Method Article

التوصيف، الكمي ومجمع محددة تحليل النظائر من مولد للحمى الكربون عن طريق البنزين كاربوكسيلية الأحماض (BPCA)

DOI:

10.3791/53922

⸱

May 16th, 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Geography, University of Zurich, 2Department of Earth and Ocean Sciences, University of South Carolina, 3Department of Earth Sciences, ETH Zurich, 4Laboratory of Ion Beam Physics, ETH Zurich, 5Department of Geological Sciences, Stockholm University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
< p class = 'jove_content'> نقدم طريقة حمض البنزين متعدد الكربوكسيل (BPCA) لتقييم الكربون الحراري (PyC) في البيئة. يوفر النهج الخاص بالمركب بشكل فريد معلومات متزامنة حول خصائص وكمية وتركيب النظائر (13درجة مئوية و 14درجة مئوية) ل PyC.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إطلاق النار المشتقة من الكربون بالبيروجينات (PYC)، وتسمى أحيانا الكربون الأسود (قبل الميلاد)، هو بقايا الصلبة الكربونية من الكتلة الحيوية والوقود الأحفوري الاحتراق، مثل شار والسخام. PYC هو في كل مكان في البيئة بسبب ثباتها لفترة طويلة، وفرة قد تزداد مع الزيادة المتوقعة في النشاط الهشيم العالمي واستمرار حرق الوقود الأحفوري. كما أنتجت PYC متزايد من الانحلال الحراري الصناعي من النفايات العضوية، والتي ينتج محسنات التربة المتفحمة (الفحم النباتي). وعلاوة على ذلك، فإن ظهور تكنولوجيا النانو قد يؤدي أيضا إلى إطلاق المركبات PYC تشبه إلى البيئة. ومن ثم أولوية عالية للكشف عن موثوق وتوصيف وتحديد هذه المواد المتفحمة من أجل التحقيق في الخصائص البيئية وفهم دورها في دورة الكربون.

هنا، نقدم طريقة حمض البنزين كاربوكسيلية (BPCA)، الذي يسمح للتقييم في وقت واحد characteri PYC لعصي وكمية وتركيبة النظائر (13 C و 14 C) على المستوى الجزيئي. هذه الطريقة تنطبق على مجموعة واسعة جدا من المواد العينات البيئية وبالكشف عن PYC على طائفة واسعة من التواصل الاحتراق، أي أنه حساس لمتفحمة قليلا الكتلة الحيوية، وكذلك حرف ارتفاع في درجة الحرارة والسخام. بروتوكول BPCA المقدمة هنا هو بسيط لاستخدام ومفيد للغاية، وكذلك تمديد بسهولة وللتعديل لمتطلبات محددة. وبالتالي فإنه يوفر أداة مرنة للتحقيق في PYC في مختلف التخصصات، بدءا من علم الآثار والطب الشرعي البيئية الفحم النباتي ودورة الكربون البحوث.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في عملية الاحتراق كاملة، يتم تحويل الكتلة الحيوية أو الوقود الأحفوري إلى CO 2 و H 2 O والمخلفات غير العضوية (الرماد). ومع ذلك، في ظل قيود الأكسجين المحلية أو الزمنية، الاحتراق يصبح غير مكتمل والانحلال الحراري يحدث، مما ينتج عنه مخلفات العضوية الصلبة المعروفة باسم شار 1. ويشار إلى هذه البقايا المتفحمة أيضا إلى المواد العضوية مثل مولد للحمى (PyOM) وتتكون أساسا من الكربون بالبيروجينات (PYC)، أو مرادف، والكربون الأسود (قبل الميلاد) 2-4. عمليات تفحم هي منتشرة في كل مكان، ويمكن أن تكون جزءا من كل من 5-6 الاحتراق الطبيعية والبشرية. في الهشيم هو عملية طبيعية هامة، الجوهرية لمعظم النظم الإيكولوجية، التي تنتج كمية كبيرة من PYC كل عام 4،7-10. وبالمثل، فإن حرق الوقود الأحفوري لإنتاج الطاقة في الصناعة والنقل ويعرض مصدر البشري مهم من PYC 11-13. وتساهم كل من المصادر إلى كل مكان من PYC في البيئة: PYC موجود فيالهواء، في شكل هباء 13-14، في الماء كما الجسيمات أو المواد العضوية الذائبة 15-17، وكذلك في العينات الجليدية 18-19، 20-21 التربة، والرواسب 22-24 في أحجام مختلفة من متر إلى نانومتر (على سبيل المثال، كبير شجرة متفحمة جذع بعد حرائق الغابات أو مقياس النانو السخام الجسيمات التي الهروب من عادم المحرك الديزل). في كل مكان من PYC في البيئة ليس فقط بسبب معدلات الإنتاج الكبيرة ولكن أيضا لثباتها لفترة طويلة والاستقرار النسبي ضد تدهور 25-26. ومع أنه لم يتم بعد تأسيس مرات دوران الدقيق وقد يتوقف على الظروف البيئية المحددة 27-28، يبدو واضحا أن PYC تتحلل بسرعة أقل إلى CO 2 من معظم أشكال أخرى من الكربون العضوي 29-30. هذا الرصد ملمحة المهم بالنسبة للدورة C العالمية: والمواد المتفحمة مخزن PYC لفترة طويلة نسبيا، فإنها تعزل مئوية في الأشكال العضوية التي من شأنها أن يكون الأمر خلاف ذلك ص بسرعةespired كما CO 2، وبالتالي تقليل تركيزات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي مع مرور الوقت 31-32.

وبالاضافة الى الجانب المخففة المناخ، حرف لها خصائص أخرى ذات صلة بالبيئة. من المسامية العالية، مساحة كبيرة وتهمة السطحية سلبية يمكن ان يشل المركبات الخطرة (33) وتحسين خصوبة التربة 34-35. أدى الاعتراف حرف كتعديل التربة يحتمل أن تكون مفيدة للالمجال الناشئ من ما يسمى تكنولوجيا الفحم النباتي 36. ومن المرجح أن تنتج الفحم النباتي في المقاييس الكبيرة في السنوات المقبلة، وبالتالي زيادة كبيرة في وفرة PYC في التربة 37. وعلاوة على ذلك، من المتوقع حدوث حرائق الغابات وحرق الوقود الأحفوري أيضا أن تظل مرتفعة على مدى القرن ال 21، والمساهمة بشكل مستمر كميات كبيرة من PYC للبيئة 11،38-39. ومن المرجح أن تكون تكنولوجيا النانو التي تستخدم أيضا آخر مصدرا مهما من PYCمركبات الصورة PYC تشبه 40-41. بالتالي فمن الأهمية بمكان للكشف عن وتوصيف وتحديد هذه المواد مولد للحمى بدقة من أجل التحقيق في خصائصها وفهم دورها في البيئة.

هنا، نقدم استخدام نهج تراكيب معينة للدولة من بين الفن لتحليل PYC في عينات مختلفة: الجيل الأحدث من طريقة حمض البنزين كاربوكسيلية (BPCA) 42. هذه الطريقة تنطبق على نطاق واسع في أبحاث PYC كما يستهدف بشكل مباشر "العمود الفقري" للPYC: الهياكل المختصرة متعددة الحلقات لها أن تتشكل خلال المعالجة الحرارية 43-45، وأنه بالتالي فهي ملازمة لكافة أشكال مختلفة من PYC 5،46. ومع ذلك، هذه الهياكل لا يمكن تقديرها بشكل مباشر عن طريق الكروماتوغرافي، نظرا لحجمها وعدم التجانس. من أجل تحليل chromatographically هذه المركبات مولد للحمى، وهضم PYC أولا مع حمض النيتريك تحت درجة حرارة عالية وضغط، الذي يكسرهياكل كبيرة متعددة الحلقات وصولا إلى لبنات بنائها، وBPCAs الفردي (راجع الشكل 1). وBPCAs هي ثم، بعد بضع خطوات تنقية، قابلة للالكروماتوغرافي تحليل 20،42. وهكذا PYC معزولة وتحليلها على المستوى الجزيئي، ويمكن استخدامها لقياس وفرة PYC في الأقسام البيئية 20،42. طريقة BPCA يميز بالإضافة إلى PYC التحقيق عندما تتم مقارنة عائدات النسبية B3-، B4-، B5- وB6CA (راجع الشكل 1): يتم ربط نسبة كل من BPCAs carboxylated مختلفة لحجم الهياكل المتعددة الحلقات الأصلية وهي إرشادي من PYC في الجودة والانحلال الحراري درجة حرارة 44،47-48. وعلاوة على ذلك، يسمح الطريقة المعروضة لتحديد تركيبة النظائر C (13 C و 14 ج) من PYC لأن BPCAs فرد، المستمدة مباشرة من الهياكل PYC نقية، يمكن أن يكون نظائريا آناlyzed بعد العزلة (راجع الشكل 1، الخطوات 5 و 6) 49. تحليل تراكيب معينة النظائر من PYC هو من مصلحة كبيرة 50 لأنها يمكن أن تستخدم، على سبيل المثال، للتمييز بين الكتلة الحيوية مقدمة من حرف في المناطق الاستوائية 51-52، لاستخلاص سن المواد المتفحمة 53-54 أو لتتبع PYC في دراسات الدراجات C مع النظائر 26،55-56. ويمكن الاطلاع على مزيد من المعلومات حول PYC فضلا عن طريقة BPCA في التاريخ والتنمية والتطبيقات على وجه الخصوص في Wiedemeier، 2014 57، من حيث جمعت جزءا من الفقرتين السابقتين وجزءا من النقاش.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. الاحتياطات العامة والاستعدادات

  1. استخدم فقط نظيفة، decalcified (10٪ حمام حمض الهيدروكلوريك) والأواني الزجاجية حرقها (500 درجة مئوية لمدة 5 ساعة)، وأدوات تنظيفها وعالى النقاء، وارتفاع ضغط اللوني السائل (HPLC) المياه الصف والمذيبات لهذا الإجراء بأكمله.
  2. تجميد الجافة والتجانس العينات مع خالية من الكربون الكرة مطحنة 58 وتحديد من الكربون العضوي الكلي (TOC) المحتوى عن طريق تحليل العناصر 59-60.
    ملاحظة: متطلبات الطهارة للمواد الكيميائية ومعدات المختبرات مرتفعة خاصة بالنسبة للتحليل 14 C-مركب معين من BPCAs. تشمل التقييمات فارغة 49 و انتقاد اختبارات 61 لمراقبة مصادر التلوث المحتملة العينة.

2. HNO 3 الهضم

  1. تزن تجميد المجفف وعينات متجانسة (راجع 1.2) في أنابيب الهضم الكوارتز وتغطية ضد الغبار مع رقائق الألومنيوم.
    1. لPYC quantificatiعلى وتوصيف الأغراض، تستخدم عينات تحتوي على> 1 ملغ TOC 42. وهكذا، في حالة التربة والرواسب، واستخدام كاليفورنيا 200-400 ملغ و في حالة العينات العضوية الغنية، مثل الفحم النقية، واستخدام كاليفورنيا 10-20 ملغ لكل الهضم أنبوب.
    2. لتحليلها لاحقا، مركب معين النظائر من PYC (13 C و 14 C)، تأكد من العينة تحتوي على ما يكفي BPCA-C لتلبية حدود الكشف عن مطياف الكتلة معينة نظير-النسبة التي سيتم استخدامها بعد الخطوة 6. إذا كان هناك لا المعلومات المسبقة عن كمية PYC عينة في المتاحة (على سبيل المثال، من القياسات السابقة)، أولا تحديد محتوى PYC لها (خطوات 1-5) وإعداد المزيد من عينة في وقت لاحق إذا كانت عائدات BPCA-C منخفضة للغاية لتحليل النظائر.
      ملاحظة: تضمين عينات فارغة والمرجعية PYC معروف و 13 C و 14 المحتويات C (على سبيل المثال، من "مواد مرجعية الكربون الأسود"، والنتائج راجع حد ذاتهاction). وهذا سوف يسمح للتحقق من استنساخ الكمي PYC وتمكين حسابات تصحيح فارغة من قياسات النظائر-مجمع محددة بعد التحليل.
  2. إضافة 2 مل من HNO 3 65٪ في أنابيب الهضم، واستخدام خلاط دوامة لمساعدة ترطيب شامل للعينة ثم إدراج أنابيب الهضم في غرفة الضغط. إغلاق غرف الضغط وفقا لدليل 62 ووضعها في الفرن الساخن مسبقا على 170 درجة مئوية لمدة 8 ساعات.
    تنبيه: بعد الهضم، والسماح للغرف يبرد داخل الفرن وتفتح لهم إلا تحت غطاء الدخان بعد أن وصلت درجة حرارة الغرفة لأن الغازات الضارة قد الهروب.
  3. تصفية العينات مع الماء في قوارير حجمية باستخدام مرشحات الألياف الزجاجية يمكن التخلص منها (<0.7 ميكرون)، على سبيل المثال في المحاقن الزجاج، وضبط مستوى الصوت إلى 25 مل. وثمة حاجة إلى تخفيف لوقف مزيد من الهضم.
    ملاحظة: 25 مل الحلول التي تحتوي على BPCAs يمكن تخزينها فيالثلاجة لمدة تصل إلى 2 أشهر قبل مزيد من المعالجة. يمكن من حيث المبدأ أيضا أن يتم تنفيذ عملية الهضم وتستخدم فيها الأجهزة الأخرى، على سبيل المثال مع نظام الميكروويف المضغوط 16. في هذه الحالة، ينبغي إجراء الاختبارات مع المواد المرجعية للتحقق الانتعاش BPCA واستنساخ طريقة (راجع قسم النتائج تمثيلي).

3. إزالة الكاتيونات

  1. لكل عينة، وإعداد عمودين الزجاج (400 ارتفاع مم، 15 مم) مع 11 غرام من راتنج تبادل الأيونات الموجبة لكل عمود. شرط الراتنج داخل الأعمدة قبل الشطف على التوالي مع: 2 مجلدات عمود من الماء (1)، حجم عمود من 2 M هيدروكسيد الصوديوم، 2 مجلدات عمود من الماء لتحييد الحموضة، 1 حجم عمود من 2 M حمض الهيدروكلوريك، وفي نهاية المطاف 2 مجلدات عمود من الماء .
  2. تحقق الموصلية من المياه، التي يتم شطف من خلال الراتنج بعد تكييف لها. يعتبر الراتنج كما مكيفة بشكل صحيح عند التوصيل أقل من 2 ميكرو ثانية سم -1.
  3. ضع نصف العينة (أي 12.5 مل، راجع الخطوة 2.3) على كل عمود، شطف بالتتابع 5 مرات مع 10 مل من الماء وتجميد يجف محلول مائي بعد ذلك. العينة مستقرة بعد التجميد والتجفيف ويمكن تخزينها تصل إلى أسبوع قبل مزيد من المعالجة إذا بقيت جافة في مكان مظلم وبارد.
    ملاحظة: استخدام النتروجين السائل لتجميد العينات ( 'المفاجئة تجميد') كما أنه يتجنب تجميد من HNO 3، والذي يمكن أن يؤدي إلى بركة من حل قوي لعدم تجميد حامض. تأكد من أن جفافا تجميد هو دليل الحامض إلى درجة جيدة واختبار لتلوث محتمل من قبل أبخرة مضخة فراغ إذا كان المقصود تحليل 14 C-مركب معين من BPCAs.

4. إزالة عديم الأقطاب المركبات

  1. بشرط ان C18 خراطيش الصلبة مرحلة الاستخراج وفقا لدليل تعليمات الشركة المصنعة، أي شطف على التوالي لهم مع 2.5 مل من الميثانول، و 2.5 مل من الماءND في نهاية المطاف مع 2.5 مل من الميثانول / الماء (1: 1 ت / ت).
  2. تنحل بقايا تجميد المجفف في 3 مل الميثانول / الماء (1: 1 ت / ت). أزل كل نصفها (1.5 مل) على مدى C18 المرحلة الصلبة خرطوشة استخراج منفصلة إلى 2.5 مل أنابيب الاختبار. شطف خراطيش مع 1 مل أخرى من الميثانول / الماء (1: 1 ت / ت).
  3. تجفيف أنابيب اختبار مع محلول العينة، على سبيل المثال باستخدام مكثف فراغ، تسخينها إلى 45 درجة مئوية مع وجود فراغ من كاليفورنيا 50 مليبار. ويمكن أيضا وسائل أخرى للتبخر يمكن استخدامها، على سبيل المثال نظام ضربة أسفل مع الغاز N 2 كما في الخطوة 6.
  4. تنحل بقايا في أنبوب اختبار مع الماء 1 مل. دعم حل مع خلاط دوامة ونقل إلى 1.5 مل قارورة السيارات العينات.
    ملاحظة: يمكن تخزين العينات في الثلاجة لمدة تصل إلى 3 أشهر في هذه المرحلة 42.

5. اللوني

  1. إعداد والمذيبات عن طريق خلط صحيح حامض الفوسفوريك 20 مل من 85٪ مع 980 مل من الماء وتصفية الصورةolution من خلال المتاح مرشح الألياف الزجاجية باستخدام فراغ. لا تعرض والمذيبات لأشعة الشمس واستخدامه خلال 24 ساعة من أجل تجنب نمو الطحالب. استخدام النقي الأسيتونتريل HPLC الصف كمذيب B.
  2. إعداد الحلول القياسية المتوفرة تجاريا BPCAs (hemimellitic، trimellitic، pyromellitic، حمض pentacarboxylic وmellitic) لإنتاج سلسلة تركيز معيار خارجي (على سبيل المثال، 6 قارورة تحتوي على 5، 20، 60، 100، 150 و 250 ميكروغرام من كل BPCA ممزوجة معا 1 مل من الماء، على التوالي).
  3. إجراء اللوني باستخدام الإعدادات في الجدول 1 والجدول 2 وتحديد محتويات BPCA بمقارنة المناطق الذروة BPCA المعنية لقياسات سلسلة معيار خارجي 63.
  4. التعبير عن نتائج كمية PYC في BPCA-C / الوزن الجاف للعينة [غ / كغ] أو BPCA-C / TOC [٪]. وعلاوة على ذلك، فإن الخصائص النوعية للPYC في العينات يمكن وصفها باستخدام نسب individالسياقية BPCAs، على سبيل المثال، فإن نسبة B6CA (B6CA / BPCA [٪]) يشير إلى درجة من التكثيف العطرية من PYC 44.

6. الأكسدة الرطبة من تنقية BPCAs لاحقة 13 C و 14 تحليل C

  1. الخطوة التالية 5.3.، وجمع BPCAs فرد بكمية كافية (على سبيل المثال،> 30 ميكروغرام BPCA-C لقياس الطيف مسرع كتلة الحالية 49،64) باستخدام أحد هواة جمع جزء متصلا HPLC 49 ثم قم بإزالة المذيبات التي تهب أسفل الكسور مع لطيف N 2 تيار في حين تسخينها إلى 70 درجة مئوية. ستبقى كميات ضئيلة فقط من حامض الفوسفوريك السائل، بما في ذلك BPCAs، في القارورة.
  2. تحضير كاشف مؤكسد عن طريق إذابة 2 غرام من نا 2 S 2 O 8 في 50 مل من الماء، طازجة خلال 24 ساعة من الاستخدام.
    ملاحظة: أعد بلورة وفوق كبريتات الصوديوم مرتين لتحسين نقاء من خلال حل كامل عدة جراماتفي الماء الساخن ثم جمع المادة الصلبة بعد الماء وتبريده 65-66.
  3. تنحل في مهب أسفل بقايا (الخطوة 6.1) مع 4 مل من الماء ونقل العينة إلى 12 مل البورسليكات قارورة الغاز محكم. إضافة 1 مل من كاشف المؤكسدة وثيقة مع غطاء القياسية التي تحتوي على الحاجز بوتيل المطاط.
  4. تطهير قارورة الغاز محكم بما في محلول مائي مع ولمدة 8 دقائق لإزالة ثاني أكسيد الكربون 2 من القارورة والحل 66.
  5. أكسدة العينات في قارورة الغاز محكم لها في تسخين 100 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة.
  6. تحليل مباشرة CO 2 من الأكسدة على الطيف كتلة النظير لنسبة 13 C محتوى 65-66 وعلى الطيف كتلة المتسارع للمحتوى 14 C 67-68.
    ملاحظة: عينات مكسد يمكن تخزينها لمدة أسبوع على الأقل 66 قبل 13 C و / أو 14 تحليل C.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نوصي لاختبار طريقة انشاء طريق قياس مجموعة من المواد PYC موصوفة وصفا جيدا ( "المواد المرجعية الكربون الأسود") التي استخدمت على نطاق واسع لمختلف التطورات طريقة والمقارنات في الأدب 44،48،69-77. معلومات عن المواد المرجعية المتاحة من جامعة زيوريخ (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials).

الإجراء الموضح يسمح الفصل الأساسي من جميع المركبات BPCA الهدف عن طريق HPLC. وتظهر الاستشرابية من "chernozem" المواد المرجعية (التربة الغريني مع محتوى كبير PYC) وشار العشب (مصنوعة من أوريزا ساتيفا) في الشكل رقم 2. عن طريق ضبط المعلمات اللوني في الجدولين 1 و 2 (على سبيل المثال، درجة الحرارة اللوني،درجة الحموضة من المذيبات وأو معدل التدفق، وما إلى ذلك)، والفصل يمكن مواصلة تعديلها لاحتياجات محددة 42،63.

التحليل الكمي للالاستشرابية المواد المرجعية "مع المعايير الخارجية (الخطوة 5.3) ينبغي أن تسفر القيم PYC هو مبين في الشكل (3). يرجى ملاحظة أن تغييرات طفيفة في الإجراء (على سبيل المثال، هذا الإغفال من الخطوة 3 أو 4 في حالات محددة)، يمكن يؤدي إلى القيم PYC أعلى. عموما، يجب فحص المبالغ المستردة مع المعايير BPCA النقي: يمكن أن المواد المرجعية ارتفعت يساعد على الكشف عن خسائر غير متناسبة في الخطوات 3 و 4 و تعطي معلومات حول أداء اللوني في الخطوة 5 42،63.

ويبين الجدول 3 13 C و 14 C القيم التي يتم الحصول عليها عند تنقيته BPCAs المواد المرجعية وتحليلها لمحتوى الكربون النظائر بعد الخطوة 6. لنتائج موثوقة، لا بد من جمع كميات كافية من BPCA-C (على سبيل المثال،> 30 ميكروغرام BPCA-C لقياس الطيف مسرع كتلة الحالية، راجع الشكل 4)، وإلى اتخاذ جميع التدابير الممكنة للحد من تلوث العينة دخيلة C 49 .

وبالاضافة الى التحقق من طريقة انشاء مع المواد المرجعية كما هو موضح أعلاه، فإنه من المستحسن للغاية لإعداد وعينات قياس في مكررات، سواء بالنسبة للPYC الكمي (الخطوة 5) ولاحق مجمع محددة 13 C و 14 C تحليلات BPCAs (الخطوة 6 ).

figure-results-1
الشكل 1: إن إجراء تحليل BPCA في خطوة بروتوكول 2، يتم هضم PYC متعددة الحلقات الهياكل المختصرة العطرية، وتنتج مختلف BPCAs، والتي هي عشرتنظيف أون مزيد (الخطوات 3 و 4) وتحليلها chromatographically وفصل (الخطوة 5). بعد الأكسدة الرطبة (الخطوة 6)، وBPCAs تنقيته هي قابلة للتحليل تراكيب معينة النظائر (13 C و 14 C) على الطيف كتلة النظير، نسبة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-2
الشكل 2: الاستشرابية لBPCA الفصل أظهرت هي "chernozem" مواد مرجعية الكربون الأسود (أ) و "تشار العشب" (ب). ويتحقق انفصال الأساسي لجميع المركبات المستهدفة BPCA (B6CA، B5CA، 1،2،4،5- 1،2،3،5-، 1،2،3،4-B4CA؛ 1،2،4-، 1،2،3-B3CA) 42. في تشكيل على مواد مرجعية الكربون الأسود هو متاح من جامعة زيوريخ (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). تم تعديل هذا الرقم من Wiedemeier وآخرون. 2013 42 وطبع بإذن من السيفير. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3
الشكل (3): قياسات منسوخ PYC من مختلف أسود الكربون المواد المرجعية أشرطة الخطأ لمكررات المختبر هي أصغر من حجم الرمز ومعامل الاختلاف متوسط ​​5٪ (الحد الأدنى: 1٪، الحد الأقصى: 10٪). وقد تم تعديل هذا الرقم من Wiedemeier وآخرون وطبع الله. 2013 42 وبإذن من السيفير."https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig3large.jpg" الهدف = "_ فارغة"> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4
الشكل 4: الكربون المشع (14 C) قيم B5CA وB6CA المعزولة من الحديث وشار الأحفوري يتكون خطأ معين من التصحيحات مسرع أساسي مطياف الكتلة الأساسية، والفراغ للأكسدة الرطب. يمثل خط رمادي الصلبة خط المثالي لخليط من الحقيقية F 14 قيمة C من عينة منها وتلوث خارجي يعني تحديدها. تم تعديل هذا الرقم من Gierga وآخرون. 2014 49 وطبع بإذن من السيفير. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من ال هو الرقم.

مرحلة الأجهزة المحمولة 20 مل أورثو حمض الفوسفوريك (85٪) في 980 مل من الماء عالى النقاء
الطور المتحرك B الأسيتونتريل
عمود C18 عكس المرحلة (قائمة المواد راجع لمزيد من التفاصيل)
درجة حرارة العمود 15 ° C
معدل التدفق 0.4 مل دقيقة -1
هوية الوقت الاحتفاظ، وامتصاص الأشعة فوق البنفسجية في 216 نانومتر
تحديد الكمية المعايير الخارجية للBPCAs
الضغط كاليفورنيا 120 بار

الجدول 1: إعدادات اللوني.

مرة الطور المتحرك B
[دقيقة] [المجلد٪]
0 0.5
5 0.5
25.9 30
26 95
28 95
28.1 0.5
30 0.5
"1" FO: المحافظة على مع next.within صفحة = "دائما">

الجدول 2: خلط متدرجة من مراحل المحمول.

ل
شار بالجملة BPCA
δ 13 C [‰ مقابل VPDB]
الكستناء شار -27.4 في -27،7 ± 0.8
الذرة شار -12،9 ± 0.4 -13،0 ± 0.4
F 14 C [٪]
شار الحديث 1،142 ب ± 0.004 ب 1.13 ± 0.013
شار الأحفوري 0.003 ب ± 0.001 ب 0.014 ± 0.001

الجدول 3: القيم الكربون النظائر (δ 13 C و F 14 C) من المواد المرجعية شار ومجمع محددة تحليل النظائر من BPCAs الموافق تمثل القيم BPCA B6CA وB5CA التي تم جمعها في وقت واحد في خطوة 5. Howevإيه، تحليل النظائر من BPCAs الفرد لا يمكن أن يتحقق بالقياس عندما يتم جمع BPCAs على حدة. البيانات شار السائبة هو من Yarnes وآخرون (2011) 73 لشار الكستناء (أ) و من Gierga وآخرون (2014) 49 لالأحفوري وشار الحديث (ب). أخطاء للقياسات C δ 13 هي الأخطاء المعيارية من يثلث في حين أخطاء للقياسات C F 14 (بالجملة شار: ETH-50456، ETH-50458، BPCA: ETH-62324، ETH-62335) مستمدة من الخطأ نشر 64.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

طريقة BPCA ديها العديد من المزايا الهامة بالمقارنة مع غيرها من وسائل PYC المتاحة 78-79: ط) يكشف PYC على طائفة واسعة من التواصل الاحتراق، أي أنه حساس لمتفحمة قليلا الكتلة الحيوية، وكذلك حرف ارتفاع في درجة الحرارة والسخام 42 ، 70، ب) يمكن أن تميز في وقت واحد 16،44،80-81، تحديد 20،42 ونظائريا تحليل PYC 49-50،66،73،82-83، ج) فإنه ينطبق على مجموعة واسعة جدا من العينات البيئية المواد 42،70، والرابع) وقد استعرضت منهجيته بشكل مكثف ويمكن وضعه في إطار متسق مع تقييم أساليب PYC أخرى 44،47،70،84-85. لكل هذه الأسباب، فإن النهج BPCA يمكن القول إن طريقة PYC الأكثر تنوعا المتاحة حتى الآن، الذين قيدت بشكل جيد و قد تم اختبارها باستمرار ضد أساليب أخرى الافتراضات الكامنة.

البروتوكول أعلاه يرسخ وسترينgths أساليب BPCA السابقة في إجراء واحد، هو تكرار للغاية وبسيطة لاستخدام ويمكن بسهولة توسيع وتعديل لمتطلبات محددة. على سبيل المثال، عندما يجري اللوني مع التدرج الرقم الهيدروجيني بدلا من المذيبات العضوية، على الخط مراقبة النظائر-نسبة BPCAs ممكن 42، تنتفي الحاجة للخطوة الأكسدة الرطبة. وبالمثل، فإن إزالة الكاتيونات و / أو مركبات عديم الأقطاب (الخطوتين 3 و 4) لا يجوز تخطي عندما يعرف أن عينات معينة لا تحتوي على أي من هذه المركبات (على سبيل المثال، في بعض الحالات من حرف المنتجة المختبر).

مثل كل طريقة PYC، الإجراء BPCA بعض القيود، أيضا. في هذا الصدد، من المهم أن نلاحظ أن النهج BPCA يقلل بطبيعتها إجمالي كمية PYC في العينات: طريقة يدمر أجزاء كبيرة من الهياكل المتعددة الحلقات PYC من أجل استخراج كتل من بناء BPCA، وبالتالي لا يتعافى كميا جميع PYC في شكل من BPCAs20،86. قد اقترح عوامل التحويل في الماضي لترجمة عوائد BPCA إلى مجموع محتويات PYC. ومع ذلك، وإيجاد واحد صحيح عامل التحويل من المستحيل عمليا بسبب درجة غير متجانسة من التكثيف العطرية في معظم حرف 41،48،80،86. في كثير من الحالات، تتم مقارنة كميات PYC العينات بالنسبة لبعضها البعض 42،81،87-88. نحن ثم اقترح عدم استخدام أي عوامل التحويل وببساطة إبلاغ بيانات BPCA "مقاسا" 48. في حالات معينة، عندما تؤخذ عوائد BPCA لتقدير كميات PYC المطلقة 24،89-90، التي نشرت في الأصل عامل التحويل 20 2.27 يبدو مناسبا لأنه يحول BPCA ينتج إلى تقديرات متحفظة من محتويات PYC 86.

صعوبة أخرى مع أساليب PYC هي أنها يحتمل أن تكون حساسة للتدخل، والمواد غير PYC و / أو التي يتم إنتاجها PYC خلال التحليل نفسه، مما يؤدي إلى المبالغة في تقديرمحتوى PYC الفعلي في عينات 70. النهج BPCA قوي جدا ضد هذه المواد التدخل 70، لا تنتج أي PYC في حد ذاته 16،70،86 ومحافظ في الطبيعة (راجع أعلاه الفقرة). حتى الجرافيت، وهي مادة كيميائية مشابهة جدا لPYC ولكن من أصل petrogenic، لا تتداخل مع قياسات BPCA (نتائج غير منشورة شنايدر، وزارة الأشغال العامة. زيوريخ، (2013)). وحتى الآن، والتدخلات-PYC غير معروفة فقط لطريقة BPCA بعض مكثف، أصباغ العطرية من الفطريات 91، التي ينبغي أن تكون لا تذكر من الناحية الكمية بالنسبة للغالبية العظمى من الدراسات 86. طريقة BPCA مع النوعية في وقت واحد، الكمية و 13 C و 14 C معلومات النظائر وبالتالي أداة ممتازة للتحقيق في PYC في مختلف التخصصات.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقر المؤلفون لحسن الحظ بالدعم من مصادر التمويل التالية: برنامج أولوية البحث بجامعة زيورخ "التغيير العالمي والتنوع البيولوجي" ، ومشاريع المؤسسة الوطنية السويسرية للعلوم 134452 و 131922 و 143891 و 119950 و 134847 ، ومرصد الكربون العميق - جائزة الطاقة العميقة 60040915.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
مطحنة الكرةRetschN / Aمطحنة الكرة مع برطمانات وكرات طحن خالية من الكربون (Retsch MM 200 مع برطمانات وطحن العقيق)  
فرن الاحتراقNaberthermN / Aفرن الاحتراق / فرن دثر بدرجة حرارة 500 درجة ؛ C (Nabertherm L40 / 11 أو ما شابه ذلك)
قنابل الضغط مع غرف ضغط PTFE ، أنابيب هضم الكوارتز
مع أغطية الكوارتز		Seif Aufschlusstechnik ، Unterschleissheim ، ألمانياN / AHelma U. Rudolf Seif Aufschlusstechnik
Fastlingerring 67
85716 Unterschleissheim
ألمانيا
هاتف: (+49) 89 3108181
خلاط دوامةتوريد مختبر مشتركN / A
فرن & نب سب.50051010حراري علميبدرجة حرارة ثابتة (Thermo Scientific Heraeus أو ما شابه ذلك)
نظام مشعب فراغ
مع موصلات PTFE		Machery NagelChromabond
730151
730106
محاقن زجاجية قابلة لإعادة الاستخدام ftp://ftp.mn-net.com/english/Instruction_leaflets/Chromatography/SPE/CHROMABOND_VK_DE_EN.pdf مع مرشحات ألياف زجاجية يمكن التخلص منهاMachery Nagel 730172
730192		http://www.mn-net.com/SPEStart/SPEaccessories/EmptySPEcolumns/tabid/4285/language/en-US/Default.aspx
25 مل قوارير زجاجيةحجمية مشتركة غيرعلى عكس جميع الأواني الزجاجية الأخرى ، لا تحترق لضمان الدقة الحجمية. بدلا من ذلك ، نظف في حمام حمضي ، بالموجات فوق الصوتية والماء عالي النقاء.
أعمدة زجاجية كروماتوغرافية مع محبس فريت و PTFE والصوف الزجاجيحسب الطلبN / Aللأعمدة الزجاجية:
ca.< / em> 40 سم ، ca.< / em> 1.5 & nbsp; سم في القطر
راتنج التبادل الكاتيونيSigma Aldrich217514Dowex 50 WX8 400
مقياس الموصليةWTW300243LF 320 مجموعة
قوارير مخروطية 100 مل لتوريد المختبر المشترك لتجفيف التجميد N / A
معدات المختبر المشتركةللنيتروجين السائلN / Aلتجميد المحلول المائي بعد إزالة
مجفف التجميدالمسيحN / AAlpha 2 - 4 LD plus
C18 خراطيش استخراج الطور الصلبSupelco52603-Uhttp://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/supelco/52603u?lang=de®ion=CH
2.5 مل أنابيب اختبار زجاجيةAgilent Technologies5022-6534http://www.chem.agilent.com/store/en_US/Prod-5022-6534/5022-6534?navAction=push&navCount=0
مكثف Eppendorf5305000.100
قوارير أخذ العينات التلقائية HPLC سعة 1.5 ملاعتمادا على قواريرN / A
6 ملاعتمادا على HPLCN / A
عالية النقاء N2< / sub>معدات المختبر المشتركةللغاز N / A
قوارير ضيقة لغاز البورسليكات 12 ملLabco538Whttp://www.labco.co.uk/europe/gas.htm#doublewad12ml
الإبرB براون4665643http://www.bbraun.ch/cps/rde/xchg/cw-bbraun-de-ch/hs.xsl/products.html?prid=PRID00000510
نقاء عالي إنه معدات المختبر المشتركة للغازN / A
HNO3< / sub> (65٪) سنويا.سيجما ألدريتش84378http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/84378?lang=de®ion=CH
2 م هيدروكلوريكسيجما ألدريتش258148مزيج مع الماء فائق النقاء لتحقيق محلول 2 متر
2 متر خلط هيدروكسيد الصوديومسيجما ألدريتش71691مع الماء فائق النقاء لتحقيق محلول 2 متر
الميثانولسيجما ألدريتش34860http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34860?lang=de®ion=CH
ماءMilli-QZ00QSV0WWمن النوع 1 الصف ، محسن
لحمض أورثوفوسفوريكسيجما ألدريتش79606http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/79606?lang=de®ion=CH
أسيتونيتريلسيجما ألدريتش34851http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34851?lang=de®ion=CH
عمود الطور المعكوس C18Agilent Technologies685975-902Agilent Poroshell 120 SB-C18 (4.6 × 100 مم)
Na2< / sub>S2O8, < / sub>sodium persulfateSigma Aldrich71890http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/71890?lang=de®ion=CH
معايير < قوية > BPCA < / حمض قوي >
تريميليتيكسيجما ألدريتش92119http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/92119?lang=de®ion=CH
حمض الهيميميليتيكسيجما ألدريتش51520http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/51520?lang=de®ion=CH
حمضالبيروميليتيكسيجما ألدريتش83181http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search?
المصطلح = 83181 & واجهة = الكل &
N = 0& الوضع = مطابق٪ 20partialmax &
lang = de& المنطقة = CH& التركيز = المنتج
حمض البنزين بنتا كربوكسيلسيجما ألدريتشS437107http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/s437107?lang=de®ion=CH
حمض المالتيكسيجما ألدريتشM2705http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/m2705?lang=de®ion=CH
<معايير أكسدة قوية> < قوية>
حمض الفتاليكسيجما ألدريتش80010http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/80010?lang=de®ion=CH
السكروزسيجما ألدريتشS7903http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s7903?lang=de®ion=CH
المواد المرجعية الكربون الأسودجامعة زيورخغير متوفرةhttp://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials
فرن تجفيف متوفرة أبعاد تجميع الكسر HPLC منخفض الكربون

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Introduction to pyrolysis of biomass. Journal J. Anal. Appl. Pyrolysis. 3 (4), 283-305 (1982).">Shafizadeh, F. Introduction to pyrolysis of biomass. Journal J. Anal. Appl. Pyrolysis. 3 (4), 283-305 (1982).
  2. Organic matter of the trophosphere - III. Characterization and sources of petroleum and pyrogenic residues in aerosols over the western United States. Atmos. Environ. 18 (1), 51-67 (1984).">Simoneit, B. R. T. Organic matter of the trophosphere - III. Characterization and sources of petroleum and pyrogenic residues in aerosols over the western United States. Atmos. Environ. 18 (1), 51-67 (1984).
  3. Black carbon in the environment. , Wiley. (1985).">Goldberg, E. D. Black carbon in the environment. , Wiley. (1985).
  4. Black (pyrogenic) carbon: a synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions. Biogeosciences. 3 (4), 397-420 (2006).">Preston, C. M., Schmidt, M. W. I. Black (pyrogenic) carbon: a synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions. Biogeosciences. 3 (4), 397-420 (2006).
  5. Black carbon in soils and sediments: Analysis, distribution, implications, and current challenges. Global Global Biogeochem. Cycles. 14 (3), 777-793 (2000).">Schmidt, M. W. I., Noack, A. G. Black carbon in soils and sediments: Analysis, distribution, implications, and current challenges. Global Global Biogeochem. Cycles. 14 (3), 777-793 (2000).
  6. Fire on Earth: An Introduction. , Wiley. (2014).">Scott, A. C., Bowman, D. M. J. S., Bond, W. J., Pyne, S. J., Alexander, M. E. Fire on Earth: An Introduction. , Wiley. (2014).
  7. Long-term forest fire ecology and dynamics in southern Switzerland. J. Ecol. 87 (2), 273-289 (1999).">Tinner, W., Hubschmid, P., Wehrli, M., Ammann, B., Conedera, M. Long-term forest fire ecology and dynamics in southern Switzerland. J. Ecol. 87 (2), 273-289 (1999).
  8. Formation, transformation and transport of black carbon (charcoal) in terrestrial and aquatic ecosystems. Sci. Total Environ. 370 (1), 190-206 (2006).">Forbes, M. S., Raison, R. J., Skjemstad, J. O. Formation, transformation and transport of black carbon (charcoal) in terrestrial and aquatic ecosystems. Sci. Total Environ. 370 (1), 190-206 (2006).
  9. Fire in the Earth System. Science. 324 (5926), 481-484 (2009).">Bowman, D. M. J. S., et al. Fire in the Earth System. Science. 324 (5926), 481-484 (2009).
  10. Global pyrogeography: The current and future distribution of wildfire. PLoS ONE. 4 (4), (2009).">Krawchuk, M. A., Moritz, M. A., Parisien, M. A., Van Dorn, J., Hayhoe, K. Global pyrogeography: The current and future distribution of wildfire. PLoS ONE. 4 (4), (2009).
  11. A technology-based global inventory of black and organic carbon emissions from combustion. J. Geophys. Res.: Atmos. 109 (14), (2004).">Bond, T. C., et al. A technology-based global inventory of black and organic carbon emissions from combustion. J. Geophys. Res.: Atmos. 109 (14), (2004).
  12. Inventory of black carbon and organic carbon emissions from China. Atmos. Environ. 40 (34), 6516-6527 (2006).">Cao, G., Zhang, X., Zheng, F. Inventory of black carbon and organic carbon emissions from China. Atmos. Environ. 40 (34), 6516-6527 (2006).
  13. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment. J. Geophys. Res.: Atmos. 118 (11), 5380-5552 (2013).">Bond, T. C., et al. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment. J. Geophys. Res.: Atmos. 118 (11), 5380-5552 (2013).
  14. Global and regional climate changes due to black carbon. Nat. Geosci. 1 (4), 221-227 (2008).">Ramanathan, V., Carmichael, G. Global and regional climate changes due to black carbon. Nat. Geosci. 1 (4), 221-227 (2008).
  15. Thermogenic organic matter dissolved in the abyssal ocean. Mar. Chem. 102 (3-4), 208-217 (2006).">Dittmar, T., Koch, B. P. Thermogenic organic matter dissolved in the abyssal ocean. Mar. Chem. 102 (3-4), 208-217 (2006).
  16. The molecular level determination of black carbon in marine dissolved organic matter. Org. Geochem. 39 (4), 396-407 (2008).">Dittmar, T. The molecular level determination of black carbon in marine dissolved organic matter. Org. Geochem. 39 (4), 396-407 (2008).
  17. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), L16601(2010).">Ziolkowski, L., Druffel, E. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), L16601(2010).
  18. 20th-Century Industrial Black Carbon Emissions Altered Arctic Climate Forcing. Science. 317 (5843), 1381-1384 (2007).">McConnell, J. R., et al. 20th-Century Industrial Black Carbon Emissions Altered Arctic Climate Forcing. Science. 317 (5843), 1381-1384 (2007).
  19. Black carbon record based on a shallow Himalayan ice core and its climatic implications. Atmos. Chem. Phys. 8 (5), 1343-1352 (2008).">Ming, J., et al. Black carbon record based on a shallow Himalayan ice core and its climatic implications. Atmos. Chem. Phys. 8 (5), 1343-1352 (2008).
  20. Black carbon in soils: the use of benzenecarboxylic acids as specific markers. Org. Geochem. 29 (4), 811-819 (1998).">Glaser, B., Haumaier, L., Guggenberger, G., Zech, W. Black carbon in soils: the use of benzenecarboxylic acids as specific markers. Org. Geochem. 29 (4), 811-819 (1998).
  21. Pyrogenic organic matter in soil: Its origin and occurrence, its chemistry and survival in soil environments. Quat. Int. 243 (2), 251-263 (2011).">Knicker, H. Pyrogenic organic matter in soil: Its origin and occurrence, its chemistry and survival in soil environments. Quat. Int. 243 (2), 251-263 (2011).
  22. Black carbon in deep-sea sediments. Science. 280 (5371), 1911(1998).">Masiello, C. A., Druffel, E. R. M. Black carbon in deep-sea sediments. Science. 280 (5371), 1911(1998).
  23. Evaluation of a protocol for the quantification of black carbon in sediments. Global Biogeochem. Cycles. 15 (4), 881-890 (2001).">Gustafsson, Ö, et al. Evaluation of a protocol for the quantification of black carbon in sediments. Global Biogeochem. Cycles. 15 (4), 881-890 (2001).
  24. Different pools of black carbon in sediments from the Gulf of Cádiz (SW Spain): Method comparison and spatial distribution. Mar. Chem. 151, 13-22 (2013).">Sánchez-Garcìa, L., de Andrés, J. R., Gélinas, Y., Schmidt, M. W. I., Louchouarn, P. Different pools of black carbon in sediments from the Gulf of Cádiz (SW Spain): Method comparison and spatial distribution. Mar. Chem. 151, 13-22 (2013).
  25. How relevant is recalcitrance for the stabilization of organic matter in soils? J. Plant Nutr. Soil Sci. 171 (1), 91-110 (2008).">Marschner, B., et al. How relevant is recalcitrance for the stabilization of organic matter in soils? J. Plant Nutr. Soil Sci. 171 (1), 91-110 (2008).
  26. Black carbon decomposition and incorporation into soil microbial biomass estimated by 14C labeling. Soil Biol. Biochem. 41 (2), 210-219 (2009).">Kuzyakov, Y., Subbotina, I., Chen, H., Bogomolova, I., Xu, X. Black carbon decomposition and incorporation into soil microbial biomass estimated by 14C labeling. Soil Biol. Biochem. 41 (2), 210-219 (2009).
  27. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478 (7367), 49-56 (2011).">Schmidt, M. W. I., et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478 (7367), 49-56 (2011).
  28. Fire-derived organic carbon in soil turns over on a centennial scale. Biogeosciences. 9 (8), 2847-2857 (2012).">Singh, N., Abiven, S., Torn, M. S. Fire-derived organic carbon in soil turns over on a centennial scale. Biogeosciences. 9 (8), 2847-2857 (2012).
  29. Biological degradation of pyrogenic organic matter in temperate forest soils. Soil Biol. Biochem. 51, 115-124 (2012).">Santos, F., Torn, M. S., Bird, J. A. Biological degradation of pyrogenic organic matter in temperate forest soils. Soil Biol. Biochem. 51, 115-124 (2012).
  30. Biochar stability in soil: Decomposition during eight years and transformation as assessed by compound-specific 14C analysis. Soil Biol. Biochem. 70, 229-236 (2014).">Kuzyakov, Y., Bogomolova, I., Glaser, B. Biochar stability in soil: Decomposition during eight years and transformation as assessed by compound-specific 14C analysis. Soil Biol. Biochem. 70, 229-236 (2014).
  31. Black Carbon and the Carbon Cycle. Science. 280 (5371), 1903-1904 (1998).">Kuhlbusch, T. A. J. Black Carbon and the Carbon Cycle. Science. 280 (5371), 1903-1904 (1998).
  32. Stability of biomass-derived black carbon in soils. Geochim. Cosmochim. Acta. 72 (24), 6069-6078 (2008).">Liang, B., et al. Stability of biomass-derived black carbon in soils. Geochim. Cosmochim. Acta. 72 (24), 6069-6078 (2008).
  33. A review of biochars' potential role in the remediation, revegetation and restoration of contaminated soils. Environ. Pollut. 159 (12), 3269-3282 (2011).">Beesley, L., et al. A review of biochars' potential role in the remediation, revegetation and restoration of contaminated soils. Environ. Pollut. 159 (12), 3269-3282 (2011).
  34. Biochar and its effects on plant productivity and nutrient cycling: a meta-analysis. GCB Bioenergy. 5 (2), 202-214 (2013).">Biederman, L. A., Harpole, W. S. Biochar and its effects on plant productivity and nutrient cycling: a meta-analysis. GCB Bioenergy. 5 (2), 202-214 (2013).
  35. State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia (terra preta de ìndio). Geochim. Cosmochim. Acta. 82, 39-51 (2012).">Glaser, B., Birk, J. J. State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia (terra preta de ìndio). Geochim. Cosmochim. Acta. 82, 39-51 (2012).
  36. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).">Lehmann, J., Joseph, S. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).
  37. Putting the carbon back: Black is the new green. Nature. 442 (7103), 624-626 (2006).">Marris, E. Putting the carbon back: Black is the new green. Nature. 442 (7103), 624-626 (2006).
  38. Global wildland fire season severity in the 21st century. For. Ecol. Manage. 294, 54-61 (2013).">Flannigan, M., et al. Global wildland fire season severity in the 21st century. For. Ecol. Manage. 294, 54-61 (2013).
  39. Recent burning of boreal forests exceeds fire regime limits of the past 10,000 years. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (32), 13055-13060 (2013).">Kelly, R., et al. Recent burning of boreal forests exceeds fire regime limits of the past 10,000 years. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (32), 13055-13060 (2013).
  40. Nanoparticles - Known and unknown health risks. J. Nanobiotechnol. 2, (2004).">Hoet, P. H. M., Brüske-Hohlfeld, I., Salata, O. V. Nanoparticles - Known and unknown health risks. J. Nanobiotechnol. 2, (2004).
  41. The feasibility of isolation and detection of fullerenes and carbon nanotubes using the benzene polycarboxylic acid method. Mar. Pollut. Bull. 59 (4-7), 213-218 (2009).">Ziolkowski, L. A., Druffel, E. R. M. The feasibility of isolation and detection of fullerenes and carbon nanotubes using the benzene polycarboxylic acid method. Mar. Pollut. Bull. 59 (4-7), 213-218 (2009).
  42. Improved assessment of pyrogenic carbon quantity and quality in environmental samples by high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 1304, 246-250 (2013).">Wiedemeier, D. B., Hilf, M. D., Smittenberg, R. H., Haberle, S. G., Schmidt, M. W. I. Improved assessment of pyrogenic carbon quantity and quality in environmental samples by high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 1304, 246-250 (2013).
  43. Dynamic molecular structure of plant biomass-derived black carbon (biochar). Environ. Sci. Technol. 44 (4), 1247-1253 (2010).">Keiluweit, M., Nico, P. S., Johnson, M. G., Kleber, M. Dynamic molecular structure of plant biomass-derived black carbon (biochar). Environ. Sci. Technol. 44 (4), 1247-1253 (2010).
  44. Aromaticity and degree of aromatic condensation of char. Org. Geochem. 78, 135-143 (2015).">Wiedemeier, D. B., et al. Aromaticity and degree of aromatic condensation of char. Org. Geochem. 78, 135-143 (2015).
  45. Crystallite growth in graphitizing and non-graphitizing carbons. Proc. R. Soc. London, Ser. A. 209 (1097), 196-218 (1951).">Franklin, R. E. Crystallite growth in graphitizing and non-graphitizing carbons. Proc. R. Soc. London, Ser. A. 209 (1097), 196-218 (1951).
  46. New directions in black carbon organic geochemistry. Mar. Chem. 92 (1-4), 201-213 (2004).">Masiello, C. A. New directions in black carbon organic geochemistry. Mar. Chem. 92 (1-4), 201-213 (2004).
  47. Determination of the aromaticity and the degree of aromatic condensation of a thermosequence of wood charcoal using NMR. Org. Geochem. 42 (10), 1194-1202 (2011).">McBeath, A., Smernik, R., Plant, E. Determination of the aromaticity and the degree of aromatic condensation of a thermosequence of wood charcoal using NMR. Org. Geochem. 42 (10), 1194-1202 (2011).
  48. Comparison of gas with liquid chromatography for the determination of benzenepolycarboxylic acids as molecular tracers of black carbon. Org. Geochem. 42 (3), 275-282 (2011).">Schneider, M. P. W., Smittenberg, R., Dittmar, T., Schmidt, M. W. I. Comparison of gas with liquid chromatography for the determination of benzenepolycarboxylic acids as molecular tracers of black carbon. Org. Geochem. 42 (3), 275-282 (2011).
  49. Purification of fire-derived markers for µg scale isotope analysis (δ13C, Δ14C) using high-performance liquid chromatography (HPLC). Org. Geochem. 70, 1-9 (2014).">Gierga, M., et al. Purification of fire-derived markers for µg scale isotope analysis (δ13C, Δ14C) using high-performance liquid chromatography (HPLC). Org. Geochem. 70, 1-9 (2014).
  50. Isotopes in pyrogenic carbon: A review. Org. Geochem. 42 (12), 1529-1539 (2012).">Bird, M. I., Ascough, P. L. Isotopes in pyrogenic carbon: A review. Org. Geochem. 42 (12), 1529-1539 (2012).
  51. Soil organic matter dynamics in density and particle size fractions as revealed by the 13C/12C isotopic ratio in a Cerrado's oxisol. Geoderma. 104 (3-4), 185-202 (2001).">Roscoe, R., Buurman, P., Velthorst, E. J., Vasconcellos, C. A. Soil organic matter dynamics in density and particle size fractions as revealed by the 13C/12C isotopic ratio in a Cerrado's oxisol. Geoderma. 104 (3-4), 185-202 (2001).
  52. Stable forest-savanna mosaic in north-western Tanzania: local-scale evidence from δ13C signatures and 14C ages of soil fractions. J. Biogeogr. 39 (2), 247-257 (2012).">Wiedemeier, D. B., Bloesch, U., Hagedorn, F. Stable forest-savanna mosaic in north-western Tanzania: local-scale evidence from δ13C signatures and 14C ages of soil fractions. J. Biogeogr. 39 (2), 247-257 (2012).
  53. The use of carbon isotopes (13C,14C) in soil to evaluate vegetation changes during the holocene in Central Brazil. Radiocarbon. 38 (2), 191-201 (1996).">Pessenda, L. C. R., et al. The use of carbon isotopes (13C,14C) in soil to evaluate vegetation changes during the holocene in Central Brazil. Radiocarbon. 38 (2), 191-201 (1996).
  54. Radiocarbon dating of "old" charcoal using a wet oxidation, stepped-combustion procedure. Radiocarbon. 41 (2), 127-140 (1999).">Bird, M. I., et al. Radiocarbon dating of "old" charcoal using a wet oxidation, stepped-combustion procedure. Radiocarbon. 41 (2), 127-140 (1999).
  55. Biochar carbon stability in four contrasting soils. Eur. J. Soil Sci. 65 (1), 60-71 (2014).">Fang, Y., Singh, B., Singh, B. P., Krull, E. Biochar carbon stability in four contrasting soils. Eur. J. Soil Sci. 65 (1), 60-71 (2014).
  56. Ryegrass-derived pyrogenic organic matter changes organic carbon and nitrogen mineralization in a temperate forest soil. Soil Biol. Biochem. 69, 291-301 (2014).">Maestrini, B., Herrmann, A. M., Nannipieri, P., Schmidt, M. W. I., Abiven, S. Ryegrass-derived pyrogenic organic matter changes organic carbon and nitrogen mineralization in a temperate forest soil. Soil Biol. Biochem. 69, 291-301 (2014).
  57. New insights into pyrogenic carbon by an improved benzene polycarboxylic acid molecular marker method. , University of Zurich. (2014).">Wiedemeier, D. B. New insights into pyrogenic carbon by an improved benzene polycarboxylic acid molecular marker method. , University of Zurich. (2014).
  58. Qualilty Assurance in Environmental Monitoring. , Wiley. (2007).">Perttila, M., Pedersen, B. Qualilty Assurance in Environmental Monitoring. , Wiley. (2007).
  59. Chemical composition and bioavailability of thermally altered Pinus resinosa (Red pine) wood. Org. Geochem. 33 (9), 1093-1109 (2002).">Baldock, J., Smernik, R. Chemical composition and bioavailability of thermally altered Pinus resinosa (Red pine) wood. Org. Geochem. 33 (9), 1093-1109 (2002).
  60. SSSA Book Series. , (1996).">Nelson, D. W., Sommers, L. E. Methods of Soil Analysis: Part 3, Chemical methods. SSSA Book Series. , (1996).
  61. Tips and traps in the 14C bio-AMS preparation laboratory. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 172 (1-4), 404-408 (2000).">Buchholz, B. A., Freeman, S. P. H. T., Haack, K. W., Vogel, J. S. Tips and traps in the 14C bio-AMS preparation laboratory. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 172 (1-4), 404-408 (2000).
  62. Eine neue Apparatur zur Druckveraschung von biologischem Material. Fresenius' Z. Anal. Chem. 302 (1), 62-64 (1980).">Schramel, P., Wolf, A., Seif, R., Klose, B. J. Eine neue Apparatur zur Druckveraschung von biologischem Material. Fresenius' Z. Anal. Chem. 302 (1), 62-64 (1980).
  63. Practical High-Performance Liquid Chromatography. , Wiley. (2010).">Meyer, V. Practical High-Performance Liquid Chromatography. , Wiley. (2010).
  64. Ultra-microscale (5-25 µg C) analysis of individual lipids by 14C AMS: Assessment and correction for sample processing blanks. Radiocarbon. 49 (1), 69-82 (2007).">Shah, S. R., Pearson, A. Ultra-microscale (5-25 µg C) analysis of individual lipids by 14C AMS: Assessment and correction for sample processing blanks. Radiocarbon. 49 (1), 69-82 (2007).
  65. Isotopic (δ13C, Δ14C) analysis of organic acids in marine samples using wet chemical oxidation. Limnol. Oceanogr.: Methods. 11 (4), 161-175 (2013).">Lang, S. Q., Früh-Green, G. L., Bernasconi, S. M., Wacker, L. Isotopic (δ13C, Δ14C) analysis of organic acids in marine samples using wet chemical oxidation. Limnol. Oceanogr.: Methods. 11 (4), 161-175 (2013).
  66. Stable isotope analysis of organic carbon in small (µg C) samples and dissolved organic matter using a GasBench preparation device. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (1), 9-16 (2012).">Lang, S., Bernasconi, S., Früh-Green, G. Stable isotope analysis of organic carbon in small (µg C) samples and dissolved organic matter using a GasBench preparation device. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (1), 9-16 (2012).
  67. Micadas: Routine and high-precision radiocarbon dating. Radiocarbon. 52 (2), 252-262 (2010).">Wacker, L., et al. Micadas: Routine and high-precision radiocarbon dating. Radiocarbon. 52 (2), 252-262 (2010).
  68. A versatile gas interface for routine radiocarbon analysis with a gas ion source. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 294, 315-319 (2013).">Wacker, L., et al. A versatile gas interface for routine radiocarbon analysis with a gas ion source. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 294, 315-319 (2013).
  69. Synthesis and characterisation of laboratory-charred grass straw (Oryza saliva) and chestnut wood (Castanea sativa) as reference materials for black carbon quantification. Org. Geochem. 37 (11), 1629-1633 (2006).">Hammes, K., Smernik, R., Skjemstad, J., Herzog, A., Vogt, U. Synthesis and characterisation of laboratory-charred grass straw (Oryza saliva) and chestnut wood (Castanea sativa) as reference materials for black carbon quantification. Org. Geochem. 37 (11), 1629-1633 (2006).
  70. Comparison of quantification methods to measure fire-derived (black/elemental) carbon in soils and sediments using reference materials from soil, water, sediment and the atmosphere. Global Biogeochem. Cycles. 21 (3), GB3016(2007).">Hammes, K., et al. Comparison of quantification methods to measure fire-derived (black/elemental) carbon in soils and sediments using reference materials from soil, water, sediment and the atmosphere. Global Biogeochem. Cycles. 21 (3), GB3016(2007).
  71. Assessment of hydropyrolysis as a method for the quantification of black carbon using standard reference materials. Geochim. Cosmochim. Acta. 97, 131-147 (2012).">Meredith, W., et al. Assessment of hydropyrolysis as a method for the quantification of black carbon using standard reference materials. Geochim. Cosmochim. Acta. 97, 131-147 (2012).
  72. Rapid molecular screening of black carbon (biochar) thermosequences obtained from chestnut wood and rice straw: A pyrolysis-GC/MS study. Biomass Bioenergy. 45, 115-129 (2012).">Kaal, J., Schneider, M. P. W., Schmidt, M. W. I. Rapid molecular screening of black carbon (biochar) thermosequences obtained from chestnut wood and rice straw: A pyrolysis-GC/MS study. Biomass Bioenergy. 45, 115-129 (2012).
  73. Stable isotopic analysis of pyrogenic organic matter in soils by liquid chromatography-isotope-ratio mass spectrometry of benzene polycarboxylic acids. Rapid Commun. Mass Spectrom. 25 (24), 3723-3731 (2011).">Yarnes, C., et al. Stable isotopic analysis of pyrogenic organic matter in soils by liquid chromatography-isotope-ratio mass spectrometry of benzene polycarboxylic acids. Rapid Commun. Mass Spectrom. 25 (24), 3723-3731 (2011).
  74. Evaluation of the thermal/optical reflectance method for discrimination between char- and soot-EC. Chemosphere. 69, 569-574 (2007).">Han, Y. M., et al. Evaluation of the thermal/optical reflectance method for discrimination between char- and soot-EC. Chemosphere. 69, 569-574 (2007).
  75. Thermal stability of black carbon characterised by oxidative differential scanning calorimetry. Org. Geochem. 38 (1), 112-127 (2007).">Leifeld, J. Thermal stability of black carbon characterised by oxidative differential scanning calorimetry. Org. Geochem. 38 (1), 112-127 (2007).
  76. Differentiation of charcoal, soot and diagenetic carbon in soil: Method comparison and perspectives. Org. Geochem. 46, 66-75 (2012).">Roth, P. J., et al. Differentiation of charcoal, soot and diagenetic carbon in soil: Method comparison and perspectives. Org. Geochem. 46, 66-75 (2012).
  77. Final recommendations for reference materials in black carbon analysis. Eos. 84 (52), (2003).">Schmidt, M. W. I., Masiello, C. A., Skjemstad, J. O. Final recommendations for reference materials in black carbon analysis. Eos. 84 (52), (2003).
  78. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).">Bird, M. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).
  79. Fire Phenomena and the Earth System. , Wiley. (2013).">Hammes, K., Abiven, S. Fire Phenomena and the Earth System. , Wiley. (2013).
  80. The benzene polycarboxylic acid (BPCA) pattern of wood pyrolyzed between 200 °C and 1000 °C. Org. Geochem. 41 (10), 1082-1088 (2010).">Schneider, M. P. W., Hilf, M., Vogt, U. F., Schmidt, M. W. I. The benzene polycarboxylic acid (BPCA) pattern of wood pyrolyzed between 200 °C and 1000 °C. Org. Geochem. 41 (10), 1082-1088 (2010).
  81. Toward a "molecular thermometer" to estimate the charring temperature of wildland charcoals derived from different biomass sources. Environ. Sci. Technol. 47 (20), 11490-11495 (2013).">Schneider, M. P. W., et al. Toward a "molecular thermometer" to estimate the charring temperature of wildland charcoals derived from different biomass sources. Environ. Sci. Technol. 47 (20), 11490-11495 (2013).
  82. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), (2010).">Ziolkowski, L. A., Druffel, E. R. M. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), (2010).
  83. Aged black carbon in marine sediments and sinking particles. Geophys. Res. Lett. 41 (7), 2427-2433 (2014).">Coppola, A. I., Ziolkowski, L. A., Masiello, C. A., Druffel, E. R. M. Aged black carbon in marine sediments and sinking particles. Geophys. Res. Lett. 41 (7), 2427-2433 (2014).
  84. Quantifying the abundance and stable isotope composition of pyrogenic carbon using hydrogen pyrolysis. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (23), 2690-2696 (2012).">Wurster, C. M., Lloyd, J., Goodrick, I., Saiz, G., Bird, M. I. Quantifying the abundance and stable isotope composition of pyrogenic carbon using hydrogen pyrolysis. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (23), 2690-2696 (2012).
  85. Pyrogenic molecular markers: Linking PAH with BPCA analysis. Chemosphere. 119, 432-437 (2015).">Wiedemeier, D. B., Brodowski, S., Wiesenberg, G. L. B. Pyrogenic molecular markers: Linking PAH with BPCA analysis. Chemosphere. 119, 432-437 (2015).
  86. Revised black carbon assessment using benzene polycarboxylic acids. Org. Geochem. 36 (9), 1299-1310 (2005).">Brodowski, S., Rodionov, A., Haumaier, L., Glaser, B., Amelung, W. Revised black carbon assessment using benzene polycarboxylic acids. Org. Geochem. 36 (9), 1299-1310 (2005).
  87. Transformation and stabilization of pyrogenic organic matter in a temperate forest field experiment. GCB. 20 (5), 1629-1642 (2014).">Singh, N., et al. Transformation and stabilization of pyrogenic organic matter in a temperate forest field experiment. GCB. 20 (5), 1629-1642 (2014).
  88. Pyrogenic carbon soluble fraction is larger and more aromatic in aged charcoal than in fresh charcoal. Soil Biol. Biochem. 43 (7), 1615-1617 (2011).">Abiven, S., Hengartner, P., Schneider, M. P. W., Singh, N., Schmidt, M. W. I. Pyrogenic carbon soluble fraction is larger and more aromatic in aged charcoal than in fresh charcoal. Soil Biol. Biochem. 43 (7), 1615-1617 (2011).
  89. Industrial carbon input to arable soil since 1958. Org. Geochem. 80, 46-52 (2015).">Lehndorff, E., et al. Industrial carbon input to arable soil since 1958. Org. Geochem. 80, 46-52 (2015).
  90. Black carbon accrual during 2000 years of paddy-rice and non-paddy cropping in the Yangtze River Delta, China. GCB. 20 (6), 1968-1978 (2014).">Lehndorff, E., Roth, P. J., Cao, Z. H., Amelung, W. Black carbon accrual during 2000 years of paddy-rice and non-paddy cropping in the Yangtze River Delta, China. GCB. 20 (6), 1968-1978 (2014).
  91. Isotopic evidence for condensed aromatics from non-pyrogenic sources in soils - implications for current methods for quantifying soil black carbon. Rapid Commun. Mass Spectrom. 22 (7), 935-942 (2008).">Glaser, B., Knorr, K. H. Isotopic evidence for condensed aromatics from non-pyrogenic sources in soils - implications for current methods for quantifying soil black carbon. Rapid Commun. Mass Spectrom. 22 (7), 935-942 (2008).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Pyrogenic CarbonBenzene Polycarboxylic AcidsBPCA MethodCarbon Isotopic AnalysisSample PreparationSolid Phase ExtractionHigh Performance Liquid ChromatographyIsotope Ratio Mass SpectrometryAccelerated Mass SpectrometryEnvironmental Sample Analysis

Related Articles