Summary

無酸素状態下での堆積物コアセクショニングと間隙水の抽出

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

私たちは、堆積物コアを区画し、無酸素条件を維持しながら、間隙水を抽出する方法を示しています。単純な、安価なシステムが構築され、迅速な分析を容易にするために、フィールドサンプリング部位に近い一時的な作業空間(S)に搬送することができます。コアは、それらが区分されている携帯用グローブバッグ内へ押し出され、各1-3 cmの厚さの部分(コア径に依存する)を50 ml遠心チューブに封入されています。間隙水は、グローブバッグの外側に遠心分離で分離し、沈殿物から分離するためのグローブバッグに戻されます。これらの抽出された間隙水のサンプルを直ちに分析することができます。このような硫化物、鉄の分化、およびヒ素のスペシエーションなどのレドックス感受性の高い種の即時分析は、間隙水の酸化が最小限であることを示しています。いくつかのサンプルは、検出可能な鉄(III)と鉄(II)還元種の約100%、 例えば 100%を示しています。どちらの堆積物と細孔水サンプルは、主に保存することができます研究室に戻った時に、さらなる分析のための化学種をTainの。

Introduction

研究者は、多くの場合、堆積物 – 水系の酸化還元状態とgeomicrobiologyを勉強したいです。間隙水は、ヒ素やウランなどのレドックス感受性重金属1への生態学的暴露の唯一の情報源、多くの場合、システムの敏感なモニターであり、共通の源である、というわけではないので、これは理想的には、堆積物と間隙水の両方からのデータを利用しています。間隙水のデータはまた、堆積物2に取り付け「peepers」として知られている、拡散平衡フィルタを使用してその場で得ることができます。 Peepersは、最も一般的に現場を前開始フィールドワークどこ長期間にわたって複数の訪問が現場に行うことができ、 例えば Shotyk 3によく知られている設定で使用されています。したがって、多くの状況では、このようなのみアクセス可能短時間または複数の探索的サンプルは、さらなる調査が4を発生すべき場所を決定するために得られるサイトなどpeepersの使用を許可していません。さらにpeepersは採水に同時に堆積物を採取しません。

それは一緒に土砂と水をサンプリングし、またはのぞき見をする人の設置が不可能なフィールドサイトにすることが望ましい場合には、土砂と水を得るための最も一般的な方法は、堆積物コアリングです。混合されていないコアを得ることは、このワーク5に記載の手順と重要な前駆体です。コアが得られると間隙水は、6または遠心分離を圧搾することによって得ることができます。両方の長所と短所を持っています。遠心分離は、一般的にケアが堆積物や間隙水の酸化を防ぐために注意しなければならないが、堆積物コア、7からporewatersを抽出するための最も信頼性の高い方法であると考えられています。

この方法では、最小限の酸化に間隙水を抽出するために、コア押し出し、遠心分離を説明します。著者らは、海洋8を含む様々な状況で、本明細書に記載の方法を使用し、湖を汚染しています<sup> 9、及び10を湿地。示す代表的なデータは、還元条件を保存することができることを示しています。遠心分離機を除いて、使用される材料は安価であり、そしてこの方法は、地球化学とgeomicrobiological研究課題の多種多様に適用することができます。

Protocol

機器の調製コアライナーの作製 =πR2×厚さボリュームを使用して得られるコアスライスの厚さを計算します。最終容量は<cm 3の50でなければなりません。 10cmのコア直径、厚さ2cmのスライスを得ることができます。 注:これは、ボリュームがいっぱい50ミリリットルである持っている必要はありませんが、取得した間隙水の体積が比例して小さくなり?…

Representative Results

得られた結果の型が実施した分析にコアが得られた地球化学的設定に依存します。溶存酸素は、抽出されたporewatersで測定することができるが、多くの設定では、これは、コアの最初の数センチ以下にゼロになります。通常、より意味のある情報を提供する分析は、鉄のスペシエーション(III / Vアズ)鉄(Fe II /鉄III)12、ヒ素のスペシエーション13、</…

Discussion

本明細書に記載された技術は、このシステムには3つの必須成分がありますなどの場所、コアサイズ、コア部の厚さ、広い範囲のために調整することができる柔軟なものです。

コアを分析するために、まず、右の寸法のコア押出システムを準備します。ここでの手順は、約30 "コアを前提として説明している。はるかに長いコアは完全に押し出すために複数のPVC?…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

本研究の一部はアリソンKeimowitz、明クオ・リー、ベネディクトOkeke、およびジェームズ・サンダースに国立科学財団のRAPIDプログラム(NSF-1048925、1048919、および1048914)によってサポートされていました。

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).

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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).

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