Sedimentpropp Sektione och Utvinning av Pore Waters under anoxiska förhållanden
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 visar ett förfarande för sektionesedimentkärnor och extrahera pore vatten samtidigt syrefria förhållanden upprätthålls. Ett enkelt, billigt system byggs och kan transporteras till en tillfällig arbetsplats nära fältprovtagningsstället (s) för att underlätta snabb analys. Kärnor extruderas till ett bärbart handskpåse, där de sektioneras och varje 1-3 cm tjock sektion (beroende på kärndiametern) är förseglad i 50 ml centrifugrör. Pore vatten separeras med centrifugering utanför av handsken påsen och återvände sedan till påsen handsken för separation från sedimenten. Dessa extraherade por vattenprov kan analyseras omedelbart. Omedelbara analyser av redox känsliga arter, såsom sulfid, järn artbildning och arsenik artbildning visar att oxidation av por vatten är minimal; några prover visar cirka 100% av de reducerade arter, till exempel 100% Fe (II) utan detekterbar Fe (III). Både sediment och porvatten prover kan bevaras till huvudtain kemiska ämnen för vidare analys vid återkomsten till laboratoriet.
Introduction
Forskare vill ofta att studera redox tillstånd och geomicrobiology av en sediment-vattensystem. Detta utnyttjar idealiskt data från både sediment och porer vatten, som por vatten är ofta känsliga skärmar i systemet och är en gemensam källa, men inte den enda källan av ekologiska exponering för redoxkänsliga tungmetaller 1 såsom arsenik och uran. Porvattnet uppgifter kan erhållas in situ med hjälp av diffusion jämvikts filter, även känd som "peepers," installeras i sedimentet två. Peepers används oftast i miljöer där fält platsen är känd innan du påbörjar fältarbete och där flera besök under en längre tid kan göras till fält webbplats, t.ex. Shotyk 3. Därför många sammanhang inte tillåta användning av Peepers, såsom platser endast tillgängliga för en kort tid eller där flera undersökande prover erhålls för att bestämma när ytterligare undersökningar bör ske fyra.Dessutom peepers inte prova sediment samtidigt till vattenprovtagning.
När det är önskvärt att ta prov sediment och vatten tillsammans, eller i fältplatser där peeper installationen inte är möjligt, att den vanligaste metoden erhålla sediment och vatten är sediment coring. Erhålla en oblandad kärna är en avgörande föregångare till det förfarande som beskrivs i detta arbete 5. När en kärna erhålls pore vatten kan erhållas genom att klämma 6 eller centrifugering; båda har fördelar och nackdelar. Centrifugering allmänt anses vara den mest tillförlitliga metoden för att extrahera porewaters från sedimentkärnor, 7 fastän försiktighet måste vidtas för att förhindra oxidation av sediment eller pore vatten.
I denna metod beskriver vi kärn extrudering och centrifugering för att extrahera pore vatten med minimal oxidation. Författarna har använt den metod som beskrivs häri i en mängd olika sammanhang, inklusive marina 8, förorenat sjön <sup> 9, och våtmarker 10. De representativa data som visas visar att reducerande betingelser kan bevaras. Med undantag av centrifugen, material som används är billigt, och denna metod kan tillämpas på ett stort antal olika geokemiska och geomicrobiological frågeställningar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den teknik som beskrivs häri är ett flexibelt en som kan justeras för ett brett spektrum av platser, kärn storlekar kärnsektion tjocklek, etc. Det finns tre väsentliga komponenter till detta system.
Först förbereder en kärna extruderingssystem av rätt dimensioner för kärnan som skall analyseras. Instruktioner här ges antar en ungefär 30 "kärna, mycket längre kärnor kan kräva fler PVC extender bitar och PVC kopplingar att extrudera helt Plan extrudering systeme…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning har delvis stöd av National Science Foundation RAPID program (NSF-1.048.925, 1.048.919 och 1.048.914) till Alison Keimowitz, Ming-Kuo Lee, Benedict Okeke, och 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).
