Eine Ultra-clean Multilayer Vorrichtung zum Sammeln von Größe fraktioniert Meeresplankton und Schwebeteilchen
Summary
Plankton und Schwebeteilchen spielen eine wichtige Rolle in den biogeochemischen Zyklen im Ozean. Hier bieten wir eine Ultra-clean, low-Stress-Methode für die Sammlung verschiedener Größen von Partikeln und Plankton auf hoher See mit der Fähigkeit zur Handhabung großer Mengen von Meerwasser.
Abstract
Die Verteilungen der viele Spurenelemente im Ozean sind eng verbunden mit dem Wachstum, den Tod und die Remineralisierung von Meeresplankton und derer ausgesetzt/Untergang Partikel. Hier präsentieren wir Ihnen ein alle Kunststoff (Polypropylen und Polycarbonat), Mehrschichtfiltration System zur Sammlung von suspendierten Partikeln (SPM) am Meer. Diese Ultra-clean Probenahmegerät wurde konzipiert und entwickelt speziell für Spurenelement Studien. Sorgfältige Auswahl aller nicht-metallischen Materialien und Nutzung eines Inline-durchströmten Verfahrens minimiert etwaige Metall Kontaminationen während der Probenahme. Dieses System wurde erfolgreich getestet und optimiert für die Bestimmung von Spurenelementen (z.B.Fe, Al, Mn, Cd, Cu, Ni) auf Partikel unterschiedlicher Größe im Küsten- und offenen Meerwasser. Ergebnisse aus dem Südchinesischen Meer an der Station South East Asia Time Series (Sitzplätze) zeigen, dass tagaktive Variationen und räumliche Verteilung des Planktons in der euphotischen Zone leicht gelöst und erkannt werden können. Chemische Analyse der Größe fraktioniert Partikel in den Oberflächengewässern der Taiwan-Straße schlägt vor, dass die größeren Partikel (> 153 µm) wurden vor allem biologisch abgeleitet, während die kleineren Teilchen (10-63 µm) meist aus anorganischer Materie bestanden. Abgesehen von Cd verringerte sich die Konzentrationen von Metallen (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) mit zunehmender Größe.
Introduction
Partikel im Ozean spielen eine wichtige Rolle in der marine biogeochemische Zyklen1. Die meisten Eigenschaften von Partikeln, wie Größe, Mineralogie und Zusammensetzung, können von einer geologischen oder hydrographischen um weitere2tiefgreifend verändern. Die Verteilung der Elemente im Ozean sind darüber hinaus auch verbunden mit dem Lebenszyklus des marinen Phytoplanktons: Wachstum, Tod, Untergang und Remineralisierung3,4. Marine Partikel umfassen mindestens 4 Größenordnungen in der Größe von Submikron-Partikeln bis hin zu großen Aggregaten (> 5 mm). Die meisten Partikel sind biologisch, Prozesse wie virale Lyse, Exsudation, Sekretion, fäkale pelletherstellungabgeleitet. Andere Partikel werden von physischen Koagulation von Zellen, zelltrümmer oder lithogen Materialien1gebildet. Verschiedene chemische und biologische Eigenschaften der Partikel zu steuern die geochemische Zyklen und biologische Vorgänge auf und innerhalb der Partikel4,5,6. Diese Partikel sind wichtige Lebensräume und Nahrungsquellen für einige Organismen, wie Zooplankton oder Saprotrophs. Dementsprechend bezieht sich das Schicksal der Partikel oft auf ihre Größe, die durch biologische Prozesse auf und um Partikel geändert werden können.
Sampling-marine Partikel in der Regel erfordert Filtration, aber dieser Ansatz stellt eine gewisse Unklarheit bei der Ermittlung der Eigenschaften der Partikel, da marine Partikel nicht homogen in Zusammensetzung und Größe sind. Schwebeteilchen, hauptsächlich bestehend aus kleinen und niedrigen Dichte Partikel, die fast permanent in der Schwebe, sind nur für einen kurzen Zeitraum, abhängig von den hydrodynamischen Bedingungen mit unterschiedlichen Mengen von größeren und dichteren Partikel in Suspension gemischt. 7. die ersten Berichte über die Spur Metallzusammensetzung Plankton Proben wurden durch Plankton schleppt oder Aussetzung Plankton Netze auf einem Forschung Schiff8gesammelt. Die Autoren oft Metallpartikel gefunden und Chips in Proben, zu malen, was auf ein schwerwiegendes Problem der Kontamination während der marine Partikel Probenahme für die chemische Analyse. Andere Bemühungen sind net Abschleppen von Schlauchbooten oder mit einer Polyvinylchlorid (PVC)-hand seilwinde3. Die Schwierigkeit der zuverlässige Probenahme von Partikeln erschwert Fortschritte in unserem Verständnis von der chemischen Zusammensetzung der marine Partikel, vor allem für Spurenelemente. Als solche ist wichtigste Aussagen über den Gehalt an Spurenelementen im Phytoplankton von Kultur Studien9,10gekommen. Diese Anerkennung hat Meereswissenschaftler zum Erstellen von neuen Methoden für Partikel im Meer über den letzten dreißig Jahren11Studium motiviert.
Meeresforscher haben verschiedene Sampling-Techniken, einschließlich an Bord Filtration, in Situ Filtration verwendet und Sediment fallen11. Die Verarbeitung großer Mengen von Meerwasser unbelastete Proben sammeln kann schwierig sein, vor allem für Hochsee und tiefen Gewässern, in denen die Partikelkonzentrationen sehr niedrig sind (0,001 – 0,1 mg/L). Es ist auch notwendig, Filtern Sie große Mengen von Meerwasser, eine ausreichende Menge von Partikeln Spur Metallkonzentrationen messen zu erhalten. Einige Forscher haben die Größe-Fraktionierung-Methode verwendet, um Schwebeteilchen Untergang Partikel trennen. Partikelgröße, Porosität, Dichte und Form können jedoch alle Einfluss Partikel sinken Geschwindigkeiten. Sediment fallen sind nicht praktische Werkzeuge, Schwebstoffe, zu sammeln, da die zum Untergang Partikel vorgesehen sind. Daher ist es wichtig, Probenahme und Behandlungsmethoden zu entwickeln, die ausreichende Mengen an suspendierten Teilchen mit minimalen Verunreinigungen sammeln können. Daher ist Größe-Fraktionierung von in Situ Filtration noch ein viel versprechendes Instrument der Ozeanograph Probenahme Toolbox, da es wichtige Informationen über marine Partikel Dynamik offenbaren kann. Hier beschreiben wir eine erfolgreich erprobte Spur-Metall-clean, mehrschichtige Schwerkraft Filtration Probenahme Apparat, die große Mengen (120-240 L) behandeln kann Meerwasser an Bord in einem Arbeitsgang aus Polytetrafluorethylen (PTFE) beschichtet Probenahme Wasserflaschen in eine Multi-Flasche Probenahme Array. Dieser Apparat Probenahme verwendet säuregewaschen synthetischen Nylon Netze nacheinander und die Netze sind eingeschlossen in einem Polycarbonat-Container, Größe fraktioniert abgehängte Angelegenheit und Phytoplankton12,13, sanft zu sammeln 14,15 (Abbildung 1). Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein besseres Werkzeug für die Untersuchung der Metall-Partikel-Verbände und ihre Reaktion Dynamik in marinen Lebensräume bieten, und zu einem besseren Verständnis über das Schicksal einer Vielzahl von Plankton, Partikeln und Spurenmetalle in diesen Umgebungen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Erhalten zuverlässige Spur Metallkonzentrationen von Plankton und Schwebeteilchen in natürlichen Gewässern, die in der Regel in sehr geringen Konzentrationen vorhanden sind, erfordert große Sorgfalt bei der Probenentnahme, Verarbeitung, Vorbehandlungen und Analyse mit dem Ziel Verringerung der Kontamination. Daher die Verfahren zu entwerfen und bereiten Probenahme Gang, Probenbehälter und Materialien zur Erhebung und prozessproben sind alle wichtigen Schritte in Richtung qualitativ hochwertiger Daten für Spurenmeta…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Miss Pi-Fen Lin, Herr Wei-Lung Tseng, Miss Pei-Hsuan Lin und Dr. Jia-Lu Chuan für ihre Unterstützung während der Bereich Probenahme und Laboranalyse für die praktische Entwicklung und Anwendung des “CATNET.” Die Unterstützung der Besatzung und der Techniker an Bord des Forschungsschiffs Ocean Research-ich und Ocean Research-II während der Probenahme Expeditionen wird sehr geschätzt. Diese Arbeit wurde teilweise von Taiwan Ministry of Science unterstützt und Technologie gewährt 91-2611-M-002-007, 95-2611-M-002-009, 96-2611-M-002-004, 97-3114-M-002-006, 104-2611-M-002-019. Dieses Manuskript wird in Erinnerung an Miss Wen-Huei Lee für ihre immense Hingabe und Beitrag zur marine Forschungen in Taiwan geschrieben.
Materials
| thermoplastic elastomer (C-Flex) Tubings | Cole Palmer | EW-06424-67 | O.D. 0.635 cm, Opaque White 1/8"ID x 1/4"OD, 25 ft/pack |
| LDPE Bottle (Nalgene) | ThermoFisher Scientific | 2103-0004 | 125 mL, Nalgene Wide-Mouth LDPE Bottles with Closure |
| anionic protease enzyme detergent detergent (Tergazyme) | Alconox | 1104-1 | 1×4 lb box (1.8 kg) |
| Hydrochloric Acid | Sigma-Aldrich | 258148 | Reagent grade |
| Nitric acid | Sigma-Aldrich | 695025 | Reagent grade |
| alkaline detergnet (Micro) | Cole Palmer | EW-99999-14 | Micro-90 Cleaning Solution |
| polycarbonate filter, 47 mm, 0.4 µm | Sigma-Aldrich | WHA111107 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 0.4 μm, polycarbonate |
| polycarbonate filter, 47 mm, 10 µm | Sigma-Aldrich | WHA111115 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 10 μm, polycarbonate |
| PFA vessel, 60 ml capacity | Savillex | 300-060-03 | 60 mL Digestion Vessel, Flat Interior, Flat Exterior, Buttress Threaded Top |
| Nitric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Nitric Acid |
| HF, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrofluoric Acid |
| Boric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrobromic Acid |
| polyethylene (PE) gloves | Safty Zone | GDPL-MD-5 | Clear Powder Free Polyethylene Gloves |
| Multiple layer filtering and collecting device | Sino Instrumnets Co. Ltd | not available | Multiple layer filtering and collecting device, CATNET |
| 10 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 10 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| 60 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 60 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| 150 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 150 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| torque wrench | Halfords | 200238 | Halfords Professional Torque Wrench 8-60Nm |
| multi-bottle sampling array, Rosette | General Oceanics | Model 1018 | Rosette Sampler |
| PTFE-coated sampling bottles, GO-Flo | General Oceanics | 108020T | GO-Flo water sampler teflon coated |
| Marine sediment reference materials | National Research Council Canada | MESS-3 | |
| Estuarine sediment standard reference material | National Institute of Standards and Technology | 1646a | |
| Plankton reference material | The European Commission's science and knowledge service | CRM414 |
Referencias
- Jeandel, C., et al. What did we learn about ocean particle dynamics in the GEOSECS-JGOFS era. Progr. Oceanogr. 133, 6-16 (2015).
- Lam, P., et al. Methods for analyzing the concentration and speciation of major and trace elements in marine particles. Progr. Oceanogr. 133, 32-42 (2015).
- Collier, R., Edmond, J. The trace element geochemistry of marine biogenic particulate matter. Progr. Oceanogr. 13, 113-199 (1984).
- Donat, J. R., Bruland, K. W., Steinnes, E., Salbu, B. Trace elements in the oceans. Trace Elements in Natural Waters. , 247-280 (1995).
- Wen, L. -. S., Santschi, P., Tang, D. Interaction between radioactively labeled colloids and natural particles: evidence for colloidal pumping. Geochim. Cosmochim. Ac. 61, 2867-2878 (1997).
- Wen, L. -. S., Warnken, K., Santschi, P. The role of organic carbon, iron, and aluminium oxyhydroxides as trace metal carriers: Comparison between the Trinity River and the Trinity River Estuary (Galveston Bay, Texas). Mar. Chem. 112, 20-37 (2008).
- Hurd, D., Spencer, D. Marine particles: analysis and characterization. American Geophysical Union. , (1991).
- Martin, J. H., Knauer, G. A. The elemental composition of plankton. Geochim. Cosmochim. Ac. 37, 1639-1653 (1973).
- Morel, F., Price, N. M. The biogeochemical cycles of trace metals in the oceans. Science. 300, 944-947 (2003).
- Ho, T. -. Y., et al. The elemental composition of some marine phytoplankton. J. Phycol. 39, 1145-1159 (2003).
- McDonnell, A., et al. The oceanographic toolbox for the collection of sinking and suspended marine particles. Prog. Oceanogr. 133, 17-31 (2015).
- Wen, L. -. S., Li, W. -. H., Zhuang, G. -. Z. . Multiple layer filtering and collecting device. , (2005).
- Ho, T. -. Y., Wen, L. -. S., You, C. -. F., Lee, D. -. C. The trace-metal composition of size fractionated plankton in the South China Sea: biotic versus abiotic sources. Limnol. Oceanogr. 52, 1776-1788 (2007).
- Hsu, R., Liu, J. In-situ estimations of the density and porosity of flocs of varying sizes in a submarine canyon. Mar. Geol. 276, 105-109 (2010).
- Liao, W. -. H., Yang, S. -. C., Ho, T. -. Y. Trace metal composition of size-fractionated plankton in the Western Philippine Sea: the impact of anthropogenic aerosol deposition. Limnol Oceanogr. , (2017).
- Grasshoff, K., Kremling, K., Ehrhardt, M. . Methods of seawater analysis. , (2007).
