استخراج وتوصيف السطحي من الهباء الجوي

ملخص

يتم عرض طرق لاستخلاص المستهدفة السطحي الحالية في الهباء الجوي وتحديد التركيزات المطلقة ومنحنيات التوتر السطحي في الماء، بما في ذلك على تركيز الحرجة مذيلة (CMC).

الملخص

ومن المتوقع المركبات سطح النشط، أو السطحي، موجودة في الهباء الجوي لتلعب دورا هاما في تشكيل الغيوم الماء السائل في الغلاف الجوي للأرض، وهي عملية مركزية في مجال الأرصاد الجوية والهيدرولوجيا، وبالنسبة للنظام المناخي. ولكن لاستخراج وتوصيف محدد من هذه المركبات قد تفتقر لعقود من الزمن، ولا يعرف سوى القليل جدا عن هويتهم، والخصائص، طريقة عمل وأصول، وبالتالي منع الفهم الكامل لتكوين السحب وصلات محتملة مع النظم الايكولوجية للأرض.

في هذه الورقة نقدم ضعت مؤخرا طرق 1) استخراج المستهدفة من كل السطحي من عينات الهباء الجوي في الغلاف الجوي ولتحديد 2) تركيزاتها المطلقة في المرحلة الهباء الجوي و3) ثابتة منحنيات التوتر السطحي في الماء، بما في ذلك الحرجة من مذيلة التركيز (CMC). تم التحقق من صحة هذه الأساليب مع 9 المراجع السطحي، طأنيونية التسبب، الموجبة ومنها غير الأيونية. يتم عرض أمثلة من نتائج السطحي وجدت في جسيمات الهباء الجوي الجميلة (قطر <1 ميكرون) التي تم جمعها في موقع الساحلية في كرواتيا واقتراحات لإدخال تحسينات في المستقبل وغيرها من الأوصاف من تلك التي عرضت ونوقشت.

المقدمة

الغيوم ضرورية في الغلاف الجوي للأرض، للهيدرولوجيا معظم البيئات والنظم الإيكولوجية، وفيما يتعلق بالنظام المناخي. لكن بعض جوانب آليات تشكيلها لا تزال غير مفهومة، ولا سيما المساهمات من المركبات الكيميائية الموجودة في جزيئات الهباء الجوي والتي تكون بمثابة نواة التكثيف. نظرية ¹ تتوقع أن المركبات النشطة على السطح، أو السطحي، موجودة في جزيئات الهباء الجوي يجب أن تعزز بقوة تشكيل الحبرية سحابة من جانب خفض التوتر السطحي، وبالتالي الطاقة تكوينها. ولكن هذه الآثار بقيت بعيدة المنال للمراقبة على مدى عقود، ونفت دور السطحي على تكوين السحب حاليا من قبل جزء كبير من المجتمع في الغلاف الجوي وتجاهل في جميع التحقيقات السحابية ونماذج الغلاف الجوي والمناخ.

وكان أحد أسباب عدم فهم دور السطحي الهباء الجوي في تكوين السحب غياب طريقة لايزوفي وقت متأخر وتميزها. وخلافا لعينات من بيئات أخرى، وتحليل عينات من الغلاف الجوي يواجه تحديات المتكررة ² مثل حجم صغير جدا العينة وكتلة (هنا، وعادة ما بين 10 و 100 ميكروغرام) والتعقيد الكيميائي (خليط من الأملاح والمعادن، والعديد من المواد العضوية). للتغلب على هذه التحديات وتحسين فهم الهباء الجوي السطحي تم بعض الأساليب وضعت مؤخرا من قبل مجموعتنا ل1) استخراج تحديدا هذه المركبات من عينات الهباء الجوي، 2) تحديد تركيزات المطلقة في المرحلة الهباء الجوي و3) تحديد سطح منحنيات التوتر بهم في الماء، بما في ذلك من حرج مذيلة تركيز (CMC)، والتركيز الذي يتم المشبعة السطحي على السطح والبدء في تشكيل المذيلات في الجزء الأكبر. وتعرض أحدث الإصدارات من هذه الأساليب في هذه الورقة.

المزيد من التحسينات وغيرها من أنواع الأوصاف، التي يمكن أن تستخدم في شركاتlement لتلك المقدمة، سيتم مناقشتها. وقد أظهرت العديد من التطبيقات الأخيرة من هذه الأساليب كيف يمكن لهذه التحليلات يمكن أن تحسن فهم دور السطحي في تكوين السحب، التي تثبت هذا الدور ذاته، ³ تحديد تركيزات السطحي في الهباء الجوي ^{3 و 4 و 5 و 6} و طريقة العمل في تشكيل سحابة الحبرية، ^{3، 6} تثبت أصلهم الاحيائية و ^{3 و 4 و 7} و شرح افتقارهم للمراقبة عن طريق الأدوات الكلاسيكية. ^{8، 9، 10}

البروتوكول

1. إعداد المواد لبروتوكول كما هو موضح في الجدول رقم 1

مواد	إعداد / الغسل
المواد الاستهلاكية (المحاقن البلاستيكية، والإبر، 4 مل قارورة، الماصات باستور، نصائح micropipette)	لاستخدامها مباشرة دون معالجة مسبقة والتخلص منها بعد الاستخدام.
الأواني الزجاجية قابلة لإعادة الاستخدام (فنجان (للمياه عالى النقاء)، 15، 30، و 60 زجاجة مل مع الفلين، أنابيب لاستخراج المرحلة الصلبة (SPE)؛ والحانات التحريك المغناطيسي)	يغسل مع الإيثانول (فقط للقارورة المستخدمة في طريقة اللونية).
	بالتتابع شطف مع ماء الصنبور، والإيثانول، ماء الصنبور، والماء عالى النقاء.
	ملء قوارير الزجاج ودورق يحتوي على الفلين، النمامون المغناطيسي، وSPE توبيز مع الماء عالى النقاء ووضعها في حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 15 دقيقة.
	إزالة الماء وشطف مع الماء عالى النقاء.
	تجفيف الأواني الزجاجية في الهواء عند درجة حرارة الغرفة.
	جفت مرة واحدة، أغلق كافة الزجاجات وتخزينها تحت غطاء لتجنب جمع الغبار.
	لتجنب التلوث، واستخدام الأواني الزجاجية متميزة لاستخراج المياه وطريقة اللونية.
ملاقط ومقصات	يغسل مع الايثانول والماء ثم عالى النقاء.
	الجافة مع الهواء المضغوط.
أطباق بتري الزجاج والأغطية	تغسل بماء الصنبور وفرشاة ثم مع الايثانول.
	شطف مع ماء الصنبور والمياه ثم عالى النقاء.
	تجف في الهواء في درجة حرارة الغرفة.
	جفت مرة واحدة، إغلاق مربعات وستورالبريد لهم تحت غطاء لتجنب جمع الغبار.
SPE فراغ مشعب	يغسل مع الايثانول والماء ثم عالى النقاء.
	الجافة مع الهواء المضغوط.
الكوارتز كوفيت (لتحليل أشعة فوق البنفسجية فيس)	يغسل مع الإيثانول ويشطف بماء الصنبور والمياه ثم عالى النقاء.
	الجافة مع الهواء المضغوط.

الجدول 1: قائمة المواد والأواني الزجاجية المستخدمة في بروتوكول، بما في ذلك إعداد والغسيل.

2. التعامل مع عينات الهباء

ملاحظة: لقد تم تطوير طريقة استخراج المعروضة هنا لعينات الهباء الجوي في الغلاف الجوي التي تم جمعها على مرشحات الألياف الكوارتز وزنه الإجمالي لا يقل عن 8 ميكروجرام. لن يتم شرح طريقة لجمع عينات الهباء الجوي على مرشحات في الجو هنا ولكن العديد منالوصف يمكن العثور عليها في الأدب، مثل المراجع ^{2، 3، 4، 5، 6} يتم تسطير فقط الخطوات التالية.

1. عدد كل مرشح على حدة.
   ملاحظة: في جميع أنحاء بروتوكول بأكمله يجب معالجته المرشحات مع ملاقط نظيفة والتي تحتفظ بها قدرتها.
2. الشرط المسبق المرشحات ورقائق الألومنيوم أو أطباق بتري الزجاج قبل أخذ العينات من الخبز لهم في 773 K لمدة 6 ساعات.
3. قبل تزن، تحت درجة حرارة والرطوبة ظروف خاضعة للرقابة، والمرشحات باستخدام توازن دقيق وجود دقة من 1 ميكروغرام على الأقل، لتحديد الوزن قبل العينة.
4. أخذ عينات فارغة بانتظام في بداية وأثناء وفي نهاية فترة أخذ العينات، عن طريق وضع مرشح على حامل مرشح من العينات ولكن الحفاظ على مضخة قبالة لنفس المدة كما لجمع عينة الفعلية ( على سبيل المثال. إذا كان جمع العينات يستمر 24 ساعة، وينبغي أن يترك مرشح فارغة في العينات، مع مضخة خارج، لمدة 24 ساعة). تحليل هذه الفراغات مع نفس البروتوكول بالنسبة للعينات الفعلية.
5. في أقرب وقت ممكن بعد أخذ العينات، حزمة المرشحات في حاويات (رقائق الألومنيوم المدعومة أو أطباق الزجاج بيتري) وتخزينها في الثلاجة عند -18 درجة مئوية (255 K) حتى التحليل.
6. ترك المرشحات للتوازن في مجفف لمدة 24 ساعة قبل وزنها. تحديد حجم كل عينة (الهباء الجوي جمعت كتلة على مرشحات) من وزنها بعد أخذ العينات (وطرح الوزن قبل أخذ العينات) تحت درجة حرارة تسيطر عليها نفس والرطوبة النسبية كما حدث قبل وزنها.

3. استخراج السطحي من عينات الهباء

1. استخراج المياه
   1. تزج العينات مرشح في الماء عالى النقاء لمدة 2 ساعة عند 279 ± 1 K في أطباق بتري الزجاج، وإغلاق الغطاء ويهز أطباق بتري في حين عقد لهم شقة، حول البريدجدا 30 دقيقة.
      ملاحظة: يتم مغمورة المرشحات 47 ملم في 7 مل ومنها 150 ملم في 35 مل. مع 120 ملم أطباق بتري الزجاج، لا بد من خفض في أربع قطع مع مقص نظيفة قبل أن توضع في طبق المرشحات 150 ملم.
   2. تنظيف حقنة المرشحات (0.40 ميكرومتر PVDF) مع 3 × 1 مل من الماء عالى النقاء.
   3. تصفية حل حصلت عليه في الخطوة 3.1.1 مع فلتر حقنة نظيفة ووضعها في زجاجة 60 مل المرجحة مسبقا. شطف طبق بيتري مع 5 مل من الماء عالى النقاء، تصفية المياه مع فلتر حقنة وإضافته إلى الحل في زجاجة 60 مل من الزجاج. ثم وزن زجاجة مل 60 الذي يحتوي على حل لتحديد كمية المياه التي تمت تصفيتها وتركيز السطحي في الخطوة 4.4.5.
2. SPE استخراج (الصلبة المرحلة استخراج)
   1. إرفاق السيليكا SPE خراطيش C18 أساس (انظر قائمة المواد للحصول على تفاصيل حول خراطيش) على فراغ مشعب SPE، الذي هو في حد ذاته اتصالإلى المضخة.
   2. غسل خراطيش التي تتدفق 6 مل من أسيتونيتريل مع معدل التدفق في 1 مل / دقيقة وتطبيق الفراغ مع مضخة. كرر مع 6 مل من الماء عالى النقاء. وقف ضخ للحفاظ على ارتفاع منسوب المياه بما فيه الكفاية والحفاظ على خرطوشة الرطب.
   3. تدفق العينة التي تم الحصول عليها في الخطوة 3.1.3 من خلال خرطوشة SPE بمعدل أقل من 1 مل / دقيقة.
   4. تدفق 1 مل من الماء عالى النقاء على الرغم من أن خرطوشة لتنظيف وتجفيف خرطوشة من خلال تطبيق فراغ أقوى على SPE انشاء.
   5. أزل جزء السطحي استيعابها على العمود تتدفق 4 مل من أسيتونيتريل من خلال ذلك بمعدل تدفق أقل من 1 مل / دقيقة.
      1. تتبخر الحل أسيتونيتريل الحصول عليها مع تدفق N ₂ للحصول على خلاصة الفاعل بالسطح الجاف وإعادة بحل استخراج الجافة في 60 ميكرولتر من الماء عالى النقاء.
         ملاحظة: يمكن بعد ذلك مقتطفات ميكرولتر 60 تم الحصول عليها من هذه الطريقة أن تستخدم كحل الأم لالتوصيفات المختلفة للتوتر السطحي.
3. تحديد كفاءة الاستخراج
   ملاحظة: الكفاءة من طريقة استخراج لأنواع مختلفة من السطحي بحاجة إلى أن تحدد لتحديد تركيزات المطلقة في القسم 4. لهذا، يحتاج بروتوكول التالية ليتم تطبيقها على مرجع السطحي مثل، على سبيل المثال، دوديسيل كبريتات الصوديوم (SDS)، dioctyl سولفوسوكسينيت الصوديوم (عثمان)، benzyltetradecyl dimethylammonium (zephiramine)، كلوريد الأمونيوم cetyltrimethyl (CTAC)، (1،1،3،3-tetramethylbutyl) فينيل البولي ايثيلين جلايكول (انظر قائمة المواد)، الأثير البولي ايثيلين جلايكول دوديسيل ( رؤية قائمة المواد)، surfactin، rhamnolipid، أو L-α-فسفاتيديل.
   1. ارتفاع المرجع المحاليل المائية معيار (10 ^-9 إلى 10 ^-4 الشامات السطحي في 1 مل من الماء عالى النقاء) على مرشحات الكوارتز نظيفة (grammage 0.85 جم ^-2) مع micropipette. في موازاة ذلك، إضافة نفس الكمية من هذه الحلول دirectly في قارورة باسم "حلول أولية".
   2. تجفيف المرشحات (وضعها في أطباق بتري) في مجفف لمدة 24 ساعة واستخراج المرشحات مع السطحي وفقا لبروتوكول في القسم 3،1-3،2.
   3. قياس تركيز مركبات الإشارة في الأولي (حلول المراجع في قوارير من الخطوة 3.3.1) والحلول المستخرج (من الخطوة 3.3.2) مع الأساليب المذكورة في القسم 4. كفاءة استخراج عازمون على أنها نسبة أطروحات التركيزات.
      ملاحظة: عادة، في هذا العمل، لSDS وعثمان (أنيوني السطحي)، تم العثور على هذه الكفاءة لتكون 65 ± 10٪، لzephiramine وCTAC (السطحي الموجبة)، كان 20 ± 5٪، و(1،1 ، 3،3-tetramethylbutyl) فينيل البولي ايثيلين جلايكول (انظر قائمة المواد)، البولي ايثيلين جلايكول الأثير دوديسيل (انظر قائمة المواد)، Surfactin، Rhamnolipid، وL-α-فسفاتيديل (السطحي غير الأيونية) كان 90 ± 10٪.
4. Extractiعلى من مجموع جزء السطحي في عينات
   ملاحظة: للتحقق من أن طريقة استخراج المقترحة إزالة كافة السطحي الحالية في العينات التي تم تحليلها (أي جميع المركبات خفض التوتر السطحي بهم)، الاختبار التالي يمكن أن يؤديها.
   1. قياس التوتر السطحي (انظر القسم 5) حل معروفة من مجمع المرجعية (أو لاستخراج عينة) بعد استخراج الأول (الخطوة 3.1.3). وينبغي أن يكون حوالي 50 مليون م ^-1.
   2. قياس التوتر السطحي للحل غادر بعد خطوات استخراج الثانية، التي جمعت أي بعد أن تمر عبر العمود SPE في الخطوة 3.2.3. وينبغي أن تكون هذه القيمة قريبة من 72.8 ± 1 مليون م ^-1، واحد من الماء النقي، وتبين أن معظم أو جميع المركبات النشطة على السطح الموجودة في عينات تم إزالتها من قبل الاستخراج.

4. تحديد السطحي تركيزات الهباء المرحلة

ملحوظة:وقد تم اختيار تقنية اللونية لتحديد تركيزات السطحي الهباء الجوي المرحلة، التي تنص على تركيزات مطلقة ولديها حساسية كافية للتوتر السطحي في العينات البيئية. ^{11، 12، 13، 14} ولكنه يتطلب لقياس حدة تركيزات أنيوني، الموجبة والسطحي غير الأيونية لالكواشف المختلفة لديها لاستخدامها لكل نوع السطحي. كل الحلول لبروتوكول التالية يجب أن تكون مستعدة مع بال micropipettes للتأكد من دقتها ويجب أن يؤديها كل ردود الفعل في قوارير زجاجية.

1. المعايرة اللونية من أنيوني السطحي
   1. يعد حل العازلة خلات في الماء في درجة الحموضة = 5 (حل خلات الصوديوم 0.2 M / حامض الخليك حل 0.2 M، 70/30 في الحجم) مع حجم ما لا يقل عن 200 ن ميكرولتر، حيث n هو عدد العينات التي يكون تحليل.
   <لى> إعداد محلول EDTA 0.1 M مع حجم NX ما لا يقل عن 100 ميليلتر، حيث n هو عدد العينات التي يتم تحليلها.
   2. إعداد محلول كبريتات الصوديوم 1 M في المياه مع حجم NX ما لا يقل عن 500 ميليلتر، حيث n هو عدد العينات التي يتم تحليلها.
   3. يعد حل البنفسج الإيثيلي (C ₃₁ H ₄₂ N ₃₎ ^{11، 15، 16، 17} 0.49 ز L ^-1 في الماء مع حجم ما لا يقل عن NX 200 ميكرولتر، حيث n هو عدد العينات التي يتم تحليلها.
   4. إذا بدءا من مقتطفات عينة 60 ميكرولتر التي تم الحصول عليها في القسم 3، وتمييع لهم 10 مل مع الماء عالى النقاء باستخدام بال micropipettes في زجاجة مل 60 مع غطاء. خلاف ذلك، يستغرق 10 مل من العينة وإضافة 200 ميكرولتر من حل العازلة خلات، 100 ميكرولتر من محلول EDTA، 500 ميكرولتر من محلول كبريتات الصوديوم و 200 ميكرولتر من ايثيلحل البنفسجي باستخدام بال micropipettes.
   5. إضافة 2.5 مل من التولوين إلى حل مع micropipette، شريط مغناطيسي، ويقلب لمدة 1 ساعة عند 500 دورة في الدقيقة.
   6. مغادرة المراحل المائية والعضوية لمجموعة لحوالي 10 دقيقة. وحالما يتم فصلهم، وإزالة مرحلة التولوين (المرحلة العليا) مع ماصة باستير الزجاج لإجراء تحليل الأشعة فوق البنفسجية تجاه (انظر القسم 4.4).
2. المعايرة اللونية السطحي الموجبة
   1. يعد حل العازلة خلات في الماء في درجة الحموضة = 5 (حل خلات الصوديوم 0.2 M / حامض الخليك حل 0.2 M، 70/30 في الحجم) مع حجم NX ما لا يقل عن 1 مل، حيث n هو عدد العينات التي يكون تحليل.
   2. يعد حل من اللون الأزرق disulfine (C ₂₇ H ₃₂ N ₂ O ₆ S ₂₎ ^{11، 18} في 2.58 ز L ^-1 في خليط 90:10 الثلج / الايثانول (تمييع الصبغة أولا مع حجم الماء ثم إضافة الخامسolume الإيثانول)، مع حجم ما لا يقل عن NX 500 ميكرولتر، حيث n هو عدد العينات التي يتم تحليلها.
   3. ضع 10 مل من العينة في زجاجة مل 30 مع غطاء وإضافة 1 مل من محلول خلات عازلة و 500 ميكرولتر من محلول أزرق disulfine باستخدام بال micropipettes.
   4. إضافة 2.5 مل من الكلوروفورم مع micropipette، شريط مغناطيسي، ويقلب لمدة 1 ساعة عند 500 دورة في الدقيقة.
   5. بعد خروجه من المراحل المائية والعضوية لفصل لمدة 10 دقيقة، وإزالة الكلوروفورم (أقل المرحلة) مع حقنة لإجراء تحليل أشعة فوق البنفسجية فيس (انظر القسم 4.4).
3. المعايرة اللونية السطحي غير الأيونية
   ملاحظة: للحصول على المعايرة السطحي غير الأيونية، لم يكن من الممكن تحديد صبغة التفاعل مع جميع السطحي غير الأيونية، ولكن الكوبالت ثيوسيانات (شركة (NCS) ₂₎ تم اختياره لأنه يتفاعل مع أوسع مجموعة من المركبات. ^{12 و 19}
   1. يحضرحل ثيوسيانات الكوبالت عن طريق خلط NX 6.2 غرام من ثيوسيانات الأمونيوم وNX 2.8 غرام نترات الكوبالت هيكساهيدرات في NX 10 مل من الماء، حيث n هو عدد العينات التي يتم تحليلها.
   2. ضع 3 مل من العينة في زجاجة 15 مل مع غطاء وإضافة 1 مل من محلول الكوبالت ثيوسيانات مع micropipette.
   3. إضافة 2 مل من الكلوروفورم مع micropipette، شريط مغناطيسي، ويقلب لمدة 1 ساعة في 500 دورة في الدقيقة
   4. بعد خروجه من المراحل المائية والعضوية لفصل لمدة 10 دقيقة، وإزالة الكلوروفورم (أقل المرحلة)، وذلك باستخدام حقنة لإجراء تحليل امتصاص أشعة فوق البنفسجية فيس (انظر القسم 4.4).
4. منحنيات المعايرة والقياس الكمي بواسطة التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية فيس
   1. إنشاء منحنى المعايرة (الامتصاصية مقابل منحنيات التركيز) لأنيوني السطحي عن طريق قياس الامتصاصية في 612 نيوتن متر من سلسلة من الحلول المعروفة لمجمع المرجعية، مثل SDS أو عثمان.
      ملاحظة: عادة 12 حلول مع تركيزاتبين 0 و 5 ميكرومتر (وبما في ذلك بعض التكرار) ينبغي أن تستخدم لإنشاء منحنى.
      وينبغي الحصول على منحنى معايرة فريدة من نوعها مع كل من المركبات الأيونية (SDS وعثمان) مع منحدر من ε = 0.37 ± 0.02 ميكرومتر سم ^-1 وحد الكشف عن 0.054 ميكرومتر، لجميع أنيوني السطحي.
   2. إنشاء منحنى المعايرة للتوتر السطحي الموجبة بنهج مماثل، ولكن قياس الامتصاصية في 628 نانومتر، واستخدام المركبات المرجعية مثل Zephiramine أو CTAC.
      ملاحظة: يجب ε المنحدر = 0.35 ± 0.05 ميكرومتر سم ^-1 وحد الكشف 0.059 ميكرومتر، لجميع السطحي الموجبة.
   3. إنشاء منحنى المعايرة للتوتر السطحي غير الأيونية بنهج مماثل، ولكن لمجموعة من تركيز 0-20 ميكرومتر، وقياس الامتصاصية في 317 نانومتر، واستخدام البولي ايثيلين جلايكول الأثير دوديسيل (انظر قائمة المواد)، ومجمع المرجعية.
   4. لتحديد تركيزات السطحي صبغمجمع في المحاليل العضوية التي تم الحصول عليها في القسم 4.1، 4.2 و 4.3، مكان ~ 1.5-2 مل من هذه الحلول في خلية الكوارتز 1 سم وقياس الامتصاصية في الساعة 612، 628 و 317 نانومتر، على التوالي، مع أشعة فوق البنفسجية فيس الطيف. قبل كل قياس الحل، واتخاذ فارغة من المذيبات العضوية (التولوين لطريقة السطحي الأنيونية وكلوروفورم لأساليب الموجبة وغير الأيونية السطحي)
      ملاحظة: خلافا لأنيوني السطحي والموجبة، وذلك باستخدام الكوبالت ثيوسيانات كما صبغ سيعطي منحنيات المعايرة مختلفة مع مختلف السطحي غير الأيونية. باستخدام البولي ايثيلين جلايكول الأثير دوديسيل، كما اقترح هنا، وسوف نقلل من تركيزات معظم السطحي غير الأيونية، وبالتالي ضمان أن الأخطاء على القياسات هي دائما من نفس علامة، أي نقلل تركيزات الفعلية. المنحدر باستخدام البولي ايثيلين جلايكول الأثير دوديسيل كمرجع يجب أن تعطي منحدر ε = 0.013 ± 0.001 ميكرومتر ^-1 وحد الكشف عن 0.3 ميكرومتر.
      ملاحظة: استنادا إلى معايرة مختلفة منحدرات الحصول مع مختلف السطحي غير الأيونية، وحقيقة أن بعض السطحي قد لا يتم الكشف على كل من ثيوسيانات الكوبالت قدرنا ⁶ التقليل المنهجي على تركيز السطحي غير الأيونية مع هذا الأسلوب لعن عامل 2، وهو أكبر مصدر للالشكوك في مجموع تركيزات السطحي.
   5. تحديد تركيز بالسطح الكلي في كل عينة على أنها مجموع تركيزات أنيوني، الموجبة، والسطحي غير الأيونية قياسها بشكل منفصل ⁶ وبعد تصحيح كل تركيز من قبل الكفاءة حجم المستخرج من الخطوة 3.1.3 وكفاءة الاستخراج منها العزم في خطوة 3.3.
      ملاحظة: عدم اليقين العامة في هذه الكلية تركيزات يقدر أن 33٪، ومعظمهم بسبب الشكوك على تركيزات السطحي غير الأيونية.
   6. تحديد متوسط ​​concen السطحيtrations في العينة الهباء الجوي بضرب تركيز حصلت لاستخراج من نسبة حجم العينة الهباء الجوي لحجم استخراج (60 ميكرولتر).

5. تحديد والسطحي المطلق منحنيات التوتر السطحي في المياه

1. قياسات التوتر السطحي شنقا انخفاض tensiometry
   ملاحظة: للحصول على عينات الهباء الجوي، من الأفضل إجراء قياسات التوتر السطحي مع أسلوب معلق قطرة، وهذا هو الأسلوب تتطلب أصغر حجم العينة (لمزيد من التفاصيل حول مقياس التوتر السطحي، انظر قائمة المواد). على الرغم من أن يتم تنفيذ هذه القياسات على قطرات من أقطار بين 1.4 و 2.4 مم، وقد أظهرت التجارب أن التوتر السطحي قياس مطابقة لتلك التي من قطرات حجم ميكرون التي تحتوي على تركيز السطحي نفسه. ^{10، 20} خلال القياسات، ويجب أن تكون درجة الحرارة ثابتة على الأقل0؛ ± 3 K، وينبغي رصد حجم القطيرات باستمرار استبعاد آثار التبخر. يجب أن يترك كل قطرة لكي تتوازن (لا تختلف قيمة التوتر السطحي أي أكثر) قبل إجراء القياس وكل قياس يجب أن تتكرر 3-5 مرات.
   1. بدء تشغيل الكاميرا مقياس التوتر السطحي والبرمجيات (انظر قائمة مواد المراجع). معايرة مقياس التوتر السطحي عن طريق قياس التوتر السطحي من قطرات من الماء عالى النقاء، بعد بروتوكول في الخطوات 5.1.2-5.1.5 أدناه.
   2. ملء حقنة 1 مل مع Ø 0.30 مم إبرة (لσ <45 مليون م ^-1) أو Ø 0.51 مم (لσ> 45 مليون م ^-1) الإبرة مع الحل السطحي حصلت عليه في الخطوة 3.2.6 ووضعه على مقياس التوتر السطحي، والتأكد من أن رأس الإبرة في مجال الكاميرا.
   3. تنتج قطرات من قطر بين 1 و 3 ملم على رأس الإبرة من خلال الضغط على المكبس.
   4. التقاط صورة أو فيديو من الحبرية قبل أن يقع مع البرنامج البريد.
   5. تشغيل الدالة تحليل البرامج لتناسب الشكل قطرة إلى المعادلة يونغ لابلاس والحصول على قيمة التوتر السطحي. وأشير إليه أعلاه، هذه العملية يجب أن تتكرر عدة مرات لنفس قطرة حتى لا تختلف التوتر السطحي أي أكثر من ذلك، لضمان أن السطحي وصلت التوازن في الحبرية.
      ملاحظة: عدم اليقين الشاملة على هذه القياسات التوتر السطحي وعادة ما تكون من ± (0،3-1،0) مليون م ^-1.
2. كاملة منحنيات التوتر السطحي وCMC
   1. قياس التوتر السطحي للاستخراج الأولي، حصلت عليه في الخطوة 3.2.6، بعد بروتوكول في 5.1.
   2. قياس تركيز بالسطح الكلي في نفس استخراج، في أعقاب البروتوكولات في القسم 4. هذا التركيز والتوتر السطحي من هذا المقتطف سوف توفر نقطة بداية المنحنى.
   3. لرسم ما تبقى من منحنى، يخفف من استخراج بمعامل 2 من الإعلاندينغ الماء عالى النقاء مع micropipette. قياس التوتر السطحي للمحلول مخفف.
   4. وصلت كرر الخطوة 5.2.2 حتى حل (أو بالقرب) التوتر السطحي للماء النقي (72.8 ± 1 مليون م ^-1). والقيم التوتر السطحي وعوامل التخفيف لكل من هذه الحلول المخففة توفر نقاط تحديد منحنى التوتر السطحي.
   5. تحديد متوسط ​​تركيز السطحي في العينة الهباء الجوي الأولية بضرب التركيز في استخراج من نسبة استخراج لحجم العينة.
      ملاحظة: كما أن حجم العينة الهباء الجوي عادة ما يكون أصغر من استخراج 60 ميكرولتر، وتركيز السطحي الهباء الجوي عادة ما يكون أكبر من استخراج التركيز، وبالتالي أبعد نقطة على محور س من المنحنى.
   6. رسم منحنى التوتر السطحي (الشكل 2). لهذا، ضع النقطة الأولى الموافق الأوضاع في الهباء الجوي (المحور س = concentrati بالسطحعلى في العينة الهباء الجوي تحدد في الخطوة 5.2.5. المحور الصادي = الحد الأدنى التوتر السطحي قياسها في 60 ميكرولتر استخراج الحل في خطوة 5.2.1). ثم ضع النقطة الثانية المقابلة لاستخراج 60 ميكرولتر من الخطوة 5.2.1 (محور تركيز × = السطحي في 60 ميكرولتر استخراج، المحور ص = الحد الأدنى التوتر السطحي قياسها في 60 ميكرولتر استخراج الحل). ثم ضع النقطة الثالثة المقابلة لاستخراج الهباء الجوي المخفف الخطوة 5.2.2 (المحور س = تركيز بالسطح في 120 ميكرولتر المخفف استخراج الحل = تركيز في 60 ميكرولتر استخراج حل مقسوما عاملا 2؛ المحور ص: الحد الأدنى السطح التوتر قياس في 120 ميكرولتر استخراج الحل)، وهلم جرا حتى آخر التوتر السطحي المقاس (الخطوة 5.2.3)
   7. وبمجرد إنشاء منحنى التوتر السطحي، وتحديد CMC بيانيا عن طريق تحديد تقاطع بين منحدر حاد والحد الأدنى من مستوى التوتر السطحي (انظر الشكل 2).
      ملاحظة: فقط إذا والعشرينالبريد تركيز بالسطح في استخراج هو أعلى بكثير من CMC (فوق الانتقال حادا على منحنى) قيمة CMC والحد الأدنى للالتوتر السطحي يمكن تحديده بدقة. لكن إذا كان هذا التركيز أقل من CMC، لا يمكن تحديد القيمة الدقيقة للCMC وسوف التوتر السطحي للاستخراج تعطي إلا حدا أعلى من واحد من العينة.

النتائج

ملاحظة: قبل أن يجري تطبيقها على عينات الغلاف الجوي، وقد تم اختبار جميع البروتوكولات المعروضة في هذا القسم مع 9 السطحي المرجعية وسطح منحنيات التوتر، التوتر السطحي الحد الأدنى، وكانت المجالس البلدية للأطفال التي تم الحصول عليها في اتفاق ممتازة مع الأدب. ^{21 و 22}

1. تركيزات

الهباء الدقيقة (<1 ميكرون في القطر، أو "PM1") تم جمع العينات على مرشحات الألياف الكوارتز في الموقع الساحلي Rogoznica، كرواتيا في فبراير 2015. وقد تم التعامل مع هذه العينات واستخراج كما هو موضح في القسمين 2 و 3، على التوالي، من هذه المخطوطة. تركيزات للأنيوني، الموجبة والسطحي غير الأيونية والتركيز الكلي للتوتر السطحي في حجم العينة الهباء الجوي، C _{الأمواج، ص} (M) تم قياس، وفقا للمادة 4. Tوقال انه يتم عرض النتائج في الشكل 1، والأدلة هيمنة أنيوني السطحي وغير الأيونية بين السطحي قياسها.

2. التوتر السطحي للعينة والسطح المنحنى التوتر السطحي للالمستخلصة ومنتجاتها

الجمع بين القياسات التوتر السطحي كما هو موضح في القسم 5، وقياسات تركيز، أسفرت عن منحنيات التوتر السطحي المطلقة لنفس العينات، كما هو مبين في الشكل 2. وتشير هذه المنحنيات تركيز السطحي في العينة الهباء الجوي والتوتر السطحي من هذه العينات ( "σ _دقيقة") والسماح لتحديد بيانيا القيم CMC (الشكل 2).

الشكل1: تركيزات السطحي في الهباء غرامة (PM1) التي جمعت في Rogoznica، كرواتيا. تركيزات أنيونية (باللون الأزرق)، الموجبة (باللون الأحمر)، السطحي غير الأيونية (باللون الأخضر) والتركيز الكلي للتوتر السطحي في المرحلة الهباء الجوي (مجموع كل تركيزات السطحي)، C _{الأمواج، ص} (M)، ويقاس مع اللونية الأسلوب في (<1 ميكرون) الهباء الجوي الجميلة التي جمعت في موقع الساحلي Rogoznica، كرواتيا في فبراير عام 2015. وتظهر النتائج بوضوح هيمنة أنيونية والسطحي غير الأيونية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: نموذجي منحنى التوتر السطحي وCMC للتوتر السطحي في الهباء منRogoznica، كرواتيا. المطلق منحنى التوتر السطحي للتوتر السطحي في عينة من 2015/03/02 تم الحصول عليها من خلال الجمع بين التوتر والتركيز القياسات السطحية. وتمثل النقاط السوداء التوتر السطحي قياس للاستخراج السطحي. النقطة البرتقالية في نهاية منحنيات تمثل تركيز محسوب في العينة الهباء الجوي (الخطوة 4.4.6)، و "σ _دقيقة" التوتر سطحه. تحديد رسوم بيانية للCMC هو مصور. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

المناقشة

في البروتوكول، وقد تم تفصيل كل الخطوات الحاسمة. وهي تشمل مجموعة من الهباء الجوي على المرشحات، واستخراج السطحي منها (باستخدام استخراج مزدوج: استخراج المياه تليها استخراج SPE) وتحليل المستخلصات (التوتر السطحي وقياسات تركيز).

للتعرف على طريقة كله، أحرز لمراقبة الجودة 1) من تطبيق استخراج وتحليل الطريقة على المرشحات فارغة (الانحراف <5 مليون م ^-1 مقارنة مع الماء عالى النقاء على التوتر السطحي والامتصاصية تحت حد الكشف عن اللونية طريقة)، 2) من خلال تحديد كفاءة الاستخراج والشكوك التي بما في ذلك استنساخ / التكرار، و٪ السطحي باستخراج في نطاق معين من التركيز، 3) عن طريق التحقق من interferents المحتمل على طريقة اللونية، أي عن طريق التحقق من أن يكتشف طريقة فقط نوع المستهدفة السطحي (أنيوشركة الاستثمارات الوطنية، الموجبة وغير الأيونية) ولا ترى الآخرين كما هو مفصل بالكامل في المراجع ^{4، 6)} عن طريق فحص interferents المحتملين من مقتطفات الهباء الجوي (الأملاح غير العضوية، الأحماض صغيرة) على طريقة اللونية كما مفصلة تماما في اشارة ^6.

على حد علمنا، فإن هذه الطريقة لاستخراج السطحي من عينات الغلاف الجوي الواردة في هذه المقالة هو حاليا الأكثر انتقائية في كيمياء الغلاف الجوي. وعلى وجه الخصوص هو أكثر انتقائية بكثير من استخراج المياه بسيطة أجريت في الماضي للتحقيق في هذه المركبات. ^{11، 23، 24} خطوة الاستخراج الثانية لا يقل أهمية عن فقد تبين لإزالة المكونات الأيونية، مثل الأملاح غير العضوية والأحماض العضوية الصغيرة، التي هي في تجمعات كبيرة في عينات الهباء الجوي وتتداخل مع قياس آثافة تركيزements. ⁶ ثبت أيضا هذه طريقة استخراج لإزالة كافة السطحي الحالية في العينات، على السطح وفي الجزء الأكبر. وهكذا تتركز مقتطفات مما أدى بما يكفي للسماح للالأوصاف الدقيقة لهذه المركبات.

ومع ذلك، بالإضافة إلى التوتر السطحي، فمن الممكن أن المركبات غير القطبية أو القطبية أقل ما يقال الأخرى المستخرجة من الهباء الجوي. على سبيل المثال، يمكن أن "المواد الدبالية تشبه" (HULIS)، التي تستخرج عادة من خلال أساليب مماثلة ^25، واعتمادا على المنطقة أخذ العينات، وتكون موجودة في مقتطفات. وأقل ما يقال فقط السطحي مقارنة هذه المركبات إلى السطحي تتميز في عينات لدينا، ^{26، 27، 28} وبالتالي لا ينبغي أن تساهم بشكل كبير في التوتر السطحي أو CMC قياسها. ومع ذلك، فهي polyacids ويمكن أن تتداخل مع أنيوني بغية دراسته واقراره القياسات ntration. في المستقبل، سوف مساهمتها في تركيزات السطحي (أي ما إذا كانت أو لم تكن تتفاعل مع البنفسجي الإيثيل، الصبغة تستخدم لمعايرة أنيوني السطحي) يجب أن يتم تحديد. إذا مساهمتها مهم، ويمكن إضافة خطوات إضافية لطريقة استخراج، للقضاء على سبيل المثال جميع المركبات التي تنشط في أشعة فوق البنفسجية فيس أو مضان، والتي ستشمل HULIS ولكن ليس السطحي.

حتى الآن، لا توجد طريقة أخرى لقياس التوتر السطحي من الهباء الجوي ومن منحنى التوتر السطحي للتوتر السطحي الهباء الجوي من واحد المقدمة في هذا المخطوط هو متاح. ينصح تقنية قطرات شنقا لهذه القياسات لأنها هي الوحيدة التي تتطلب كميات عينة متسقة مع عينات الغلاف الجوي. التقنيات البصرية، وقياس مباشرة التوتر السطحي على الجسيمات حجم ميكرون دون أي الاستخراج، ويجري تطويرها. ^10،الحمار = "XREF"> ^{20، 29} وحتى الآن، وأنها قابلة للتطبيق فقط لجزيئات تنتج المختبر ولكن يحتمل أن في يوم من الأيام أن تطبق على تلك الغلاف الجوي.

وقد تم تطبيق الطريقة اللونية التي قدمت في هذا العمل لقياس تركيز السطحي سابقا لعينات الهباء الجوي في الغلاف الجوي ^{11 و 13 و 14 و 30} ولكن فقط لالمستخلصات المائية وعدم مضاعفة مقتطفات، كما هو الحال في أسلوبنا. هذا هو الفرق من الأهمية، كما أكد أعلاه، فإن الخطوة الثانية استخراج يزيل مركبات مثل الأملاح غير العضوية والأحماض العضوية الصغيرة، التي تتداخل مع قياسات تركيز. ⁶

كما تم استخدام تقنية الكهروكيميائية، وضعت في البداية لمياه البحر والعينات المائية الكبيرة، لقياس تركيز السطحي في ATMOSالهباء pheric. ^{31، 32} هذا الأسلوب هو نسبي، أي تركيزات السطحي الحصول تعتمد على مركبات المرجعية المختارة، وتفترض أن حساسية الكشف عن جميع السطحي هي متطابقة. حد الكشف عنها لهذه التقنية هو 0.02 ملغ L ^-1 عند استخدام رباعي octylphenolethoxylate كمرجع، وبالتالي 0.03 ميكرومتر، وقابلة للمقارنة إلى حد الكشف عن نحو 0.05 ميكرومتر لأنيوني السطحي والموجبة باستخدام طريقة اللونية. ولكن نظرا لعدم اليقين في تحديد تركيزات السطحي غير الأيونية ومجموع مع أسلوب اللونية، سيكون من المثير للاهتمام مقارنة الطريقتين (بين المعايرة).

هناك بعض النقاط في أساليب عرض يمكن زيادة تحسين.

لن صبغ آخر من ثيوسيانات الكوبالت التي من شأنها الكشف عن جميع السطحي غير الأيونية والطرافة نفس الحساسية يكون usef جدا المجاهدين والحد من المصدر الرئيسي لعدم اليقين في القياسات تركيز الحالية.

كفاءة استخلاص للتوتر السطحي الموجبة، والتي تقدر حاليا إلى 20٪، ويمكن أيضا أن تتحسن، وهذه المركبات هي في كثير من الأحيان على حد الكشف في عينات الغلاف الجوي. ويمكن القيام بذلك، على سبيل المثال، باستخدام عمود SPE معين.

عمليات الاستخراج والشروط المعايرة يمكن زيادة تحسين. على سبيل المثال، استخدام في موازية ثلاثة SPE مختلفة مجموعة عمليات، كل الأمثل لفئة السطحي، يمكن تحسين كفاءة الاستخراج، وتحسين نوعية الإجراء (مخاطر تلوث أقل). قد تم أيضا تحديد كثافة المواد الماصة المثلى من خرطوشة SPE لكتلة عينة لتحليلها. الظروف لردود الفعل المعايرة (درجة الحموضة، والمضافات) ويمكن أيضا أن يكون أبعد الأمثل، لمواصلة تحسين حساسية قياسات تركيز، أي خفض حدود الكشف.

يمكن إضافة SS = "jove_content"> الاختبارات أو خطوات إضافية لبروتوكول استخراج استبعاد مركبات غير السطحي قد تم استخراجها. على سبيل المثال، فإن وجود محتمل لHULIS في العينات يمكن أن يتم التحقيق من قبل التقنيات البصرية (UV فيس أو مضان).

مزيد من التعديلات، في حين لا تحسين نوعية التحليل نفسه، سيجلب مزيد من المعلومات حول السطحي في الغلاف الجوي، مثل تطبيق الأسلوب الحالي لمختلف الحجم كسور (أي الفرعية من السكان) من الهباء الجوي بدلا من التركيز على جميع الجسيمات التي تم جمعها، كما المقدمة هنا. ويمكن أيضا أن تطبق أنواع أخرى من التحليلات إلى مقتطفات مثل، LC / MS HR، جنبا إلى جنب MS، أو NMR لتحديد التركيب الكيميائي للتوتر السطحي أو الأشعة فوق البنفسجية فيس الامتصاصية، مضان، أو الاستقطاب، تشير إلى وجود highly- مركبات مترافق أو مراوان في مقتطفات.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
مرشحات الكوارتز	Fioroni		على سبيل المثال Ø 47 مم أو Ø 150 مم ، Grammage 85 جم / م < sup>2< / sup>
رقائق الألومنيوم أو أطباق			الزجاجية المخبوزة في الفرن (773 K ، 6   ؛ ح)
ملاقط ، مقص
مجفف
>SPE فراغ مشعب Ac-Elut	Varian & nbsp ؛
مضخة Laboxat	Knf LAB
<قوي>إعداد مجفف النيتروجين< / قوي> (مصنوع يدويا)
نيروجين مضغوط 4.5 في زجاجة B50 ، 200 بار عند 15 درجة ؛ C	Linde
مقياس الشد	Dataphysics	OCA 15EC
برنامج		مقياس الشد SCA للإصدار 4-4.1
مطياف الأشعة فوق البنفسجية المرئية	Agilent	8453
لوحات التحريك
<قوي>الأواني الزجاجية < / قوي >
أطباق		بتري زجاجية	لخطوة استخراج المياه
أكواب زجاجية
15 مل ، 30 مل ، 60 مل مع فلين
أنابيب لقضبان
حمام			لغسل الأواني الزجاجية
مل, 0.100 - 1  مل ، 10 - 100 مو ؛ L)	Rainin Pipette-Life XLS
<قوية> معدات صغيرة يمكن التخلص منها< / مرشحات قوية >
حقنة 0.45 & mu ؛ م خراطيش PVDF	Fisherbrand
SPE C18 خراطيش Strata C18-E 500 مجم / 3 مل & nbsp ؛	محاقن بلاستيكية Phenomenex
إبر
4 مل قوارير
ماصات
أطراف
<قوي>مواد كيميائية< / قوي>
الكاشف الحيوي	سيجما- Aldrich	L3771
ملح الصوديوم ثنائي أوكتيل سلفوسكسينات (AOT) > 97٪	سيجما- ألدريتش	323586
بنزيل تيترادسيلدي ميثيل أمونيوم (زيفيرامين)   > 99.0٪ اللامائي فلوكا	سيجما- ألدريتش	13401
محلول كلوريد سيتيل تريميثيل الأمونيوم (CTAC) 25٪ بالوزن في H2< / sub>O	سيجما- ألدريتش	292737
(1،1،3،3-رباعي ميثيل بوتيل) فينيل بولي إيثيلين جلايكول (تريتون X114) درجة مختبرية	سيجما- ألدريتش	X114
البولي إيثيلين جلايكول دوديسيل الأثير (Brij35) فلوكا بيو كيميكا	سيجما- ألدريتش	858366
L- & ألفا ؛ فوسفاتيديل كولين من صفار البيض نوع XVI-E مسحوق مجفف بالتجميد &GE ؛   99٪	سيجما- ألدريتش	P3556
سورفاكتين من Bacillus subtilis & ge 98٪	سيجما- ألدريتش	S3523
R-95Dd رامنوليبيد (95٪ ديرهامنوليبيد ، 5٪ مونورامنوليبيد)	سيجما- ألدريتش	L510025
ثلاثي الميثان البنفسجي الكاتيوني	سيجما- ألدريتش	228842
صبغة VF الأزرق اللامع 50٪	سيجما	ألدريتش 198218
ثيوسيانات الأمونيوم > 99٪ بوريس. سنويا ، كاشف ACS	سيجما ألدريتش	31120
الكوبالت (II) هيدرورات > 98٪ كاشف ACS	سيجما ألدريتش	239267
أنهيدريد الخليك > 99٪ كاشف بلس	سيجما ألدريتش	320102
أسيتات الصوديوم & 99.0٪ كاشف لامائي بالإضافة إلى	سيجما ألدريتش	S8750
حمض الإيثيلين ديامين تترا أسيتيك 99.4 ناقص ؛ 100.6٪ مسحوق كاشف ACS	سيجما ألدريتش	E9884
كبريتات الصوديوم اللامائية & 99.0٪ حبيبات بوريس. PA كاشف ACS فلوكا	سيجما ألدريتش	71960
إيثانول بوريس. p.a. كاشف ACS reag. Ph. Eur. 96٪ (v / v)	Sigma-Aldrich	32294
أسيتونيتريل & 99.9٪ HiPerSolv CHROMANORM Reag. Ph. Eur. (كاشف دستور الأدوية الأوروبي) التدرج الصف ل HPLC	VWR BDH Prolabo	20060.32	ليتم التلاعب به تحت غطاء
محرك السيارة الكلوروفورم 99٪ مستقر مع 0.8 & ناقص ؛ 1٪ إيثانول	Alfa Aesar	L13200-0F	ليتم التلاعب بها تحت غطاء المحرك
> التولوين 99٪	Chimie Plus	24053	ليتم التلاعب بها تحت غطاء المحرك
الإيثانول المشوه لغسل
نظام المياه فائقة	Purelab Classic ، Elga