Name: an experimental protocol for studying mineral effects on organic hydrothermal transformations
Uploaded: 2018-08-08T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations at JoVE.com

Vi takker gruppen hog ved Arizona State University for at udvikle den første metode af disse hydrotermiske eksperimenter, og navnlig, vi takker I. Gould, E. chok, L. Williams, C. Glein, H. Hartnett, K. Fecteau, K. Robinson og C. Bockisch, for deres vejledning og nyttig bistand. Z. Yang og X. Fu blev finansieret af startup midler fra Oakland Universitet til Z. Yang.

1. forberede hydrotermiske eksperiment til prøven
<ol><li>Vælge størrelsen af kvarts eller silica glasrør, fx 2 mm indre diameter (ID) x 6 mm ydre diameter (OD) eller 6 mm ID x 12 mm OD, og bestemme mængderne af organiske forbindelser og mineraler til at bruge. I dette arbejde er nitrobenzen og magnetit (Fe3O4) at indlæse i silica tube (f.eks. 2 mm ID x 6 mm OD) 3,0 µL og 13,9 mg, henholdsvis. Bemærk: Stor diameter rør giver mulighed for lettere at læsse af materiale...

<ol>
	<li>Yang, Z., Gould, I. R., Williams, L. B., Hartnett, H. E., Shock, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+iron-containing+minerals+on+hydrothermal+reactions+of+ketones.">Effects of iron-containing minerals on hydrothermal reactions of ketones.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 223, 107-126 (2018).</li><li>Seewald, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic-inorganic+interactions+in+petroleum-producing+sedimentary+basins.">Organic-inorganic interactions in petroleum-producing sedimentary basins.</a> Nature. 426 (6964), 327-333 (2003).</li><li>Sogin, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbial+diversity+in+the+deep+sea+and+the+underexplored+"rare+biosphere".">Microbial diversity in the deep sea and the underexplored "rare biosphere".</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (32), 12115 (2006).</li><li>McCollom, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laboratory+Simulations+of+Abiotic+Hydrocarbon+Formation+in+Earth's+Deep+Subsurface.">Laboratory Simulations of Abiotic Hydrocarbon Formation in Earth's Deep Subsurface.</a> Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 75 (1), 467-494 (2013).</li><li>Foustoukos, D. I., Seyfried, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrocarbons+in+Hydrothermal+Vent+Fluids:+The+Role+of+Chromium-Bearing+Catalysts.">Hydrocarbons in Hydrothermal Vent Fluids: The Role of Chromium-Bearing Catalysts.</a> Science. 304 (5673), 1002 (2004).</li><li>Bell, J. L. S., Palmer, D. A., Pittman, E. D., Lewan, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=10.1007/978-3-642-78356-2_9.">10.1007/978-3-642-78356-2_9.</a> Organic Acids in Geological Processes. , 226-269 (1994).</li><li>Palmer, D. A., Drummond, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+decarboxylation+of+acetate.+Part+I.+The+kinetics+and+mechanism+of+reaction+in+aqueous+solution.">Thermal decarboxylation of acetate. Part I. The kinetics and mechanism of reaction in aqueous solution.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 50 (5), 813-823 (1986).</li><li>Yang, Z., Gould, I. R., Williams, L. B., Hartnett, H. E., Shock, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+central+role+of+ketones+in+reversible+and+irreversible+hydrothermal+organic+functional+group+transformations.">The central role of ketones in reversible and irreversible hydrothermal organic functional group transformations.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 98, 48-65 (2012).</li><li>McCollom, T. M., Ritter, G., Simoneit, B. R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipid+Synthesis+Under+Hydrothermal+Conditions+by+Fischer-+Tropsch-Type+Reactions.">Lipid Synthesis Under Hydrothermal Conditions by Fischer- Tropsch-Type Reactions.</a> Origins of life and evolution of the biosphere. 29 (2), 153-166 (1999).</li><li>Bell, J. L. S., Palmer, D. A., Barnes, H. L., Drummond, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+decomposition+of+acetate:+III.+Catalysis+by+mineral+surfaces.">Thermal decomposition of acetate: III. Catalysis by mineral surfaces.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 58 (19), 4155-4177 (1994).</li><li>Yang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+Photochemistry+as+a+Mechanistic+Tool+in+Organic+Geochemistry:+The+Chemistry+of+Dibenzyl+Ketone.">Hydrothermal Photochemistry as a Mechanistic Tool in Organic Geochemistry: The Chemistry of Dibenzyl Ketone.</a> The Journal of Organic Chemistry. 79 (17), 7861-7871 (2014).</li><li>Yang, Z., Hartnett, H. E., Shock, E. L., Gould, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic+Oxidations+Using+Geomimicry.">Organic Oxidations Using Geomimicry.</a> The Journal of Organic Chemistry. 80 (24), 12159-12165 (2015).</li><li>Venturi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mineral-assisted+production+of+benzene+under+hydrothermal+conditions:+Insights+from+experimental+studies+on+C6+cyclic+hydrocarbons.">Mineral-assisted production of benzene under hydrothermal conditions: Insights from experimental studies on C6 cyclic hydrocarbons.</a> Journal of Volcanology and Geothermal Research. 346, 21-27 (2017).</li><li>Lemke, K. H., Rosenbauer, R. J., Bird, D. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptide+Synthesis+in+Early+Earth+Hydrothermal+Systems.">Peptide Synthesis in Early Earth Hydrothermal Systems.</a> Astrobiology. 9 (2), 141-146 (2009).</li><li>Byrappa, K., Yoshimura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Hydrothermal Technology. , (2001).</li><li>Johnson, J. W., Oelkers, E. H., Helgeson, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SUPCRT92:+A+software+package+for+calculating+the+standard+molal+thermodynamic+properties+of+minerals,+gases,+aqueous+species,+and+reactions+from+1+to+5000+bar+and+0+to+1000&#176;C.">SUPCRT92: A software package for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases, aqueous species, and reactions from 1 to 5000 bar and 0 to 1000&#176;C.</a> Computers &amp; Geosciences. 18 (7), 899-947 (1992).</li></ol>

I denne undersøgelse brugte vi nitrobenzen med mineral magnetit som et eksempel for at demonstrere, hvordan evaluere mineral effekter på hydrotermiske organiske reaktioner. Selvom forsøgene er udført i små silica glasrør, er højt reproducerbare resultater observeret i magnetit eksperimenter, dvs 30.3 ± 1,4% i nitrobenzen konvertering, som tyder på effektiviteten og pålideligheden af dette hydrotermiske protokol. I no-mineral eksperimenter er konverteringen af nitrobenzen 5,2 ± 2,1%, som viser en laver...

Hydrotermiske miljøer (dvs., vandige medier ved forhøjede temperaturer og tryk) er allestedsnærværende på jorden. Hydrotermiske kemien af organiske forbindelser spiller en væsentlig rolle i en bred vifte af geokemiske indstillinger, såsom økologisk sedimentære bassiner, olie reservoirer og dyb biosfæren1,2,3. Organisk kulstof transformationer i hydrotermiske systemer forekommer ikke kun i ren vandigt medium men også med opløst eller fast uorganiske materialer, såsom jorden-rigelige mineraler. Mineraler er blevet fundet at dramatisk og selektivt påvirke hydrotermiske reaktiviteten af forskellige organiske forbindelser,1,4,5 , men hvor hen til identificere de mineralske effekter i komplekse hydrotermiske systemer stadig som en udfordring. Målet med denne undersøgelse er at give en relativt simpel forsøgsplan for at studere mineral effekter på hydrotermiske organiske reaktioner.
Laboratorieundersøgelser af hydrotermiske reaktioner bruger traditionelt robust reaktorer, der er lavet af guld, titanium eller rustfrit stål6,7,8,9. For eksempel, har guld poser eller kapsler været positivt brugt, fordi guld er fleksibel, og det giver prøve pres at være kontrolleret af presse vand eksternt, som undgår at generere en vapor fase inden prøven. Men disse reaktorer er dyre og kan være forbundet med potentielle metal katalytiske effekter10. Derfor er det bydende nødvendigt at finde en alternativ metode med lave omkostninger, men høj pålidelighed for disse hydrotermiske eksperimenter.
I de seneste år, er reaktion rør lavet af kvarts eller smeltet silica glas blevet hyppigere anvendt til hydrotermiske eksperimenter11,12,13. Sammenlignet med dyrebare guld eller titanium, er kvarts eller silica glas betydeligt billigere, men også den stærkt materiale. Endnu vigtigere, kvarts rør har vist lidt katalytiske effekter og kan være så inaktiv som guld for hydrotermiske reaktioner11,14. I denne protokol beskriver vi en generel metode til at foretage små hydrotermiske økologisk-mineral eksperimenter i tykvæggede silica rør. Vi præsenterer et eksempel eksperiment ved hjælp af en model sammensatte (dvs., nitrobenzen) i tilstedeværelse eller mangler et jernoxid mineral (dvs. magnetit) i en 150 ° C hydrotermiske løsning, for at vise den mineralske effekt, samt for at påvise de effektiviteten af denne metode.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Chemicals:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BDH23373.400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dodecane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>297879</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrobenzene</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>252379</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fe2O3</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>310050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fe3O4</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>637106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Supplies:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica tube</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>WELCH</td>
			<td>2546B-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum line</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Hewlett Packard</td>
			<td>5890</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple</td>
			<td>BENETECH</td>
			<td>GM1312</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas chromatography</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>7820A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an experimental protocol for studying mineral effects on organic hydrothermal transformations

Organisk-mineral interaktioner forekommer almindeligt i hydrotermiske miljøer, såsom varme kilder, gejsere på land, og de hydrotermiske væld i det dybe hav. Roller af mineraler er kritisk i mange hydrotermiske økologisk geokemiske processer. Traditionelle hydrotermiske metode, som omfatter brug af reaktorer lavet af guld, titanium, platin eller rustfrit stål, er normalt forbundet med store omkostninger eller uønskede metal katalytiske effekter. For nylig, er der en stigende tendens til ved hjælp af de omkostningseffektive og inert kvarts eller smeltet silica glasrør i hydrotermiske eksperimenter. Her, vi leverer en protokol for at udføre økologisk-mineral hydrotermiske eksperimenter i kvarts rør, og vi beskriver de væsentlige skridt i prøveforberedelse, eksperimentel opsætning, produkter adskillelse og kvantitativ analyse. Vi viser også et eksperiment ved hjælp af en model organisk forbindelse, nitrobenzen, for at vise effekten af en jern-holdige mineral, magnetit, på dets nedbrydning under en bestemt hydrotermiske tilstand. Denne teknik kan anvendes til at studere komplekse organiske mineralsk hydrotermiske interaktion i et relativt simpelt laboratorium system.

For at demonstrere, hvordan at bruge denne fremgangsmåde til at studere hydrotermiske økologisk-mineral interaktioner, et simpelt eksperiment ved hjælp af en model sammensatte, blev nitrobenzen, gennemført med mineral magnetit (Fe3O4) på en hydrotermiske tilstand på 150 ° C og 5 barer i 2 timer. For at vise den mineralske effekt, blev et eksperiment af nitrobenzen uden mineralske også udført under samme hydrotermiske tilstand. Som vist i <strong class="xfig"...

Watch this Scientific Journal Video about An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations at JoVE.com

An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations

Jorden-rigelige mineraler spiller en vigtig rolle i de naturlige hydrotermiske systemer. Her, beskriver vi en pålidelig og omkostningseffektiv metode til eksperimentel undersøgelse af økologisk-mineral interaktioner hydrotermiske betingelser.

En forsøgsplan for at studere Mineral effekter på økologisk hydrotermiske transformationer

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the ...

Research

JoVE Journal

Environment

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Eksperimentel protokol til at manipulere Plant-induceret Soil Heterogenitet

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production

Evaluering af integreret anaerob nedbrydning og Hydrotermisk forkulning til bioenergiproduktion

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal ...

Exploring the Effects of Atmospheric Forcings on Evaporation: Experimental Integration of the Atmospheric Boundary Layer and Shallow Subsurface

Udforskning virkningerne af Atmosfæriske Drivkræfter på Fordampning: Eksperimentel Integration af det atmosfæriske grænselag og Shallow Subsurface

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study ...

Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass

Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass

Eksperimentel Protokol for Biodiesel Production med Isolering af Alkenones som sam-produkter fra Commercial<em&gt; Isochrysis</em&gt; Algebiomassen

The need to replace petroleum fuels with alternatives from renewable and more environmentally sustainable sources is of growing importance. ...

Experimental Protocol for Detecting Cyanobacteria in Liquid and Solid Samples with an Antibody Microarray Chip

Experimental Protocol for Detecting Cyanobacteria in Liquid and Solid Samples with an Antibody Microarray Chip

Eksperimentel protokol til påvisning<em&gt; Cyanobakterier</em&gt; I flydende og faste Prøver med et antistof mikroarraychippen

Global warming and eutrophication make some aquatic ecosystems behave as true bioreactors that trigger rapid and massive cyanobacterial growth; this has ...

Protocol for Microplastics Sampling on the Sea Surface and Sample Analysis

Protokol for Microplastics Sampling på havoverfladen og Sample Analysis

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of ...

Protocol for Assessing the Relative Effects of Environment and Genetics on Antler and Body Growth for a Long-lived Cervid

Protokol for at vurdere de Relative virkninger af miljø og Genetik på gevir og krop vækst for en langlivede Cervid

Cervid phenotype can be placed into one of two categories: efficiency, which promotes survival over extravagant morphometric growth, and luxury, which ...

Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron (Oxy)Hydroxides, Trace Elements, and Bacteria

Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron OxyHydroxides, Trace Elements, and Bacteria

Eksperimentelle kolonne Setup for at studere anaerob biogeokemiske interaktioner mellem jernhydroxider (Oxy), sporstoffer og bakterier

Fate and speciation of trace elements (TEs), such as arsenic (As) and mercury (Hg), in aquifers are closely related to physio-chemical conditions, such as ...

Collection and Extraction of Occupational Air Samples for Analysis of Fungal DNA

Kollektion og udvinding af erhvervsmæssig Luftprøver til analyse af svampe DNA

Traditional methods of identifying fungal exposures in occupational environments, such as culture and microscopy-based approaches, have several ...

Experimental Protocol for Detecting Mitochondrial Function in Hepatocytes Exposed to Organochlorine Pesticides

Eksperimentel protokol til påvisning af mitokondriel funktion i hepatocytter udsat for organochlorpe pesticider

This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function for a better understanding the cause of metabolic disorders caused by ...