الرواسب الأساسية باجتزاء واستخراج المسام المياه تحت ظروف نقص الأكسجين

الهدف العام من هذا الإجراء هو تقسيم عينات الرواسب الأسطوانية واستخلاص مياه المسام منها مع الحفاظ على حالة الأكسدة الأصلية. تتيح هذه الطريقة للباحثين في مجالات الجيوكيمياء فحص توزيع الأنواع المعدنية في مياه المسام والرواسب من المناطق الحساسة للاختزال والأكسدة مثل البحيرات والأراضي الرطبة. وتتمثل المزايا الرئيسية لهذه التقنية في كونها مرنة وقابلة للتكيف، ويمكن نقلها إلى الميدان، وغير مكلفة، ولا تؤدي إلى تدمير طبقات الرواسب.

سيقوم راهول سينها، وهو طالب في مرحلة البكالوريوس من مختبري، بتوضيح الإجراء. ابدأ في تجهيز المختبر الميداني عن طريق إعداد حقيبة القفازات. أولاً، قم بتثبيت لوحة التوجيه الأساسية على سطح العمل.

ضع فتحة بطانة اللب بحيث تمتد أمام المنضدة لضمان كونها مفتوحة. بعد ذلك، قم بتثبيت أسطوانة النيتروجين باستخدام مشبك تثبيت مخصص للمنضدة. ثم، ضع كيس القفازات فوق اللوحة وقم بتوصيل الأنابيب بين الكيس ومنظم الغاز.

قم بمد حوالي ثماني بوصات من الأنبوب داخل الكيس. الآن، قم بإحكام إغلاق وصلة الأنبوب عند الكيس باستخدام شريط لاصق كهربائي، وقم بتمرير مشبك على الأنبوب داخل الكيس مع تركه مفتوحاً. بعد ذلك، قم بقص علامة X في أسفل الكيس فوق الفتحة الموجودة في اللوحة، ثم ضع المواد المدرجة داخل الكيس.

راجع القوائم بدقة، لأن نسيان أي عنصر قد يسبب إزعاجاً كبيراً. المهمة التالية هي إعداد القلب. أولاً، ضع رافعة مختبر (lab jack) على الأرض أسفل سطح العمل.

يجب وضع قطعة من الخشب الرقائقي فوق الرافعة المختبرية بحيث تحتوي على ثقب في المركز لتثبيت العينة الأسطوانية. بعد ذلك، ومع وضع العينة في وضع عمودي، يتم دفعها عبر لوحة توجيه العينة ومن خلال علامة X في كيس القفازات. يجب أن يبرز ما يقرب من 4 إلى 6 بوصات من العينة فوق اللوحة.

الآن، بينما يقوم شخص واحد بدعم الأسطوانة، قم بتثبيت الأسطوانة في الكيس حول علامة X باستخدام شريط لاصق كهربائي. بعد ذلك، قم بتجهيز أداة بثق الأسطوانة. ابدأ بإدخال المقبض في فاصل PVC بطول ست بوصات وقطر بوصتين، يليه وصلة بطول ثلاث بوصات، ثم فاصل آخر ثم وصلة أخرى، وهكذا حتى يتم تغطية المقبض بالكامل.

الآن، ضع جهاز بثق اللب أسفل اللب وقم بدعمه باستخدام الرافعة. يجب تدوير مقبض الرافعة لخفضها إلى أدنى مستوى ممكن. بعد ذلك، استخدم قاطع صناديق لقص المنطقة المحيطة بأسفل غطاء اللب بعناية.

اترك حلقة من غطاء القلب حول بطانة القلب واترك قطعة دائرية من الغطاء ملامسة لمواد القلب. الآن، يجب على شخص واحد الوصول إلى حقيبة القفازات لتثبيت القلب بينما يقوم الشخص الآخر برفع الرافعة. حرك باثق القلب تدريجياً إلى داخل بطانة القلب لرفع الرواسب إلى الأعلى.

قد يكون من الضروري تحريك الباثق قليلاً. استمر في رفع اللب حتى تصل الرواسب والمياه التي تعلوها إلى أعلى بطانة اللب. المهمة الأخيرة هي إغلاق الكيس بإحكام.

أولاً، تحقق جيداً من وجود كافة الأدوات بالداخل. بعد ذلك، افتح جميع الأجسام الموجودة في الحقيبة والتي تحتوي على هواء محبوس. والآن، ويُفضل بمساعدة شخص آخر، قم بتفريغ القفاز ثلاث مرات.

أولاً، وفي حين يكون الكيس مفرغاً من الهواء قدر الإمكان، قم بسد الفتحة الرئيسية باستخدام عدد قليل من الحبال المرنة. بعد ذلك، وبمساعدة مساعد يقوم بتنظيم تدفق النيتروجين عند 50 psi، قم بتوجيه الغاز حول الكيس، خاصة في الشقوق التي قد يحتبس فيها الهواء. وعندما ينتفخ الكيس بشكل كبير، قم بإيقاف تشغيل المنظم أو أغلق الملقط لقطع تدفق الغاز.

بعد ذلك، افتح الفتحة الرئيسية واضغط لإخراج أكبر قدر ممكن من الغاز من الكيس. كرر عملية ملء الكيس بالنيتروجين، بما في ذلك جميع الشقوق، وتفريغه مرتين إضافيتين. بمجرد إتمام ذلك، يجب أن يحتوي كيس القفازات على مستويات منخفضة جداً من الأكسجين.

أنهِ العملية بترك كمية كافية ومريحة من الغاز في حقيبة القفازات. يُفضل تنفيذ هذا الإجراء أثناء العمل في أزواج. لهذا الإجراء، ارتدِ زوجاً من القفازات ذات الاستخدام الواحد فوق القفازات المدمجة في الحقيبة.

استبدل هذه القفازات كلما اتسخت أو تمزقت. أولاً، قم بإزالة جميع المياه الراكدة من أعلى العينة اللبية باستخدام حقنة. ثم قم بتصفية هذه المياه عبر مرشح حقنة بمسامية 0.45 micron.

بعد ذلك، ضع حلقة تقطيع العينات فوق الجزء العلوي من بطانة العينة. ثم، ارفع العينة حتى تلتقي الرواسب بالحافة العلوية للحلقة. قم بتثبيت بطانة العينة داخل الكيس بحيث لا تتحرك البطانة عند تحريك العينة.

قد يكون من الضروري للمشغل الذي يعمل داخل حقيبة القفازات الضغط قليلاً على بطانة اللب بحيث تكون مادة اللب عند الجزء العلوي من الحلقة. بعد ذلك، يتم دفع قطاعة اللب بين الجزء العلوي من البطانة والحلقة بحيث يكون مقطع الرواسب فوق القطاعة. هذا هو المقطع الأول من اللب.

باستخدام ملاعق بلاستيكية، انقل المقطع إلى أنبوب مخروطي سعة 50-milliliter وأغلقه بإحكام. اغسل الأدوات وكرر العملية حتى يتم تقسيم اللب بالكامل ووضعه في الأنابيب. خلال عملية تقسيم اللب، قد يمتد الرافعة المختبرية (lab jack) بالكامل.

في حال حدوث ذلك، ثبّت اللب في مكانه، واخفض الرافعة، وقم بوضع قطع PVC لتمديد باثق اللب. ثم ثبّت الرافعة مرة أخرى في مكانها. خلال هذه العملية، قد ينكمش الكيس بشكل مفرط أو ينتفخ أكثر من اللازم.

قم بإجراء التعديلات عن طريق فتح صمام غاز النيتروجين لفترة وجيزة أو عن طريق فتح فتحة الكيس الرئيسية لفترة وجيزة لتحرير الغاز. وبمجرد تقطيع اللب ووضع جميع الرواسب في أنابيب الطرد المركزي، يمكن إزالة هذه الأنابيب من كيس القفازات وإغلاق الكيس. بعد ذلك، قم بتجهيز الأنابيب المجمعة لعملية الطرد المركزي كما هو موضح في البروتوكول النصي.

بعد ذلك، قم بتدويرها بسرعة 1,100 g أو أسرع لمدة 20 دقيقة. وبعد عملية الطرد المركزي، أعد الأنابيب إلى البيئة الخالية من الأكسجين وأدخل بعض الأنابيب الفارغة لجمع العينات. يجب بعد ذلك تطهير الكيس مرة أخرى مرتين إلى ثلاث مرات كما في السابق.

الآن، افتح أنبوباً تم طرده مركزياً وقم بإزالة مياه المسام باستخدام حقنة مزودة بأنبوب في نهايتها. بعد ذلك، قم بترشيح المياه في أنبوب تجميع باستخدام مرشح حقنة بمسامية 0.45 ميكرون. يوضح البروتوكول النصي كيفية معالجة العينات بشكل أكبر.

باستخدام البروتوكول الموصوف، تم أخذ عينة لبية من منطقة أراضي رطبة بالقرب من نيو أورليانز بعد تسعة أشهر من حادثة بئر ديب ووتر هورايزنز. كانت هذه الأراضي الرطبة ملوثة بشدة بالزيت. وبإستخدام مقياس طيف ضوئي محمول Hach DR 2700، أظهرت البيانات تركيزات عالية جداً من الكبريتيد.

كانت تركيزات الحديد منخفضة ولم يتم اكتشاف الحديد في حالة الأكسدة الثلاثية. لذا، بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن تكون لديك معرفة جيدة بكيفية تفريغ كيس القفازات من الأكسجين، وبثق اللب داخل كيس القفازات للسماح بتقطيعه، وفصل المياه المسامية من الرواسب. بمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تنفيذها في غضون ساعة إلى ثلاث ساعات لكل لب، وذلك اعتماداً على طول اللب.

عند تنفيذ هذا الإجراء، من المهم تذكر تفريغ كيس القفازات جيداً وتعديل ارتفاع القلب ببطء. باتباع هذا الإجراء، يمكن تنفيذ طرق مثل تحديد أنواع الحديد عن طريق الاختزال بالحديدوز، وتحديد أنواع الزرنيخ عن طريق الفولتاميتري أو الفصل بالعمود، وفصل ميثيل الزئبق، وذلك للإجابة على تساؤلات حول حالة الأكسدة والاختزال في النظام. ولا تنسَ أن العمل مع الغازات المضغوطة يمكن أن يكون خطيراً للغاية، لذا فإن تأمين الأسطوانة أمر ضروري أثناء تنفيذ هذا الإجراء.

قد تكون بعض عينات الرواسب ملوثة بمواد خطرة، لذا يجب اتخاذ الاحتياطات المناسبة.