Ультра-чистой многослойных аппарат для сбора размер фракционированный морской планктон и взвешенных частиц
Summary
Планктон и взвешенных частиц играют важную роль в биогеохимических циклах в океане. Здесь мы предлагаем ультра-чистой, низкой стресс метод для сбора различных размеров частиц и планктона в море с возможностью обработки больших объемов морской воды.
Abstract
Распределение многих микроэлементов в океане прочно ассоциируется с ростом, смерти и реминерализации морской планктон и тех частиц приостановлено/тонуть. Здесь мы представляем все пластиковые (полипропилен и поликарбонат), многослойная система фильтрации для коллекции взвешенных частиц (ВЧ) на море. Это устройство ультра-чистой выборки был разработан и создан специально для изучения микроэлемента. Тщательный отбор всех неметаллических материалов и утилизации в линии потока через процедуры минимизирует любое возможное загрязнение металла во время выборки. Эта система успешно протестированы и tweaked для определения трассировки металлов (например, Ni, Mn, Fe, Cd, Cu, Al) на частицы различных размеров в океан в прибрежных и открытых водах. Результаты от Южно-Китайского моря на станции Юго Восточной Азии рядов (мест) указывают, что суточные вариации и пространственного распределения планктона в эуфотической зоне можно легко решить и признано. Химический анализ фракционированный размер частиц в поверхностных водах в Тайваньском проливе предполагает, что крупные частицы (> 153 мкм) главным образом биологически были получены, в то время как мелкие частицы (10-63 мкм) были в основном состоит из неорганических веществ. Помимо Cd концентрации металлов (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) сократилась с увеличением размера.
Introduction
Частицы в океане играют важную роль в морских биогеохимических циклов1. Большинство свойств частиц, такие как размер, минералогии и композиции, можно изменить глубоко от одного параметра геологических или гидрографические еще2. Кроме того, распределение элементов в океане также связаны с жизненным циклом морской фитопланктон: рост, смерть, гибель и Реминерализация3,4. Морских частицы охватывают по крайней мере 4 порядков в размерах, начиная от субмикронных частиц больших агрегатов (> 5 мм). Большинство частиц являются биологически производными от процессов, таких как вирусный лизиса, экссудацию, секрецию, фекальные пеллеты производства и т.д. Другие частицы образуются из физических коагуляции клеток, сотовой мусора или литогенные материалы1. Различные химические и биологические характеристики частиц управления геохимические циклы и биологических процессов, происходящих на и внутри частицы4,5,6. Эти частицы являются важные места обитания, а также источников питания для некоторых организмов, таких как зоопланктона или сапротрофы. Соответственно судьба частиц часто связана с их размер, который может быть изменен биологические процессы на и вокруг частиц.
Отбор проб морской частицы обычно требует фильтрации, но этот подход представляет определенная двусмысленность в определении свойств частиц, поскольку морской частицы не являются однородной по составу и размер. Взвешенных частиц, в основном состоит из мелких и низкой плотности частиц, которые являются почти постоянно в суспензии, смешиваются с различное количество крупных и плотнее частиц во взвешенном состоянии только на короткий период времени, в зависимости от гидродинамических условий 7. первые сообщения о трассировки металла состав планктона образцы были собраны буксирами планктона или приостановки планктона сеток на научно-исследовательских судна8. Авторы часто нашли частицы металла и краски чипов в образцах, предложив серьезные проблемы загрязнения морской частиц проб для химического анализа. Другие усилия включают чистый буксировкой резиновых плотах или использования поливинилхлорида (ПВХ)-ручная лебедка3. Трудность надежного отбора проб частиц делает более трудным, особенно для микроэлементов прогресс в нашем понимании химического состава морской частиц. Таким образом наиболее важной информации о концентрации микроэлементов в фитопланктона пришло от культуры исследования9,10. Это признание побудило мореведов для создания новых методов для изучения частиц в море за последние тридцать лет11.
Океанографы использовали различные методы отбора проб, включая судовые фильтрации, фильтрации на месте , и отложения ловушки11. Обработка больших объемов морской воды для сбора-загрязненных образцов может быть сложным, особенно для открытого океана и глубоких водах, в которых концентрации частиц являются очень низкими (0,001 – 0,1 мг/Л). Это также необходимо для фильтрации больших объемов морской воды, чтобы получить достаточное количество частиц для измерения концентрации металлов трассировки. Некоторые исследователи использовали метод фракционирования размер для отделения взвешенных частиц от потопления частиц. Однако размер частиц, пористость, плотности и формы можно все влияние частиц, тонущий скоростей. Седиментационными ловушками не являются практические инструменты для сбора взвешенных частиц, так как те предназначены для проходки частиц. Таким образом важно разработать методы выборки и лечения, которые можно собрать достаточное количество взвешенных частиц с минимальным загрязнением. Следовательно размер фракционирование в situ фильтрацией по-прежнему перспективным инструментом в океанограф выборки элементов, так как он может раскрыть важную информацию о динамике морской частиц. Здесь, мы описываем успешно испытанных трассировки очистке металла, тяжести многослойной фильтрации проб морской воды на борту в один проход из политетрафторэтилена (ПТФЭ) аппарат, который может обрабатывать большие объемы (120-240 Л) с покрытием бутылки для отбора проб воды в массив многолетних бутылка выборки. Этот аппарат выборки использует кислоты промывают синтетические нейлоновые сетки в последовательности, и сети заключаются в контейнере поликарбоната аккуратно собирать размер фракционированный взвешенных частиц и фитопланктона12,13, 14,15 (рис. 1). Целью этой работы является обеспечить более эффективный инструмент для изучения порошковых ассоциаций и их реакция динамика в морской среде, и улучшить наше понимание судьбы широкий спектр планктон, частиц и микроконцентрации металлов в этих среды.
Protocol
Representative Results
Discussion
Получение надежных трассировки концентрации металлов на планктон и взвешенных частиц в природных водах, которые обычно присутствуют в очень низких концентрациях, требует большой осторожности во время сбора, обработки, взрывоопасностью и анализа, с целью снижение загрязнения. Таким о?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят Мисс Pi-Fen Лин, г-н Вэй-Lung Tseng, мисс Лин и Пэй-Сюань и доктор Цзя-Лу Чуань за их помощь в области отбора и анализа лаборатории практической разработки и применения «CATNET.» Помощь членов экипажа и техник на борту исследовательского судна океанических исследований-I и морские исследования-II во время экспедиций выборки с благодарностью. Эта работа частично поддержали Тайваня министерства науки и технологии предоставляет 91-2611-М-002-007, 95-2611-М-002-009, 96-2611-М-002-004, 97-3114-M-002-006, 104-2611-М-002-019. Эта рукопись написана в память о Мисс Вэнь-проповедовавший ли ее огромную самоотверженность и вклад морских исследований в Тайване.
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 |
References
- 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).
