크기 분류 한 해양 플랑크톤과 중단된 한 입자를 수집 하기 위해 매우 깨끗 한 다층 기구

요약

플랑크톤과 중단된 한 입자는 바다 생물 지구 화학적 순환에 중요 한 역할을 재생합니다. 여기, 우리 해 수의 큰 볼륨을 처리 하는 능력 입자와 바다에서 플랑크톤의 다양 한 크기의 컬렉션에 대 한 매우 깨끗 하 고 낮은 스트레스 방법을 제공 한다.

초록

바다에 많은 성분의 분포는 성장, 죽음, 그리고 해양 플랑크톤의 re-mineralization 및 정지/싱크 입자의 강하게 연관 된다. 여기, 우리는 모든 플라스틱 (폴 리 프로필 렌과 폴 리 카보 네이트), 다층 여과 시스템 바다에 일시 중단 된 미 립 자 물질 (SPM)의 컬렉션에 대 한 현재. 이 매우 깨끗 한 샘플링 장치 설계 되었고 추적 요소 연구를 위해 특별히 개발. 모든 비금속 재료의 세심 한 선택과 활용 절차 흐름을 통해 인라인 샘플링 하는 동안 가능한 금속 오염을 최소화합니다. 이 시스템은 성공적으로 테스트 되었고 해안 및 오픈 바다에서 다양 한 크기의 입자에 추적 금속 (예를 들어, Fe, Al, Mn, Cd, Cu, Ni) 결정을 위한 조정. 사우스 이스트 아시아 시간-시리즈 (석) 역에서 남지 나 해에서 결과 일주 변화와 euphotic 영역에서 플랑크톤의 공간 배급 수 쉽게 해결 하 고 인정을 나타냅니다. 대만 해협의 물 표면에 크기 분류 한 입자의 화학 분석 제안 하는 더 큰 입자 (> 153 µ m) 주로 생물학으로 파생 되었다, 작은 입자 (10-63 µ m)은 대부분 무기 물질의 구성 하는 동안. Cd, 떨어져 금속 (Fe, Al, Mn, Cu, Ni)의 농도 크기 증가 함께 감소.

서문

입자는 바다에 해양 생물 지구 화학적 순환¹에서 중요 한 역할을 재생합니다. 대부분의 입자 크기, 광물 학, 구성, 등 속성은 또 다른²한 지질 또는 hydrographical 설정에서 뿌리깊은 변경할 수 있습니다. 또한, 요소는 바다에서의 배포판은 또한 해양 식물성 플랑크톤의 라이프 사이클에 연관: 성장, 죽음, 침 몰, 그리고 re-mineralization^3,4. 해양 입자 크기, 큰 집계에서 마이크론 입자까지 최소 4 배나 스팬 (> 5 m m). 대부분 입자 등과 바이러스 성 세포, 나옴, 분 비, 배설물 펠 릿 생산프로세스에서 생물학으로 파생 됩니다. 다른 입자는 세포, 세포 파편, 또는 lithogenic 재료¹의 실제 응고에서 형성 된다. 입자의 다양 한 화학 및 생물 학적 특성 지구 화학 주기 및 생물 학적 과정에 발생 하는 입자^4,,56시간을 제어 합니다. 이 입자는 중요 한 서식 지 뿐만 아니라 동물성 플 랭크 톤 등 saprotrophs 일부 유기 체에 대 한 음식 소스입니다. 따라서, 그들의 크기, 입자 주위 생물 학적 과정에 의해 변경 될 수 있는 입자의 운명 관련 자주.

여과, 필요 일반적으로 해양 입자 샘플링 하지만이 방법은 입자의 속성을 식별 하는 해양 입자 조성과 크기에서 균질 하지 않기 때문에 특정 모호성을 소개. 주로 작고 낮은 밀도 입자에, 거의 영구적으로 구성 하는 중단된 한 입자, 유체 조건에 따라 시간의 짧은 기간에만 다양 한 양의 크고 밀도가 높은 입자 현 탁 액에 혼합 ⁷. 플랑크톤 샘플의 추적 금속 구성의 첫 번째 보고서는 연구 배⁸에 플랑크톤 tows 또는 중단 플랑크톤 그물에 의해 수집 된. 저자는 자주 금속 입자를 발견 하 고 페인트 칩 샘플, 오염 화학 분석을 위한 해양 입자 샘플링 하는 동안 심각한 문제를 제안. 다른 노력 포함 그물 고무 보트 견인 또는 사용 하는 폴 리 염화 비닐 (PVC)-손 윈 치³. 입자의 신뢰할 수 있는 샘플링의 어려움 어려운 진행 해양 입자의 화학 성분에 대 한 우리의 이해에 더 많은, 특히 추적 요소에 대 한 있습니다. 따라서, 식물성 플랑크톤에 성분의 농도 대 한 가장 중요 한 정보 문화 연구^9,10에서 왔다. 이 인식 해양 과학자¹¹지난 30 년 동안 바다에 입자를 공부에 대 한 새 메서드를 만드는 동기가 있다.

선상 여과, 현장에서 여과를 포함 하 여 다양 한 샘플링 기법을 사용 하는 따옴표 그리고 침전 물 트랩¹¹. 대량의 바닷물 오염 되지 않은 샘플을 수집을 처리, 특히 바다와 입자 농도 매우 낮은 깊은 물에 대 한 도전 수 (0.001-0.1 mg/L). 그것은 또한 추적 금속 농도 측정 하는 입자의 충분 한 수량을 얻기 위해 바닷물의 큰 볼륨을 필터링 하는 데 필요한. 일부 연구 자들은 부유 입자 입자를 침 몰 하는 것을 구분 크기 분류 방법 사용. 그러나, 입자 크기, 다공성, 밀도, 그리고 모양 모든 영향 입자를 속도 침 몰 수 있습니다. 퇴적 물 트랩 실용적인 도구를 이후 그 입자를 침 몰을 위한 설계는 부유 입자를 수집 하지 않습니다. 따라서, 그것은 최소한의 오염으로 부유 입자의 충분 한 수량을 수집할 수 있는 샘플링 및 치료 방법을 개발 하는 것이 중요입니다. 따라서, 현장에 여과 의해 크기 분류 이후 해양 입자 역학에 중요 한 정보를 계시 할 수 있다 해양학의 샘플링 도구 상자에서 유망한 도구 여전히입니다. 여기, 우리가 성공적으로 테스트 추적 금속 청소, 다층 중력 여과 장치, 대용량 (120-240 L)를 치료할 수 소계 (PTFE)에서 한 번에 보드에 바닷물의 샘플링 코팅 물 샘플링 병에는 다 병 샘플링 배열입니다. 이 샘플링 장치 순서로, 산 세척 합성 나일론 그물을 사용 하 고 그물 부드럽게 크기 분류 한 정지 문제 및 플랑크톤^12,13, 를 수집 하는 폴 리 카보 네이트 컨테이너 ^14,15 (그림 1). 이 작품의 목표는 금속 입자 협회 및 해양 환경에 그들의 반응 역학 공부에 대 한 더 나은 도구를 제공 하 고 다양 한 플랑크톤의 입자, 및 이러한 추적 금속의 운명에 대 한 우리의 이해를 향상 환경입니다.

프로토콜

다음 프로토콜 작업을 유해 화학 물질을 포함 한다. 신중 하 게, 안전 데이터 시트 (SDS)를 읽어 하 고 기관 화학 안전 지침을 따르십시오.

1. 다층 중력 여과 샘플러 준비

1. 샘플러 청소
   1. 음이온 protease 효소 세제 솔루션의 1% (w/v) 배관 및 여과 장치를 채워 담가 24 h. 플러시에 대 한 다층 중력 여과 샘플러 역삼 더블 증류수 (RO-DDW)와 철저 하 게, 그리고 0.1% (v/v) 그것을 채울합니다 염 산 (HCl, 시 약 등급) 그리고 72 h에 대 한 소.
   2. 철저 하 게 플러시 역삼 이중 이온된 증류수 (RO-DD-DIW) 3 ~ 5 배, 각 20 리터 이상, 그리고 비닐 봉투에는 조립 저장 된 다층 중력 여과 샘플러.
2. 입자 샘플 컨테이너 청소/준비
   1. 입자에 대 한 낮은 밀도 폴 리 에틸렌 (LDPE, 125 mL) 또는 플 루 오 르 에틸렌 프로필 렌 (FEP, 125ml) 병 컨테이너로 사용 합니다. 먼저 각각 알칼리 세제 (마이크로, 1%), 50% (v/v) 질소 산 (HNO₃, 시 약 등급), 다음 적어도 24, 48, 및 24 h에 대 한 10% (v/v) HCl 솔루션에 다음에서 그들을 몸을 담글 하 여 병을 청소 하십시오. 몸을 담글의 두 단계 사이 드 이온된 수 (RO-DD-DIW)와 병을 씻어.
   2. 몸을 담근 채 최종 HCl, 후 드 이온된 수 (RO-DD-DIW)와 철저 하 게 병을 씻어 하 고 클린 룸 또는 클래스 100 클린 벤치에서 병 건조 합니다.
      다층 중력 여과 샘플러를 청소 병을 연결 또는 인감 청소 병 PE 지퍼 백에 이중 가방 그들 수송을 위해.
3. 다층 중력 여과 샘플러의 조립
   1. 샘플러 위에 6 방향 후미에 (외부 0.635 cm의 직경) 6 4 m 긴 화학적 저항 열가 소성 탄성 중합체 튜브를 연결 합니다.
   2. 저밀도 폴 리 에틸렌 시료 용기 (125 mL LDPE)와 세 가지 다른 메쉬 나일론 필터 클린 룸 (벤치) 외부에 10 µ m 메쉬 필터 (아래 참조), 그들은 청소 후에 순서 대로 조립에 63 µ m 메쉬 필터는 중간, 그리고 내부에 153 µ m 메쉬 필터. 교통, 폴 리 에틸렌 (PE) 봉투의 2 개의 층에 다층 중력 여과 샘플러를 저장 다음 폴 리 프로필 렌 (PP) 선적 컨테이너에 배치 합니다.

2입니다. 샘플링

1. 샘플 컬렉션
   1. 샘플링 사이트에 도착 한 사람이 연구 선박의 갑판에 선적 컨테이너에서 다층 중력 여과 샘플러를 제거 하 고 샘플러와 함께 가방을 열고 있다. 그렇다면, PE 장갑에 높은 다중 병 샘플링 배열에 6 20 L PTFE 코팅 샘플링 병의 물 spigots에 6 4 m 열가 소성 탄성 중합체 튜브를 연결 하 고이 여과 장치에는 바닷물을 안내 있습니다. 해 수 방향 후미를 통해 흐를 것 이다 그리고 입자/플랑크톤 부드럽게 분리/분류 한 그물을 통해 수 그물의 기지 확보는 LDPE 병 125 mL에 정착 것입니다.
   2. 후 해 수 (일반적으로 120 L 해안 바다 물과 바다 물에 대 한 240 L)를 통해 흘러가, 순서 대로 각 그물을 제거 (첫째, 153 µ m 63 µ m 이다, 그리고 마지막으로 10 µ m) 클래스 100 클린 벤치에 스프레이 그물 추적 금속 청소 0.4 µ m f 모든 플랑크톤에 밖으로 헹 굴을 해 수 iltered 그물의 안쪽 표면에 붙어. 125ml 폴 리 에틸렌 병에 집중된 입자/플랑크톤과 해 수를 수집 합니다.
   3. 나사는 그물에서이 병 하 고 미리 무게, 산-47 m m, 낮은 진공에서 10 µ m 기 공 크기 폴 리 카보 네이트 필터와 산 세척 진공 여과 장치를 통해 다시 집중된 입자/플랑크톤으로 솔루션 필터링 조건 (< 5 kPa).
   4. 10 µ m 보다 작은 입자/플랑크톤을 수집, 기다리려면 적어도 20 L 바닷물의 그 후에 다음 샘플러를 통과, 2 ~ 5 L 5 L PE 용기에 물를 수집 하 고 이러한 샘플 바다와 산 세척 진공 여과 장치에 의해 필터링 미리 무게, 산 세척, 47 m m, 0.4 µ m 기 공 크기 폴 리 카보 네이트 필터.
   5. 진공 여과 후 린스 샘플 필터 즉시 고 순도 DDW 물 바닷물, 바다 소금 입자/플랑크톤의 건조 중량을 결정에 영향을 최소화의 잔류물을 제거 합니다. 연약한 플랑크톤을 손상을 방지 하기 위해 밀리 리터만 몇 rinsing 볼륨을 유지.
   6. 다음,이 헹 구는 단계 후 조심 스럽게 제거 필터 진공 여과 장치에서 산 세척, 미리 무게 아크릴 플라스틱 페 트리 접시에서 샘플 필터를 저장 하 고 resealable 비닐 봉지에 밀봉. 추가 샘플 전처리 및 화학 분석에 대 한 토지 기반 실험실에 게 다시 반환까지-20 ˚C 냉동 기내에 가방을 유지.

3. 샘플 처리

1. 동결 건조와 입자의 소화
   1. 동결 컴퓨터의 수집기 상공에서 입자 샘플 필터를 놓고 컴퓨터에 설정 합니다. 기계 온도-40 ° C에 도달 하면 컴퓨터의 진공 펌프를 켜고 고 동결 건조 프로세스를 시작.
      참고: 진공 레벨 0.12 mBar 아래 꾸준히 유지 되어야 한다. 사용 설명서를 주의 깊게 읽어 하 고 각 단계에 대 한 제조업체의 지침을 수행 하십시오.
   2. 72 h 후 동결 기계를 해제 하 고 말린된 필터를 제거 하 고 그들을 무게. 다음, 말린된 샘플 필터 미리 무게 perfluoroalkoxy 알칸 (PFA) 혈관 (60 mL 용량)으로 놓고 배^2,3,,67에 집중된 초순 질소 산 3 mL를 추가 합니다.
   3. 2.5 k g-m의 일정 토크를 토크 렌치로 혈관을 강화 하 고 혈관 첫 소화 시퀀스 12 h 130 ° C에서 기존의 오븐에 장소. 냉각 후, 오븐에서 제거 하는 혈관, 혈관 열고 혈관^2,3,,67에 초순 수 소산의 2 개 mL를 추가 합니다.
   4. 2.5 k g-m의 토크로 혈관을 강화 하 고 혈관은 두 번째 소화 시퀀스 12 h 130 ° C에서 기존의 오븐에 배치. 냉각 후, 혈관 열고 혈관^2,3,,67로 4.5% 매우 순수한 붕 소의 산 성 솔루션의 16 mL를 추가 합니다.
   5. 2.5 k g-미터의 일정 한 토크에 혈관을 강화 하 고 소화 된 최종 소화에 대 한 12 h 130 ° C에서 오븐에서 샘플. 냉각 후, 각 선박 무게 하 고 최종 질량 및 최종 digestant 볼륨을 각 소화 솔루션의 특정 질량을 결정 합니다.
      참고: 특정 질량 digestant의 1.00 mL 정확히 무게를 측정 하 여 결정 됩니다.
   6. 조심 스럽게 30 mL 더 추적 금속 분석을 위한 산 성 청소 PE 병에는 digestant를 부 어.
2. 금속 분석 추적
   1. 추적 금속 (Cd, Cu, Fe, Mn, Ni, 및 알) 소화 솔루션에서의 농도 입자 흑연으로 원자 흡수 분 광 계 (GF-AAS)⁶을 사용 하 여 결정 합니다.
   2. 정확도 테스트로 사용 하는 인증된 참조 자료 (CRM), 국가 연구 위원회 캐나다에서 국립 표준 및 기술을에서 밀려 앙금 표준 참조 자료 해양 침전 물 참고 자료 등은 미국, 그리고 유럽 위원회의 과학 및 지식 서비스에서 플랑크톤 참고 자료. 프로세스는 CRM에서 추적 금속에 대 한 인증된 값의 95% ~ 107% 복구를 제공 합니다.

결과

현대 해양학의 발전, 그것은 "청정 기술"를 사용 하 여 일반적인 연습 지금 정확한 추적 해양 입자 또는 플랑크톤에 금속 농도를. 자연 물에서 대부분 입자 µ g/L 범위에 낮은 mg/L에 있기 때문에, 많은 양의 해 수의 처리는 주변 환경에서 다양 한 입자에 추적 금속의 지구 화학 및 생물 학적 효과 조사 하는 데 필요한. 깨끗 한, 다층 중력 여과 ("CATNET") 샘플링 기법 (

토론

샘플 수집, 처리, 전처리, 및 분석의 목적으로 하는 동안 큰 배려를 요구 한다 얻는 신뢰할 수 있는 추적 플랑크톤과 매우 낮은 농도에서 일반적으로 존재 하는 자연 물에서 부유 입자에 금속 농도 오염을 줄일 수 있습니다. 따라서, 디자인 및 샘플링 장비, 샘플 컨테이너 및 재료를 준비 하는 절차를 수집 하는 데 사용 되며 프로세스 샘플 추적 금속 해양 환경에 대 한 높은-품질 데이터 취득을 향해...

자료

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