Un appareil ultra propre multicouche pour la collecte de plancton marin taille fractionné et particules en suspension

Résumé

Plancton et les particules en suspension jouent un rôle majeur dans les cycles biogéochimiques dans l’océan. Ici, nous fournissons une méthode ultra propre, faible contrainte pour la collecte de différentes tailles de particules et de planctons en mer avec la capacité de traiter des volumes importants d’eau de mer.

Résumé

Les distributions de nombreux oligo-éléments dans l’océan sont fortement associées à la croissance, la mort et la re-mineralization du plancton marin et celles des particules suspendues/naufrage. Nous présentons ici un tous les système de filtration multicouche (polypropylène et Polycarbonate), en plastique pour la collecte des particules en suspension (mes) en mer. Cet appareil ultra propre d’échantillonnage a été conçu et développé spécifiquement pour les études d’oligo-élément. Une sélection méticuleuse de tous les matériaux non métalliques et de l’utilisation d’une procédure de cheminement en ligne minimise toute possibilité de contamination métallique lors de l’échantillonnage. Ce système a été testé avec succès et tordu pour la détermination de métaux-traces (p. ex., Al, Mn, Cd, Cu, Fe, Ni) sur les particules de taille variable dans les eaux océaniques côtières et ouvert. Résultats de la mer de Chine méridionale à la station South East Asia chronologiques (sièges) indiquent que les variations diurnes et la répartition spatiale du plancton dans la zone euphotique peuvent être facilement résolus et reconnus. Analyse chimique des particules de taille-fractionné dans des eaux de surface du détroit de Taïwan suggère que les plus grosses particules (> 153 µm) proviennent pour la plupart sur le plan biologique, tandis que les particules plus petites (10 à 63 µm) étaient principalement composés de matières inorganiques. En dehors de la Cd, les concentrations de métaux (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) diminuent avec l’augmentation de taille.

Introduction

Particules dans l’océan jouent un rôle important dans les cycles biogéochimiques marins¹. La plupart des propriétés des particules, comme la taille, la minéralogie et composition, peut changer profondément de géologique ou hydrographique d’un cran à un autre². En outre, les distributions d’éléments dans l’océan sont également associées au cycle de vie du phytoplancton marin : croissance, mort, naufrage et re-mineralization^3,4. Particules marines couvrent au moins 4 ordres de grandeur dans la taille, allant des particules submicroniques de grands agrégats (> 5 mm). Plupart des particules sont biologiquement dérivés, des procédés tels que lyse virale, exsudation, sécrétion, production de boulettes fécales. Autres particules sont formées de coagulation physique des cellules, des débris cellulaires ou lithogène matériaux¹. Diverses caractéristiques chimiques et biologiques des particules contrôlent les processus biologiques qui se produisent sur et dans les particules^4,5,6et cycles géochimiques. Ces particules sont des habitats importants ainsi que les sources de nourriture pour certains organismes, comme le zooplancton ou saprotrophes. En conséquence, le sort des particules est souvent lié à leur taille, qui peut être modifiée par des procédés biologiques sur et autour des particules.

D’échantillonnage de particules marines habituellement exige la filtration, mais cette approche introduit une certaine ambiguïté à identifier les propriétés des particules, car les particules marines ne sont pas homogènes dans la composition et la taille. Particules en suspension, composées principalement de particules de petites et de faible densité qui sont presque en permanence en suspension, sont mélangés avec des quantités variables de particules plus grandes et plus denses en suspension seulement pendant une courte période de temps, selon les conditions hydrodynamiques ⁷. les premiers rapports de la composition métallique de trace des échantillons de plancton ont été recueillies par les traits de plancton ou de suspension des filets de plancton sur un navire de recherche⁸. Les auteurs souvent trouvent des particules de métal et peignent puces dans les échantillons, ce qui suggère un problème grave de contamination pendant l’échantillonnage de particules marines pour l’analyse chimique. Autres initiatives incluent net remorquage par radeaux en caoutchouc ou en utilisant un chlorure de polyvinyle (PVC)-treuil³à la main. La difficulté de fiable d’échantillonnage de particules fait des progrès dans notre compréhension de la composition chimique des particules marines plus difficile, surtout pour les oligo-éléments. À ce titre, plus importante information sur la concentration des oligo-éléments dans le phytoplancton est venu de culture études^9,10. Cette reconnaissance a motivé les scientifiques marins pour créer de nouvelles méthodes pour l’étude des particules dans la mer au cours des dernières trente ans¹¹.

Les océanographes ont utilisé diverses techniques d’échantillonnage, y compris les bord filtration, filtration sur in situ , et¹¹pièges à sédiments. Le traitement de grands volumes d’eau de mer pour prélever des échantillons non contaminé peut être difficile, surtout pour la haute mer et les eaux profondes, dans lesquelles les concentrations de particules sont très faibles (0,001 - 0,1 mg/L). Il est également nécessaire filtrer de grandes quantités d’eau de mer pour obtenir une quantité suffisante de particules pour mesurer les concentrations en métaux traces. Certains chercheurs ont utilisé la méthode de taille-fractionnement pour séparer des particules en suspension de particules de naufrage. Cependant, forme, la porosité, la densité et la taille des particules peuvent toutes les particules influence naufrage des vitesses. Des pièges à sédiments ne sont pas des outils pratiques pour recueillir les particules en suspension, puisque ceux qui sont conçus pour couler les particules. Par conséquent, il est important de développer des méthodes d’échantillonnage et de traitement qui peuvent recueillir des quantités suffisantes de particules en suspension avec contamination minime. Taille-fractionnement par in situ de filtration est donc toujours un outil prometteur dans la boîte à outils de l’océanographe d’échantillonnage, car elle peut révéler des informations critiques sur la dynamique des particules marines. Ici, nous décrivons une testée avec succès trace-métal-propre, filtration multicouche gravité d’échantillonnage des appareils, qui peut traiter de grands volumes (120-240 L) d’eau de mer à bord en un seul passage de polytétrafluoroéthylène (PTFE) enduit bouteilles d’échantillonnage d’eau dans un tableau multi-bouteille d’échantillonnage. Cet appareil d’échantillonnage utilise des filets en nylon synthétique lavé à l’acide dans l’ordre, et les filets sont enfermés dans un conteneur en polycarbonate pour recueillir délicatement fractionnés taille suspension matière et phytoplancton^{12,13, 14,15} (figure 1). Le but de ce travail consiste à fournir un meilleur outil pour étudier les associations de particules métalliques et leur dynamique de réaction dans les milieux marins et d’améliorer nos connaissances sur le devenir d’une grande variété de planctons, particules et métaux traces dans ces environnements.

Protocole

Le protocole suivant implique l’utilisation de produits chimiques nocifs. S’il vous plaît lire les fiches de données sécurité (FDS) et suivez les directives de sûreté chimique institutionnels.

1. multicouche gravité Filtration Sampler préparation

1. Échantillonneur de nettoyage
   1. Remplir l’unité tube et filtration avec 1 % (p/v) de la solution de détergent anionique protease enzyme tremper pendant 24 h. chasse l’échantillonneur de filtration multicouche gravité avec eau bidistillée osmose inverse (RO-DDW) soigneusement, puis remplissez-le de 0,1 % (v/v) acide chlorhydrique (HCl, réactif) et laisser tremper pendant 72 h.
   2. Rincer abondamment l’échantillonneur de filtration multicouche gravité avec osmose inverse eau désionisée bidistillée (RO-DD-DIW) trois à cinq fois, au moins 20 litres chaque fois et stocker l’assemblage dans des sacs en plastique.
2. Particule conteneur nettoyage/préparation des échantillons
   1. Utilisez polyéthylène basse densité (PEBD, 125 mL) ou bouteilles de fluoré éthylène propylène (FEP, 125 mL) en tant que conteneurs pour les particules. Nettoyer les bouteilles en les trempant tout d’abord en détergent alcalin (Micro, 1 %), puis à 50 % (v/v) d’acide nitrique (HNO₃, réactif), puis des solutions de HCl 10 % (v/v) pour au moins 24, 48 et 24 h, respectivement. Rincer les bouteilles avec de l’eau déminéralisée (RO-DD-DIW) entre les deux étapes de trempage.
   2. Après une finale HCl trempage, rincer les bouteilles avec de l’eau déminéralisée (RO-DD-DIW) et sécher les bouteilles dans un banc propre salle blanche ou classe-100.
      Fixez la bouteille nettoyée à l’échantillonneur de filtration multicouche gravité ou joint nettoyé en bouteilles PE sacs à fermeture à glissière et double-sac leur transport.
3. Assemblage de l’échantillonneur de filtration multicouche gravité
   1. Raccorder les six tubes d’élastomère thermoplastique longtemps chimiquement résistant de 4 m (diamètre extérieur de 0,635 cm) aux six entrées directionnelles sur le dessus de l’échantillonneur.
   2. Assembler les trois différents en nylon filtres avec contenants d’échantillons de polyéthylène basse densité (LDPE de 125 mL) dans l’ordre dans une salle blanche (banc), après ils sont nettoyés (voir ci-dessous), avec le filtre à tamis 10 µm situé à l’extérieur, le filtre à tamis 63 µm dans le moyen et le filtre à tamis 153 µm à l’intérieur. Pour le transport, stocker l’échantillonneur de filtration multicouche gravité en deux couches de sacs en polyéthylène (PE), puis placez-le dans le contenant d’expédition en polypropylène (PP).

2. prélèvement d’échantillons

1. Prélèvement d’échantillons
   1. À l’arrivée sur le site d’échantillonnage, avoir une personne retirer un conteneur d’expédition sur le pont du navire de recherche de l’échantillonneur de filtration multicouche gravité et ouvrir le sac avec l’échantillonneur. Faites-les ensuite, enfilez les gants de PE, connecter les six tubes d’élastomère thermoplastique de 4 m pour les robinets d’eau de bouteilles six 20 revêtu PTFE L d’échantillonnage sur le tableau élevées plusieurs bouteille d’échantillonnage et d’orienter l’eau de mer dans cette unité de filtration. L’eau de mer s’écoule à travers les entrées directionnelles, et le particules/plancton seront séparés/fractionné doucement à travers les filets et s’installent dans les 125 mL bouteilles PEBD qui sont fixés à la base des filets.
   2. Après l’eau de mer a coulé à travers (généralement 120 L pour l’eau de mer côtière et 240 L d’eau de l’océan), retirez chaque filet dans l’ordre (tout d’abord, les 153 µm, puis la 63 µm et enfin les 10 µm) dans un banc propre de classe-100, puis pulvériser le filet avec trace-métal-propre 0,4 µm f iltered l’eau de mer pour rincer tout plancton collé sur la surface intérieure des filets. Recueillir l’eau de mer concentrée particules/plancton dans des bouteilles en polyéthylène de 125 mL.
   3. Dévisser ces bouteilles des filets et filtrer les solutions concentrées de particules/plancton à travers un appareil de filtration sous vide lavé à l’acide avec préalablement pesé, lavé à l’acide 47 mm, 10 µm filtres de pores en polycarbonate sous sous vide conditions (< 5 kPa).
   4. Pour collecter les particules/plancton inférieur à 10 µm, attendre au moins 20 litres d’eau de mer traversent l’échantillonneur, puis après cela, percevoir de 2 à 5 L d’eau dans le récipient de 5 L PE, et filtrer ces eaux de l’échantillon par un appareil de filtration sous vide lavé à l’acide avec filtres de polycarbonate de taille de pore de pré-pesés, lavé à l’acide, 47mm, 0,4 µm.
   5. Après filtration sous vide, rincer les filtres de prélèvement à haute pureté de l’eau pour enlever les résidus d’eau de mer, minimisant l’influence des sels de la mer relatif à la détermination de la masse sèche des particules/plancton DDW. Garder le volume de rinçage à seulement quelques millilitres pour éviter d’endommager le plancton fragile.
   6. Puis, après cette étape de rinçage, retirer soigneusement le filtre de l’appareil de filtration sous vide, stocker les filtres de prélèvement en pré-pesés, lavé à l’acide acrylique en plastique Pétri et scelle dans des sacs en plastique refermables. Gardez les sacs dans un congélateur à-20 ° c à bord jusqu’au retour à un laboratoire terrestres pour échantillon prétraitement et chimiques une analyse ultérieure.

3. exemple de traitement

1. Congeler le séchage et la digestion des particules
   1. Placer les filtres avec des échantillons de particules dans la chambre de collecteur de l’appareil de lyophilisation et tourner sur la machine. Comme la température de la machine atteint-40 ° C, mettre en marche la pompe à vide de la machine et démarrer la processus de lyophilisation.
      Remarque : Le niveau de vide devrait être maintenu constamment inférieure à 0,12 mBar. Veuillez lire attentivement le manuel de l’utilisateur et suivez les directives du fabricant pour chaque étape.
   2. Après 72 h, éteindre la machine lyophilisation, enlever les filtres secs et pesez-les. Ensuite, placer les filtres de l’échantillon séché dans des vaisseaux alcane (PFA) pré-pesés perfluoroalkoxy (contenance de 60 mL) et ajouter 3 mL d’acide nitrique ultrapure concentré dans les navires^2,3,6,7.
   3. Resserrer les vaisseaux avec une clé dynamométrique avec un couple constant de 2,5 kg-m et placez les récipients dans un four traditionnel à 130 ° C pendant 12 h pour la première séquence de digestion. Après refroidissement, retirez du four les navires, les bateaux ouverts et ajouter 2 mL de l’acide fluorhydrique ultrapure dans les navires^2,3,6,7.
   4. Resserrer les vaisseaux avec un couple de 2,5 kg-m et placez les récipients dans un four traditionnel à 130 ° C pendant 12 h, qui est la deuxième séquence de digestion. Après refroidissement, les bateaux ouverts et ajouter 16 mL de solution d’acide borique ultra pur de 4,5 % dans les vaisseaux^2,3,6,7.
   5. Resserrer les vaisseaux à un couple constant de 2,5 kg-mètres et de digérer les échantillons au four à 130 ° C pendant 12 h pour la séquence finale de la digestion. Après refroidissement, peser chaque navire et la messe finale et la masse spécifique de chacune des solutions pour obtenir un volume final digestant digérée.
      NOTE : Masse spécifique est déterminée en mesurant le poids de 1,00 mL exactement de digestant.
   6. Verser délicatement le digestant dans acide nettoyé PE flacon 30 mL pour une analyse plus poussée des métaux traces.
2. Analyse des métaux traces
   1. Déterminer les concentrations en métaux traces (Cd, Cu, Fe, Mn, Ni et Al) dans les solutions digérées des particules à l’aide d’un graphite furnace absorption atomique spectromètre (GF-AAS)⁶.
   2. Comme un essai de précision, utiliser le matériau de référence certifié (CRM), tels que les matériaux de référence de sédiments marins du Conseil National de recherches du Canada, matériau de référence de sédiments estuariens de la National Institute of Standards and Technology de la É.-u. et documents de référence de plancton du service de science et de la connaissance de la Commission européenne. Le processus donne 95 à 107 % de récupération de la valeur certifiée pour les métaux-traces fournies dans le CRM.

Résultats

Avec le développement de l’océanographie moderne, c’est maintenant une pratique courante d’utiliser des techniques « propres » pour obtenir la trace exacte des concentrations de métaux dans les particules marines ou plancton. Étant donné que la plupart des particules dans les eaux naturelles sont en le mg/L bas de gamme µg/L, le traitement de grands volumes d’eau de mer est nécessaire pour étudier les effets géochimiques et biologiques d’oligoéléments sur diverses...

Discussion

Obtenir trace fiable sur le plancton et les particules en suspension dans les eaux naturelles, qui sont généralement présents à des concentrations très faibles, les concentrations de métaux nécessite beaucoup de soin pendant le prélèvement, transformation, prétraitements et analyse, dans le but de réduction de la contamination. Par conséquent, les procédures pour concevoir et préparer l’engin d’échantillonnage, contenants et matériaux utilisés pour collecter et échantillons de processus sont des ét...

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
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