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

Wij danken de H.O.G. groep aan de Arizona State University voor de ontwikkeling van de eerste methode van deze hydrothermale experimenten, en in het bijzonder, wij I. Gould, E. Shock, L. Williams, C. Glein, H. Hartnett, K. Fecteau, K. Robinson en C. Bockisch, danken voor hun begeleiding en nuttige hulp. Z. Yang en X. Fu werden gefinancierd door opstarten middelen van Oakland universiteit naar Z. Yang.

1. Prepareer het monster hydrothermale Experiment
<ol><li>Kies de grootte van het kwarts of silica glazen buizen, bijvoorbeeld 2 mm binnendiameter (ID) x 6 mm buitendiameter (OD) of 6 mm ID x 12 mm OD, en bepalen van de hoeveelheid organische stoffen en mineralen te gebruiken. In dit werk zijn de bedragen van nitrobenzeen en magnetiet (Fe3O4) te laden in de buis van de silica (bijvoorbeeld 2 mm ID x 6 mm OD) 3.0 µL en 13.9 mg, respectievelijk. Opmerking: De grote diameter bui...

<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>

In deze studie, we gebruikten nitrobenzeen met minerale magnetiet als een voorbeeld om aan te tonen hoe te te evalueren van minerale effecten op hydrothermale organische reacties. Hoewel de experimenten zijn uitgevoerd in kleine silica glazen buizen, worden zeer reproduceerbare resultaten waargenomen in de magnetiet experimenten, dat wil zeggen, 30.3 ± 1,4% in nitrobenzeen conversie, waarin wordt voorgesteld de doeltreffendheid en de betrouwbaarheid van dit hydrothermale protocol. In de neen-mineraal-experiment...

Hydrothermale omgevingen (d.w.z., waterige media bij verhoogde temperatuur en druk) zijn alomtegenwoordig op aarde. De hydrothermale chemie van organische stoffen speelt een essentiële rol in een breed scala van geochemische instellingen, zoals biologische sedimentaire bekkens, aardolie reservoirs, en de diepe biosfeer1,2,3. Organische koolstof transformaties in hydrothermale systemen optreden niet alleen in zuiver waterig medium maar ook met opgeloste of vaste anorganische materialen, zoals aarde-overvloedig mineralen. Mineralen zijn bevonden om te dramatisch en selectief beïnvloeden de hydrothermale reactiviteit van diverse organische verbindingen,1,4,5 maar hoe effecten te kunnen identificeren de minerale in complexe hydrothermale systemen nog steeds als een uitdaging. Het doel van deze studie is bedoeld als een relatief eenvoudige experimenteel protocol voor het bestuderen van minerale effecten op hydrothermale organische reacties.
Het laboratoriumonderzoek van hydrothermale reacties gebruiken traditioneel robuuste reactoren die zijn gemaakt van goud, titanium of roestvrij staal6,,7,,8,9. Bijvoorbeeld, gouden zakken of capsules zijn gunstig gebruikt, omdat goud flexibel is, en het laat de druk van de steekproef te worden gecontroleerd door Drukbehandeling water extern, die vermijdt het genereren van een fase van de damp in het monster. Echter, deze reactoren zijn duur en kunnen gepaard gaan met potentiële metalen katalytische effecten10. Vandaar, is het noodzakelijk om te vinden van een alternatieve methode met goedkope maar hoge betrouwbaarheid voor deze hydrothermale experimenten.
In de afgelopen jaren zijn reactie buizen gemaakt van kwarts of gesmolten siliciumdioxide glas vaker toegepast op hydrothermale experimenten11,12,13. Vergeleken met kostbare goud of titanium, is kwarts of silica glas aanzienlijk goedkoper, maar ook het sterke materiaal. Nog belangrijker, kwarts buizen hebben aangetoond dat kleine katalytische effecten en kunnen zo inert als goud voor de hydrothermale reacties11,14. In dit protocol beschrijven we een algemene methode voor het uitvoeren van kleinschalige hydrothermale organische-minerale experimenten in silica Dikwandige buizen. Presenteren we een voorbeeld-experiment met behulp van een model-compound (dat wil zeggen, nitrobenzeen) in de aanwezigheid/afwezigheid van een mineraal ijzer-oxide (dat wil zeggen, magnesiet) een hydrothermale oplossing van 150 ° C, om aan te tonen het minerale effect, ook wat betreft tonen de effectiviteit van deze methode.

<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

Organische-minerale interacties zijn algemeen voorkomende in hydrothermale omgevingen, zoals warmwaterbronnen, geisers op het land, en de hydrothermale bronnen in de diepe oceaan. Rollen van mineralen zijn kritisch in veel hydrothermische organische geochemische processen. Traditionele hydrothermale methodologie, waaronder het gebruik van reactoren gemaakt van goud, titanium, platina of roestvrij staal, wordt meestal geassocieerd met de hoge kosten of ongewenste metalen katalytische effecten. Onlangs, is er een groeiende tendens voor het gebruik van de voordelige en inert kwarts of gesmolten siliciumdioxide glazen buizen in hydrothermale experimenten. Hier bieden wij een protocol voor het uitvoeren van organische-minerale hydrothermale experimenten in silica buizen, en we beschrijven de essentiële stappen in de bereiding van de monsters, experimentele opzet producten scheiding en kwantitatieve analyse. We tonen ook een experiment met behulp van een model organische verbinding, nitrobenzeen, om te laten zien van het effect van een ijzer-bevattende minerale, magnetiet, op haar afbraak onder een specifieke hydrothermale voorwaarde. Deze techniek kan worden toegepast om te bestuderen van complexe organische-minerale hydrothermale interacties in een relatief eenvoudige laboratorium-systeem.

Om aan te tonen hoe met deze aanpak studie hydrothermale organische-minerale interacties, een eenvoudig experiment met behulp van een samengestelde model, werd nitrobenzeen, uitgevoerd met minerale magnetiet (Fe3O4) een hydrothermale conditie van 150 ° C en 5 bars voor 2 h. Om aan te tonen het minerale effect, was een experiment van nitrobenzeen zonder minerale ook uitgevoerd onder dezelfde hydrothermale voorwaarde. Zoals blijkt uit Figuur 1a</s...

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

Aarde-overvloedig mineralen een belangrijke rol spelen in de natuurlijke hydrothermale systemen. Hier beschrijven we een betrouwbare en kosteneffectieve methode voor het experimentele onderzoek van organische-minerale interacties hydrothermale voorwaarden.

Een experimenteel Protocol voor het bestuderen van minerale effecten op biologische hydrothermale transformaties

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

Experimenteel protocol voor het manipuleren van Plant-geïnduceerde bodemheterogeniteit

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

Evaluatie van de geïntegreerde anaërobe vergisting en Hydrothermal Carbonisatie voor bio-

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

Het verkennen van de gevolgen van atmosferische forcering bij verdamping: Experimentele Integratie van de atmosferische grenslaag en ondiepe ondergrond

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

Experimenteel protocol voor de productie van biodiesel met Isolatie van Alkenones als coproducten van Commercial<em&gt; Isochrysis</em&gt; Algenbiomassa

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

Experimenteel protocol voor het opsporen<em&gt; Cyanobacteriën</em&gt; In vloeibare en vaste monsters met een antilichaam Microarray Chip

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

Protocol voor microplastics bemonstering op het zeeoppervlak en 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

Protocol voor het beoordelen van de relatieve effecten van milieu en genetica op gewei en lichaam groei voor een langlevende 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

Experimentele kolominstelling voor het bestuderen van anaërobe biogeochemische interacties tussen ijzer (Oxy) hydroxiden, sporenelementen en bacteriën

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

Collectie en extractie van beroepsmatige Air monsters voor analyse van schimmel 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

Experimenteel protocol voor het opsporen van mitochondriale functie in Hepatocyten Blootgesteld aan Organochloor pesticiden

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