Sedimentos Núcleo de corte e extração de Pore Waters sob condições anóxicas
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
Nós demonstramos um método para seccionamento núcleos de sedimentos e extração de águas dos poros, mantendo condições livres de oxigênio. Um sistema simples, barato é construído e pode ser transportado para um espaço de trabalho temporário perto do sítio (s) de amostragem de campo para facilitar a análise rápida. Os mandris são extrudidas em um saco de luva portátil, onde são seccionados e cada secção de espessura de 1-3 cm (dependendo do diâmetro do núcleo) é selada em 50 ml de tubos de centrífuga. águas dos poros são separados por centrifugação do lado de fora do saco de luvas e, em seguida, devolvidos ao saco de luva para a separação a partir do sedimento. Estas amostras de água intersticial extraído pode ser analisado imediatamente. análises imediatas de espécies sensíveis redox, como o sulfeto, especiação de ferro, e especiação de arsénio indicam que a oxidação das águas dos poros é mínima; algumas amostras mostram aproximadamente 100% das espécies reduzidas, por exemplo, 100% de Fe (II) com o não detectável Fe (III). Ambas as amostras de água de sedimentos e de poros pode ser preservada to maintain espécies químicas para posterior análise em cima do retorno para o laboratório.
Introduction
Pesquisadores muitas vezes desejam estudar o estado redox e geomicrobiologia de um sistema água-sedimento. Este idealmente utiliza dados de ambos os sedimentos e águas dos poros, como as águas dos poros são frequentemente monitores sensíveis do sistema e são uma fonte comum, embora não a única, fonte de exposição ecológica a metais pesados redox-sensíveis 1 como o arsénio e urânio. Dados de água nos poros pode ser obtido in situ usando filtros de difusão de equilíbrio, também conhecidos como "Botucas," instalados no sedimento 2. Peepers são mais comumente usados em ambientes onde o site campo é conhecido antes de começar o trabalho de campo e onde várias visitas ao longo de um período prolongado de tempo pode ser feita para o local de campo, por exemplo Shotyk 3. Por isso muitos contextos não permitem o uso de peepers, tais como locais acessíveis apenas por um curto período de tempo ou quando várias amostras exploratórios são obtidos para determinar onde uma investigação mais aprofundada deve ocorrer 4.Além disso peepers não amostra de sedimento simultaneamente para amostragem de água.
Quando é desejável amostra de sedimento e água juntos, ou em locais de campo onde a instalação peeper não for possível, o método mais comum para obter sedimentos e água é retirada do núcleo de sedimentos. A obtenção de um núcleo não misturados é um precursor essencial para o processo descrito no presente trabalho 5. Uma vez que o núcleo é obtido das águas dos poros podem ser obtidos por espremedura 6 ou centrifugação; ambos têm vantagens e desvantagens. Centrifugação é geralmente considerado o método mais confiável para extrair porewaters de núcleos de sedimentos, 7 embora cuidados devem ser tomados para evitar a oxidação dos sedimentos ou águas dos poros.
Neste método, descrevemos a extrusão do núcleo e centrifugação para extrair águas dos poros com a oxidação mínima. Os autores utilizaram o método aqui descrito numa variedade de contextos, incluindo marinho 8, contaminado lago <sup> 9, e zonas húmidas 10. Os dados representativos mostrados demonstra que as condições de redução pode ser preservada. Com a excepção da centrifugação, são utilizados materiais de baixo custo, e este método pode ser aplicado a uma ampla variedade de questões de pesquisa e geoquímico geomicrobiological.
Protocol
Representative Results
Discussion
A técnica aqui descrita é um flexível que pode ser ajustado para uma ampla gama de tamanhos, os locais do núcleo, a espessura da secção do núcleo, etc. Existem três componentes essenciais para o presente sistema.
Em primeiro lugar, preparar um sistema de núcleo por extrusão de as dimensões certas para o núcleo para ser analisado. Instruções aqui são dadas assumindo uma cerca de 30 "core, muito núcleos mais longos podem exigir mais peças de extensor de PVC e con…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi parcialmente financiado pela programa da National Science Foundation RAPID (NSF-1048925, 1048919 e 1048914) para Alison Keimowitz, Ming-Kuo Lee, Bento Okeke, e 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 |
Riferimenti
- 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).
