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

אנו מודים הקבוצה H.O.G. באוניברסיטת אריזונה לפיתוח מתודולוגיה הראשונית של הניסויים הידרותרמי ולאחר בפרט, אנו מודים גולד א, אי הלם, ויליאמס, Glein ג, ה הארטנט, ק' Fecteau, ק' רובינסון ו ג Bockisch, על שלהם הדרכה וסיוע מועיל. צ ' יאנג ואת X. Fu במימון קרנות הפעלה מאוניברסיטת אוקלנד צ ' יאנג.

1. מכינים את המדגם לניסוי הידרותרמי
<ol><li>לבחור את הגודל של קוורץ או סיליקה זכוכית צינורות, למשל, 2 מ מ הקוטר הפנימי (ID) x 6 מ"מ קוטר חיצוני (OD) או מזהה x 12 כמנת מ"מ, 6 מ"מ, לקבוע את הכמויות של תרכובות אורגניות ומינרלים לשימוש. בעבודה זאת, כמויות nitrobenzene ו מגנטיט (Fe3או4) כדי לטעון לתוך ה?...

<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>

במחקר זה, השתמשנו nitrobenzene עם מגנטיט המינרל כדוגמה כדי להדגים כיצד להעריך השפעות המינרלים על הידרותרמי תגובות אורגני. למרות הניסויים מתבצעים צינורות זכוכית קטנים סיליקה, התוצאות מאוד לשחזור שנצפו בניסויים מגנטיט, קרי, 30.3 ± 1.4% nitrobenzene גיור, שמצביע על היעילות והאמינות של זה פרוטוקול הידר?...

סביבות הידרותרמי (כלומר, התקשורת מימית טמפרטורה גבוהות ולחץ) הם בכל מקום על פני כדור הארץ. הכימיה הידרותרמי של תרכובות אורגניות ממלא תפקיד חיוני מגוון רחב של הגדרות גיאוכימיים, כגון אגנים משקע אורגני, מאגרי נפט2,1,3הביוספרה עמוק. קרבון טבעי המרות במערכות הידרותרמי מתרחשים לא רק בינוני מימית טהור אלא גם עם חומרים אנאורגניים מומסים או מוצק, כגון כדור הארץ-שפע מינרלים. מינרלים נמצאו להשפיע באופן דרמטי, באופן סלקטיבי את תגובתיות הידרותרמי תרכובות אורגניות שונות,4,1,5 , אבל כיצד לזהות את ההשפעות מינרלים במערכות מורכבות הידרותרמי עדיין נותר כאתגר. מטרתו של מחקר זה היא לספק פרוטוקול נסיוני יחסית פשוטה ללמוד השפעות המינרלים על הידרותרמי תגובות אורגני.
המחקרים במעבדה של תגובות הידרותרמי להשתמש באופן מסורתי כורים חזקים עשויות זהב, טיטניום או נירוסטה6,7,8,9. לדוגמה, שקיות זהב או כמוסות בחיוב שימשו, בגלל גולד הוא גמיש, היא מאפשרת את הלחץ הדגימה להיות נשלט על ידי מתאים לחץ מים חיצונית, אשר מונע יצירת שלב אדים בתוך המדגם. עם זאת, הכורים האלה יקרים, יכולה להיות קשורה אפקטים קטליטי מתכת פוטנציאליים10. לכן, זה הכרחי כדי למצוא שיטה חלופית עם עלות נמוכה אבל גבוהה אמינות עבור ניסויים הידרותרמי אלו.
בשנים האחרונות, התגובה צינורות זכוכית קוורץ או סיליקה fused הוחלו בתדירות גבוהה יותר על ניסויים הידרותרמי11,12,13. לעומת זהב יקר או טיטניום, זכוכית קוורץ או סיליקה הוא זול אבל גם החומר חזק. וחשוב מכך, קוורץ צינורות הראו אפקטים קטליטי קטן, יכול להיות גם אינרטי כמו זהב עבור תגובות הידרותרמי11,14. ב פרוטוקול זה, אנו מתארים שיטה כללית עבור ניסויים בקנה מידה קטן הידרותרמי אורגני-מינרליים צינורות בעובי דופן סיליקה. אנו מציגים את הניסוי דוגמה באמצעות תרכובת מודל (קרי: nitrobenzene), בהעדר הנוכחות/מינרל תחמוצת ברזל (קרי, מגנטיט) בפתרון הידרותרמי 150 ° C, כדי להראות את אפקט מינרליים, כמו גם כדי להדגים יעילותה של שיטה זו.

<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

אורגנית-מינרליים אינטראקציות נרחב מתרחשים בסביבות הידרותרמי, כגון מעיינות חמים, גייזרים ביבשה, וגם האוורור הידרותרמי באוקיינוס העמוק. תפקידים של מינרלים חיוניים רבים הידרותרמי תהליכים גיאוכימיים אורגני. מתודולוגיה הידרותרמי מסורתית, הכוללת באמצעות כורים עשוי זהב, טיטניום, פלטינה או מפלדת, מזוהה בדרך כלל עם עלות גבוהה או תופעות קטליטי מתכת. לאחרונה, יש נטייה גוברת לשימוש חסכוני ואדישה קוורץ או סיליקה fused זכוכית צינורות בניסויים הידרותרמי. כאן, אנו מספקים פרוטוקול אורגני-מינרליים לניסיונות הידרותרמי צינורות סיליקה, נתאר את הצעדים החיוניים הכנת הדוגמא, הגדרת הניסוי, מוצרים ההפרדה, ולאחר ניתוח כמותי. אנחנו גם להדגים ניסוי בעזרת תרכובת אורגנית מודל, nitrobenzene, להראות את ההשפעה של מינרל המכיל ברזל, מגנטיט, על והשפלות שלו תחת תנאי הידרותרמי ספציפי. טכניקה זו ניתן להחיל ללמוד לאינטרקציות מורכבות אורגני-מינרליים הידרותרמי במערכת מעבדה פשוטות יחסית.

כדי להדגים כיצד להשתמש בשיטה זו כדי ללמוד הידרותרמי האינטראקציות אורגניות-מינרליים, בניסוי פשוט באמצעות מודל של המתחם, nitrobenzene, שנערך עם מינרלים מגנטיט (Fe3או4)-מצב הידרותרמי של 150 ° C ו- 5 ברים כבר שעתיים. כדי להציג את אפקט מינרלי, ניסוי של nitrobenzene ללא מינרל בוצעה גם...

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

הארץ-שפע מינרלים לשחק תפקידים חשובים הידרותרמי המערכות הטבעיות. כאן, אנו מתארים שיטה אמינה וחסכונית עבור חקירה ניסויית של האינטראקציות אורגניות-מינרליים בתנאים הידרותרמי.

טיפול נסיוני לומד השפעות המינרלים על העתקות הידרותרמי אורגני

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

פרוטוקול ניסוי להטרוגניות קרקע מושרה צמח מניפולציה

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

הערכה משולבת אנאירובי העיכול והידרותרמיים פחום ליואנרגיה הפקה

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

היכרות האפקטים של האטמוספרה Forcings באידוי: שילוב ניסיוני של שכבת האטמוספרה הגבול ומתחת לפני קרקע רדודה

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

פרוטוקול ניסויי עבור ייצור ביודיזל עם בידוד של Alkenones כמו קו-מכפלה מ מסחרי<em&gt; Isochrysis</em&gt; ביומסה אצות

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

פרוטוקול הניסוי לזיהוי<em&gt; כחוליות</em&gt; בדגימות נוזלים ומוצקים עם צ&#39;יפ Microarray נוגדן

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

פרוטוקול עבור דגימת חלקיקים על פני הים וניתוח לדוגמא

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

פרוטוקול להערכת ההשפעות היחסי של גנטיקה וסביבה על הצבי וצמיחה הגוף עבור Cervid חיים ארוכים

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

להגדרת הטור ניסיוני ללמוד אנאירובית Biogeochemical אינטראקציות בין והידרוקסידים ברזל (אוקסי), יסודות קורט, חיידקים

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

אוסף והפקת האוויר תעסוקתית דוגמאות לניתוח של DNA פטרייתי

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

פרוטוקול ניסיוני לזיהוי תפקוד מיטוכונדריאלי בהפטוציטים שנחשפו לחומרי הדברה אורגנוכלורין

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