海洋浮游生物和悬浮颗粒的超洁净多层采集装置
Summary
浮游生物和悬浮粒子在海洋生物地球化学循环中起着重要作用。在这里, 我们提供了一种超清洁, 低应力的方法, 以收集各种大小的颗粒和浮游生物在海上的能力, 处理大量的海水。
Abstract
海洋中许多微量元素的分布与海洋浮游生物的生长、死亡和再矿化以及悬浮/下沉粒子的沉积密切相关。在这里, 我们提出了一个全塑料 (聚丙烯和聚碳酸酯), 多层过滤系统收集悬浮微粒物质 (SPM) 在海上。这种超清洁取样装置是专门为微量元素研究而设计和开发的。对所有非金属材料进行细致的选择, 并利用在线流动过程, 最大限度地减少取样过程中可能发生的金属污染。该系统已成功测试和调整, 以确定痕量金属 (如, 铁, 铝, 锰, 镉, 铜, 镍) 对不同大小的颗粒在沿海和开阔海域。东南亚时间序列 (座位) 站南中国海的结果表明, 透光地区浮游生物的日变化和空间分布可以很容易地得到解决和识别。台湾海峡地表水中颗粒粒度的化学分析表明, 较大的颗粒 (> 153 µm) 主要是生物衍生的, 而较小的颗粒 (10-63 µm) 主要由无机物质组成。除 Cd 外, 金属 (铁、铝、锰、铜、镍) 的浓度随尺寸的增大而减小。
Introduction
海洋中的粒子在海洋生物地球化学循环中起着重要作用1。粒子的大部分属性, 如大小、矿物学和组成, 都可以从一个地质或水文设置到另一个2。此外, 海洋中元素的分布也与海洋浮游植物的生命周期有关: 生长、死亡、下沉和再矿化3,4。海洋颗粒的大小至少有4级, 从亚微米颗粒到大骨料 (> 5 毫米) 不等。大多数粒子都是从生物学上衍生出来的, 从病毒裂解、渗出、分泌、粪便颗粒的产生、等等。其他粒子是由细胞、细胞碎片或胆汁成石材料的物理凝固而形成的1。微粒的各种各样的化学和生物特征控制地球化学循环和生物过程发生在和在微粒之内4,5,6。这些微粒是重要栖所和食物来源为一些有机体, 例如浮游动物或 saprotrophs。因此, 粒子的命运常常与它们的大小有关, 而粒子的生物过程可以改变它们的尺寸。
取样海洋微粒通常需要过滤, 但这种方法在识别粒子的性质方面引入了一定的模糊性, 因为海洋颗粒在成分和大小上不均匀。悬浮粒子, 主要由几乎永久悬浮的小颗粒和低密度粒子组成, 在悬浮液中, 由于水动力条件, 在短时间内混合了不同数量的大颗粒和高密度粒子。7. 在研究船8上, 通过浮游生物拖曳或悬浮浮游生物网收集浮游生物样品的微量金属组成的第一个报告。作者经常在样品中发现金属微粒和油漆芯片, 这表明在化学分析中, 海洋微粒取样过程中存在严重的污染问题。其他努力包括用橡皮筏进行净拖曳或使用聚氯乙烯 (PVC) 手绞车3。对粒子进行可靠取样的困难使得我们对海洋粒子化学成分的理解更加困难, 特别是对于微量元素。因此, 关于浮游植物中微量元素浓度的最关键信息来自于文化研究9,10。这一认识促使海洋科学家在过去三十年中为研究海洋中的粒子创造了新的方法11。
海洋学家使用了各种取样技术, 包括船用过滤、原位过滤和沉积陷阱11。处理大量的海水来收集无污染的样品可能是一个挑战, 特别是对于开阔的海洋和深水域, 其中颗粒浓度非常低 (0.001-0.1 毫克/升)。还需要过滤大量的海水, 以获得足够数量的微粒来测量微量金属浓度。一些研究人员使用了粒度分馏法将悬浮粒子与下沉粒子分离。然而, 颗粒的大小、孔隙度、密度和形状都能影响颗粒的下沉速度。沉淀物陷阱不是收集悬浮粒子的实用工具, 因为这些是为下沉粒子设计的。因此, 有必要制定取样和处理方法, 以便收集足够数量的悬浮粒子, 并将其污染降到最低。因此, 在海洋学家的取样工具箱中, 通过原位过滤来进行尺寸分割仍然是一个有希望的工具, 因为它可以揭示海洋粒子动力学的关键信息。在这里, 我们描述了一个成功测试的微量金属清洁, 多层重力过滤取样装置, 它可以处理大容量 (120-240 升) 的船上的海水在一个通行证从聚四氟乙烯 (聚四氟乙烯) 涂层水取样瓶在一个多瓶取样阵列。该取样装置采用酸性水洗合成尼龙网, 并将网套在聚碳酸酯容器内, 以轻轻收集大小分级悬浮物质和浮游植物12,13, 14,15 (图 1)。这项工作的目的是提供一个更好的工具, 以研究在海洋环境中的金属粒子协会及其反应动力学, 并提高我们对各种浮游生物, 粒子和微量金属的命运的理解, 在这些环境。
Protocol
Representative Results
Discussion
获得可靠的微量金属浓度的浮游生物和悬浮粒子在自然水域, 通常是在非常低浓度, 需要很大的照顾, 在样品收集, 处理, 预处理和分析, 目的是减少污染。因此, 设计和准备取样齿轮、样品容器和用于收集和处理样品的材料的程序是在海洋环境中获得高质量的微量金属数据的关键步骤。随着近几十年来新的粒子采集方法的发展, 我们对粒子动力学和微量元素地球化学的认识也在不断拓宽。本文介绍了…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
作者感谢皮分林小姐、魏隆先生、裴小姐和佳禄博士在实地抽样和实验室分析中对 “CATNET” 的实际开发和应用进行了协助。在取样远征期间, 船员和技术员对船上研究船海洋研究和海洋研究 II 的协助非常感谢。这项工作部分是由台湾科学技术部资助的91-2611 米-002-007、95-2611 米-002-009、96-2611 米-002-004、97-3114 米-002-006、104-2611 米-002-019。这篇手稿是为了纪念翬小姐对台湾海洋研究的巨大奉献和贡献而写的。
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
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