Summary

Sediment Core Sektionsinddeling og Udvinding af Pore Waters under iltfattige forhold

Published: March 07, 2016
doi:

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

1. Fremstilling af udstyr Udarbejdelse af Core Liners Beregn tykkelse kerne skive, der vil blive opnået ved anvendelse Volume = πr 2 x tykkelse; slutvolumenet skal være <50 cm3. Med en 10 cm kernediameter kan der opnås 2 cm tykke skiver. BEMÆRK: Det er ikke nødvendigt at have volumen være en fuld 50 ml, men porevandet mængder opnået vil være forholdsmæssigt mindre. Ved hjælp af en stiksav (eller lignende) slice én kerne liner, eller et p…

Representative Results

Den type af resultater opnået afhænger analyser udført og på den geokemiske indstilling hvorfra kernen blev opnået. Opløst oxygen kan måles i de ekstraherede porewaters, men i mange indstillinger dette vil være nul under de første få cm af kernen. Analyser, der normalt giver mere meningsfuld information omfatter jern artsdannelse (Fe II / Fe III) 12, arsenik artsdannelse (As III / As V) 13, og sulfid 14. Tilstedeværelse af reducerede arte…

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

  1. 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).
  2. Teasdale, P. R., Batley, G. E., Apte, S. C., Webster, I. T. Pore water sampling with sediment peepers. TrAC. 14, 250-256 (1995).
  3. 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).
  4. Bufflap, S. E., Allen, H. E. Sediment pore water collection methods for trace metal analysis: A review. Wat Res. 29, 165-177 (1995).
  5. Glew, J., Smol, J., Last, W., Last, W., Smol, J. Chapter 5, Sediment Core Collection and Extrusion. Developments in Paleoenvironmental Research. , 73-105 (2001).
  6. Jahnke, R. A. A simple, reliable, and inexpensive pore-water sampler. L&O. 33, 483-487 (1988).
  7. Bufflap, S. E., Allen, H. E. Comparison of pore water sampling techniques for trace metals. Wat Res. 29, 2051-2054 (1995).
  8. 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).
  9. Keimowitz, A. R., et al. Arsenic redistribution between sediments and water near a highly contaminated source. Env Sci & Tech. 39, 8606-8613 (2005).
  10. 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).
  11. Jackson, P. E. . Ion chromatography. , (1990).
  12. Stookey, L. L. Ferrozine – A New Spectrophotometric Reagent For Iron. Anal. Chem. 42, 779-781 (1970).
  13. 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).
  14. Cline, J. D. Spectrophotometric Determination of Hydrogen Sulfide in Natural Waters. L&O. 14, 454-458 (1969).
check_url/de/53393?article_type=t

Play Video

Diesen Artikel zitieren
Keimowitz, A. R., Zheng, Y., Lee, M., Natter, M., Keevan, J. Sediment Core Sectioning and Extraction of Pore Waters under Anoxic Conditions. J. Vis. Exp. (109), e53393, doi:10.3791/53393 (2016).

View Video