マイクロ透析プロファイラーを用いた酸素-無酸素土壌-水界面での溶存溶質サンプリング

1.個々のマイクロダイアリシスサンプラーの準備 手付かずのナノメンブレンチューブ(内径×外径×長さ1.0mm×1.7mm)を合計33本の短チューブ(長さ58mm)に正確に切断します。 セラミックナイフでPTFEパイプを66本のパイプ(長さ180 mm)に正確に切断します。注意: 汚染を避けるために、金属ベースのナイフは使用しないでください。 清潔なプラスチックプレートに2液性(AB)エポキシ接着剤を完全に混合し、粘着性になるまで30分間放置します。ABエポキシ接着剤をPTFEパイプの上部の外面に慎重に塗布します。ABエポキシ接着剤がチューブの長さ4mmのみをカバーし、追加の接着剤ブロッキングチューブがないことを確認してください。 PTFEパイプをナノメンブレンチューブにそっとねじ込んで、ステップ1.2〜1.4で準備した2本のPTFEパイプをステップ1.1で準備した各ナノメンブレンチューブに接続します。注意: 余分な接着剤がジョイントに蓄積しないようにしてください。接着剤がナノメンブレンチューブを汚染していないことを確認してください。 手順1.4を繰り返して、33台の手付かずのマイクロダイアリシスサンプラーをすべて完全に組み立てます。 ステップ1.6で組み立てたサンプラーを一晩放置して、接着剤の完全な硬化と安定化を確実にします。 親水性を高め、マイクロ透析サンプラーをエタノール(純度99.5%)に1時間浸した後、2%希釈HNO3 と超純水で超音波洗浄(室温)をそれぞれ15分間洗浄します。 5 mLシリンジを使用して水中でバブリングすることにより、マイクロ透析サンプラーの開存性と気密性を確認します。 2. マイクロダイアリシスプロファイラーの組み立て 添付のCADファイル(補足ファイル1)を使用して、ナイロン素材を使用して事前に設計されたスケルトンを印刷します(図1C-2)。 スケルトンサイズに合わせて、2つの平行スロット(5 cm間隔)を備えたPVC容器(酸洗浄)をくり抜きます。スロットには、3Dプリンターの彫刻モジュールを使用します。 50 mL遠心管のキャップ形状のエポキシ接着剤を安定化させることにより、1対多のコネクタを構築します。硬化前に33個のシリコンキャップ(長さ1cm)をエポキシ接着剤に挿入し、一晩放置します。 チューブキャップから1対多コネクタを取り出します。 セラミックナイフを使用して硬化エポキシ接着剤を切断し、シリコンキャップのすべての端が遮られないようにします。 1対多のコネクタを2%希釈したHNO3 と超純水でそれぞれ15分間完全にすすぎます。周囲条件下で1対多コネクタを乾燥させます。 三方弁をチューブの底に接続して、緩衝容器として機能します。 ABエポキシ接着剤を使用して50 mL遠沈管に1対多のコネクタを取り付けて、緩衝容器を組み立てます。 セクション1で準備した個々のマイクロ透析サンプラーをスケルトンに組み立てます(ステップ2.1)。このステップでは、ホットメルト接着剤を使用して、各サンプラーがスケルトンの上/下端に平行になるように固定します。 すべての微小透析サンプラー(n = 33)がスケルトンに取り付けられるまで、手順2.9を繰り返します。 スケルトンの両側にある33個のサンプラーがPVCスロットを通過することを確認します。スケルトンとスロットの接合部の隙間をABエポキシ接着剤でシールします。 スケルトンの片側にある33個のサンプラーを、50 mLの遠心チューブにあらかじめ取り付けられた1対多の接続バルブ を介して 気密に接続してバッファリングコンテナに接続します(ステップ2.8) 水(18.3MΩ)をあらかじめ充填した医療用輸液バッグを三方弁を介してバッファーコンテナに接続します。 シリコンキャップを使用して、サンプリング側の33個のサンプラーを閉じます。三方弁を回して各マイクロ透析サンプラーの開存性と気密性を再確認し、医療用輸液バッグからサンプラーに水が流れるようにします。すべてのチェックが完了したら、バッファリングコンテナのすべてのサンプラーとバルブを閉じてオフにします。 3.土壌インキュベーション 浸水した土壌をインキュベーションする前に、医療用輸液バッグ内の水を脱気して酸素を除去します。高純度窒素ガスの経路で一晩窒素ガスを医療用輸液バッグに気泡化する(図1-C8)。 三方弁を使用して、プロファイラーと脱気バッグの間の接続を閉じます。 ふるいにかけた風乾土壌(粒子サイズ<2 mm)450 gをPVC容器に注意深く加え、5つのマイクロ透析サンプラーを土壌表面の上に残します。 ティッシュで土の表面を覆い、その上に超純水(18.3MΩ)を流し込んで湛水させます。土壌が土壌表面から5 cm上まで完全に浸水したら、組織を取り除きます。 土壌孵化が初期化されたらすぐに、プリロードされた溶液でシステムをパージします。嫌気性バッグと透析サンプラーの接続をオンにして、サンプリング・システムをフラッシュします。各サンプラーを水でパージするときは、サンプラーの総容量の10倍を使用してください。 1つのサンプラーのパージが終了したら、清潔なシリコンキャップを使用してキャップをします。 すべてのサンプラーがパージされるまで、手順 3.6 を繰り返します。この時点で、1つの浸水土壌インキュベーションおよびサンプリングシステムが確立されます。 嫌気性バッグを水面の高さに調整します。 すべてのチューブが水で満たされていることを確認してください。そうでない場合は、キャップを外し、チューブの上部を下げて、嫌気性バッグから水が流出できるようにします。 すべてのキャップとバルブを閉じます。 7日間のインキュベーション中に嫌気性バッグと透析サンプラーの間の接続をオフにします。 4. マイクロダイアリシスプロファイラーサンプリング サンプリングする前に、土壌容器、サンプリングトップ、嫌気性バッグの水位を同じ高さに調整して、著しく異なる水ポテンシャルを回避します。土壌孵卵期間中は常にこの慣行を維持してください。 嫌気性バッグとバッファー容器の間の接続をオンにします。 最初のサンプラーのキャップを上から下に取り外します。 ピペットを使用して、サンプラーから133 μLを、保存のために133 μLの2%HNO3 がプリロードされたバイアル(0.6 mL)に正確に吸引します。 サンプリングプロセス中、嫌気性バッグの観察チャンバー(図1A-9)内の微小透析サンプラーに向かう水滴のゆっくりとした均一な流れを観察します。 シリコンキャップでチューブトップを閉じます。次のサンプリングチューブに移動します。注:鉄Feなどの酸化還元に敏感な元素の分析には、脱気(10 mM)EDTA溶液などの別の保存方法を使用し、窒素パージ条件下でサンプリングを実行する必要があります。 33個のサンプルがすべて収集されるまで、手順4.6を繰り返します。嫌気性バッグとバッファー容器の間の接続をオフにします。注意: サンプリングは通常15分で完了できます。現在の設計では、チューブ間の相互汚染を避けるために、サンプリングは毎日実行されます。チューブに沿った溶質拡散は遅いですが、バッファー容器に拡散し、他のチューブを汚染します。 6日目のサンプリングの直後に、土壌表面に乱れを引き起こす浸水した水を補充します。 間隙水サンプルが移送される前後のサンプルバイアルを計量することにより、サンプル体積回収率を計算します。 誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)を使用して、間隙水中の元素の総溶解濃度を測定します。注:濃度定量には外部標準曲線を使用し、ICP-MSの動作安定性のモニタリングには内部標準Rhを使用しました。