物中微塑料的分离用多种方法进行了比较,结果发现,MPSS微塑料沉积物分离器对于大的塑料颗粒(L-MPP)有100%的回收率,显著高于泡沫破浮选法的55%的回收率;而MPSS微塑料沉积物分离器对于小的微型颗粒(S-MPP)有95.5%的回收率,显著高于经典的密度分离方法 (S-MPP 39.8%)。而较为推荐的微塑料净化方法常用30% H2O2 处理(Renner G,,et al.2018)。

MPSS对大的微料颗粒(L-MPP)回收率(数量和干重)

泡沫浮选法对大的塑料颗粒(L-MPP)回收率(数量)

MPSS方法和泡沫浮选法对比:小的微塑料颗粒(S-MPP)回收率(干重)

 

ZooSCAN浮游动物(微塑料)扫描分析系统

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微塑料扫描分析系统(ZooSCAN)是由法国HYDROPTIC公司、巴黎大学、法国国家科学研究院Villefranche海洋研究所共同打造的,起初其主要用于浮游动物研究,但是近年来由于其可同时大批量扫描颗粒物样品,并且获得丰富的形态学参数,越来越多科学家用其来研究微塑料。针对微塑料,ZooSCAN可以自动计数,记录高分辨率的数字化图像,并统计其二维表面积、直径、磨圆度、体积等形态参数,同时依托EcoTaxa网站包含的数据库可以快速比对,进行建库。

微塑料用ZooSCAN扫描结束后,由ZooProcess和EcoTaxa分别以标准化的程序处理原始图像、对不同个体的形态参数进行自动测量和对图像中的微塑料进行自动分类和计数,并且会将统计出的信息以Excel表格形式供使用者使用。

用户可以在EcoTaxa网站搜索感兴趣的微塑料图片及感兴趣的项目、浏览网站上已有的微塑料数据库。

水德仪器工程师准备微塑料样品,用于ZooSCAN扫描

现场通过ZooSCAN扫描获得的微塑料图像

加州大学Lisa教授运用ZooSCAN对南加州海域微塑料形态学进行研究(见下图),分别得到了海洋微塑料颗粒Feret直径、磨圆度、表面积与数量的关系,她认为小颗粒、磨圆度较高微塑料在此海域中数量占优势,并且通过Feret直径(两点之间最大的距离)与磨圆度(磨圆度越接近于1,其磨圆度越高,越接近于0,磨圆度越差)的关系认为直径越小其磨圆度越高,从而认为小颗粒微塑料在海洋环境中存在了较长时间,并且经过了长时间磨损、破坏作用。

图中表(a、b)表示Feret直径与数量的关系,小颗粒微塑料数量占优势;

表(c、d)表示表面积与数量的关系,表面积较小的微塑料颗粒数量占优势;

表(e、f)表示磨圆度与数量的关系,磨圆度较高的微塑料颗粒数量占优势;

表(g)表示Feret直径与磨圆度的关系,直径越小磨圆度越高。


EcoTaxa处理微塑料的结果

EcoTaxa处理微塑料的结果

ZooSCAN获得的形态学参数

调研专家积极提问

张国豪总经理仔细聆听专家们的提问

探讨ZooSCAN获得的微塑料颗粒形态学参数

 

会议进行到最后,与会专家对水德微塑料系列产品有了更加全面的认识,针对各位专家遇到的一些困惑,水德张国豪总经理以及产品专员赵燚与专家们进行了热烈的讨论,并对一些问题进行了解答。希望各位专家不虚此行!

 

再次感谢生态环境部国家海洋环境监测中心各位专家莅临指导!预祝各位专家在海洋微塑料研究领域获得丰硕的科研成果,也期待与您的下一次见面!

 

海洋微塑料研究,水德愿与您同行!