JoVE Logo

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Планктон и взвешенных частиц играют важную роль в биогеохимических циклах в океане. Здесь мы предлагаем ультра-чистой, низкой стресс метод для сбора различных размеров частиц и планктона в море с возможностью обработки больших объемов морской воды.

Аннотация

Распределение многих микроэлементов в океане прочно ассоциируется с ростом, смерти и реминерализации морской планктон и тех частиц приостановлено/тонуть. Здесь мы представляем все пластиковые (полипропилен и поликарбонат), многослойная система фильтрации для коллекции взвешенных частиц (ВЧ) на море. Это устройство ультра-чистой выборки был разработан и создан специально для изучения микроэлемента. Тщательный отбор всех неметаллических материалов и утилизации в линии потока через процедуры минимизирует любое возможное загрязнение металла во время выборки. Эта система успешно протестированы и tweaked для определения трассировки металлов (например, Ni, Mn, Fe, Cd, Cu, Al) на частицы различных размеров в океан в прибрежных и открытых водах. Результаты от Южно-Китайского моря на станции Юго Восточной Азии рядов (мест) указывают, что суточные вариации и пространственного распределения планктона в эуфотической зоне можно легко решить и признано. Химический анализ фракционированный размер частиц в поверхностных водах в Тайваньском проливе предполагает, что крупные частицы (> 153 мкм) главным образом биологически были получены, в то время как мелкие частицы (10-63 мкм) были в основном состоит из неорганических веществ. Помимо Cd концентрации металлов (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) сократилась с увеличением размера.

Введение

Частицы в океане играют важную роль в морских биогеохимических циклов1. Большинство свойств частиц, такие как размер, минералогии и композиции, можно изменить глубоко от одного параметра геологических или гидрографические еще2. Кроме того, распределение элементов в океане также связаны с жизненным циклом морской фитопланктон: рост, смерть, гибель и Реминерализация3,4. Морских частицы охватывают по крайней мере 4 порядков в размерах, начиная от субмикронных частиц больших агрегатов (> 5 мм). Большинство частиц являются биологически производными от процессов, таких как вирусный лизиса, экссудацию, секрецию, фекальные пеллеты производства и т.д. Другие частицы образуются из физических коагуляции клеток, сотовой мусора или литогенные материалы1. Различные химические и биологические характеристики частиц управления геохимические циклы и биологических процессов, происходящих на и внутри частицы4,5,6. Эти частицы являются важные места обитания, а также источников питания для некоторых организмов, таких как зоопланктона или сапротрофы. Соответственно судьба частиц часто связана с их размер, который может быть изменен биологические процессы на и вокруг частиц.

Отбор проб морской частицы обычно требует фильтрации, но этот подход представляет определенная двусмысленность в определении свойств частиц, поскольку морской частицы не являются однородной по составу и размер. Взвешенных частиц, в основном состоит из мелких и низкой плотности частиц, которые являются почти постоянно в суспензии, смешиваются с различное количество крупных и плотнее частиц во взвешенном состоянии только на короткий период времени, в зависимости от гидродинамических условий 7. первые сообщения о трассировки металла состав планктона образцы были собраны буксирами планктона или приостановки планктона сеток на научно-исследовательских судна8. Авторы часто нашли частицы металла и краски чипов в образцах, предложив серьезные проблемы загрязнения морской частиц проб для химического анализа. Другие усилия включают чистый буксировкой резиновых плотах или использования поливинилхлорида (ПВХ)-ручная лебедка3. Трудность надежного отбора проб частиц делает более трудным, особенно для микроэлементов прогресс в нашем понимании химического состава морской частиц. Таким образом наиболее важной информации о концентрации микроэлементов в фитопланктона пришло от культуры исследования9,10. Это признание побудило мореведов для создания новых методов для изучения частиц в море за последние тридцать лет11.

Океанографы использовали различные методы отбора проб, включая судовые фильтрации, фильтрации на месте , и отложения ловушки11. Обработка больших объемов морской воды для сбора-загрязненных образцов может быть сложным, особенно для открытого океана и глубоких водах, в которых концентрации частиц являются очень низкими (0,001 - 0,1 мг/Л). Это также необходимо для фильтрации больших объемов морской воды, чтобы получить достаточное количество частиц для измерения концентрации металлов трассировки. Некоторые исследователи использовали метод фракционирования размер для отделения взвешенных частиц от потопления частиц. Однако размер частиц, пористость, плотности и формы можно все влияние частиц, тонущий скоростей. Седиментационными ловушками не являются практические инструменты для сбора взвешенных частиц, так как те предназначены для проходки частиц. Таким образом важно разработать методы выборки и лечения, которые можно собрать достаточное количество взвешенных частиц с минимальным загрязнением. Следовательно размер фракционирование в situ фильтрацией по-прежнему перспективным инструментом в океанограф выборки элементов, так как он может раскрыть важную информацию о динамике морской частиц. Здесь, мы описываем успешно испытанных трассировки очистке металла, тяжести многослойной фильтрации проб морской воды на борту в один проход из политетрафторэтилена (ПТФЭ) аппарат, который может обрабатывать большие объемы (120-240 Л) с покрытием бутылки для отбора проб воды в массив многолетних бутылка выборки. Этот аппарат выборки использует кислоты промывают синтетические нейлоновые сетки в последовательности, и сети заключаются в контейнере поликарбоната аккуратно собирать размер фракционированный взвешенных частиц и фитопланктона12,13, 14,15 (рис. 1). Целью этой работы является обеспечить более эффективный инструмент для изучения порошковых ассоциаций и их реакция динамика в морской среде, и улучшить наше понимание судьбы широкий спектр планктон, частиц и микроконцентрации металлов в этих среды.

протокол

Следующий протокол включает работу с вредных химических веществ. Пожалуйста, внимательно прочитайте листы данных безопасности (SDS) и руководящим принципам институциональных химической безопасности.

1. многослойных тяжести фильтрации сборники подготовка

  1. Сборники очистка
    1. Заполнить трубы и фильтрации блок с 1% (w/v) анионные протеазы фермента моющего раствора и замочить его на 24 ч. флеш тяжести многослойной фильтрации сборники с двойной дистиллированной воды обратного осмоса (RO-DDW) тщательно, а затем заполнить его с 0,1% (v/v) Хлористоводородная кислота (HCl, реагент класс) и Выдержите в течение 72 ч.
    2. Тщательно промойте сборники фильтрации многослойных гравитации с обратным осмосом двойной дистиллированной деионизированной воды (RO-DD-DIW) три-пять раз, по крайней мере 20 литров каждый раз и хранить сборки в пластиковых мешках.
  2. Частица контейнера очистки/Подготовка образца
    1. Использование полиэтилена низкой плотности (LDPE, 125 мл) или фторированные этилен пропилен (FEP, 125 мл) бутылки как контейнеры для частиц. Экологически чистые бутылки путем замачивания их сначала в щелочных моющих средств (микро, 1%), затем в 50% (v/v) азотная кислота (HNO3, класс реагент), затем 10% (v/v) HCl решения для по крайней мере 24, 48 и 24 h, соответственно. Промойте бутылки с деионизированной воды (RO-DD-DIW) между двумя замачивания шаги.
    2. После окончательного HCl замачивания бутылки с деионизированной воды (RO-DD-DIW) тщательно ополосните и сухие бутылки в чистой комнате или класс 100 чистого скамейке.
      Прикрепить уборка бутылку к фильтрации сборники многослойных гравитации, или печать очищены для бутылок в молнии мешки PE и двойной мешок их для транспорта.
  3. Ассамбляж тяжести многослойной фильтрации сборники
    1. Шесть 4 м длиной химстойкие Термопластоэластомер трубы (наружным диаметром 0,635 см) подключиться к шести направленного заливов на вершине сэмплер.
    2. Соберите три различных сетка нейлон фильтры с полиэтилен образца контейнеров (125 мл LDPE) в последовательности в чистой комнате (стенд) после того, как они убираются (см. ниже), с 10 мкм сетчатый фильтр, расположенный на улице, 63 мкм сетчатый фильтр в Средний и 153 мкм сетчатый фильтр на внутренней стороне. Для транспортировки хранения тяжести многослойной фильтрации сборники в два слоя, сумки из полиэтилена (ПЭ), а затем поместить его в контейнере из полипропилена (PP).

2. отбор проб

  1. Сбор образцов
    1. По прибытии на участке отбора проб у одного человека удалить тяжести многослойной фильтрации сборники из контейнера судоходства на борту исследовательского судна и открыть сумку с сэмплер. Затем у них надеть перчатки PE, подключить шесть Термопластоэластомер трубы 4 m к spigots воды шести 20 L PTFE-покрытием выборки бутылок на массиве повышенных мульти бутылка выборки и направлять в этот блок фильтрации морской воды. Морская вода будет течь через направленного бухтами, и планктона частицы будет аккуратно отделена/фракционированный через сети и поселиться в 125 мл бутылки LDPE, которые крепятся на базе сетей.
    2. После того, как морская вода вытекала через (обычно 120 для прибрежной морской воды и 240 Л для открытого океана воды), удалите каждой сети в последовательности (во-первых, 153 мкм, то 63 мкм и наконец 10 мкм) в класс 100 чистого скамейке, а затем спрей сеть с трассировки очистке металла 0,4 мкм f iltered морской воды, чтобы промыть любой планктона, застрял на внутренней поверхности сетки. Собирайте с морской водой с концентрированной частиц/планктона в 125 мл пластиковых бутылок.
    3. Отвинтить эти бутылки от сетки и фильтровать решения с концентрированной частиц/планктона снова через аппарат кислоты промывают вакуумной фильтрации с предварительно весил, кислоты промывают 47 мм, 10 мкм-поры поликарбоната фильтры под низким вакуума условия (< 5 кПа).
    4. Для сбора частиц/планктона меньше 10 мкм, ждать по крайней мере 20 Л морской воды течь через пробоотборник, тогда после этого, собирать 2-5 Л воды в контейнере 5 L PE и фильтровать эти образцы воды, кислоты промывают вакуумной фильтрации аппарат с Фильтры поликарбоната размер поры предварительно взвешенный, кислоты промывают, 47-мм, 0,4 мкм.
    5. После вакуумной фильтрации фильтры для отбора проб немедленно промойте высокой чистоты DDW водой для удаления остатков морской воды, свести к минимуму влияние морской соли на определение сухого веса частиц/планктона. Сохраняйте объем промывки лишь несколько миллилитров предотвратить ущерб хрупкой планктона.
    6. Затем, после этого полоща шаг, тщательно удалить фильтр из блока вакуумной фильтрации, хранить фильтры забора проб в кислоты промывают, предварительно взвешенный акрилового пластика Петри и запечатать в закрывающейся пластиковые мешки. Держите мешки в морозильной камере-20 градусов на борту до возвращения обратно в лабораторию на суше для дальнейшего анализа предварительной обработки и химических проб.

3. пример лечения

  1. Замораживание сушки и пищеварение частиц
    1. Установите фильтры с образцами частиц в коллектор камеру Плаурайта машины и включите машину. Как машина температура достигает 40 ° C, включите вакуумный насос машины и начать процессы сушки замораживанием.
      Примечание: Уровень вакуума следует неуклонно ниже 0.12 мбар. Пожалуйста, внимательно прочтите руководство пользователя и следуйте рекомендациям изготовителя для каждого шага.
    2. После 72 ч выключите Плаурайта машину, удалить сухие фильтры и взвесить их. Затем место сухих образцов фильтров в предварительно весил perfluoroalkoxy алканов (PFA) сосуды (емкостью 60 мл) и добавить 3 мл концентрированной сверхчистого азотной кислоты в сосуды2,3,6,7.
    3. Затяните судов динамометрическим ключом к постоянный крутящий момент 2,5 кг-м и место судов в обычной духовке при 130 ° C на 12 ч для первой последовательности пищеварение. После охлаждения, удалите судов из духовки, открыть судов и добавить 2 мл сверхчистого плавиковой кислоты в сосуды2,3,6,7.
    4. Затяните судов с крутящим моментом 2,5 кг м и место судов в обычной духовке при 130 ° C для 12 h, который является второй последовательности пищеварение. После охлаждения, откройте судов и добавьте 16 мл раствора 4,5% ультра-чистой борной кислоты в сосуды2,3,6,7.
    5. Затяните судов на постоянный крутящий момент 2,5 кг-м и усвоить образцы в духовке при 130 ° C в течение 12 ч для окончательного пищеварение последовательности. После охлаждения, весят каждое судно и определить окончательный массы и удельная масса каждого переваривается решения произвести окончательный digestant тома.
      Примечание: Удельная масса определяется путем измерения веса точно 1,00 мл digestant.
    6. Осторожно наливайте digestant в 30 мл кислоты очищенные PE бутылки для дальнейшего анализа металла трассировки.
  2. Металлический анализ трассировки
    1. Определение трассировки концентрации металлов (Cd, Cu, Fe, Mn, Ni и Аль) в переваривается решения частиц с помощью графит печи атомно-абсорбционный спектрометр (ААС)6.
    2. Как тест точность, использовать сертифицированные справочные материалы (CRM), например морских отложений справочные материалы из национального исследовательский совет Канады, отложениях эстуария стандартных справочных материалов от национального института стандартов и технологии США и планктона справочный материал от науки и знаний службы Европейской Комиссии. Этот процесс дает 95-107% восстановления аттестованного значения для микроконцентрации металлов в CRM.

Результаты

С развитием современной океанографии, это теперь обычной практикой для использования «чистые технологии» для получения точных трассировки концентрации металлов в морской частиц или планктона. Поскольку большинство частиц в природных водах находятся в низких мг/Л в ...

Обсуждение

Получение надежных трассировки концентрации металлов на планктон и взвешенных частиц в природных водах, которые обычно присутствуют в очень низких концентрациях, требует большой осторожности во время сбора, обработки, взрывоопасностью и анализа, с целью снижение загрязнения. Таким о?...

Раскрытие информации

Соавтор, г-н Алан Chuang является патент совладелец и Генеральный менеджер компании (китайско инструментов Co., Ltd.), который изготовлен аппарат этой коллекции для заинтересованных пользователей. Патента закончился в мае 9тыс, 2015-12.

Благодарности

Авторы благодарят Мисс Pi-Fen Лин, г-н Вэй-Lung Tseng, мисс Лин и Пэй-Сюань и доктор Цзя-Лу Чуань за их помощь в области отбора и анализа лаборатории практической разработки и применения «CATNET.» Помощь членов экипажа и техник на борту исследовательского судна океанических исследований-I и морские исследования-II во время экспедиций выборки с благодарностью. Эта работа частично поддержали Тайваня министерства науки и технологии предоставляет 91-2611-М-002-007, 95-2611-М-002-009, 96-2611-М-002-004, 97-3114-M-002-006, 104-2611-М-002-019. Эта рукопись написана в память о Мисс Вэнь-проповедовавший ли ее огромную самоотверженность и вклад морских исследований в Тайване.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
thermoplastic elastomer (C-Flex) TubingsCole PalmerEW-06424-67O.D. 0.635 cm, Opaque White 1/8"ID x 1/4"OD, 25 ft/pack
LDPE Bottle (Nalgene)ThermoFisher Scientific2103-0004125 mL, Nalgene Wide-Mouth LDPE Bottles with Closure
anionic protease enzyme detergent detergent (Tergazyme)Alconox1104-11×4 lb box (1.8 kg)
Hydrochloric AcidSigma-Aldrich258148Reagent grade
Nitric acidSigma-Aldrich695025Reagent grade
alkaline detergnet (Micro)Cole PalmerEW-99999-14Micro-90 Cleaning Solution
polycarbonate filter, 47 mm, 0.4 µmSigma-AldrichWHA111107Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 0.4 μm, polycarbonate
polycarbonate filter, 47 mm, 10 µmSigma-AldrichWHA111115Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 10 μm, polycarbonate
PFA vessel, 60 ml capacitySavillex300-060-0360 mL Digestion Vessel, Flat Interior, Flat Exterior, Buttress Threaded Top
Nitric acid, ultrapureSeastar ChemicalsN/ABASELINE Nitric Acid
HF, ultrapureSeastar ChemicalsN/ABASELINE Hydrofluoric Acid
Boric acid, ultrapureSeastar ChemicalsN/ABASELINE Hydrobromic Acid
polyethylene (PE) glovesSafty ZoneGDPL-MD-5Clear Powder Free Polyethylene Gloves
Multiple layer filtering and collecting deviceSino Instrumnets Co. Ltdnot availableMultiple layer filtering and collecting device, CATNET
10 um Nylon filters, NitexDynamic Aqua-Supply Ltd.NTX 10Nitex - Standard Widths (40 - 44 inches)
60 um Nylon filters, NitexDynamic Aqua-Supply Ltd.NTX 60Nitex - Standard Widths (40 - 44 inches)
150 um Nylon filters, NitexDynamic Aqua-Supply Ltd.NTX 150Nitex - Standard Widths (40 - 44 inches)
torque wrenchHalfords200238Halfords Professional Torque Wrench 8-60Nm
multi-bottle sampling array, RosetteGeneral OceanicsModel 1018Rosette Sampler
PTFE-coated sampling bottles, GO-FloGeneral Oceanics108020TGO-Flo water sampler teflon coated
Marine sediment reference materialsNational Research Council CanadaMESS-3
Estuarine sediment standard reference materialNational Institute of Standards and Technology1646a
Plankton reference materialThe European Commission's science and knowledge serviceCRM414

Ссылки

  1. Jeandel, C., et al. What did we learn about ocean particle dynamics in the GEOSECS-JGOFS era. Progr. Oceanogr. 133, 6-16 (2015).
  2. Lam, P., et al. Methods for analyzing the concentration and speciation of major and trace elements in marine particles. Progr. Oceanogr. 133, 32-42 (2015).
  3. Collier, R., Edmond, J. The trace element geochemistry of marine biogenic particulate matter. Progr. Oceanogr. 13, 113-199 (1984).
  4. Donat, J. R., Bruland, K. W., Steinnes, E., Salbu, B. Trace elements in the oceans. Trace Elements in Natural Waters. , 247-280 (1995).
  5. Wen, L. -. S., Santschi, P., Tang, D. Interaction between radioactively labeled colloids and natural particles: evidence for colloidal pumping. Geochim. Cosmochim. Ac. 61, 2867-2878 (1997).
  6. Wen, L. -. S., Warnken, K., Santschi, P. The role of organic carbon, iron, and aluminium oxyhydroxides as trace metal carriers: Comparison between the Trinity River and the Trinity River Estuary (Galveston Bay, Texas). Mar. Chem. 112, 20-37 (2008).
  7. Hurd, D., Spencer, D. Marine particles: analysis and characterization. American Geophysical Union. , (1991).
  8. Martin, J. H., Knauer, G. A. The elemental composition of plankton. Geochim. Cosmochim. Ac. 37, 1639-1653 (1973).
  9. Morel, F., Price, N. M. The biogeochemical cycles of trace metals in the oceans. Science. 300, 944-947 (2003).
  10. Ho, T. -. Y., et al. The elemental composition of some marine phytoplankton. J. Phycol. 39, 1145-1159 (2003).
  11. McDonnell, A., et al. The oceanographic toolbox for the collection of sinking and suspended marine particles. Prog. Oceanogr. 133, 17-31 (2015).
  12. Wen, L. -. S., Li, W. -. H., Zhuang, G. -. Z. . Multiple layer filtering and collecting device. , (2005).
  13. Ho, T. -. Y., Wen, L. -. S., You, C. -. F., Lee, D. -. C. The trace-metal composition of size fractionated plankton in the South China Sea: biotic versus abiotic sources. Limnol. Oceanogr. 52, 1776-1788 (2007).
  14. Hsu, R., Liu, J. In-situ estimations of the density and porosity of flocs of varying sizes in a submarine canyon. Mar. Geol. 276, 105-109 (2010).
  15. Liao, W. -. H., Yang, S. -. C., Ho, T. -. Y. Trace metal composition of size-fractionated plankton in the Western Philippine Sea: the impact of anthropogenic aerosol deposition. Limnol Oceanogr. , (2017).
  16. Grasshoff, K., Kremling, K., Ehrhardt, M. . Methods of seawater analysis. , (2007).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

134Net

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Исследования

Образование

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены