Summary

Sedimentkjerne Seksjonering og Utvinning av Pore farvann under anoksiske betingelser

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 metode for seksjonering sedimentkjerner og trekke pore farvann og samtidig opprettholde oksygenfrie forhold. En enkel, billig system er bygget og kan transporteres til et midlertidig arbeidsrom i nærheten av feltprøvetakingsstedet (e) for å lette hurtig analyse. Kjernene er ekstrudert inn i et bærbart hanskepose, hvor de er seksjonert og hver 1-3 cm tykk seksjon (avhengig av kjernediameter) er forseglet i 50 ml sentrifugerør. Pore ​​farvann er adskilt med sentrifugering utsiden av hansken posen og deretter returnert til hanskepose for separasjon fra sedimentet. Disse ekstrahert pore vannprøver kan analyseres straks. Umiddelbare analyser av redoks sensitive arter, for eksempel sulfid, jern arts, og arsen arts indikerer at oksidasjon av pore vann er minimal; noen eksempler viser omtrent 100% av den reduserte arter, for eksempel 100% Fe (II) uten påvisbare Fe (III). Både sediment og porevann prøver kan bevares til hovedholde kjemiske stoffer for videre analyse ved retur til laboratoriet.

Introduction

Forskere ønsker ofte å studere redoks staten og geomicrobiology av et sediment-vannsystem. Dette ideell anvender data fra både sedimenter og pore farvann, som pore- vannet er ofte følsomme skjermer av systemet og er en vanlig kilde, men ikke den eneste kilde, for økologisk eksponering for redox-sensitive tungmetaller 1 som arsen og uran. Porevannet data kan oppnås in situ ved hjelp av diffusjon likevekts filtre, også kjent som "peepers", installert i sedimentet to. Peepers er mest brukt i miljøer hvor feltet området er kjent før begynnelsen feltarbeid og der flere besøk over en lengre periode kan gjøres til feltet området, f.eks Shotyk tre. Derfor er mange sammenhenger ikke tillater bruk av peepers, for eksempel områder som er tilgjengelige bare for en kort tid, eller der flere utforskningsprøver oppnås for å bestemme hvor ytterligere undersøkelser skulle oppstå 4.I tillegg peepers ikke prøve sediment samtidig til vannprøver.

Når det er ønskelig å sample sediment og vann sammen, eller i felten hvor peeper installasjon er ikke mulig, å den vanligste metoden oppnå sediment og vann er sediment kjerneboring. Opparbeidelse av en ublandet kjerne er en avgjørende forløper til den prosedyre som er beskrevet i dette arbeidet 5. Når en kjerne er oppnådd pore- vannet kan oppnås ved å klemme 6 eller sentrifugering; både har fordeler og ulemper. Sentrifugering er generelt ansett som den mest pålitelige metoden for å utvinne porewaters fra sedimentkjerner, 7 Selv om vi gjør må tas for å hindre oksidasjon av sedimenter eller pore farvann.

I denne fremgangsmåten vil vi beskrive kjerne ekstrudering og sentrifugering for å ekstrahere pore farvann med minimal oksydasjon. Forfatterne har brukt den metode som her er beskrevet i en rekke sammenhenger, inkludert marin 8, forurenset innsjø <sup> 9, og våtmarker 10. De representative data som er vist demonstrerer at reduserende betingelser kan bli bevart. Med unntak av sentrifugen, materialet som brukes er billig, og denne fremgangsmåte kan anvendes på en lang rekke geokjemiske og geomicrobiological problemstillinger.

Protocol

1. Utarbeidelse av utstyr Utarbeidelse av kjerne Liners Beregn tykkelsen av kjernen skive som vil bli oppnådd ved anvendelse av Volume = πr 2 x tykkelse; det endelige volumet må være <50 cm 3. Med en 10 cm kjernediameter, kan det 2 cm tykke skiver oppnås. MERK: Det er ikke nødvendig å ha volumet være en full 50 ml, men porewater volumer innhentet vil være forholdsmessig mindre. Ved hjelp av en stikksag (eller lignende) skive en kjerne liner,…

Representative Results

Typen av resultatene som er oppnådd er avhengig av analyser utført og på den geokjemiske innstillingen fra hvilken kjerne ble oppnådd. Oppløst oksygen kan måles i de ekstraherte porewaters, men i mange innstillinger vil dette være null under de første få cm av kjernen. Analyser som vanligvis gir mer meningsfull informasjon inkluderer jern arts (Fe II / Fe III) 12, arsen arts (As III / As V) 13, og sulfid 14. Tilstedeværelse av reduserte ar…

Discussion

Den teknikk som er beskrevet heri er en fleksibel en som kan tilpasses for et bredt spekter av steder, kjernestørrelser, kjerneseksjonen tykkelse, etc. Det er tre grunnleggende komponenter i dette systemet.

Først fremstille en kjerne ekstrudering system av riktige dimensjoner for kjernen som skal analyseres. Instruksjoner her er gitt med forutsetning om en ca 30 "core, mye lengre kjerner kan kreve mer PVC extender stykker og PVC fittings å ekstrudere fullt Planlegg ekstruder…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne forskningen ble delvis støttet av National Science Foundation RAPID program (NSF-1048925, 1048919 og 1048914) 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