1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Биология моря
  4. T. 49, № 4, 2023

Биология моря, 2023, T. 49, № 4, стр. 236-244

Оценка деградации микропластика в донных осадках с помощью рамановской микроспектроскопии и атомно-силовой микроскопии

А. А. Карпенко 1, В. С. Одинцов 1, *

1 Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского (ННЦМБ) ДВО РАН
690041 Владивосток, Россия

* E-mail: slavodin@inbox.ru

Поступила в редакцию 08.08.2022
После доработки 10.02.2023
Принята к публикации 30.03.2023

Аннотация

Оценку деградации микропластика в донных осадках моря Лаптевых, моря Уэдделла, Чукотского моря и зал. Петра Великого Японского моря изучали с помощью рамановской микроспектроскопии и атомно-силовой микроскопии (АСМ). Степень аморфности-кристалличности полиэтилентерефталата (ПЭТ) определяли по отношению интенсивностей рамановских мод (I1095 см–1/I1115 см–1). Изменения топографии и механических свойств поверхности фрагментов полимера исследовали методами АСМ. Показано, что деградация ПЭТ, найденного в донных осадках моря Лаптевых, затрагивает преимущественно его кристаллическую фазу. Аморфная фаза ПЭТ затронута в гораздо меньшей степени или не затронута совсем. Те же изменения фазового состава поверхности ПЭТ показаны после экспозиции пластика в морском аквариуме в илистом песке из Амурского залива (зал. Петра Великого Японского моря). Данные АСМ демонстрируют увеличение шероховатости поверхности ПЭТ и уменьшение модуля упругости (модуля Юнга) в образцах из донных осадков. С помощью рамановской микроспектроскопии также показаны признаки деградации фрагментов целлофана из моря Уэдделла, поливинилхлорида (ПВХ) из моря Лаптевых и полиэтилена (ПЭ) из Амурского залива.

Ключевые слова: микропластик, деградация пластика, донные осадки, рамановская спектроскопия, атомно-силовая микроскопия

Список литературы

  1. Adar F., Noether H. Raman microprobe spectra of spin-oriented and drawn filaments of poly(ethylene terephtha-late) // Polymer. 1985. V. 26. № 13. P. 1935–1943.

  2. Al-Dossary A.K., Gilbert M., Hitt D. Evaluating PVC degradation using UV and Raman spectroscopies // Advanced Materials Research. 2010. V. 83–86. P. 923–930. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.83-86.923

  3. Auta H.S., Emenike C.U. Screening of Bacillus strains isolated from mangrove ecosystems in Peninsular Malaysia for microplastic degradation // Environ. Pollut. 2017. V. 231. № 2. P. 1552–1559. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.09.043

  4. Auta H.S., Emenike C.U., Fauziah S.H. Distribution and importance of microplastics in the marine environment: a review of the sources, fate, effects, and potential solutions // Environ. Int. 2017. V. 102. P. 165–176.https://doi.org/10.1016/j.envint.2017.02.013

  5. Barrett J., Chase Z., Zhang J. et al. Microplastic Pollution in Deep-Sea Sediments From the Great Australian Bight // Front. Mar. Sci. 2020. V. 7. 576170. https://doi.org/10.3389/fmars.2020.576170

  6. Bergmann M., Wirzberger V., Krumpen T. et al. High quantities of microplastic in Arctic deep-sea sediments from the HAUSGARTEN observatory // Environ. Sci. Technol. 2017. V. 51. № 19. P. 11000–11010. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b03331

  7. Browne M.A., Crump P., Niven S.J. et al. Accumulation of microplastic on shorelines woldwide: sources and sinks // Environ. Sci. Technol. 2011. V. 45. № 21. P. 9175–9179. https://doi.org/10.1021/es201811s

  8. Cedervall T., Hansson L.-A., Lard M. et al. Food chain transport of nanoparticles affects behaviour and fat metabolism in fish // PLoS One. 2012. V. 7. № 2. e32254. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0032254

  9. Danso D., Schmeisser C., Chow J. et al. New insights into the function and global distribution of polyethylene terephthalate (PET) – degrading bacteria and enzymes in marine and terrestrial metagenomes // Appl. Environ. Microbiol. 2018. V. 84. e02773-02717. https://doi.org/10.1128/AEM.02773-17

  10. Fechine G.J.M., Rabello M.S., Souto-Maior R.M. The effect of ultraviolet stabilizers on the photodegradation of poly(ethylene terephthalate) // Polymer Degradation and Stability. 2002. V. 75. № 1. P. 153–159. https://doi.org/10.1016/s0141-3910(01)00214-2

  11. Haegerbaeumer A., Mueller M.-T., Fueser H., Traunspurger W. Impacts of Micro- and Nano-Sized Plastic Particles on Benthic Invertebrates: A Literature Review and Gap Analysis // Front. Environ. Sci. 2019. V. 7. № 17. https://doi.org/10.3389/fenvs.2019.00017

  12. Harrison J.P., Sapp M., Schratzberger M., Osborn A.M. Interactions Between Microorganisms and Marine Microplastics: A Call for Research // Mar. Technol. Soc. J. 2011. V. 45. № 2. P. 12–20. https://doi.org/10.4031/MTSJ.45.2.2

  13. Hiejima Y., Kida T., Takeda K. et al. Microscopic structural changes during photodegradation of low-density polyethylene detected by Raman spectroscopy // Polymer Degradation and Stability. 2018. V. 150. P. 67–72. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2018.02.010

  14. Hermabessiere L., Dehaut A., Paul-Pont I. et al. Occurrence and effects of plastic additives on marine environments and organisms: a review // Chemosphere. 2017. V. 182. P. 781–793. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.05.096

  15. Hiraga K., Taniguchi I., Yoshida S. et al. Biodegradation of waste PET: A sustainable solution for dealing with plastic pollution // EMBO reports. 2019. V. 20. № 11. P. e49365. https://doi.org/10.15252/embr.201949365

  16. Hirai H., Takada H., Ogata Y. et al. Organic micropollu-tants in marine plastics debris from the open ocean and remote and urban beaches // Mar. Pollut. Bull. 2011. V. 62. № 8. P. 1683–1692. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2011.06.004

  17. Kane I.A., Clare M.A., Miramontes E. et al. Seafloor microplastic hotspots controlled by deep-sea circulation // Science. 2020. V. 368 (6495). https://doi.org/10.1126/science.aba5899

  18. Koelmans A.A., Kooi M., Law K.L., van Sebille E. All is not lost: Deriving a top-down mass budget of plastic at sea // Environ. Res. Lett. 2017. V. 12. 114028. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa9500

  19. Kuznetsov S.M., Sagitova E.A., Prokhorov K.A. et al. Raman spectroscopic detection of polyene-length distribution for high-sensitivity monitoring of photo- and thermal degradation of polyvinylchloride // Spectrochimica Acta. Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2021. V. 252. 119494. https://doi.org/10.1016/j.saa.2021.119494

  20. Lin C.C., Krommenhoek P.J., Watson S.S. et al. Depth profiling of degradation of multilayer photovoltaic backsheets after accelerated laboratory weathering: Cross-sectional Raman imaging // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2016. V. 144. P. 289–299.

  21. Lippert T., Zimmermann F., Wokaun A. Surface analysis of excimer-laser- treated polyethylene-terephthalate by surface-enhanced Raman scattering and X-ray photo electron spectroscopy // Appl.Spectrosc. 1993. V. 47. P. 1931–1942.

  22. Lusher A.L., Tirelli V., O’Connor I. et al. Microplastics in Arctic polar waters: the first reported values of particles in surface and sub-surface samples // Scientific reports. 2015. V. 5. P. 14947. https://doi.org/10.1038/srep14947

  23. Lwanga E.H., Thapa B., Yang X. et al. Decay of low-density polyethylene by bacteria extracted from earthworm’s guts: A potential for soil restoration // Sci. Total Environ. 2018. V. 624. P. 753–757. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.12.144

  24. Odintsov V.S., Karpenko A.A., Karpenko M.A. Degradation of micro‑nano‑sized polytetrafluoroethylene and acrylic fluorinated copolymer particles in the periwinkle digestive tract // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2022. https://doi.org/10.1007/s11356-022-23996-5

  25. Peeken I., Primpke S., Beyer B. et al. Arctic sea ice is an important temporal sink and means of transport for microplastic // Nature communications. 2018. V. 9. № 1. P. 1–12. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03825-5

  26. Planes E., Yrieix B., Bas C. et al. Chemical degradation of the encapsulation system in flexible PV panel as revealed by infrared and Raman microscopies // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2014. V. 122. P. 15–23.

  27. Trevail A.M., Gabrielsen G.W., Kühn S. et al. Elevated levels of ingested plastic in a high Arctic seabird, the northern fulmar (Fulmarus glacialis) // Polar Biology. 2015. V. 38. № 7. P. 975–981. https://doi.org/10.1007/s00300-015-1657-4

  28. Webb H.K., Arnott J., Crawford R.J. et al. Plastic degradation and its environmental implications with special refe-rence to poly(ethylene terephthalate) // Polymers. 2013. V. 5. № 1. P. 1–18. https://doi.org/10.3390/polym5010001

  29. Wayman C., Niemann H. The fate of plastic in the ocean environment – a minireview // Environ. Sci.: Processes Impacts. 2021. V. 23. 198–212. https://doi.org/10.1039/d0em00446d

  30. Zhang J., Zhao Y., Li L. et al. Biodegradation of polye-thylene microplastic particles by the fungus Aspergillus flavus from the guts of wax moth Galleria mellonella // Sci. Total. Environ. 2020. V. 704. 135931. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135931

  31. Zobkov M., Esiukova E. Microplastics in Baltic bottom se-diments: Quantification procedures and first results // Marine Pollution Bulletin. 2017. V. 114. P. 724–732. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.10.060

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Биология моря

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал