Sediment Core Sektionsinddeling og Udvinding af Pore Waters under iltfattige forhold
Summary
A protocol for sectioning sediment cores and extracting pore waters under anoxic conditions in order to permit analysis of redox sensitive species in both solids and fluids is presented.
Abstract
Vi viser en fremgangsmåde til sektionering sedimentkerner og ekstrahere pore farvande samtidig opretholde oxygenfrie betingelser. En enkel, billig systemet er bygget, og kan transporteres til en midlertidig arbejdsplads tæt på marken prøveudtagning (er) for at lette hurtig analyse. Kerner ekstruderes til en bærbar handskepose, hvor de er sektioneret og hver 1-3 cm tyk sektion (afhængigt af kernediameteren) er forseglet i 50 ml centrifugerør. Pore farvande adskilles med centrifugering uden handskeposen og derefter returneres til handskeposen til adskillelse fra sedimentet. Disse udvundet pore vandprøver kan analyseres med det samme. Øjeblikkelige analyser af redox følsomme arter, såsom sulfid, jern artsdannelse, og arsen artsdannelse indikerer, at oxidation af porevand er minimal; nogle prøver viser ca. 100% af de reducerede arter, fx 100% Fe (II) med ingen detekterbar Fe (III). Både sediment og pore vandprøver kan bevares til mainTain kemiske arter til yderligere analyse ved tilbagevenden til laboratoriet.
Introduction
Forskere ofte ønsker at studere redox stat og Geomikrobiologi af et sediment-vand-systemet. Dette udnytter ideelt data fra både sedimenter og pore farvande, som pore farvande er ofte følsomme skærme af systemet og er en fælles kilde, men ikke den eneste kilde, af økologisk eksponering for redox-sensitive tungmetaller 1 som arsen og uran. Porevand data kan opnås in situ ved hjælp diffusion ligevægt filtre, også kendt som "peepers," installeres i sedimentet 2. Peepers er mest almindeligt anvendt i indstillinger hvor feltet site er kendt forud for begyndelsen feltarbejde og hvor der kan foretages flere besøg over en længere tidsperiode til feltet site, f.eks Shotyk 3. Mange sammenhænge derfor ikke tillader brug af peepers, såsom steder kun tilgængelige for en kort tid, eller hvor der opnås flere sonderende prøver at bestemme, hvor yderligere undersøgelser skal ske 4.Derudover peepers ikke prøve sediment samtidigt til vandprøvetagning.
Når det er ønskeligt at prøve sediment og vand sammen, eller i marken steder, hvor peeper installation ikke er muligt, at den mest almindelige metode opnå sediment og vand er sediment udkerning. Opnå en ublandet kerne er en afgørende forløber for den i dette arbejde 5. Når en kerne opnås pore farvande kan opnås ved at klemme 6 eller centrifugering; begge har fordele og ulemper. Centrifugering er generelt betragtes som den mest pålidelige metode til at udvinde porewaters fra sedimentkerner, 7, selv skal være opmærksom på at forhindre oxidation af sedimenter eller pore farvande.
I denne fremgangsmåde beskriver vi kerne ekstrudering og centrifugering for at udvinde pore farvande med minimal oxidation. Forfatterne har anvendt fremgangsmåden beskrevet heri i en række sammenhænge, herunder marine 8, forurenet sø <sup> 9, og vådområder 10. De repræsentative data vist viser, at reducerende betingelser kan bevares. Med undtagelse af centrifugen, anvendte materialer er billige, og denne metode kan anvendes på en lang række geokemiske og geomicrobiological forskningsspørgsmål.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den heri beskrevne teknik er en fleksibel, der kan justeres til en bred vifte af steder, kernestørrelser, kernesektionen tykkelse, etc. Der er tre væsentlige komponenter til dette system.
Først fremstilles en kerne ekstrudering system i de rette dimensioner til kernen, der skal analyseres. Instruktioner her er givet under antagelse af en ca. 30 "kerne; meget længere kerner kan kræve flere PVC extender stykker og fittings i PVC til ekstrudering planlægger fuldt ekstruderin…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskning blev delvist støttet af National Science Foundation hurtige program (NSF-1.048.925, 1.048.919, og 1.048.914) til Alison Keimowitz, Ming-Kuo Lee, Benedict Okeke, og James Saunders.
Materials
| Disposable glove bag(s). | Sigma-Aldrich | Z106089-1EA | One per two cores to be processed is usually sufficient. |
| N2 tank | Praxair | Often gas supply companies can deliver these directly to the field laboratory. | |
| Nitrogen gas regulator | VWR | 55850-478 | Or similar |
| Several feet of tubing that fits the regulator | VWR | 89403-862 | Or similar |
| Safety equipment to secure the tank | VWR | 60142-006 | |
| Adjustable tubing clamp | VWR | 62849-112 | |
| Waterproof, good sealing electrical tape | Scotch | Super 33+ | Widely available |
| 2-4 short bungee cords | Widely available | ||
| Squirt bottles of nanopure water | VWR | 16650-082 | Any similar bottle is fine; pack an additional supply of nanopure water to refill these. |
| Large supply of paper towels and kimwipes. | Widely available | ||
| 50 mL centrifuge tubes | VWR | 21008-951 | Acid cleaned as described in protocol. At least 2/core section needed. |
| Several permanent in markers. | Widely available | ||
| Several straight razor blades and box cutters. | Widely available | ||
| Centrifuge | Beckman-Coulter | Allegra X-22 | Faster rotor allows greater separation. |
| Rotor to accommodate 50 mL tubes | Beckman-Coulter | SX-4250 | |
| ]50 mL plastic syringes without black rubber tip on the barrel | VWR | 66064-764 | Acid cleaned as described in protocol. At least 1/core section needed, plus 1 for overlying water. |
| Syringe filters compatible with aqueous solutions. | VWR | 28143-310 | Either 0.45 μm or 0.20 μm poresizes may be used. Plan on five filters per core section processed. |
| Plastic (disposable) spoons. | Widely available; Acid cleaned as described in protocol. | ||
| Several boxes of disposable gloves. | Widely available | ||
| Large plastic beakers or other waste containers to place in the glove bag. | VWR | 13890-148 | |
| Laboratory balance | VWR | 10205-008 | An available balance will be fine; high precision not required |
| Dry shipper, pre-charged with liquid nitrogen | VWR | 82005-416 | Needed only if samples are being returned to the home laboratory for sensitive analyses. |
| Laboratory notebooks | Water repellent can be useful | ||
| Core liners | Watermark | 77280 | Available from Forrestry Suppliers |
| Core caps | Ben Meadows | 218105 | |
| Core slicers | McMaster Carr | 8707K111 | Cut this into 9 3×3 squares |
| PVC spacers | McMaster Carr | 48925K96 | Cut this into short lengths |
| PVC couplings | McMaster Carr | 4880K76 | Approximately 12 needed |
| Dowel | Widely available | ||
| Lab stopper | VWR | 59580-400 | Check to ensure the correct size to fit snugly within the core liners |
| Plywood for core guidance plate and top of lab jack | Widely available | ||
| Lab jack | VWR | 89260-826 | |
| Clamps | Widely available | ||
| Portable oxygen monitor | RKI instruments | OX-07 |
Referenzen
- Chapman, P. M., Wang, F., Germano, J. D., Batley, G. Pore water testing and analysis: the good, the bad, and the ugly. Mar Poll Bull. 44, 359-366 (2002).
- Teasdale, P. R., Batley, G. E., Apte, S. C., Webster, I. T. Pore water sampling with sediment peepers. TrAC. 14, 250-256 (1995).
- Steinmann, P., Shotyk, W. Chemical composition, pH, and redox state of sulfur and iron in complete vertical porewater profiles from two Sphagnum peat bogs, Jura Mountains, Switzerland. Geochim Cosmochim Acta. 61, 1143-1163 (1997).
- Bufflap, S. E., Allen, H. E. Sediment pore water collection methods for trace metal analysis: A review. Wat Res. 29, 165-177 (1995).
- Glew, J., Smol, J., Last, W., Last, W., Smol, J. Chapter 5, Sediment Core Collection and Extrusion. Developments in Paleoenvironmental Research. , 73-105 (2001).
- Jahnke, R. A. A simple, reliable, and inexpensive pore-water sampler. L&O. 33, 483-487 (1988).
- Bufflap, S. E., Allen, H. E. Comparison of pore water sampling techniques for trace metals. Wat Res. 29, 2051-2054 (1995).
- Zheng, Y., Anderson, R. F., van Geen, A., Kuwabara, J. Authigenic molybdenum formation in marine sediments: a link to pore water sulfide in the Santa Barbara Basin. Geochim Cosmochim Acta. 64, 4165-4178 (2000).
- Keimowitz, A. R., et al. Arsenic redistribution between sediments and water near a highly contaminated source. Env Sci & Tech. 39, 8606-8613 (2005).
- Natter, M., et al. Level and Degradation of Deepwater Horizon Spilled Oil in Coastal Marsh Sediments and Pore-Water. Env Sci & Tech. 46, 5744-5755 (2012).
- Jackson, P. E. . Ion chromatography. , (1990).
- Stookey, L. L. Ferrozine – A New Spectrophotometric Reagent For Iron. Anal. Chem. 42, 779-781 (1970).
- He, Y., Zheng, Y., Ramnaraine, M., Locke, D. C. Differential pulse cathodic stripping voltammetric speciation of trace level inorganic arsenic compounds in natural water samples. Anal. Chim. Acta. 511, 55-61 (2004).
- Cline, J. D. Spectrophotometric Determination of Hydrogen Sulfide in Natural Waters. L&O. 14, 454-458 (1969).
