Sédiments de base Sectionnement et extraction de Pore Waters dans des conditions anoxiques
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
Nous démontrons un procédé pour sectionner des noyaux de sédiments et d'extraction de l'eau interstitielle, tout en maintenant des conditions exemptes d'oxygène. Un système simple, peu coûteux est construit et peut être transporté vers un espace de travail temporaire à proximité du site (s) d'échantillonnage sur le terrain pour faciliter l'analyse rapide. Les noyaux sont extrudées dans un sac à gants mobile, où ils sont sectionnés et chaque section d'épaisseur 1-3 cm (en fonction du diamètre du noyau) est scellé dans 50 ml de tubes de centrifugeuse. les eaux interstitielles sont séparées par centrifugation à l'extérieur de la boîte à gants, puis retournés à la boîte à gants pour la séparation du sédiment. Ces échantillons d'eau des pores extraits peuvent être analysés immédiatement. Des analyses immédiates des espèces sensibles redox, tels que le sulfure de spéciation du fer et de l'arsenic spéciation indiquent que l'oxydation de l'eau interstitielle est minime; certains échantillons montrent à peu près 100% des espèces réduites, par exemple 100% de Fe (II) non détectable Fe (III). Les deux échantillons d'eau et de sédiments pores peuvent être conservés au principalnir des espèces chimiques pour une analyse plus approfondie lors du retour au laboratoire.
Introduction
Les chercheurs souhaitent souvent pour étudier l'état redox et géomicrobiologie d'un système eau-sédiments. Ceci utilise idéalement les données des deux sédiments et les eaux interstitielles, comme les eaux interstitielles sont souvent moniteurs sensibles du système et sont une source commune, mais pas la seule source, l' exposition écologique redox-sensibles métaux lourds 1 tels que l' arsenic et l' uranium. Données sur l' eau interstitielle peuvent être obtenus in situ en utilisant des filtres de diffusion d'équilibre, aussi connu comme "rainettes," installés dans les sédiments 2. Peepers sont les plus couramment utilisés dans les milieux où le site de champ est connu avant le début des travaux sur le terrain et où plusieurs visites sur une longue période de temps peuvent être faites sur le site de champ, par exemple Shotyk 3. Par conséquent , de nombreux contextes ne permettent pas l'utilisation de rainettes, tels que les sites ne sont accessibles que pour une courte période ou si on obtient de multiples échantillons exploratoires pour déterminer où une enquête plus approfondie devrait se produire 4.En outre peepers n'échantillonnent sédiments simultanément à l'échantillonnage de l'eau.
Quand il est souhaitable de prélever les sédiments et l'eau, ou dans des sites sur le terrain où l'installation de peeper est pas possible, la méthode la plus commune pour obtenir des sédiments et de l'eau est carottage de sédiments. L' obtention d' un noyau unmixed est un précurseur essentiel à la procédure décrite dans ce travail 5. Une fois que le noyau est obtenu eaux interstitielles peuvent être obtenus par pressage ou par centrifugation 6; à la fois des avantages et des inconvénients. La centrifugation est généralement considérée comme la méthode la plus fiable pour extraire les eaux interstitielles de carottes de sédiments, 7 , bien que des précautions doivent être prises pour empêcher l' oxydation des sédiments ou les eaux interstitielles.
Dans cette méthode, nous décrivons noyau d'extrusion et de centrifugation pour extraire les eaux interstitielles avec une oxydation minimale. Les auteurs ont utilisé le procédé décrit ici dans une variété de contextes , notamment marin 8, lac contaminé <sup> 9, et les zones humides 10. Les données représentatives présentées démontrent que des conditions réductrices peuvent être préservées. A l'exception de la centrifugeuse, les matériaux utilisés sont peu coûteux, et cette méthode peut être appliquée à une grande variété de questions de recherche géochimiques et géomicrobiologique.
Protocol
Representative Results
Discussion
La technique décrite ici est un flexible qui peut être ajustée pour un large éventail d'emplacements, tailles de base, l' épaisseur de la section de base, etc. Il y a trois éléments essentiels à ce système.
Tout d'abord, préparer un système central d'extrusion des bonnes dimensions pour le noyau à analyser. Instructions ici sont donnés en supposant une participation d'environ 30 "noyau; beaucoup plus longs noyaux peuvent nécessiter plusieurs pi…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été en partie soutenue par RAPID programme de la National Science Foundation (NSF-1048925, 1048919 et 1048914) à Alison Keimowitz, Ming-Kuo Lee, Benoît Okeke, et 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).
