Un aparato de múltiples capas ultra limpio para recoger plancton marino tamaño fraccionado y partículas en suspensión
Summary
Plancton y partículas en suspensión juegan un papel importante en los ciclos biogeoquímicos en el mar. Aquí, nos proporcionan un método ultra limpia y bajo estrés para la colección de varios tamaños de partículas y plancton en el mar con la capacidad de manejar grandes volúmenes de agua de mar.
Abstract
Las distribuciones de muchos elementos de rastro en el océano están fuertemente asociadas con el crecimiento, muerte y re-mineralización de plancton marino y de partículas suspendidas/que se hunde. Aquí, presentamos un todo plástico (polipropileno y policarbonato), filtración de múltiples capas el sistema para colección de partículas en suspensión (SPM) en el mar. Este dispositivo de muestreo ultra-clean ha sido diseñado y desarrollado específicamente para estudios de elementos traza. Cuidada selección de todos los materiales no metálicos y la utilización de un procedimiento de flujo en línea reduce al mínimo cualquier posible contaminación metálica durante el muestreo. Este sistema ha sido con éxito probado y ajustado para determinar metales traza (p. ej., Fe, Al, Mn, Cd, Cu, Ni) en partículas de diferente tamaño en aguas del océano costero y abierto. Resultados desde el mar de China del sur en la estación de Series de tiempo del sur de Asia Oriental (asientos) indican que variaciones diurnas y distribución espacial del plancton en la zona eufótica pueden ser fácilmente resuelto y reconocidos. Análisis químico de las partículas tamaño fraccionado en las aguas superficiales del estrecho de Taiwán sugiere que las partículas más grandes (> μm 153) se derivaron principalmente biológico, mientras que las partículas más pequeñas (10-63 μm) fueron compuestas sobre todo de materia inorgánica. Aparte de Cd, las concentraciones de metales (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) disminuyeron con el aumento de tamaño.
Introduction
Partículas en el océano juegan un papel importante en los ciclos biogeoquímicos marinos1. La mayoría de las propiedades de partículas, tales como tamaño, mineralogía y composición, puede cambiar profundamente de una configuración geológica o hidrográfica a otros2. Además, las distribuciones de elementos en el océano también están asociadas con el ciclo de vida del fitoplancton marino: crecimiento, muerte, hundimiento y remineralización3,4. Partículas marinas abarcan por lo menos 4 órdenes de magnitud de tamaño, que van desde partículas de submicron para agregados grandes (> 5 mm). Mayoría de las partículas se deriva biológicamente, de procesos como la lisis viral, exudación, secreción, producción de pellets fecales, etcetera. Otras partículas se forman por coagulación física de células, detritos celulares o litogénico materiales1. Diversas características químicas y biológicas de las partículas de controlan los ciclos geoquímicos y procesos biológicos que ocurren en y dentro de las partículas4,5,6. Estas partículas son hábitats importantes como fuentes de alimento para algunos organismos, como el zooplancton o safrofitos. Por consiguiente, el destino de las partículas a menudo relaciona con su tamaño, lo cual puede ser modificada por procesos biológicos en y alrededor de las partículas.
Muestreo de partículas marinas generalmente requiere filtración, pero este enfoque presenta una cierta ambigüedad en la identificación de las propiedades de las partículas, ya que partículas marinas no son homogéneas en composición y tamaño. Las partículas suspendidas, principalmente compuestas de partículas pequeñas y de baja densidad que están casi permanentemente en suspensión, se mezclan con cantidades variables de mayor tamaño y densidad de las partículas en suspensión sólo por un corto período de tiempo, dependiendo de las condiciones hidrodinámicas 7. los primeros informes de la composición del metal de rastro de las muestras de plancton fueron recogidos por arrastres de plancton o suspender redes de plancton en un buque de investigación8. Los autores a menudo encontraron partículas de metal y pintan chips en muestras, lo que sugiere un problema grave de contaminación durante el muestreo de partículas marinas para el análisis químico. Otros esfuerzos incluyen la red remolque de balsas de goma o con un cloruro de polivinilo (PVC)-mano cabrestante3. La dificultad de muestreo confiable de partículas avanza en la comprensión de la composición química de partículas marinas más difícil, especialmente para elementos traza. Así, información más crucial en la concentración de elementos traza en fitoplancton proviene de cultura estudios9,10. Este reconocimiento ha motivado a los científicos marinos para crear nuevos métodos para el estudio de las partículas en el mar durante los últimos treinta años11.
Oceanógrafos han utilizado varias técnicas de muestreo, incluyendo filtración a bordo, filtración en situ , y trampas de sedimento11. El procesamiento de grandes volúmenes de agua de mar para obtener muestras no contaminadas puede ser difícil, especialmente para mar abierto y aguas profundas, en el que las concentraciones de partículas son muy bajas (0.001 – 0.1 mg/L). También es necesario filtrar grandes volúmenes de agua de mar para obtener una cantidad adecuada de partículas para medir concentraciones de metales traza. Algunos investigadores han utilizado el método de fraccionamiento de tamaño para separar las partículas suspendidas se depositen las partículas. Sin embargo, forma, porosidad, densidad y tamaño de partícula pueden toda partícula de influencia velocidades de hundimiento. Trampas de sedimentos no son herramientas prácticas para recoger las partículas en suspensión, ya que aquellos están diseñados para hundir las partículas. Por lo tanto, es importante desarrollar métodos de muestreo y el tratamiento que pueden recoger suficientes cantidades de partículas en suspensión con la mínima contaminación. Por lo tanto, tamaño-fraccionamiento por filtración de situ todavía es una herramienta prometedora en la caja de herramientas de muestreo de oceanógrafo, ya que puede revelar información crítica sobre la dinámica de la partícula Marina. Aquí, describimos una prueba con éxito limpieza de metales traza, filtración de múltiples capas gravedad muestreo aparato, que puede tratar grandes volúmenes (120-240 L) de agua de mar a bordo en una sola pasada de politetrafluoroetileno (PTFE) recubierto de botellas de muestreo de agua en un matriz multi-botella de muestreo. Este aparato de muestreo utiliza redes de nylon sintético ácido lavado en secuencia, y las redes son incluidas dentro de un contenedor de policarbonato para recoger suavemente fraccionado tamaño suspendidas materia y fitoplancton12,13, 14,15 (figura 1). El objetivo de este trabajo es proporcionar una mejor herramienta para el estudio de las asociaciones de partículas de metal y su dinámica de reacción en el medio marino y mejorar nuestra comprensión del destino de una amplia variedad de plancton, las partículas y metales traza en estos ambientes.
Protocol
Representative Results
Discussion
Seguimiento confiable la obtención de concentraciones de metales en el plancton y las partículas en suspensión en las aguas naturales, que están generalmente presentes en concentraciones muy bajas, requiere gran cuidado durante la recogida de muestras, procesamiento, pretratamientos y análisis, con el objetivo de reducción de la contaminación. Por lo tanto, los procedimientos para diseñar y preparar el equipo de muestreo, contenedores y materiales usados para recoger y muestras del proceso son todos críticos pas…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen señorita Pi-Fen Lin, Sr. pulmón Wei Tseng, Miss Pei Hsuan Lin y el Dr. Jia Lu Chuan su ayuda durante el muestreo de campo y análisis de laboratorio para el desarrollo práctico y la aplicación de “CATNET.” La asistencia de equipo y técnico a bordo del buque de investigación investigación de océano-I y mar investigación-II durante las expediciones de muestreo es muy apreciada. Este trabajo fue financiado en parte por el Ministerio de Taiwán de la ciencia y tecnología de la convocatoria 91-2611-M-002-007-009 95-2611-M-002, 96-2611-M-002-004, 97-3114-M-002-006, 104-2611-M-002-019. Este manuscrito está escrito en memoria de Lee Wen-Huei de Miss por su inmensa dedicación y contribución a las investigaciones marinas en Taiwán.
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
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