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 å utvikle innledende metodikken disse hydrotermal eksperimenter, og spesielt vi takker I. Gould, E. sjokk, L. Williams, C. Glein, H. Hartnett, K. Fecteau, K. Robinson og C. Bockisch, for deres veiledning og nyttig hjelp. Yang Z. og X. Fu ble finansiert av oppstart midler fra Oakland University til Yang Z..

1. klargjør prøven hydrotermal eksperimentet
<ol><li>Velg størrelsen på kvarts eller silica glass rør, f.eks 2 mm indre diameter (ID) x 6 mm ytre diameter (OD) eller 6 mm ID x 12 mm OD, og bestemme beløpene av organiske forbindelser og mineraler til. I dette arbeidet er mengden nitrobenzene og magnetitt (Fe3O4) å laste inn silica røret (f.eks 2 mm ID x 6 mm OD) 3.0 µL og 13.9 mg, henholdsvis. Merk: Stor diameter rør gir enklere lasting av materialet, men krever mer i...

<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 studien brukte vi nitrobenzene med mineral magnetitt som et eksempel å evaluere mineral effekter på hydrotermal organisk reaksjoner. Selv om eksperimenter er gjennomført i små silica glass rør, er svært reproduserbar resultater observert i magnetitt eksperimentene, dvs. 30,3 ± 1,4% i nitrobenzene konvertering, noe som antyder effektiviteten og påliteligheten til dette hydrotermal protokollen. I no-mineral eksperimentene er konvertering av nitrobenzene 5,2 ± 2,1%, som viser en lavere reproduserba...

Hydrotermal miljøer (dvs., vandige media ved høye temperaturer og press) er allestedsnærværende på jorden. Hydrotermal kjemi av organiske forbindelser spiller en viktig rolle i en rekke geokjemiske innstillinger, for eksempel organiske sedimentære bassenger, petroleum reservoarer og den dype biosfære1,2,3. Organisk karbon transformasjoner i hydrotermal systemer skjer ikke bare i ren vandig medium men også med oppløst eller solid uorganiske materialer som jorden-rike mineraler. Mineraler har blitt funnet å dramatisk og selektivt påvirke hydrotermal reaktivitet av ulike organiske forbindelser,1,4,5 , men hvordan å identifisere mineral effektene i komplekse hydrotermal systemer fortsatt som en utfordring. Målet med denne studien er å gi en relativt enkel eksperimentelle protokoll for å studere mineral effekter på hydrotermal organisk reaksjoner.
Laboratoriestudier av hydrotermal reaksjoner bruk tradisjonelt robust reaktorer som er laget av gull, Titan eller rustfritt stål6,7,8,9. For eksempel gull poser eller kapsler gunstig blir brukt fordi gull er fleksible, og det kan prøve trykket skal styres av pressurizing vann eksternt, som unngår genererer en damp fase i utvalget. Men disse reaktorene er dyre og kan knyttes til potensielle katalytisk metalleffekter10. Derfor er det viktig å finne en alternativ metode med lav pris, men høy pålitelighet for disse hydrotermal eksperimenter.
De siste årene, er reaksjon rør laget av kvarts eller smeltet silica glass oftere brukt på hydrotermal eksperimenter11,12,13. Sammenlignet med edelt gull eller Titan, er kvarts eller silica glass betydelig billigere, men også sterke materialet. Enda viktigere, kvartsrør har vist liten katalytisk effekter og kan være så inert som gull for hydrotermal reaksjoner11,14. I denne protokollen beskriver vi en generell metode for å drive småskala hydrotermal organisk-mineral eksperimenter i tykke vegger silica rør. Vi presenterer et eksempel eksperiment med en modell sammensatt (dvs. nitrobenzene) i tilstedeværelse/fravær av et jernoksid mineral (dvs. magnetitt) i en 150 ° C hydrotermal løsning, for å vise mineral effekten, så vel som for å demonstrere den effektiviteten av denne metoden.

<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 interaksjoner oppstår mye i hydrotermal miljøer som hot springs, geysers på land og hydrotermal åpningene i dyphavet. Rollene til mineraler er avgjørende i mange hydrotermal organisk geokjemiske prosesser. Tradisjonelle hydrotermal metodikk som inkluderer bruk av reaktorer laget av gull, Titan, platina eller rustfritt stål, er vanligvis forbundet med høye kostnader eller uønsket katalytisk metalleffekter. Nylig, det er en økende tendens til å bruke de kostnadseffektive og inert kvarts eller smeltet silica glass rør hydrotermal eksperimenter. Her gir vi en protokoll for utføre organisk-mineral hydrotermal eksperimenter i silica rør, og vi beskriver grunnleggende trinnene i prøven forberedelse, eksperimentelle oppsett, produkter separasjon og kvantitativ analyse. Vi viser også et eksperiment med en modell organiske forbindelser, nitrobenzene, vise effekten av en jern mineral, magnetitt, på sin fornedrelse under en bestemt hydrotermal tilstand. Denne teknikken kan brukes for å studere komplekse organiske-mineral hydrotermal interaksjoner i en relativt enkel laboratoriesystem.

For å demonstrere hvordan bruke denne tilnærmingen for å studere hydrotermal organisk-mineral interaksjoner, et enkelt eksperiment med en modell sammensatte, ble nitrobenzene, gjennomført med mineral magnetitt (Fe3O4) på hydrotermal betingelse for 150 ° C og 5 barer for 2T. Slik viser mineral effekten, ble et eksperiment av nitrobenzene uten mineral også fremført under samme hydrotermal betingelse. Som vist i figur 1a, ble to sil...

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-rike mineraler spille en viktig rolle i naturlige hydrotermal systemer. Her beskriver vi en pålitelig og kostnadseffektiv metode for eksperimentell etterforskningen av organisk-mineral interaksjoner under hydrotermal forhold.

En eksperimentell protokoll for å studere Mineral effekter på organisk hydrotermal transformasjoner

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

Eksperimentell protokoll for Manipulere Plant-indusert 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 av Integrert Anaerob Fordøyelse og Hydrothermal Semente for bioenergiproduksjon

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

Utforsker effekten av atmosfærisk pådriv på Fordamping: Experimental Integrasjon av Atmospheric Boundary Layer 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

Forsøksprotokoll for biodiesel produksjon med Isolering av Alkenones som biprodukter fra Commercial<em&gt; Isochrysis</em&gt; Alge Biomasse

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

Forsøksprotokoll for Oppdager<em&gt; Cyanobakterier</em&gt; I flytende og fast Prøver med et antistoff 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

Protokoll for Microplastics Prøvetaking på havoverflaten 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

Protokollen for å vurdere relativ effekten av miljø og genetikk på gevir og kroppens vekst for en lang levetid 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

Eksperimentell kolonneinnstillinger for å studere anaerob Biogeochemical vekselsvirkningene mellom jern (Oxy) Hydroxides, 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

Innsamling og utvinning av yrkesmessig Air prøver for analyse av sopp 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

Eksperimentell protokoll for å oppdage mitokondriefunksjon i hepatocytter utsatt for organochlorine plantevernmidler

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