Extractie en karakterisering van Surfactants van atmosferische aërosolen

1. Bereid het materiaal voor het protocol zoals vermeld in tabel 1 Materiaal Bereiding / Wassen Verbruiksgoederen (plastic spuiten, naalden, 4-ml flesjes, pasteurpipetjes micropipet uiteinden) Direct gebruikt worden zonder voorbehandeling en weggegooid na gebruik. Herbruikbaar glaswerk (bekers (voor ultrazuiver water), 15, 30 en 60 ml flessen met kurken, buizen voor vastefase-extractie (SPE) en magnetische roerstaven) Wassen met ethanol (alleen voor flacons voor de colorimetrische methode). Achtereenvolgens spoelen met kraanwater, ethanol, leidingwater en ultrazuiver water. Vul het glazen flesjes en het bekerglas kurken, magnetische roerders en SPE tubes met ultrazuiver water en plaats ze in een ultrasoon bad gedurende 15 minuten. Verwijder het water en spoel af met ultrapuur water. Droog het glaswerk in lucht bij kamertemperatuur. Eenmaal gedroogd, sluit alle flesjes en opgeslagen onder dekking te stofafzuiging voorkomen. Om verontreiniging te voorkomen, gebruiken verschillende glaswerk voor waterextractie en colorimetrische methode. Pincet en schaar Wassen met ethanol en ultrazuiver water. Drogen met perslucht. Glas Petri schalen en deksels Wassen met leidingwater en een borstel en vervolgens met ethanol. Afspoelen met leidingwater en vervolgens ultrapuur water. Droge lucht bij kamertemperatuur. Eenmaal gedroogd, sluit de dozen en storZe ken onder dekking om stof te verzamelen te voorkomen. SPE vacuümverdeelstuk Wassen met ethanol en ultrazuiver water. Drogen met perslucht. Kwartscuvette (voor UV-Vis-analyse) Wassen met ethanol en spoel af met leidingwater en vervolgens ultrapuur water. Drogen met perslucht. Tabel 1: Lijst van materialen en glaswerk voor het protocol, met inbegrip van de bereiding en wassen. 2. Gebruik van de aërosolmonsters OPMERKING: De extractiemethode hier gepresenteerde ontwikkeld atmosferische aërosolmonsters verzameld Quartz fiber filters met een totaal gewicht van ten minste 8 ug. De werkwijze voor het verzamelen aërosolmonsters op filters in de atmosfeer niet hier, maar talrijke verklaardbeschrijvingen te vinden in de literatuur, zoals verwijzingen 2, 3, 4, 5, 6 zijn slechts de volgende stappen onderstreept. Nummer elke individuele filter. OPMERKING: het gehele protocol de filters moeten worden gemanipuleerd met schone pincet en eigendom van de rand. Voorwaarde de filters en aluminiumfolies of glazen petrischalen vóór de bemonstering door ze te bakken bij 773 K gedurende 6 uur. Pre-wegen, onder gecontroleerde temperatuur en vochtigheid, de filters met behulp van een microbalans met een nauwkeurigheid van ten minste 1 g, vooraf monstergewicht bepalen. Neem blanco monsters regelmatig in het begin, tijdens en aan het einde van de bemonsteringsperiode, door een filter op de filterhouder van de sampler maar houden de pomp voor dezelfde duur als de eigenlijke monstername ( <em> bv. Als de monstername duurt 24 uur, dient het blanco filter achterblijven in de sampler met de pomp voor 24 uur). Analyseer deze blanks met hetzelfde protocol als voor de werkelijke monsters. Zo spoedig mogelijk na bemonstering pack de filters in containers (back aluminiumfolies of glazen petrischalen) en opgeslagen in een vriezer bij -18 ° C (255 K) tot analyse. Laat de filters in evenwicht in een exsiccator gedurende 24 uur voorafgaand aan het wegen. Bepaal elk monstervolume (verzameld aërosolmassa op filter) door te wegen na bemonstering (en aftrekken voorbemonsteringsfilters gewicht) onder dezelfde gecontroleerde temperatuur en relatieve vochtigheid tijdens de pre-wegen. 3. Extractie van Surfactants van aërosolmonsters waterwinning Dompel het filter monsters in ultrazuiver water gedurende 2 uur bij 279 ± 1 K in glazen petrischaaltjes, sluit het deksel en schud de petrischalen terwijl ze plat, met ezeer 30 min. OPMERKING: 47 mm filters worden ondergedompeld in 7 ml en 150 mm die in 35 mL. Met 120 mm glazen petrischaaltjes moeten de 150 mm filters in vier stukken met een schone schaar te snijden eerder in de schotel moet worden geplaatst. Schoon een injectiespuit filter (0,40 urn PVDF) met 3 x 1 ml ultrazuiver water. Filtreer de oplossing verkregen in stap 3.1.1 met de schone spuitfilter en plaats deze in een vooraf gewogen 60 ml glazen fles. Spoel de petrischaal met 5 ml ultrazuiver water, filter het water met de spuitfilter toevoegen aan de oplossing in de 60 ml glazen fles. gewicht dan de 60 ml glazen fles met de oplossing van het volume gefilterd water en de concentratie oppervlakteactieve stof in stap 4.4.5 bepalen. SPE (vaste fase extractie) extractie Bevestig de SPE silicabasis C18 patronen (zie Materialen voor de details over de patronen) op de SPE vacuüm spruitstuk, dat zelf is verbondeneen pomp. Was de patronen door stromende 6 ml acetonitril met een debiet 1 ml / min en het aanleggen van een vacuüm met de pomp. Herhaal met 6 ml ultrazuiver water. Stop de pomp om het waterpeil hoog genoeg te behouden en de cartridge nat. Stromen verkregen in stap 3.1.3 door de SPE-patroon monster met een snelheid van minder dan 1 ml / minuut. Flow 1 ml ultrazuiver water door het patroon voor het reinigen en drogen de patroon door een sterkere vacuüm in de SPE set-up. Elueer het oppervlakteactieve geabsorbeerde fractie van de kolom stromende 4 ml acetonitril doorheen een stroomsnelheid van minder dan 1 ml / minuut. Damp de verkregen acetonitriloplossing met een flux van N2 tot een droge oppervlakte-extract te verkrijgen en opnieuw oplossen van de droge stof in 60 pl ultrazuiver water. OPMERKING: De 60 pi extracten verkregen uit deze werkwijze kan vervolgens worden gebruikt als moederoplossing diverse karakteriseringen van de oppervlakteactieve stoffen. Bepaling van de extractie efficiëntie OPMERKING: De efficiëntie van de extractiewerkwijze voor verschillende soorten surfactanten moeten worden bepaald voor het bepalen van de absolute concentraties in paragraaf 4. Daarvoor het volgende protocol moet worden toegepast oppervlakteactieve stoffen zoals referentie, bijvoorbeeld natriumdodecylsulfaat (SDS), dioctylsulfosuccinaat natrium (AOT), benzyltetradecyl dimethylammonium (zephiramine), cetyltrimethyl ammonium chloride (CTAC), (1,1,3,3-tetramethylbutyl) fenyl-polyethyleenglycol (zie Materialen List), polyethyleenglycol dodecyl ether ( zie Materials List), surfactine, rhamnolipide of L-α-fosfatidylcholine. Spike de referentie waterige standaardoplossingen (10 -9 10 -4 mol oppervlakteactieve 1 ml ultrazuiver water) op zuiver kwarts filters (grammage 0,85 gm-2) met een micropipet. Tegelijkertijd voeg dezelfde hoeveelheid van deze oplossingen dlsmede voorrijkosten, direct in flesjes als "initiële oplossingen". Droog de filters (geplaatst in Petrischalen) in een exsiccator gedurende 24 uur en extraheer de filters met schoonmaakmiddelen volgens het protocol in paragraaf 3.1-3.2. Meet de concentratie van de referentieverbindingen in de eerste (oplossingen van referenties in flesjes uit stap 3.3.1) en geëxtraheerd oplossingen (uit stap 3.3.2) met de in sectie 4. De extractie efficiëntie beschreven methoden bepaald als de verhouding van stellingen concentraties. OPMERKING: typisch in dit werk, SDS en AOT (anionische oppervlakteactieve stoffen), was dit rendement hebben 65 ± 10% te zijn, en zephiramine CTAC (kationische surfactanten) was 20 ± 5%, en (1,1- , 3,3-tetramethylbutyl) fenyl-polyethyleenglycol (zie Materialen List), polyethyleenglycol dodecyl ether (zie Materialen List), surfactine, rhamnolipide en L-α-fosfatidylcholine (niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen) was 90 ± 10%. extractiop de totale oppervlakteactieve fractie monsters Opmerking: Om te controleren of de voorgestelde extractiemethode verwijdert alle oppervlakteactieve stoffen in de geanalyseerde monsters (alle verbindingen verlagen de oppervlaktespanning), kan de volgende test uitgevoerd. Meet de oppervlaktespanning (zie sectie 5) van een bekende oplossing van referentieverbinding (of een monsterextract) na de eerste extractie (stap 3.1.3). Moet ongeveer 50 mN m-1 is. Meet de oppervlaktespanning van de oplossing overblijft na de tweede extractiestappen, dwz verzameld na doorgang door de kolom SPE in stap 3.2.3. Deze waarde moet in de buurt van 72,8 ± 1 mN m -1 zijn, die van zuiver water, blijkt dat de meeste of alle oppervlakte-actieve verbindingen in de monsters werden verwijderd door extractie. 4. Bepaling van Surfactant Aerosol-fase concentraties NOTITIE:Een colorimetrische techniek is gekozen voor het bepalen van aerosol-fase oppervlakte actieve stof concentraties, die absolute concentraties verschaft en heeft voldoende gevoeligheid voor oppervlakteactieve stoffen in milieumonsters. 11, 12, 13, 14 maar het vergt het individuele concentraties van anionische, kationische en niet-ionische oppervlakteactieve meten, omdat verschillende reagentia moeten worden gebruikt voor elk type surfactant. Alle bij de volgende protocol moeten met micropipetten nauwkeurigheid en alle reacties worden uitgevoerd in glazen flesjes. Colorimetrische titratie van anionogene oppervlakteactieve Bereid een oplossing van acetaat buffer in water bij pH = 5 (natriumacetaatoplossing 0,2 M / azijnzuuroplossing 0,2 M, 70/30 in volume) met een volume van ten minste n 200 pi, waarbij n het aantal monsters te geanalyseerd. <li> Bereid een oplossing van 0,1 M EDTA met een volume van ten minste nx 100 pi, waarbij n het aantal monsters te analyseren. Bereid een oplossing van 1 M natriumsulfaat in water met een volume van ten minste nx 500 pi, waarbij n het aantal monsters te analyseren. Bereid een oplossing van ethyl violet (C 31 H 42 N 3) 11, 15, 16, 17 0,49 g L-1 in water met een volume van ten minste nx 200 pi, waarbij n het aantal monsters te analyseren. Wanneer uitgaande van de 60 pl monster verkregen extracten in sectie 3, verdun ze 10 ml met ultrazuiver water behulp micropipetten in een 60 ml glazen fles met een deksel. Anders, neem 10 ml monster en voeg 200 ul acetaat buffer, 100 pl van de EDTA-oplossing, 500 pi van de natriumsulfaatoplossing en 200 pl van het ethyl-violette oplossing met behulp micropipetten. Voeg 2,5 ml tolueen aan de oplossing met een micropipet, een magnetische roerstaaf en 1 uur roeren bij 500 rpm. Verlaat de waterige en organische fasen gedurende ongeveer 10 minuten. Zodra zij gescheiden zijn, verwijdert de tolueenfase (bovenste fase) met een Pasteur pipet glazen aan de UV-vis-analyse (zie paragraaf 4.4) voeren. Colorimetrische titratie kationische surfactanten Bereid een oplossing van acetaat buffer in water bij pH = 5 (natriumacetaatoplossing 0,2 M / azijnzuuroplossing 0,2 M, 70/30 in volume) met een volume van ten minste 1 mL nx, waarbij n het aantal monsters te geanalyseerd. Bereid een oplossing van disulfineblauwactieve (C 27 H 32 N 2 O 6 S2) 11, 18 aan 2,58 g L-1 in een 90:10 water / ethanol-mengsel (verdunning van de kleurstof eerst met de hoeveelheid water en het vervolgens toevoegen vJaargang ethanol), met een volume van ten minste nx 500 pi, waarbij n het aantal monsters te analyseren. Pipetteer 10 ml monster in een 30 ml glazen fles met een deksel en voeg 1 ml van het acetaat bufferoplossing en 500 pl van de oplossing met behulp disulfineblauwactieve micropipetten. Voeg 2,5 ml chloroform met een micropipet, een magnetische roerstaaf en 1 uur roeren bij 500 rpm. Na het verlaten van de waterige en organische fasen scheiden gedurende ongeveer 10 minuten, verwijder het chloroform (onderste fase) met een spuit aan het UV-Vis-analyse uit te voeren (zie paragraaf 4.4). Colorimetrische titratie van niet-ionogene oppervlakteactieve OPMERKING: Bij de titratie van niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen, was het niet mogelijk een kleurstof reageert met alle niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen te identificeren, maar kobalt thiocyanaat (Co (NCS) 2) werd gekozen als het reageert met de meest uiteenlopende verbindingen. 12, 19 Bereid eenoplossing van kobalt thiocyanaat door mengen nx 6,2 g ammoniumthiocyanaat en nx 2,8 g kobaltnitraat-hexahydraat in nx 10 ml water, waarbij n het aantal monsters te analyseren. Plaats 3 ml monster in een 15 ml glazen fles met een deksel en voeg 1 ml van de kobalt thiocyanaat oplossing met een micropipet. Voeg 2 ml chloroform met een micropipet, een magnetische roerstaaf en roer gedurende 1 uur bij 500 opm Na het verlaten van de waterige en organische fasen scheiden gedurende ongeveer 10 minuten, verwijder het chloroform (onderste fase) met een injectiespuit aan de UV-Vis-absorptie analyse (zie paragraaf 4.4) voeren. Kalibratiecurven en kwantificering door UV-Vis spectroscopie Breng een ijkkromme (absorptie versus concentratie curven) voor anionogene oppervlakteactieve stoffen door de absorptie bij 612 nm reeks bekende oplossingen van een referentieverbinding, zoals SDS of AOT. OPMERKING: Typisch 12 met concentratiestussen 0 en 5 uM (en met enige herhaling) worden gebruikt om de curve te vestigen. Een unieke kalibratiekromme wordt verkregen met zowel anionische verbindingen (SDS en AOT) met een helling van ε = 0,37 ± 0,02 uM cm -1 en een detectiegrens van 0,054 pM voor alle anionogene oppervlakteactieve stoffen. Stelt een kalibratiecurve voor kationogene oppervlakteactieve stoffen met een soortgelijke aanpak, maar de absorptie bij 628 nm en met behulp van referentiestoffen zoals Zephiramine of CTAC. OPMERKING: de helling moet Ea = 0,35 ± 0,05 uM cm -1 en de detectielimiet 0,059 pM voor alle kationogene oppervlakteactieve stoffen. Stelt een kalibratiecurve voor niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen met een soortgelijke aanpak, maar voor een concentratietraject van 0-20 pM, de absorptie bij 317 nm en gebruik Polyethyleenglycol dodecyl ether (zie Materialen List) als referentieverbinding. De concentraties van oppervlakteactieve kleurstof bepalencomplex in de organische oplossingen verkregen in paragraaf 4.1, 4.2 en 4.3, plaats ~ 1,5-2 ml van deze oplossing in een 1 cm kwarts cel en meet de absorptie bij 612, 628 en 317 nm, respectievelijk, een UV-Vis spectrofotometer. Voorafgaand aan elke oplossing gemeten, neem een ​​plano van het organische oplosmiddel (tolueen anionogene oppervlakteactieve werkwijze en chloroform kationische en niet-ionische oppervlakteactieve mogelijkheden) Opmerking: In tegenstelling tot anionogene en kationogene oppervlakteactieve stoffen, kobalt thiocyanaat gebruikt als kleurstof verschillende ijkkrommen met verschillende niet-ionogene oppervlakteactieve geven. Toepassing van polyethyleenglycol dodecyl ether, zoals hier voorgesteld, zal onderschatten de concentraties van de meeste niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen, waardoor de fouten op de metingen altijd hetzelfde teken, namelijk onderschatting van de werkelijke concentraties. De helling toepassing van polyethyleenglycol dodecyl ether als referentie dient een helling van ε = 0,013 ± 0,001 uM -1 en een detectielimiet van 0,3 uM. OPMERKING: Op basis van de verschillende kalibratie hellingen verkregen met verschillende niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen en het feit dat sommige oppervlakteactieve stoffen die niet helemaal kan worden gedetecteerd door kobalt thiocyanaat geschat 6 de systematische onderschatting van de concentratie oppervlakteactieve stof niet-ionisch met deze methode ongeveer een factor 2, welke de voornaamste bron van onzekerheid in de totale oppervlakte-concentraties. Bepaal de totale concentratie oppervlakteactieve stof in elk monster als de som van de concentraties van anionogene, kationogene en niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen afzonderlijk gemeten en 6 na correctie elke concentratie van de geëxtraheerde volumerendement uit stap 3.1.3 en de bijbehorende extractie-efficiëntie bepaald stap 3.3. Opmerking: De totale onzekerheden in deze totale concentraties wordt geschat op 33%, vooral vanwege de onzekerheid over de niet-ionische surfactant concentratie. Bepaal de gemiddelde oppervlakte-concentraties in de spuitbus monster door de concentratie van het extract verkregen door de verhouding van de aerosol monstervolume aan het extract volume (60 pi) te vermenigvuldigen. 5. Vaststelling van de oppervlakteactieve Absolute Surface Tension Curves in Water Oppervlaktespanningsmetingen door opknoping druppel tensiometry OPMERKING: aërosolmonsters worden oppervlaktespanningsmetingen best gemaakt met hangende druppel methode, aangezien dit de methode die de kleinste monstervolume (voor meer informatie over de tensiometer, zie Materialen List). Hoewel dergelijke metingen worden uitgevoerd op druppeltjes met diameters tussen 1,4 en 2,4 mm, hebben experimenten aangetoond dat de oppervlaktespanning gemeten is identiek aan die van micron-grootte druppeltjes die dezelfde concentratie oppervlakteactieve stof. 10 20 Tijdens de metingen wordt de temperatuur constant op zijn minst0, ± 3 K. Het druppelvolume moet constant worden gecontroleerd uitsluiten verdampingseffecten. Elke druppel moet worden overgelaten aan evenwicht (de oppervlaktespanning waarde ervan niet meer veranderen) alvorens een meting en elke meting moet worden herhaald 3-5 keer. Start de tensiometer camera en software (zie Materialen List voor referenties). Kalibreer de tensiometer door meting van de oppervlaktespanning van de druppeltjes ultrazuiver water, volgens het protocol in stappen 5.1.2-5.1.5 hieronder. Vul een 1 ml spuit met een naald Ø 0,30 mm (voor σ <45 mN m-1) of Ø 0,51 mm (voor σ> 45 mN m-1) naald met de oppervlakteactieve oplossing verkregen in stap 3.2.6 en plaats op de tensiometer, zorg ervoor dat de naald in het veld camera. Maak een druppel diameter tussen 1 en 3 mm aan het uiteinde van de naald door op de zuiger. Maak een foto of een video van de druppel voordat het valt met the software. Voer de analyse functie van de software te passen van de druppelvorm aan de Young-Laplace vergelijking en het verkrijgen van een oppervlaktespanningswaarde. A hierboven vermeld, deze operatie moet meerdere malen worden herhaald voor dezelfde druppeltje tot de oppervlaktespanning niet meer veranderen, zodat de oppervlakteactieve evenwicht in de druppel bereikt. OPMERKING: de totale onzekerheden volgende oppervlaktespanning metingen typisch ± (0,3-1,0) mN m-1. Volledige oppervlaktespanning bochten en CMC Meet de oppervlaktespanning van het oorspronkelijke extract, verkregen in stap 3.2.6, volgens het protocol 5.1. Meet de totale concentratie oppervlakteactieve stof in hetzelfde extract na de protocollen Sectie 4. Deze concentratie en de oppervlaktespanning van het extract wordt het beginpunt van de curve te verschaffen. De rest van de curve te plotten verdun het extract met een factor 2 door adding ultrazuiver water met een micropipet. Meet de oppervlaktespanning van de verdunde oplossing. Herhaal stap 5.2.2 totdat de oplossing heeft bereikt (of nabij) de oppervlaktespanning van zuiver water (72,8 ± 1 mN m-1). De oppervlakspanning en verdunningsfactoren voor elk van de verdunde oplossingen de punten waarin de oppervlaktespanning curve verschaffen. Bepaal de gemiddelde concentratie van oppervlakteactieve stof in het oorspronkelijke produkt monster door de concentratie in het extract te vermenigvuldigen met de verhouding van het extract monstervolume. Opmerking: Als de aerosol monstervolume gewoonlijk kleiner dan 60 pl extract, de aerosol concentratie oppervlakteactieve stof is meestal groter dan de extract concentratie, waardoor het verste punt op de x-as van de curve. Teken de oppervlaktespanning curve (figuur 2). Hiervoor plaatst het eerste punt dat overeenkomt met de voorwaarden van de aerosol (x-as = oppervlakteactieve concentratide in de spuitbus monster bepaald bij stap 5.2.5; y-as = minimale oppervlaktespanning, gemeten in 60 pl extract oplossing in stap 5.2.1). Plaats vervolgens het tweede punt dat overeenkomt met de 60 ul extract van stap 5.2.1 (x-as = concentratie oppervlakteactieve stof in 60 pl extract y-as = minimale oppervlaktespanning, gemeten in 60 pl extractoplossing). Daarna de derde punt dat overeenkomt met het verdunde aerosol extract van stap 5.2.2 (x-as = concentratie oppervlakteactieve stof in 120 pl verdunde extractieoplossing = concentratie in het 60 pl extractoplossing gedeeld door een factor van 2, y-as: minimumoppervlakte spanning gemeten in 120 pl extractoplossing), enzovoorts tot de laatste gemeten oppervlaktespanning (stap 5.2.3) Zodra de oppervlaktespanning curve vastgesteld, bepalen de CMC grafisch door het bepalen van het snijpunt tussen de scherpe helling en de minimale oppervlaktespanning (zie figuur 2). NB: Alleen als the surfactant concentratie in het extract aanzienlijk boven de CMC (boven de scherpe overgang op de kromme) waarde van de CMC en de minimale oppervlaktespanning nauwkeurig worden bepaald. Maar als deze concentratie lager dan de CMC, de exacte waarde van de CMC niet kan worden bepaald en de oppervlaktespanning van het extract slechts een bovengrens van een van het monster verkregen.