The authors thank Drs. Bobby J. Presley, Robert Tayloy, Paul Boothe, Mr. Bryan Brattin, and Mr. Mike Metcalf for their assistance during the laborious field sampling and lab work for the practical development and application of "clean techniques".

1. Sampler Vorbereitung <ol><li> Sampler <ol><li> Assemblage von Sampler <ol><li> Verbinden einer 4 m langen fluoriertes Ethylenpropylen (FEP) Schlauch (ID 0,635 cm, 0,95 cm OD oder ähnliches) auf einem 1,5 m chemisch resistentem Silikon Pumprohr (OD 0,635 cm). </li><li> Legen Sie eine Polypropylen Y-Verbindungsstück in das Pumprohr und schließen eine 50-cm Pumprohr zu einem Auslaß, und ein 0,45 um-Kapselfilter (mit einem 20-cm Pumprohr) zum anderen. </li><li> Bauen Sie die Schläuche in einem Reinraum (Bank), nachdem sie gereinigt werden (siehe unten), und speichern Sie die Montage in zwei Schichten von Polyethylen-Beutel. </li></ol></li><li> Sampler Reinigung <ol><li> Fill (durch Anbringen des 1,5-m Pumprohr auf eine peristaltische Pumpe), um den Schlauchsatz mit Laborreinigungslösung und legen Sie ihn für 24 Stunden. Spülen Sie den Schlauchsatz mit entsalztem Wasser, dann füllen Sie es mit 10% (v / v) HCl (Reagenz Grade) und tränken für 48 Stunden. </li><li> Gründlich spülen Schlauchsatz mit entsalztem water mehrere Male, und speichern Sie die Montage in Plastiktüten. Reinigen Sie die Y-Anschlüsse und kurze Pumprohre , indem sie in einer 50% igen (v / v) HNO 3 (Reagenz Grade) Lösung für 24 Stunden einweichen. </li></ol></li><li> Capsule Filter <ol><li> Reinigen Sie die Kapsel Filter indem sie zunächst mit entsalztem Wasser, dann 10% (v / v) HCl-Lösung für eine 48-Stunden-Halteschritt Spülung. </li><li> Nach der Säure Einweichen, spülen Sie die Filter mit entsalztem Wasser und 1 ml 21% (Gewicht) NH 4 OH (Unter gekocht) Lösung in jedes Filter , um die Säure zu neutralisieren. </li><li> Siegel einzelnen Filter mit einer Schleife von 30 cm gereinigt Pumprohr verbindet den Einlass und Auslass und lagern in Polyethylen mit Reißverschluss-Taschen. </li></ol></li></ol></li><li> Probenbehälter <ol><li> Verwenden Polyethylen (PE, 1000 ml) und FEP (500 ml und 1.000 ml) Flaschen für Behälter für die Spurenmetallbestimmung. <ol><li> Reinigen der Flaschen durch sie zuerst in Detergens (1%) Einweichen, dann in 50% (v / v) HNO 3(Reagenz Grade) und 10% (v / v) HCl (Reagenz Grade) Lösungen für 24, 48 und 24 Stunden, bzw., und spülen Sie die Flaschen mit entsalztem Wasser zwischen den beiden Einwirkschritten. </li><li> Nach einem Einweichen abschließenden HCl, spülen Sie die Flaschen gründlich mit entsalztem Wasser (DIW) und trocknen Sie die Flaschen (mit Kappe verschlossen) in einem Reinraum oder Klasse-100-Rein Bank. </li><li> Seal gereinigten Flaschen aus Polyethylen mit Reißverschluss-Taschen und Doppelkammerbeutel sie in Polyethylen-Beutel für den Transport. </li></ol></li><li> Saubere Glasflaschen für gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) Ermittlung <ol><li> Einweichen amber Borosilikat-Glasflaschen (40 ml), zur Analyse von gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC), in 10% HCl für 48 Stunden. Spülen gereinigte Glasflaschen mit entionisiertem Wasser und verbrennt sie bei 480 ° C für 2 Stunden vor dem Gebrauch. Verschließen Sie die Flaschen einzeln in Reißverschluss Polyethylen-Beutel für den Transport. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Probenahme <ol><li> Wasserprobenentnahme <ol><li> Upon Ankunft an der Probenahmestelle, Kennzeichen Probennummer auf dem äußeren Beutel und halten die Flaschen in ihren ursprünglichen Taschen. </li><li> Am Flussufer oder auf einem Boot, haben eine Person, die die Tasche mit dem Sampler öffnen und die 4-m FEP-Schlauch mit einem 3-m Polypropylen Pol (gereinigt) befestigen. Verlängern Sie die Pole so weit von der Bank wie möglich und halten den Einlass des FEP-Schlauch ca. 30 cm unter der Oberfläche Flusswasser laufen, bevor die Pumpe eingeschaltet wird. </li><li> Haben Sie eine andere Person das Pumprohr mit dem Pumpenkopf einer Schlauchpumpe (Probenahmepumpe mit internen Batterien) befestigen. Starten Sie die Pumpe und das Wasser ablassen (stromabwärtige Seite) mindestens 3-mal der Gesamtprobenvolumen. Setzen Sie auf puderfreie Handschuhe und öffnen Sie die Tasche von Flaschen und Verschlüssen zu starten, um die Probenflaschen füllen. <ol><li> Alternativ kann, wenn eine andere Person zur Verfügung steht, haben die dritte Person dafür zuständig ist, die inneren Taschen und Musterdeckel öffnen und das Probenrohr hält, die die Probe in die b entwässertottle. </li></ol></li><li> Sammle eine ungefilterte Probe in einem 125-ml-Plastikflasche für Messungen der Leitfähigkeit, Temperatur und pH-Wert in dem Feld. </li><li> Sammeln Sie ungefilterte Proben (500 ml oder 1000 ml für die Sammlung Partikelprobe) erste (durch den Auslass ohne Filter) und dann die Steckdose mit einer Kunststoff-Klemme schließen Wasser zu zwingen, durch das Kapselfilter zu gehen, um eine gefilterte Wasserprobe zu sammeln (1 -L für gelösten Spurenmetallbestimmung). </li><li> Sammeln filtrierten Proben (durch den Auslass mit dem Filter) in 40-ml-Braunglasflaschen für DOC und EDTA-Messungen. </li><li> Sammeln von Wasserproben mit einer Strömungsgeschwindigkeit von annähernd 500 ml / min bis 1000 ml / min. Ersetzen Kapsel Filter, wenn der Druck aufzubauen beginnt (nach der Spezifikation &quot;Filter). Für jede Art von Probe, sammeln Extraproben sowie Feld Rohlinge, an ausgewählten Stellen als Qualitätskontrolle Aliquots zu dienen. </li><li> Legen Sie die 40-ml-Glasflaschen auf Trockeneis und gespeichert in eine Eistruhe und PET-Flaschen in Kühlboxen. </li></ol></li><li> Sammlung von Schwebstaub (SPM) <ol><li> Sammeln SPM auf 0,4 um Polycarbonat (PC) Membranfilter (mit Säure gewaschen und vorgewogenen) durch Vakuumfiltration, eine Kunststofffiltrationstrichter und Gefäß verwendet wird. </li><li> Gefriertrocknungsmembranfilter im Labor SPM-Konzentrationen zu erhalten und liefern Partikelproben für partikuläre Spurenmetallbestimmung. </li></ol></li></ol> 3. Probenvorbereitung (Gelöster Trace Metals) <ol><li> Für gelösten Spurenmetall Bestimmung Zugabe von 2 ml konzentrierter Unter gekocht HNO 3 (je 1-L - Probe) in die Probenflaschen. Übertragung aufgelöst Spurenmetallproben (angesäuert) in FEP Flaschen. Alternativ können die Proben direkt in FEP Flaschen gesammelt werden. UV-Bestrahlung der Proben in FEP Flaschen für 24 Stunden (8 15-Watt-UV-Lampen). </li></ol> 4. Anreicherung und Behandlungen für die Spurenanalyse <ol><li&gt; Anreicherungs Harz <ol><li> Wiegen Sie 2 g Kationenaustauschharz in eine kleine (10-30 ml Inhalt) Plastikbecher und eine kleine Menge von 2 N HNO 3 -Lösung in die Tasse. Gießen des Harzes in 10 ml Fassungsvermögen Chromatographiesäule. Reinigen Sie das Harz durch Waschen der Säule mit 5 ml 2 N HNO 3 (Unter gekocht) zweimal, und Spülen mit hochreinem Wasser (HPW) 3 mal. </li><li> 10 ml 1 M NH 4 OH (sub-gekochtem) in die Kolonne um das Harz zu NH 4 + -Form zu überführen. </li></ol></li><li> Pufferlösung (1 M Ammoniumacetat) <ol><li> In 57 ml Eisessig (Unter gekocht) in etwa 800 ml HPW. In ~ 60 ml Ammoniumhydroxid (21%, Unter gekocht) und mischen sich mit Essigsäure. Stellen Sie den End-pH auf 5,5 und das Endvolumen auf 1000 ml. </li></ol></li><li> Anreicherungsverfahren (gelösten Spurenmetalle) <ol><li> Der pH-Wert der angesäuerten, UV-bestrahlten Proben auf 5,5 ± 0,3 durch Zugabe von 30 ml 1 M Ammonium acetaß Pufferlösung und einige (~ 2,8 ml) NH 4 OH (Unter gekocht) in die Proben. </li><li> Platzieren Sie die Probenflasche ~ 30 cm über der Säule, die mit Kationenaustauscherharz (Abschnitt 4.1) und schließen Sie die Probenflasche und Anreicherungssäule durch eine ~ 60 cm FEP-Schlauch und Chromatographie Kappe und Anschluss (Luer). </li><li> Steuerung der Strömungsrate bei 3-5 ml / min über ein 2-Wege-Hahn verwendet, über der Säule verbunden. Lassen Sie die Proben durch die Anreicherungssäulen passieren. Nachdem die Proben die Säule geführt haben, ziehen Sie die Rohre und Kappen von den Säulen. </li><li> Behandeln die Säulen mit 2 x 5 ml HPW und 4 x 5-ml 1 M Ammoniumacetat (pH 5,5) und 2 x 5-ml HPW großen Kationen, die von anderen Spurenmetallen zu trennen. </li><li> Legen Sie eine 30-ml säuregewaschen PE - Flasche knapp unterhalb der Säule und wäscht die Säule mit 7 x 1 ml 2 N HNO 3 (Unter gekocht) in die PE - Flasche. </li><li> Bestimmen Sie das Volumen von 2 N HNO 3 Abwasser (~ 8,0 ml) durch das Gewicht ein Erhaltnd spezifische Gewicht der 2 N HNO 3 Abwasser. </li></ol></li><li> Die Verdauung von Schwebstaub <ol><li> Gefriertrocknungs PC Filter mit SPM Proben und wiegen sie nach dem Trocknen. Ort SPM Proben, mit Filtern in vorgewogenen Perfluoralkoxy Alkane (PFA) Gefäße (60 ml Fassungsvermögen), und 3 ml konzentrierter HNO 3 in die Gefäße. </li><li> Ziehen Sie die Behälter auf ein konstantes Drehmoment von 2,5 kg-m, und in einem herkömmlichen Ofen bei 130 ° C für 12 Stunden verdaut. Nach dem Abkühlen der Gefäße öffnen und 2 ml HF in die Gefäße hinzufügen. </li><li> Ziehen Sie die Behälter auf ein konstantes Drehmoment von 2,5 kg-m, und in einem herkömmlichen Ofen bei 130 ° C für 12 Stunden verdaut. Nach dem Abkühlen der Gefäße öffnen und 16 ml 4,5% Borsäure-Lösung in die Gefäße hinzufügen. </li><li> Ziehen Sie die Behälter auf ein konstantes Drehmoment von 2,5 kg-m, und für 12 Stunden bei 130ºC in einem herkömmlichen Ofen verdauen. Wiegen jedes Gefäß und bestimmen das spezifische Gewicht jedes Aufschlußlösungfinal digest Volumen zu ergeben. </li><li> Berechnen eines Verdünnungsfaktor für jede verdauen aus dem endgültigen Volumen und Gewicht der SPM auf Filter (Endvolumen von Probengewicht auf dem Filter geteilt verdauen). </li></ol></li></ol> 5. Probenanalyse <ol><li> Spurenmetalle <ol><li> Bestimmen Spurenmetalle (Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb und Zn) Konzentrationen in vorkonzentrierter gelösten Probe und Lösung von Partikeln Flamme Atomabsorptionsspektrometrie, Graphitofen-Atomabsorptionsspektrometrie und / oder induktiv gekoppeltem Plasma Massenspektrometer. </li><li> Bestimmen Sie Hauptionen-Konzentrationen und einige Spurenmetalle in Teilproben vor gezogen preconcentration und verdaut von Schwebstaub, durch eine induktiv gekoppelte Plasma-Atom-Emissionsspektrometrie. </li></ol></li><li> Zusatzparameter <ol><li> Bestimmen Probentemperatur, pH-Wert, Salzgehalt und Leitfähigkeit im Bereich, tragbare Geräte. </li><li> Bestimmen gelöst oderganischen Kohlenstoff (DOC) -Konzentrationen von einem Total Organic Carbon Analyzer, bezogen auf die Naßoxidation mit Kohlendioxid Detektion durch Infrarotspektrometrie 21. Bestimmung der Gesamt EDTA - Konzentration mittels einer Hochleistungs - Flüssigkeits - Chromatographie (mit einem SPD-M10AV Diodearray Detektor) nach den etablierten Verfahren 22,23. </li></ol></li></ol>

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The authors have no conflict of interests to disclose.

Erhalten zuverlässige Spurenmetall Daten in natürlichen Gewässern erfordert große Sorgfalt wie bei der Probensammlung, Verarbeitung, Vorbehandlungen und Analyse betont, dass zu reduzieren Verschmutzung abzielen. Spurenmetallkonzentrationen in natürlichen Gewässern erhalten unter Verwendung von &quot;sauberen Techniken&quot; in den letzten zwei Jahrzehnten festgestellt, dass die Konzentrationen Größenordnungen können niedriger als zuvor berichtet. Wasserqualitätskriterien für die Spurenmetalle in Gewässern si...

Es wurde allgemein anerkannt , dass einige Spurenmetallergebnisse für natürlichen Gewässern erhalten wird, kann aus einer unzureichenden Techniken während der Probensammlung, Behandlungen und Bestimmung 1,2 angewendet entstehen durch Artefakte ungenau sein. Die wahren Konzentrationen (in Unter nM bis nM - Bereich in Oberflächengewässer 3) von gelösten Spurenmetalle sind nun bis zu zwei Größenordnungen niedriger als bisher veröffentlichten Werten. Die gleiche Situation hat sich in der Meereschemie, wo die akzeptierten gelösten Spurenmetallkonzentrationen in ozeanischen Gewässern verringerte sich um Größenordnungen in den letzten 40 Jahren oder so eine verbesserte Probenahme- und Analyseverfahren eingeführt wurden, gefunden worden. Die Bemühungen wurden in allen Phasen der Spurenmetallanalyse 4-8 hergestellt , um die Datenqualität mit den Entwicklungen von &quot;sauberen Techniken&quot; dem Ziel der Reduzierung oder Eliminierung von Spurenmetallverunreinigungen zu verbessern. Für die Bestimmung von Spurenmetallkonzentrationen bei UmgebungsEbenen, preconcentration oft erforderlich. Ionenaustauschtechniken 8-12 wurden für die effiziente preconcentration häufig angewendet. Die Kontamination von den Wänden der Behälter entstehen können, die Reinigung der Behälter, der Sampler, Probenhandhabung und Lagerung und Konservierung der Proben und Analyse 7,13. Alle Studien mit sauberen Methoden jüngster Zeit durchgeführt zeigen , dass Spurenmetallkonzentrationen in natürlichen Gewässern 7 typischerweise deutlich unterhalb der Nachweisgrenzen von Routinemethoden sind. Da die Erkennung von verdächtigen Spurenmetall Daten in den frühen 1990er Jahren, saubere Methoden wurden in US - EPA (Environmental Protection Agency) Richtlinien für die Spurenmetallbestimmung 14 und der US Geological Survey hat saubere Methoden für ihre Wasserqualität Monitoring - Projekte 15 angenommen aufgenommen. Saubere Methoden zur Spurenmetall Studien müssen in allen Projekten, um eine feste und genaue Datenbasis zu schaffen eingesetzt werden. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; Grundsätzlich Wasserproben für die Spurenmetallbestimmung verwendet werden, sollten mit einer geeigneten Probenahme Gänge eines bestimmten Materials und Zusammensetzung, gelagert und behandelt ordnungsgemäß unter Verwendung von geeigneten Behältern und Apparaten gesammelt werden, bevor sie mit der instrumentellen Analytik fortfahren. Da Schwebstaub (SPM) kann während der Probenlagerzeit Veränderungen unterliegen und Wasserzusammensetzung, eine schnelle Trennung von SPM von Wasserproben ist eine gängige Praxis für die Spurenmetall Studien in Gewässern verändern. Für die Bestimmung des gelösten Spurenmetallkonzentrationen in natürlichen Gewässern, Filtration notwendig ist, und in-line Filtrationstechniken sind geeignet und effizient. Verteilung und Verhalten von Spurenmetallen in Gewässern wie Oberflächen- und Grundwasser kann durch natürliche betroffen sein (zB Verwitterung) und anthropogenen (zB Abwasser Abwässer) Faktoren, sowie andere Umweltbedingungen wie das Umstellenregionale Geologie, Morphologie, Landnutzung und Vegetation und Klima 16-19. Dies kann dann zu Unterschieden in physikochemische Parameter führen , wie beispielsweise Konzentrationen von suspendierten Partikeln (SPM) gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC), anthropogenen Liganden (beispielsweise Ethylendiamintetraessigsäure, EDTA), Salz, Redoxpotential und pH 17-20. Daher erfordern genaue und relevante Spurenmetall Studien entsprechende Entnahme von Proben für die Spurenmetallanalyse als auch für die Bestimmung der damit verbundenen Faktoren und Parameter.

<table><tbody><tr><td>Nitric Acid</td><td>Seastar Chemicals</td><td></td><td>Baseline grade</td></tr><tr><td>Ammonium hydroxide</td><td>Seastar Chemicals</td><td></td><td>Baseline grade</td></tr><tr><td>Acetic Acid</td><td>Seastar Chemicals</td><td></td><td>Baseline grade</td></tr><tr><td>Nitric Acid</td><td>J. T. Baker</td><td>9601-05</td><td>Reagent grade</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid</td><td>J. T. Baker</td><td>9530-33</td><td>Reagent grade</td></tr><tr><td>Chromatographic columns</td><td>Bio-Rad</td><td>7311550&amp;nbsp;</td><td>Poly-Prep</td></tr><tr><td>Column stack caps</td><td>Bio-Rad</td><td>7311555</td><td></td></tr><tr><td>Cap connectors (female Luers)</td><td>Bio-Rad</td><td>7318223</td><td></td></tr><tr><td>2-way stopcocks</td><td>Bio-Rad</td><td>7328102</td><td></td></tr><tr><td>Cation exchange resin</td><td>Bio-Rad</td><td>1422832&amp;nbsp;</td><td>Chelex-100</td></tr><tr><td>Portable sampler (sampling pump)</td><td>Cole Palmer</td><td>EW-07571-00</td><td></td></tr><tr><td>FEP tube</td><td>Cole Palmer</td><td>EW-06450-07</td><td>6.4 mm I.D., 9.5 mm O.D.</td></tr><tr><td>Pumping tube</td><td>Cole Palmer</td><td>EW-06424-24</td><td>6.4 mm I.D. C-Flex</td></tr><tr><td>Capsule filter (0.4 mm)</td><td>Fisher Scientific</td><td>WP4HY410F0</td><td>polypropylene casing</td></tr><tr><td>1 L low density polyethylene bottle</td><td>NALGE NUNC INTERNATIONAL</td><td>312088-0032</td><td></td></tr><tr><td>1 L (or 500 ml) FEP bottle</td><td>NALGE NUNC INTERNATIONAL</td><td>381600-0032</td><td></td></tr></tbody></table>

clean sampling and analysis of river and estuarine waters for trace metal studies

Most of the trace metal concentrations in ambient waters obtained a few decades ago have been considered unreliable owing to the lack of contamination control. Developments of some techniques aiming to reduce trace metal contamination in the last couple of decades have resulted in concentrations reported now being orders of magnitude lower than those in the past. These low concentrations often necessitate preconcentration of water samples prior to instrumental analysis of samples. Since contamination can appear in all phases of trace metal analyses, including sample collection (and during preparation of sampling containers), storage and handling, pretreatments, and instrumental analysis, specific care needs to be taken in order to reduce contamination levels at all steps. The effort to develop and utilize "clean techniques" in trace metal studies allows scientists to investigate trace metal distributions and chemical and biological behavior in greater details. This advancement also provides the required accuracy and precision of trace metal data allowing for environmental conditions to be related to trace metal concentrations in aquatic environments.
This protocol that is presented here details needed materials for sample preparation, sample collection, sample pretreatment including preconcentration, and instrumental analysis. By reducing contamination throughout all phases mentioned above for trace metal analysis, much lower detection limits and thus accuracy can be achieved. The effectiveness of "clean techniques" is further demonstrated using low field blanks and good recoveries for standard reference material. The data quality that can be obtained thus enables the assessment of trace metal distributions and their relationships to environmental parameters.

Mit der Entwicklung und Verwendung von &quot;sauberen techniques&quot;, ist es nun wohlbekannt, daß, um eine genaue Spurenmetallkonzentrationen in der Umgebungswasser zu erhalten, Vorkonzentration von Spurenmetallen in Wasser Proben ist eine übliche Praxis. Während die meisten Wasserqualitätskriterien für die Spurenmetalle in natürlichen Gewässern der niedrigen &amp; mgr; g / L-Bereich sind, niedrigere Nachweisgrenzen sind erforderlich, um die Konzentrationen in Gewässern geochem...

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Clean Sampling and Analysis of River and Estuarine Waters for Trace Metal Studies

Special care using "clean techniques" is required to properly collect and process water samples for trace metal studies in aquatic environments. A protocol for sampling, processing, and analytical procedures with the aim of obtaining reliable environmental monitoring data and results with high sensitivity for detailed trace metal studies is presented.

Saubere Probenahme und Analyse von River und Estuarine Waters für Spurenmetallforschung

Most of the trace metal concentrations in ambient waters obtained a few decades ago have been considered unreliable owing to the lack of contamination ...

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Research

JoVE Journal

Environment

11.3K Aufrufe.  National Sun Yat-sen University. Special care using "clean techniques" is required to properly collect and process water samples for trace metal studies in aquatic environments. A protocol for sampling, processing, and analytical procedures with the aim of obtaining reliable environmental monitoring data and results with high sensitivity for detailed trace metal studies is presented.

Serie: Clean Sampling and Analysis of River and Estuarine Waters for Trace Metal Studies

Quantification of Heavy Metals and Other Inorganic Contaminants on the Productivity of Microalgae

Increasing demand for renewable fuels has researchers investigating the feasibility of alternative feedstocks, such as microalgae. Inherent advantages include high potential yield, use of non-arable land and integration with waste streams. The nutrient requirements of a large-scale microalgae production system will require the coupling of cultivation systems with industrial waste resources, such as carbon dioxide from flue gas and nutrients from wastewater. Inorganic contaminants present in these wastes can potentially lead to bioaccumulation in microalgal biomass negatively impact productivity and limiting end use. This study focuses on the experimental evaluation of the impact and the fate of 14 inorganic contaminants (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V and Zn) on Nannochloropsis salina growth. Microalgae were cultivated in photobioreactors illuminated at 984 &#181;mol m-2 sec-1 and maintained at pH 7 in a growth media polluted with inorganic contaminants at levels expected based on the composition found in commercial coal flue gas systems. Contaminants present in the biomass and the medium at the end of a 7 day growth period were analytically quantified through cold vapor atomic absorption spectrometry for Hg and through inductively coupled plasma mass spectrometry for As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V and Zn. Results show N. salina is a sensitive strain to the multi-metal environment with a statistical decrease in biomass yieldwith the introduction of these contaminants. The techniques presented here are adequate for quantifying algal growth and determining the fate of inorganic contaminants.

Integration of microalgal cultivation with industrial flue gas will ultimately introduce heavy metals and other inorganic compounds into the growth media. This study presents a procedure used to determine the end fate and impact of heavy metals and inorganic contaminants on the growth of Nannochloropsis salina grown in photobioreactors.

Quantifizierung von Schwermetallen und anderen anorganischen Kontaminanten auf die Produktivität von Mikroalgen

Increasing demand for renewable fuels has researchers investigating the feasibility of alternative feedstocks, such as microalgae. Inherent advantages ...

Forschung

Umwelt

Sediment Core Sectioning and Extraction of Pore Waters under Anoxic Conditions

We demonstrate a method for sectioning sediment cores and extracting pore waters while maintaining oxygen-free conditions. A simple, inexpensive system is built and can be transported to a temporary work space close to field sampling site(s) to facilitate rapid analysis. Cores are extruded into a portable glove bag, where they are sectioned and each 1-3 cm thick section (depending on core diameter) is sealed into 50 ml centrifuge tubes. Pore waters are separated with centrifugation outside of the glove bag and then returned to the glove bag for separation from the sediment. These extracted pore water samples can be analyzed immediately. Immediate analyses of redox sensitive species, such as sulfide, iron speciation, and arsenic speciation indicate that oxidation of pore waters is minimal; some samples show approximately 100% of the reduced species, e.g. 100% Fe(II) with no detectable Fe(III). Both sediment and pore water samples can be preserved to maintain chemical species for further analysis upon return to the laboratory.

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.

Bohrkern Sectioning und Gewinnung von Porenwasser unter anoxischen Bedingungen

We demonstrate a method for sectioning sediment cores and extracting pore waters while maintaining oxygen-free conditions. A simple, inexpensive system is ...

Watershed Planning within a Quantitative Scenario Analysis Framework

There is a critical need for tools and methodologies capable of managing aquatic systems within heavily impacted watersheds. Current efforts often fall short as a result of an inability to quantify and predict complex cumulative effects of current and future land use scenarios at relevant spatial scales. The goal of this manuscript is to provide methods for conducting a targeted watershed assessment that enables resource managers to produce landscape-based cumulative effects models for use within a scenario analysis management framework. Sites are first selected for inclusion within the watershed assessment by identifying sites that fall along independent gradients and combinations of known stressors. Field and laboratory techniques are then used to obtain data on the physical, chemical, and biological effects of multiple land use activities. Multiple linear regression analysis is then used to produce landscape-based cumulative effects models for predicting aquatic conditions. Lastly, methods for incorporating cumulative effects models within a scenario analysis framework for guiding management and regulatory decisions (e.g., permitting and mitigation) within actively developing watersheds are discussed and demonstrated for 2 sub-watersheds within the mountaintop mining region of central Appalachia. The watershed assessment and management approach provided herein enables resource managers to facilitate economic and development activity while protecting aquatic resources and producing opportunity for net ecological benefits through targeted remediation.

There is a critical need for tools and methodologies capable of managing aquatic systems in the face of uncertain future conditions. We provide methods for conducting a targeted watershed assessment that enables resource managers to produce landscape-based cumulative effects models for use within a scenario analysis management framework.

Watershed Planung innerhalb eines Quantitative Szenarioanalyse Rahmen

There is a critical need for tools and methodologies capable of managing aquatic systems within heavily impacted watersheds. Current efforts often fall ...

Continuous Instream Monitoring of Nutrients and Sediment in Agricultural Watersheds

Pollutant concentrations and loads in watersheds vary considerably with time and space. Accurate and timely information on the magnitude of pollutants in water resources is a prerequisite for understanding the drivers of the pollutant loads and for making informed water resource management decisions. The commonly used &#34;grab sampling&#34; method provides the concentrations of pollutants at the time of sampling (i.e., a snapshot concentration) and may under- or overpredict the pollutant concentrations and loads. Continuous monitoring of nutrients and sediment has recently received more attention due to advances in computing, sensing technology, and storage devices. This protocol demonstrates the use of sensors, sondes, and instrumentation to continuously monitor in situ nitrate, ammonium, turbidity, pH, conductivity, temperature, and dissolved oxygen (DO) and to calculate the loads from two streams (ditches) in two agricultural watersheds. With the proper calibration, maintenance, and operation of sensors and sondes, good water quality data can be obtained by overcoming challenging conditions such as fouling and debris buildup. The method can also be used in watersheds of various sizes and characterized by agricultural, forested, and/or urban land.

With the advancement of technology and the rise in end-user expectations, the need and use of higher temporal resolution data for pollutant load estimation has increased. This protocol describes a method for continuous in situ water quality monitoring to obtain higher temporal resolution data for informed water resource management decisions.

Kontinuierliche Instream Überwachung von Nährstoffen und Sediment in landwirtschaftlichen Wasserscheiden

Pollutant concentrations and loads in watersheds vary considerably with time and space. Accurate and timely information on the magnitude of pollutants in ...

An Ultra-clean Multilayer Apparatus for Collecting Size Fractionated Marine Plankton and Suspended Particles

The distributions of many trace elements in the ocean are strongly associated with the growth, death, and re-mineralization of marine plankton and those of suspended/sinking particles. Here, we present an all plastic (Polypropylene and Polycarbonate), multi-layer filtration system for collection of suspended particulate matter (SPM) at sea. This ultra-clean sampling device has been designed and developed specifically for trace element studies. Meticulous selection of all non-metallic materials and utilization of an in-line flow-through procedure minimizes any possible metal contamination during sampling. This system has been successfully tested and tweaked for determining trace metals (e.g., Fe, Al, Mn, Cd, Cu, Ni) on particles of varying size in coastal and open ocean waters. Results from the South China Sea at the South East Asia Time-Series (SEATS) station indicate that diurnal variations and spatial distribution of plankton in the euphotic zone can be easily resolved and recognized. Chemical analysis of size-fractionated particles in surface waters of the Taiwan Strait suggests that the larger particles (&#62;153 &#181;m) were mostly biologically derived, while the smaller particles (10 - 63 &#181;m) were mostly composed of inorganic matter. Apart from Cd, the concentrations of metals (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) decreased with increasing size.

Plankton and suspended particles play a major role in the biogeochemical cycles in the ocean. Here, we provide an ultra-clean, low stress method for the collection of various sizes of particles and plankton at sea with the capability of handling large volumes of seawater.

Eine Ultra-clean Multilayer Vorrichtung zum Sammeln von Größe fraktioniert Meeresplankton und Schwebeteilchen

The distributions of many trace elements in the ocean are strongly associated with the growth, death, and re-mineralization of marine plankton and those ...

Seawater Sampling and Collection

This video documents methods for collecting coastal marine water samples and processing them for various downstream applications including biomass concentration, nucleic acid purification, cell abundance, nutrient and trace gas analyses. For today's demonstration samples were collected from the deck of the HMS John Strickland operating in Saanich Inlet. An A-frame derrick, with a multi-purpose winch and cable system, is used in combination with Niskin or Go-Flo water sampling bottles. Conductivity, Temperature, and Depth (CTD) sensors are also used to sample the underlying water mass. To minimize outgassing, trace gas samples are collected first.  Then, nutrients, water chemistry, and cell counts are determined. Finally, waters are collected for biomass filtration. The set-up and collection time for a single cast is ~1.5 hours at a maximum depth of 215 meters. Therefore, a total of 6 hours is generally needed to complete the collection series described here.

This video documents methods for collecting coastal marine water samples and processing them for various downstream applications including biomass concentration, nucleic acid purification, cell abundance, nutrient and trace gas analyses.

Meerwasser Probenahme und Sammlung

This video documents methods for collecting coastal marine water samples and processing them for various downstream applications including biomass ...

Biologie

Two-Dimensional Visualization and Quantification of Labile, Inorganic Plant Nutrients and Contaminants in Soil

We describe a method for two-dimensional (2D) visualization and quantification of the distribution of labile (i.e., reversibly adsorbed) inorganic nutrient (e.g., P, Fe, Mn) and contaminant (e.g., As, Cd, Pb) solute species in the soil adjacent to plant roots (the &#8216;rhizosphere&#8217;) at sub-millimeter (~100 &#181;m) spatial resolution. The method combines sink-based solute sampling by the diffusive gradients in thin films (DGT) technique with spatially resolved chemical analysis by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS). The DGT technique is based on thin hydrogels with homogeneously distributed analyte-selective binding phases. The variety of available binding phases allows for the preparation of different DGT gel types following simple gel fabrication procedures. For DGT gel deployment in the rhizosphere, plants are grown in flat, transparent growth containers (rhizotrons), which enable minimal invasive access to a soil-grown root system. After a pre-growth period, DGT gels are applied to selected regions of interest for in situ solute sampling in the rhizosphere. Afterwards, DGT gels are retrieved and prepared for subsequent chemical analysis of the bound solutes using LA-ICP-MS line-scan imaging. Application of internal normalization using 13C and external calibration using matrix-matched gel standards further allows for the quantification of the 2D solute fluxes. This method is unique in its capability to generate quantitative, sub-mm scale 2D images of multi-element solute fluxes in soil-plant environments, exceeding the achievable spatial resolution of other methods for measuring solute gradients in the rhizosphere substantially. We present the application and evaluation of the method for imaging multiple cationic and anionic solute species in the rhizosphere of terrestrial plants and highlight the possibility of combining this method with complementary solute imaging techniques.

This protocol presents a workflow for sub-mm 2D visualization of multiple labile inorganic nutrient and contaminant solute species using diffusive gradients in thin films (DGT) combined with mass spectrometry imaging. Solute sampling and high-resolution chemical analysis are described in detail for quantitative mapping of solutes in the rhizosphere of terrestrial plants.

Zweidimensionale Visualisierung und Quantifizierung von labilen, anorganischen Pflanzennährstoffen und Verunreinigungen im Boden

We describe a method for two-dimensional (2D) visualization and quantification of the distribution of labile (i.e., reversibly adsorbed) inorganic ...

Dissolved Solute Sampling Across an Oxic-Anoxic Soil-Water Interface Using Microdialysis Profilers

Biogeochemical processes shift rapidly in both spatial (millimeter scale) and temporal (hour scale to day scale) dimensions at the oxic-anoxic interface in response to disturbances. Deciphering the rapid biogeochemical changes requires in situ, minimally invasive tools with high spatial and temporal sampling resolution. However, the available passive sampling devices are not very useful in many cases either due to their disposable nature or the complexity and extensive workload for sample preparation.
To address this problem, a microdialysis profiler with 33 individual polyethersulfone nanomembrane tubes (semipermeable, &#60;20 nm pore size) integrated into the one-dimensional skeleton (60 mm) was established to iteratively sample the dissolved compounds in porewater across the soil-water interface at a high resolution of 1.8 mm (outer diameter plus one spacing, i.e., 0.1 mm between probes). The sampling mechanism is based on the principle of concentration gradient diffusion. The automatic loading of degassed water allows minimal disturbance to the chemical species across the oxic-anoxic interface.
This paper describes the procedures of device setup and continuous porewater sampling across the soil-water interface on a daily basis. Concentration-depth profiles were selectively measured before (on Day 6) and after (on Day 7) disturbances induced by irrigation. The results showed that concentration-depth profiles were undergoing rapid changes, especially for redox-sensitive elements (i.e., iron and arsenic). These protocols can help investigate the biogeochemical responses across the soil-water interface under various disturbances caused by physical, chemical, and biological factors. The paper thoroughly discusses the advantages and disadvantages of this method for potential use in the environmental sciences.

A microdialysis profiler is described to sample dissolved porewater solutes across an oxic-anoxic soil-water interface in situ with minimal disturbance. This device is designed to capture rapid changes in concentration-depth profiles induced by disturbances at the soil-water interface and beyond.

Probenahme gelöster gelöster Stoffe an einer oxisch-anoxischen Boden-Wasser-Grenzfläche mit Mikrodialyse-Profilern

Biogeochemical processes shift rapidly in both spatial (millimeter scale) and temporal (hour scale to day scale) dimensions at the oxic-anoxic interface ...

Hellgrammite as a Non-Conventional Biomonitor for Surface Water and Environmental Health Assessment

The larvae of dobsonflies from the genus Corydalus, commonly known as Hellgrammites, are characterized by their notable size, extensive range of occurrence, and extended period of immaturity, which can last up to one year. Hellgrammites are clearly known to exhibit sensitivity to pollution and habitat structure impacts. Given these unique features, using Corydalus texanus larvae is highly suitable as reliable biomonitoring agents to assess the ecological integrity of aquatic ecosystems. This protocol aims to provide the necessary tools for C. texanus assessment and demonstrate their efficacy through a case study. Research findings have practical implications, indicating that C. texanus larvae exhibit early-warning responses to mining pollution, bioaccumulating high amounts of heavy metals such as Zn, Fe, and Al. The presence or absence of C. texanus populations may serve as a helpful indicator for identifying potential issues related to ecosystem health. The unconventional approach has shown early warnings of pollution in mining-impacted sites, highlighting the need for timely action to protect the environment. Given their unique traits, the use of C. texanus larvae is highly suggested as a reliable non-conventional bioindicator.

This protocol describes the use of biomarkers for the early detection of deleterious impacts in aquatic ecosystems. The biomarkers are closely related to sentinel traits, and their changes aid in detecting early-warning damages.

The larvae of dobsonflies from the genus Corydalus, commonly known as Hellgrammites, are characterized by their notable size, extensive range of ...

Fabrication of a Dipole-assisted Solid Phase Extraction Microchip for Trace Metal Analysis in Water Samples

This paper describes a fabrication protocol for a dipole-assisted solid phase extraction (SPE) microchip available for trace metal analysis in water samples. A brief overview of the evolution of chip-based SPE techniques is provided. This is followed by an introduction to specific polymeric materials and their role in SPE. To develop an innovative dipole-assisted SPE technique, a chlorine (Cl)-containing SPE functionality was implanted into a poly(methyl methacrylate) (PMMA) microchip. Herein, diverse analytical techniques including contact angle analysis, Raman spectroscopic analysis, and laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICP-MS) analysis were employed to validate the utility of the implantation protocol of the C-Cl moieties on the PMMA. The analytical results of the X-ray absorption near-edge structure (XANES) analysis also demonstrated the feasibility of the Cl-containing PMMA used as an extraction medium by virtue of the dipole-ion interactions between the highly electronegative C-Cl moieties and the positively charged metal ions.

The fabrication protocol of a dipole-assisted solid phase extraction microchip for the trace metal analysis is presented.

Die Herstellung einer Dipole-unterstützte Festphasenextraktion Microchip für die Spurenanalyse in Wasserproben

This paper describes a fabrication protocol for a dipole-assisted solid phase extraction (SPE) microchip available for trace metal analysis in water ...