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

الهدف العام من طريقة الواسم الجزيئي هذه هو توصيف وتقدير كمية وتحليل نظائري لجزء الكربون الناتج عن الاحتراق في العينات البيئية. يمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على أسئلة رئيسية في مجالات متنوعة، تتراوح من علم الآثار والأدلة الجنائية البيئية، إلى أبحاث الفحم الحيوي ودورة الكربون. وتتمثل المزايا الرئيسية لهذه التقنية في القدرة على اكتشاف الكربون الناتج عن الاحتراق عبر نطاق واسع من تسلسل عمليات الاحتراق.

التوصيف والتقدير الكمي والتحليل النظائري المتزامن للكربون الناتج عن الاحتراق (pyrogenic Carbon)، ومدى قابلية تطبيق ذلك على نطاق واسع جداً من مواد العينات البيئية. سيقوم أولريش هانكه، طالب دراسات عليا من مختبرنا، بتوضيح عملية تحضير العينات والكروماتوغرافيا.

سوف تقوم نيجار حقي بور، منسقة المختبر في ETH Zurich، بعرض التحليل النظائري اللاحق للمركبات المستهدفة المنقاة. لبدء هذا الإجراء، قم بوزن العينات التي تم تجفيفها بالتجميد وتجانسها مسبقاً في أنابيب هضم كوارتز، وقم بتغطيتها برقائق الألومنيوم للحماية من الغبار. استخدم فقط الأواني الزجاجية النظيفة، ومنزوعة الكالسيوم، والمقاومة للتآكل، وأدوات منظفة تماماً، ومياهاً ومذيبات فائقة النقاء من درجة الكروماتوغرافيا طوال الإجراء.

أضف 2 mL من حمض النيتريك بتركيز 65% إلى أنابيب الهضم. استخدم جهاز مزج دوامي (vortex mixer) للمساعدة في ترطيب كل عينة بشكل كامل. بعد ذلك، ضع أنابيب الهضم داخل غرفة الضغط.

أغلق غرفة الضغط وفقاً للدليل الإرشادي وضعها في فرن مسخن مسبقاً عند 170 °C لمدة ثماني ساعات. بعد إخراج أنابيب الهضم من غرفة الضغط المبردة، قم بترشيح العينات بالماء في دوارق قياسية، باستخدام مرشحات ألياف زجاجية مخصصة للاستخدام لمرة واحدة. ثم اضبط الحجم إلى 25 mL بالماء.

لكل عينة، جهز عمودين زجاجيين يحتوي كل منهما على 11 grams من راتنج التبادل الكاتيوني. قم بتهيئة الراتنج داخل الأعمدة عن طريق شطفها بالتتابع بالماء، وهيدروكسيد الصوديوم بتركيز two molar، وحمض الهيدروكلوريك بتركيز two molar. تحقق من الموصلية الكهربائية للماء.

والتي يتم شطفها عبر الراتنج بعد تهيئته. بعد ذلك، يتم نقل نصف العينة إلى كل عمود، ثم تُشطف بالتتابع خمس مرات باستخدام 10 milliliters من الماء. ثم يتم تجفيف المحاليل المائية بالتجميد بعد ذلك.

قم بتهيئة خراطيش استخلاص الطور الصلب C18 وفقاً لدليل تعليمات الشركة المصنعة. بعد ذلك، أعد إذابة كل بقايا مجففة بالتجميد في ثلاثة milliliters من الميثانول والماء. قم بشطف كل نصف من العينة عبر خرطوشة استخلاص طور صلب C18 منفصلة في أنابيب اختبار سعة 2.5 milliliter.

بعد ذلك، اشطف الخراطيش باستخدام 1 mL من الميثانول والماء. جفف أنابيب الاختبار التي تحتوي على محاليل العينات باستخدام مكثف فراغي مسخن إلى 45 °C، وبضغط فراغي يبلغ 50 millibar تقريباً. بعد التجفيف، أعد إذابة كل راسب باستخدام 1 mL من الماء واخلطه بواسطة جهاز خلط دوامي (vortex mixer).

بعد ذلك، انقل المحاليل إلى قوارير أخذ عينات تلقائية سعة 1.5 milliliter. ولإجراء التحليل الكروماتوغرافي، قم بتحضير المذيب A عن طريق خلط 20 milliliters من حمض orthophosphoric بتركيز 85% مع 980 milliliters من الماء، ثم قم بترشيح المحلول باستخدام مرشح ألياف زجاجية مخصص للاستخدام مرة واحدة بواسطة vacuum. قم بتحضير محاليل قياسية من أحماض benzene polycarboxylic المتوفرة تجارياً (BPCAs) لإنتاج سلسلة تركيزات قياسية خارجية.

أجرِ عملية الكروماتوغرافيا، وقم بقياس كميات BPCA من خلال مقارنة مساحات قمم BPCA المقابلة مع قياسات سلسلة المعايير الخارجية. وتعد متطلبات النقاء للمواد الكيميائية والمعدات المختبرية عالية جداً وبشكل خاص في تحليل الكربون-14 النوعي للمركبات الخاصة بـ BPCAs. كما يعد تقييم العينات الفارغة واختبارات المسح أمراً هاماً لمراقبة المصادر المحتملة لتلوث العينات.

إذا كان الهدف هو إجراء تحليلات الكربون-13 والكربون-14 النوعية للمركبات في جزء الكربون الناتج عن الاحتراق، كرر عملية الكروماتوغرافيا عدة مرات لكل عينة، واجمع كل من الـ BPCA بكمية كافية باستخدام جامع أجزاء متصل بجهاز HPLC. قم بإزالة المذيب عن طريق تجفيف الأجزاء بتدفق لطيف من النيتروجين، مع تسخينها إلى 70 degrees Celsius. بعد ذلك، قم بتحضير كاشف الأكسدة بإذابة جرامين من بيرسلفات الصوديوم في 15 milliliters من الماء.

أعد إذابة كل بقايا مادة باستخدام أربعة مليليتر من الماء، وانقل العينات إلى قوارير من البورسليكات محكمة الغلق سعة 12 مليليتر. بعد ذلك، أضف مليليتر واحد من كاشف الأكسدة، وأغلق كل قارورة بغطاء قياسي يحتوي على سدادة من مطاط البوتيل. قم بتطهير القوارير محكمة الغلق التي تحتوي على المحاليل المائية بغاز الهيليوم لمدة ثماني دقائق لإزالة Carbon dioxide من القارورة والمحلول.

بعد ذلك، أكسِد العينات في القوارير المحكمة الغلق عن طريق تسخينها عند 100 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة. وبعد ترك العينات لتبرد حتى درجة حرارة الغرفة، قم بتحليل ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الأكسدة مباشرة باستخدام مطياف الكتلة لنسب النظائر لتحديد محتوى Carbon-13، وباستخدام مطياف الكتلة المسرع لتحديد محتوى Carbon-14. تتيح الإجراءات الموصوفة فصلاً أساسياً لجميع مركبات BPCA المستهدفة بواسطة HPLC، وتظهر هنا الكروماتوغرامات الخاصة بالمواد المرجعية tramazem وفحم العشب.

يمكن تعديل الفصل بشكل أكبر لتلبية احتياجات محددة من خلال ضبط معاملات الكروماتوغرافيا. ويجب أن يؤدي التحليل الكمي لكروماتوغرامات المواد المرجعية باستخدام معايير خارجية إلى قيم الكربون المحدث للحرارة الموضحة هنا. كما تُدرج هنا قيم Carbon-13 وCarbon-14 التي يتم الحصول عليها عند تحليل المواد المرجعية من BPCAs المنقاة لتحديد محتواها من نظائر الكربون.

بمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تنفيذها في ثلاثة أيام عمل. وبناءً على ذلك، فإن إنتاجية العينات تعتمد على عدد العينات التي يتم معالجتها في وقت واحد. ومن السهل تحقيق قياس عشرات العينات أسبوعياً في مكررات مع الحصول على معلومات نظيرية.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تنفيذ الخطوات الأساسية اللازمة للتحليل الناجح للكربون الحراري المنشأ على مستوى المركبات المحددة.