サイズ分画した海洋プランクトンや懸濁粒子を収集するための超きれいな積層装置

要約

プランクトンや懸濁粒子は、海の物質循環に大きな役割を果たします。ここでは、海水の大量の処理能力を持つ、超クリーン、低応力法の粒子と海でプランクトンの様々 なサイズのコレクションを提供します。

要約

海で多くの微量元素の分布、成長、死、および海洋プランクトンの赤潮と中断された沈降粒子に強く関連付けられています。すべてプラスチック (ポリプロピレン、ポリカーボネート) 多層ろ過システム海で浮遊粒子状物質 (SPM) のコレクションを紹介します。この超クリーン サンプリング デバイスを設計されており、微量元素の研究用に開発されました。すべての非金属材料の細心の選択、プロシージャ フローをインラインでの使用率は、サンプリング中に可能な金属汚染を最小限に抑えます。このシステムは、正常にテストされており、沿岸や外洋海域でさまざまな大きさの粒子における微量元素 (例えばFe、Al、Mn、Cd、Cu、Ni) を決定するために調整します。サウス イースト アジア時系列 (席) 駅南シナ海からの結果は、日内変動と有光層におけるプランクトンの分布することができます簡単に解決し、認識ことを示します。台湾海峡の海面でサイズ分画された粒子の化学分析は示唆大きい粒子 (> 153 μ m) 小さい粒子 (10 63 μ m) が主無機物質から成る間、得られた大抵生物学的。Cd から離れて増加するサイズの金属 (Fe、Al、Mn, Cu, Ni) の濃度が減少しました。

概要

海洋中の粒子は、海洋物質循環¹で重要な役割を果たします。サイズ、鉱物組成などの粒子の特性の最も深く 1 つの地質や前浜の設定から別の²変更できます。加えて、海洋における元素の分布が海洋植物プランクトンのライフ サイクルに関連付けられている: 成長、死、沈没、赤潮^3,4。海洋の粒子にまたがるサブミクロン粒子から大きな凝集体に至るまでのサイズの少なくとも 4 桁 (> 5 mm)。ほとんどの粒子は、ウイルスの換散、滲出、分泌、糞便のペレット製造などのプロセスから派生生物学的。その他の粒子は、細胞、細胞の残骸や隆起材料¹の物理的な凝固から形成されます。両方の物質循環と生物学的現象と粒子^4,5,6内で粒子の様々 な化学的および生物学的特性を制御します。これらの粒子は動物プランクトンや saprotrophs など、いくつかの有機体のための食糧源と同様、重要な生息地です。したがって、粒子の運命は頻繁に生物学的過程と粒子の周りによって変更することができます彼らのサイズに関連します。

海洋の粒子を通常サンプリング、濾過がこのアプローチは海洋の粒子の構成内容と同種ではないので、粒子の特性を識別するに特定のあいまいさを紹介します。主体がほぼ完全に懸濁液、小型・低密度粒子の懸濁粒子が懸濁液のより大きくより密度の高い粒子の変化量と流体条件によっては、時間の短い期間にのみ混在します。⁷. プランクトン試料の微量金属の組成の最初のレポートは研究容器⁸プランクトン トウまたは中断するプランクトン ネットで収集されました。著者はしばしば金属粒子を発見し、ペイント チップ サンプルの化学分析のための海洋の粒子のサンプリング時の汚染の深刻な問題を示唆しています。その他、純ゴムいかだによって曳航または塩化ビニル (PVC) を使用して-手のウィンチ³。粒子の信頼性の高いサンプリングの難しさ、特に微量元素より困難海洋粒子の化学組成の私達の理解の進歩になります。そのため、植物プランクトン中の微量元素濃度に関する最も重要な情報は、文化研究^9,10から来ています。このような認識、海洋科学者が過去 30 年間¹¹上海で粒子を研究するための新しいメソッドを作成する動機となった。

海洋学者は、その場でろ過、船上濾過など様々 なサンプリング技術を使用しているし、セジメント トラップ¹¹。特に外洋と深海粒子濃度が非常に低いであるため、非汚染のサンプルを収集する海水の大量の処理に挑戦することができます (0.001 〜 0.1 mg/L)。大量の海水微量金属元素濃度を測定するパーティクルの十分な量を取得するフィルターを適用する必要です。一部の研究者は、沈降粒子から粒子を分離するのにサイズ分画測定法を使用しています。しかし、粒径、空隙率、密度、および図形は、すべて影響粒子沈降速度をことができます。セジメント トラップは、それらが沈降粒子設計されているため、懸濁粒子を収集するために実用的なツールではありません。したがって、最小の汚染懸濁粒子の十分な量を集めることができるサンプリング ・治療法を開発することが重要です。したがって、その場で濾過により分画のサイズはまだ海洋のサンプリング ツールボックスで有望なツールそれは海洋の粒子のダイナミクスに関する重要な情報を明らかにすることができますので。ここでは、正常にテスト述べる微量金属をきれい、ポリテトラフルオロ エチレン (PTFE) から 1 つのパスでボード上の海水のサンプリング装置、大容量 (120-240 L) を扱うことができる多層重力ろ過コーティングで水のサンプリング ボトル、マルチ ボトル サンプリング配列。この捕集装置が順番に酸洗浄した合成ナイロン ネットを使用し、ネットが優しくサイズ分画された懸濁物質と植物プランクトン^12,13,を収集するポリカーボネート容器に含まれている^14,15 (図 1)。この作業の目的は、金属粒子の関連付けと海洋環境における反応ダイナミクスを研究するためより良いツールを提供し、さまざまなプランクトン、粒子、およびこれらの微量金属の運命の私達の理解を改善環境。

プロトコル

次のプロトコルには、有害な化学物質の使用が含まれます。ください安全性データ シート (SDS) を熟読し、制度化学物質の安全性ガイドラインに従ってください。

1. 多層重力ろ過サンプラー準備

1. クリーニングのサンプラー
   1. アニオン性プロテアーゼ酵素洗剤の 1% (w/v) と、チューブとろ過の単位を記入し、浸し 24 h. フラッシュ逆浸透膜二重蒸留水 (RO DDW) 多層重力ろ過サンプラー徹底的に 0.1% (v/v) でそれを埋める塩酸 (HCl、試薬グレード)、72 時間浸漬。
   2. 徹底的に逆浸透ダブル蒸留純水 (RO-DD-DIW) 3 〜 5 倍 20 リットル以上の時間とビニール袋に群集を格納と多層重力ろ過サンプラーをフラッシュします。
2. 粒子サンプル コンテナー洗浄/準備
   1. 粒子のコンテナーとして低密度ポリエチレン (LDPE、125 mL) またはフッ素化エチレン プロピレン (FEP、125 mL) ボトルを使用します。それぞれ最初アルカリ性洗剤 (マイクロ、1%) の 50% (v/v) 硝酸 (HNO₃、試薬グレード)、それから少なくとも 24、48、24 h の 10% (v/v) HCl ソリューションでそれらを浸すことによってボトルをきれい。脱イオン水 (RO-DD-DIW) 2 つの浸漬手順間でボトルをすすいでください。
   2. 最終的な HCl 浸漬後、徹底的に脱イオン水 (RO DD DIW) でボトルを洗浄、クリーン ルーム、クラス 100 のクリーン ベンチの中にボトルを乾燥します。
      多層重力ろ過サンプラ洗浄瓶を添付またはきれいにシールは輸送のためそれらを PE ジッパー袋、二重袋のボトルします。
3. 多層重力ろ過サンプラーの群集
   1. サンプラーの上に 6 方向入口に (0.635 cm 外径) 6 4 m 長い化学的に抵抗力がある熱可塑性エラストマー チューブを接続します。
   2. 低密度ポリエチレン サンプル容器 (LDPE 125 mL) を 3 つの異なるメッシュ ナイロン フィルターをクリーン ルーム外に配置されている 10 μ m のメッシュ フィルターをクリーンアップです (下記参照) 後、(ベンチ) の順序で組み立てる 63 μ m メッシュ フィルターで、中高 153 μ m メッシュの内側にフィルターを実行します。輸送、ポリエチレン (PE) 袋の 2 つの層の多層重力ろ過サンプラーを保存し、ポリプロピレン (PP) 出荷用コンテナーに配置。

2. サンプリング

1. サンプル コレクション
   1. サンプリング サイトに到着すると、調査船の甲板上のコンテナーから多層重力ろ過サンプラーを外し、サンプラーと袋を開ける人があります。その後、PE 手袋を入れて、高いマルチ ボトル サンプリング アレイ上 6 20 L PTFE 被覆サンプリング ボトルの水栓に 6 の 4 m 熱可塑性エラストマー チューブを接続し、このろ過装置に海水を導くことがあります。海水を通過方向の入り江と、粒子/プランクトンが優しく分離/分別ネットを通じて、網の基地で保護される LDPE ボトル 125 mL に落ち着きます。
   2. 海水には (沿岸海水用通常 120 L と外洋水 240 L) が流れて後の順序で各ネットを削除 (まず、153 μ m、63 μ m と 10 μ m 最後に) クラス 100 のクリーン ベンチで、微量金属きれい 0.4 μ m f ネットをスプレーiltered 海水洗浄すべてのプランクトン ネットの内側表面に付着します。125 mL ペットボトルで高濃度粒子/プランクトンを海水を収集します。
   3. ネットからこれらのボトルを緩めてフィルター酸洗浄吸引ろ過装置を通して再び集中粒子/プランクトンとソリューションの事前の重量を量った、酸洗浄 47 mm の低真空下で 10 μ m 孔サイズのポリカーボネート フィルター条件 (< 5 kPa)。
   4. その後、サンプラーを流れる 5 L PE 容器内の水の 2 〜 5 L を収集し、酸洗浄吸引ろ過装置でこれらのサンプル水をフィルター海水の少なくとも 20 L を待つ 10 μ m より小さい粒子/プランクトンを収集するにはあらかじめ重量を量られた、酸洗浄、47 mm、0.4 μ m 孔サイズのポリカーボネート フィルター。
   5. 真空ろ過後高純度 DDW 水海水、海の塩の粒子/プランクトンの乾燥重量の決定に及ぼす影響を最小限に抑えることの残基を削除するサンプル フィルターを直ちに洗浄します。壊れやすいプランクトンを損傷を防ぐためにミリリットルのカップルだけにすすぎのボリュームを維持します。
   6. 、この洗浄のステップ後慎重に削除しフィルター真空ろ過装置から、酸洗浄、あらかじめ重量を量られたアクリル プラスチック シャーレ、にサンプル フィルターを格納、ジッパーのついたビニール袋に密封します。さらにサンプル前処理および化学分析のための土地ベースの研究室に戻るまで-20 ° C のフリーザー搭載で袋をしてください。

3. サンプル治療

1. 凍結乾燥と粒子の消化
   1. 凍結乾燥機のコレクターの部屋で粒子のサンプル フィルターを置き、マシンをオンにします。機械温度-40 ° C に達すると、機械の真空ポンプをオンに、凍結乾燥プロセスを開始します。
      注: 真空度は、0.12 mBar 以下着実に維持する必要があります。くださいユーザー マニュアルを注意深く読み、各ステップの製造元のガイドラインに従ってください。
   2. 72 時間後をオフに凍結乾燥機、乾燥フィルターを削除し、それらの重量を量る。あらかじめ重量を量られたパーフルオロアルコキシ アルカン (PFA) 容器 (容量 60 mL) に乾燥のサンプル フィルターを配置し、船^2,3,6,7に集中している超高純度硝酸 3 mL を加えます。
   3. 2.5 kg ・ m、定トルクをトルクレンチで血管を強化し、最初の消化シーケンスの 12 h 130 ° C で従来のオーブンで血管を配置します。冷却した後、血管をオーブンから取り出し、船、船^2,3,6,7に超高純度フッ化水素酸 2 mL を追加します。
   4. 2.5 kg ・ m のトルクで血管を強化し、2 番目の消化シーケンスである 12 h 130 ° C で従来のオーブンで血管を配置します。冷却した後、船、船^2,3,6,7に 4.5% 純度ホウ酸液 16 mL を追加します。
   5. 2.5 キロ メートルの一定トルクの血管を締め、最終消化順序の 12 h 130 ° C のオーブンでサンプルを消化します。冷却した後、各船の重さし、最終的な質量と各消化ソリューション最終 digestant ボリュームを生成するための具体的な重量を決定します。
      注: 特定の質量は、digestant のまさに 1.00 mL の重量を測定によって決定されます。
   6. 慎重に、digestant をさらに微量金属分析用 30 mL 酸洗浄 PE ボトルに注ぐ。
2. 微量金属分析
   1. 微量金属元素濃度 (Cd、Cu、Fe、Mn、Ni、および Al) 消化ソリューションの黒鉛炉原子吸光分析計 (吸)⁶を使用して粒子を決定します。
   2. 精度のテストとして、カナダ国立研究評議会の国立標準研究所の技術から河口域底質標準物質から海底堆積物試料などの標準物質 (CRM) を使用して、米国および欧州委員会の科学と知識のサービスからプランクトン参考資料。プロセスは、CRM、微量金属の認定値の 95% に 107% 回復を与えます。

結果

近代海洋学の発展に伴い、それは「クリーン技術」を使用する一般的な練習では今海洋粒子やプランクトンの金属濃度の正確なトレースを取得します。天然水の粒子の大半は μ g/L の範囲に低 mg/l なので海水の大量の治療は周囲の環境で様々 な粒子の微量金属元素の地球化学的および生物学的効果を検討する必要。きれいな、多層重力ろ過 (「CATNET」) のサンプリング...

ディスカッション

中に検体の採取、処理、前処理、分析の目的で細心の注意が必要です取得の信頼性の高いトレース プランクトンと一般的に非常に低濃度で存在している、天然水中の懸濁粒子の金属濃度汚染を低減します。そのため、設計およびサンプリング装置、サンプル容器、材料を準備する手順を収集する、プロセスのサンプルが海洋環境中の微量金属の高品質データ取得に向けたすべての重要な手順...

資料

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