Provtagning av upplöst löst ämne över ett oxisk-anoxiskt jord-vattengränssnitt med hjälp av mikrodialysprofilerare

Som markforskare måste vi alltid ta jordpulvervatten för analys. Det är dock inte så lätt, särskilt när kemikalierna i pulvervattnet är mycket känsliga för syret. Detta är en ny teknik.

Vi kallar det API-sampler. Genom att använda provtagaren kan vi ta jordpulvret varannan milliliter med faktisk belastningsstörning på jorden. Mina elever Zhang Sha, Yujia, Liu Ziyan och Liu Hao kommer att demonstrera hur man bygger provtagaren och använder den för att ta jordpulvervatten.

Börja med att noggrant skära de orörda nanomembranrören i 33 korta rör, med 58 millimeter längder. Skär sedan polytetrafluoretylen eller PTFE-röret i 66 rör, med 180 millimeter längder med en keramisk kniv. Blanda sedan de två delarna av AB-epoxilim helt på en ren plastplatta och låt den stå i 30 minuter tills den blir klibbig innan du applicerar den på den yttre ytan på toppen av PTFE-röret.

Se till att AB-epoxilim endast täcker rörets fyra millimeter och att det inte finns något ytterligare lim som blockerar rören. Anslut de två PTFE-rören med varje nanomembranrör genom att försiktigt skruva fast PTFE-rören i nanomembranröret för att helt montera alla 33 orörda mikrodialysprovtagare. Låt de monterade provtagarna stå över natten för att säkerställa fullständig härdning och stabilisering av limet.

För att förbättra hydrofiliciteten och rengöra mikrodialysprovtagarna, blötlägg dem i etanol i en timme, följt av ultraljudsrengöring med 2% utspädd salpetersyra och ultrarent vatten i 15 minuter vardera. Kontrollera mikrodialysprovtagarens patency och lufttäthet genom att bubbla i vatten med en fem milliliter spruta. För att montera mikrodialysprofileraren, använd CAD-filen för att skriva ut det fördesignade skelettet med nylonmaterial.

Ihåliga sedan en syratvättad PVC-behållare med två parallella slitsar med fem centimeter intervall för att matcha skelettstorleken. Använd graveringsmodulen i 3D-skrivaren för slitsning. Konstruera en en-till-många-kontakt genom att stabilisera epoxilim i form av ett 50 millimeter centrifugrörslock.

Sätt sedan in 33 kisellock med en centimeter längd i epoxilimet innan du härdar och låt det stå över natten. Ta sedan bort en-till-många-kontakten från rörlocket och skär kuratepoxilimet med en keramisk kniv så att alla silikonlocksändar är fria. Skölj en-till-många-kontakten noggrant med 2% utspädd salpetersyra och ultrarent vatten i 15 minuter vardera och torka under omgivande förhållanden.

När den har torkat, anslut en trevägsventil till rörets botten för att fungera som en buffertbehållare. Montera buffertbehållaren genom att installera en en-till-många-kontakt till ett 50 milliliter sprutrör med AB-epoxilim Montera de enskilda mikrodialysprovtagarna på skelettet med ett lim med varm meld och se till att varje provtagare är parallell med skelettets övre eller nedre kant. Installera alla 33 mikrodialysprovtagare på skelettet, se till att de 33 provtagarna på båda sidor passerar genom PVC-slitsarna.

Försegla springorna vid skelettfogarna och slitsarna med ett AB-epoxilim. Anslut sedan alla provtagare till ena sidan av skelettet till en buffertbehållare via en en-till-många-anslutningsventil förinstallerad i ett 50 ml centrifugrör. Anslut sedan en medicinsk infusionspåse förfylld med 18,3 milli ohm vatten till buffertbehållaren genom trevägsventilen.

Stäng alla provtagare på provtagningssidan med kisellock. Dubbelkolla patency och lufttäthet hos varje mikrodialysprovtagare genom att vrida trevägsventilen, så att vatten kan strömma från den medicinska infusionspåsen till provtagaren. Stäng sedan och stäng av alla provtagare och ventilen på buffertbehållaren.

Innan du inkuberar den översvämmade jorden, avlägsna syre genom att avgasa vattnet i den medicinska infusionspåsen. Bubblad kvävgas över natten i vägen för linjen med högren kvävgas till den medicinska infusionspåsen. Stäng anslutningen mellan profileraren och avgaspåsen med en trevägsventil.

Tillsätt sedan 450 gram siktad lufttorkad jord i en PVC-behållare, så att fem mikrodialysprovtagare förblir ovanför markytan. Täck markytan med vävnad innan du översvämmar jorden med ultrarent vatten. När jorden är översvämmad fem centimeter över markytan, ta bort vävnaden.

När jordinkubationen har initierats, rensa omedelbart systemet med den förladdade lösningen. Spola sedan provtagningssystemet genom att slå på anslutningen mellan den anaeroba påsen och dialysprovtagaren. Använd tiofaldigt provtagarens totala volym när du rensar varje provtagare med vatten.

När rensningen av en provtagare är klar, täck den med ett rent kisellock innan du rensar varje provtagare för att upprätta ett översvämmat jordinkubations- och provtagningssystem. Justera sedan den anaeroba påsen till vattenytans höjd och se till att alla rör är fulla av vatten. Om inte, ta bort locket och sänk tubtoppen, så att vattnet kan rinna från den anaeroba påsen.

Stäng locken och ventilerna och inkubera i sju dagar med anslutningen mellan den anaeroba påsen och dialysprovtagaren avstängd. Före provtagning, justera vattennivåerna i jordbehållaren, provtagningstopparna och den anaeroba påsen till en liknande höjd för att undvika markant olika vattenpotentialer. Slå sedan på anslutningen mellan den anaeroba påsen och buffertbehållaren.

Ta bort locket på den första provtagaren från topp till botten. Överför med en pipett 133 mikroliter prov från provtagaren till en 0,6 ml injektionsflaska, förladdad med 133 mikroliter 2% salpetersyra för konservering. Under provtagningen observera ett långsamt men jämnt flöde av vattendroppar mot mikrodialysprovtagaren i observationskammaren för anaeroba påsar.

Stäng tubtoppen med ett silikonlock innan du flyttar till nästa provtagningsrör. Upprepa detta för alla 33 proverna innan du stänger av anslutningen mellan den anaeroba säcken och buffertbehållaren. Fyll på det översvämmade vattnet den sjätte dagen efter provtagningen.

Beräkna provvolymåtervinningen genom att väga injektionsflaskan före och efter överföringen av det dåliga vattenprovet. Mät sedan de totala upplösta koncentrationerna av element i det dåliga vattnet med hjälp av induktivt kopplad plasmamasspektrometri eller ICPMS. Återvinningsprocenten för provvolymen var i genomsnitt 101,4% och varierade från 100,2% till 103,6%En något högre återvinning av provvolymen indikerade en vattennivåskillnad mellan den anaeroba påsen och toppen av provtagningsröret.

Med hjälp av proverna över markvattengränssnittet som samlats in den sjätte och sjunde dagen bestämdes de totala upplösta koncentrationerna av järn, mangan, arsenik, kadmium, koppar, bly, nickel och zink i det dåliga vattnet. På den sjätte dagen ökade de upplösta koncentrationerna av mangan, järn och arsenik tillsammans med jorddjupet, medan koppar och bly minskade med ökande jorddjup. För kadmium, nickel och zink indikerade koncentrationsdjupprofilerna ett annat mönster, eftersom de upplösta koncentrationerna ökade från minus 20 millimeter till djupare platser.

Koncentrationsdjupprofilerna för järn och arsenik på ett djup av minus 12 millimeter den sjätte dagen var signifikant högre än nivåerna den sjunde dagen. Järn- och arsenikhalterna var dock betydligt högre från djupet minus 18 till minus 50 millimeter. För de flesta fastställda element utom mangan var de upplösta koncentrationerna i ytvattnet och den jämna ytjorden på minus 15 millimeter djup signifikant lägre efter aerob vattenpåfyllning.

En koncentrationstopp för bly den sjunde dagen på cirka minus 10 millimeters djup visade ett kontrasterande mönster till den sjätte dagen. Denna teknik är särskilt användbar forskare som studerade biogeokemiska mikrogränssnittsprocesser. Det kan begränsa medicinska förvirrande faktorer.

Denna procedur tillämpas på platt jord, vilket innebär att läckage eller intrång av syre väsentligt kommer att förändra de kemiska processerna oväntat, se till att alla anslutningar är lufttäta och vattenavgasning är tillräcklig. Efter denna procedur kan andra metoder såsom karpalvätskekromatografi och masskromatografi och mikrobiell analys med speciell upplösning utföras för att överbrygga de kemiska och biologiska processerna. Denna teknik banade väg för forskare att utforska nya frågor om hur virusstörningar påverkar beteenden hos det redigerade sensorelementet under en föränderlig miljö.