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Chemistry

लक्षण वर्णन, ज्वरकारक कार्बन बेंजीन polycarboxylic एसिड का उपयोग कर की मात्रा और यौगिक-विशिष्ट विश्लेषण समस्थानिक (BPCA)

Published: May 16, 2016 doi: 10.3791/53922
Automatic Translation
1, 2, 3, 1, 3, 3, 4, 1, 1, 4, 1, 5, 4, 1, 1
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

Abstract

आग व्युत्पन्न, pyrogenic कार्बन (PyC), कभी कभी काला कार्बन (बीसी) कहा जाता है, इस तरह के चार और कालिख के रूप में बायोमास और जीवाश्म ईंधन के दहन के कारबोनकेयस ठोस अवशेषों है। PyC अपने लंबे हठ के कारण वातावरण में सर्वव्यापी है, और इसकी बहुतायत भी वैश्विक जंगल की आग की गतिविधि में अनुमानित वृद्धि और जीवाश्म ईंधन के जलने के साथ जारी रखा वृद्धि हो सकती है। PyC भी तेजी से जैविक कचरे के औद्योगिक pyrolysis, जो जले मिट्टी संशोधन (biochar) पैदावार से निर्मित है। इसके अलावा, नैनो के उद्भव भी पर्यावरण के लिए PyC की तरह यौगिकों की रिहाई में हो सकता है। इस प्रकार यह एक उच्च प्राथमिकता मज़बूती का पता लगाने के लिए चिह्नित और उनके पर्यावरण गुणों की जांच करने और कार्बन चक्र में अपनी भूमिका को समझने के लिए इन जले सामग्री यों की है।

यहाँ, हम बेंजीन polycarboxylic एसिड (BPCA) विधि है, जो PyC के characteri के एक साथ मूल्यांकन की अनुमति देता पेशStics, मात्रा और समस्थानिक रचना (13 सी और 14 सी) के एक आणविक स्तर पर। विधि पर्यावरण नमूना सामग्री की एक बहुत व्यापक रेंज के लिए लागू है और दहन सातत्य, यानी की एक व्यापक रेंज पर PyC का पता लगाता है, यह थोड़ा बायोमास के रूप में अच्छी तरह से उच्च तापमान वर्ण और कालिख जले के प्रति संवेदनशील है। यहाँ प्रस्तुत BPCA प्रोटोकॉल, रोजगार के लिए अत्यधिक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य है, साथ ही आसानी से बढ़ाई और विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए परिवर्तनीय सरल है। यह इस प्रकार विभिन्न विषयों में PyC की जांच, पुरातत्व और पर्यावरण फोरेंसिक से biochar और कार्बन साइकिल अनुसंधान से लेकर के लिए एक बहुमुखी उपकरण प्रदान करता है।

Introduction

एक पूरा दहन प्रक्रिया में, बायोमास या जीवाश्म ईंधन सीओ 2, एच 2 ओ और अकार्बनिक अवशेषों (राख) में बदल जाता है। हालांकि, स्थानीय या अस्थायी ऑक्सीजन सीमाओं के तहत, दहन अधूरा हो जाता है और pyrolysis जगह लेता है, चार 1 के रूप में जाना जाता है एक ठोस जैविक अवशेषों का निर्माण किया। इन जले अवशेषों के रूप में भी pyrogenic कार्बनिक पदार्थ (PyOM) में भेजा जाता है और मुख्य रूप से pyrogenic कार्बन (PyC) या, पर्याय, ब्लैक कार्बन (BC) में 2-4 से मिलकर बनता है। घाव प्रक्रियाओं सर्वव्यापी हैं और दोनों प्राकृतिक और मानवजनित दहन 5-6 का हिस्सा हो सकता है। जंगल की आग एक महत्वपूर्ण प्राकृतिक प्रक्रिया है, सबसे पारिस्थितिक तंत्र के लिए आंतरिक है, जो PyC को हर साल 4,7-10 की एक महत्वपूर्ण मात्रा में उत्पादन होता है। इसी तरह, उद्योग और परिवहन में ऊर्जा उत्पादन के लिए जीवाश्म ईंधन के जलने PyC 11-13 का एक महत्वपूर्ण स्रोत मानवजनित प्रस्तुत करता है। दोनों स्रोतों के माहौल में PyC की सर्वव्यापकता के लिए योगदान: PyC में मौजूद हैहवा, एयरोसौल्ज़ 13-14 के रूप में, कण के रूप में पानी में या भंग कार्बनिक पदार्थ 15-17, साथ ही आइस कोर 18-19, 20-21 मिट्टी, और अवसादों आकार मीटर से बदलती में 22-24 में एनएम (जैसे, एक जंगल में आग या नैनो पैमाने पर कालिख कणों कि एक डीजल इंजन निकास भागने के बाद बड़े जले पेड़ के तने)। वातावरण में PyC की सर्वव्यापकता न केवल बड़े उत्पादन दरों की वजह से भी है लेकिन अपनी लंबी दृढ़ता और गिरावट 25-26 के खिलाफ रिश्तेदार स्थिरता के लिए है। हालांकि सटीक कारोबार बार अभी तक नहीं स्थापित किया गया है और विशिष्ट पर्यावरण की स्थिति 27-28 पर निर्भर हो सकता है, यह स्पष्ट लगता है कि PyC कम आसानी से जैविक कार्बन 29-30 के अधिकांश अन्य रूपों की तुलना में सीओ 2 में विघटित किया जाता है। इस अवलोकन वैश्विक सी चक्र के लिए एक महत्वपूर्ण निहितार्थ है: के रूप में एक अपेक्षाकृत लंबे समय के लिए जली हुई सामग्री की दुकान PyC, वे जैविक रूपों है कि अन्यथा तेजी से r होगा सी में एकांत में रहनासीओ 2 के रूप में espired, इस प्रकार समय 31-32 ओवर वातावरण की ग्रीनहाउस गैस की सांद्रता को कम करने।

जलवायु कम करने पहलू इसके अलावा, घर का काम आगे पर्यावरण की दृष्टि से प्रासंगिक गुण है। उनकी उच्च porosity, बड़े सतह क्षेत्र और नकारात्मक सतह प्रभारी खतरनाक यौगिकों 33 को स्थिर और मिट्टी की उर्वरता 34-35 सुधार कर सकते हैं। एक संभावित लाभकारी मिट्टी संशोधन के रूप में घर का काम की मान्यता तथाकथित biochar प्रौद्योगिकी 36 के उभरते हुए क्षेत्र का नेतृत्व किया। Biochar संभावना आने वाले वर्षों में बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जाएगा और इस प्रकार काफी मिट्टी 37 में PyC बहुतायत वृद्धि हुई है। इसके अलावा, जंगल की आग की घटना और जीवाश्म ईंधन के जलने भी लगातार पर्यावरण 11,38-39 को PyC की बड़ी मात्रा में योगदान, 21 वीं सदी के पाठ्यक्रम पर उच्च रहने के लिए पेश कर रहे हैं। PyC की एक और तेजी से महत्वपूर्ण स्रोत नैनो कि भी उपयोग होने की संभावना हैएस PyC की तरह यौगिकों 40-41। यह इस प्रकार का पता लगाने के लिए चिह्नित और उनके गुणों की जांच करने और पर्यावरण में उनकी भूमिका को समझने के लिए सही इन pyrogenic सामग्री यों के लिए महत्वपूर्ण है।

यहाँ, हम उपस्थित विभिन्न नमूनों में PyC विश्लेषण करने के लिए एक राज्य के अत्याधुनिक परिसर-विशिष्ट दृष्टिकोण का उपयोग करें: बेंजीन polycarboxylic एसिड (BPCA) विधि 42 का सबसे हाल ही पीढ़ी। इस विधि PyC अनुसंधान के भीतर मोटे तौर पर लागू के रूप में यह सीधे PyC के "रीढ़ की हड्डी" लक्ष्य है: अपने पॉलीसाइक्लिक संघनित संरचनाओं कि थर्मल उपचार के दौरान 43-45 फार्म और कहा कि इसलिए PyC 5,46 के सभी विभिन्न रूपों के लिए निहित हैं। हालांकि, इन संरचनाओं नहीं सीधे chromatographic माध्यम से निर्धारणीय, उनके आकार और विविधता के कारण हैं। आदेश chromatographically ऐसे pyrogenic यौगिकों का विश्लेषण करने के लिए, PyC पहले नाइट्रिक एसिड के साथ उच्च तापमान और दबाव के तहत, पच जाता है जो टूट जाता हैइसके निर्माण ब्लॉक, व्यक्तिगत BPCAs में नीचे बड़े पॉलीसाइक्लिक संरचनाओं (सीएफ। चित्रा 1)। BPCAs कुछ शुद्धि चरणों के बाद, विश्लेषण 20,42 chromatographic करने के लिए उत्तरदायी तो कर रहे हैं। PyC इस प्रकार अलग-थलग और एक आण्विक स्तर पर विश्लेषण और पर्यावरण डिब्बों 20,42 में PyC बहुतायत मात्रा ठहराना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। BPCA विधि अतिरिक्त जांच की PyC की विशेषता है जब B3-, B4-, B5- और B6CA के रिश्तेदार की पैदावार तुलना कर रहे हैं (सीएफ चित्रा 1): अलग ढंग से Carboxylated BPCAs के संबंधित अनुपात मूल पॉलीसाइक्लिक संरचनाओं के आकार से जुड़ा हुआ है और है इसलिए PyC की गुणवत्ता और pyrolysis तापमान 44,47-48 का संकेत। इसके अलावा, प्रस्तुत विधि क्योंकि व्यक्तिगत BPCAs, शुद्ध PyC संरचनाओं से सीधे पाने, isotopically एना हो सकता सी समस्थानिक रचना PyC की (13 सी और 14 सी) के निर्धारण के लिए अनुमति देता हैअलगाव के बाद lyzed (सीएफ चित्रा 1, चरण 5 और 6) 49। यौगिक विशेष PyC के समस्थानिक विश्लेषण के रूप में यह प्रयोग किया जा सकता जैसे, उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में 51-52 वर्ण के अग्रदूत बायोमास के बीच भेद करने के लिए, जली हुई सामग्री 53-54 वर्ष की आयु प्राप्त करने के लिए या में PyC का पता लगाने के लिए महान ब्याज 50 की है एक समस्थानिक लेबल 26,55-56 के साथ सी साइकिल चालन अध्ययन करता है। PyC के साथ ही BPCA विधि के इतिहास, विकास और विशेष रूप से अनुप्रयोगों के बारे में अधिक जानकारी के लिए, Wiedemeier में पाया जा सकता है 57 2014, जहां ऊपर पैराग्राफ और चर्चा के भाग का हिस्सा संकलित किया गया है।

Protocol

1. सामान्य सावधानियां और तैयारी

  1. पूरी प्रक्रिया के लिए केवल स्वच्छ, decalcified (10% एचसीएल स्नान) और combusted कांच के बने पदार्थ (5 घंटे के लिए 500 डिग्री सेल्सियस) का प्रयोग करें, अच्छी तरह से साफ उपकरण और ultrapure, उच्च दबाव तरल क्रोमैटोग्राफी (एचपीएलसी) ग्रेड पानी और सॉल्वैंट्स।
  2. सूखी रुक और एक कार्बन मुक्त गेंद मिल 58 के साथ नमूने homogenize और उनके कुल जैविक कार्बन (टीओसी) सामग्री मौलिक विश्लेषण 59-60 से निर्धारण करते हैं।
    नोट: रसायन और प्रयोगशाला के उपकरण के लिए शुद्धता आवश्यकताओं BPCAs के परिसर-विशिष्ट 14 सी के विश्लेषण के लिए विशेष रूप से उच्च रहे हैं। खाली आकलन 49 और ज़ोर से मारना 61 tests नमूना संदूषण के संभावित स्रोतों पर नजर रखने के लिए शामिल हैं।

2. HNO 3 पाचन

  1. वजन फ्रीज सूखे और homogenized नमूने (सीएफ। 1.2।) क्वार्ट्ज पाचन ट्यूबों में और एल्यूमीनियम पन्नी के साथ धूल के खिलाफ कवर।
    1. PyC quantificati के लिएपर और लक्षण प्रयोजनों युक्त> 1 मिलीग्राम टीओसी 42 नमूने का उपयोग करें। इस प्रकार, मिट्टी और अवसादों, उपयोग सीए 200 के मामले में - 400 मिलीग्राम और इस तरह शुद्ध चारकोल, उपयोग सीए 10 के रूप में जैविक-अमीर के नमूने, के मामले में - 20 प्रति पाचन मिलीग्राम ट्यूब।
    2. PyC के बाद यौगिक विशेष समस्थानिक विश्लेषण (13 सी और 14 सी) के लिए, सुनिश्चित नमूना पर्याप्त BPCA सी विशेष आइसोटोप अनुपात मास स्पेक्ट्रोमीटर का पता लगाने सीमा उस कदम के बाद 6. इस्तेमाल किया जाएगा अगर वहाँ से मिलने के लिए शामिल करना कोई एक नमूना है PyC उपलब्ध है (उदाहरण के लिए, पिछले माप से) मात्रा के बारे में एक प्राथमिकताओं के बारे में जानकारी, पहले अपनी PyC सामग्री यों (1 कदम - 5) और बाद में अधिक नमूना तैयार करता है, तो BPCA-सी पैदावार समस्थानिक विश्लेषण के लिए बहुत कम हैं।
      नोट: ज्ञात PyC और 13 सी और 14 सी सामग्री (जैसे के साथ खाली और संदर्भ के नमूने, 'काला कार्बन संदर्भ सामग्री "से, सीएफ परिणाम एसई शामिल करेंction)। इस PyC मात्रा का ठहराव के reproducibility की जांच और विश्लेषण के बाद यौगिक विशेष समस्थानिक माप के खाली सुधार गणना सक्षम करने के लिए अनुमति देगा।
  2. पाचन ट्यूबों में 65% HNO 3 के 2 मिलीलीटर जोड़ें, दबाव चेंबर में नमूना की पूरी तरह से गीला सहायता और फिर डालने के लिए पाचन ट्यूब एक भंवर मिक्सर का उपयोग करें। मैनुअल के अनुसार 62 दबाव कक्षों बंद करो और 8 घंटे के लिए 170 डिग्री सेल्सियस पर एक पूर्व गर्म ओवन में डाल दिया।
    चेतावनी: पाचन के बाद, कक्षों ओवन के अंदर ठंडा होने दें और केवल उन्हें धूआं हुड के तहत खोलने के बाद वे कमरे के तापमान पर पहुंच गया क्योंकि हानिकारक गैसों से बच सकता है।
  3. डिस्पोजेबल ग्लास फाइबर फिल्टर (<0.7 माइक्रोन) का उपयोग करते हुए कांच सीरिंज में उदाहरण के लिए बड़ा बोतल में पानी के नमूनों के साथ फिल्टर, और 25 मिलीलीटर मात्रा समायोजित करें। कमजोर पड़ने आगे पाचन को रोकने के लिए की जरूरत है।
    नोट: BPCAs युक्त 25 मिलीलीटर समाधान में संग्रहित किया जा सकताअप करने के लिए 2 महीने के लिए फ्रिज से पहले आगे की प्रक्रिया। पाचन सिद्धांत रूप में भी अन्य उपकरण का उपयोग कर, उदाहरण के लिए एक दबाव माइक्रोवेव प्रणाली 16 के साथ किया जा सकता है। उस मामले में, परीक्षण BPCA वसूली और विधि reproducibility (प्रतिनिधि परिणाम अनुभाग सीएफ) की जाँच करने के लिए संदर्भ सामग्री के साथ चलाया जाना चाहिए।

3. फैटायनों निकालना

  1. प्रत्येक नमूने के लिए, स्तंभ प्रति कटियन विनिमय राल के 11 ग्राम के साथ दो गिलास कॉलम (400 मिमी ऊंचाई 15 मिमी व्यास) तैयार करते हैं। पानी के 2 कॉलम की मात्रा, 2 एम NaOH के 1 स्तंभ मात्रा को निष्क्रिय करने के लिए पानी की पीएच 2 कॉलम की मात्रा, 2 एम एचसीएल के 1 स्तंभ मात्रा, और पानी के अंत में 2 कॉलम संस्करणों: लगातार साथ यह rinsing द्वारा कॉलम के अंदर राल हालत ।
  2. पानी है, जो अपनी कंडीशनिंग के बाद राल के माध्यम से rinsed है की चालकता की जाँच करें। राल जब चालकता नीचे 2 μS सेमी है के रूप में ठीक से वातानुकूलित माना जाता है
  3. नमूने की एक आधा रखो (यानी, 12.5 मिलीलीटर, सीएफ 2.3 कदम) प्रत्येक स्तंभ पर, 10 मिलीलीटर पानी के साथ क्रमिक रूप से 5 बार कुल्ला और बाद में जलीय घोल से सूखे फ्रीज। नमूना फ्रीज सुखाने के बाद स्थिर है और अगर यह एक अंधेरे और ठंडी जगह में सूखा रखा है आगे की प्रक्रिया से पहले एक सप्ताह तक संग्रहित किया जा सकता है।
    नोट: नमूने फ्रीज करने के लिए उपयोग तरल नाइट्रोजन ( 'ठंड तस्वीर') के रूप में यह HNO 3, जो मजबूत गैर ठंड एसिड समाधान की एक पोखर में परिणाम कर सकते हैं बाहर की ठंड से बचा जाता है। यकीन फ्रीज सुखाने की मशीन वैक्यूम पंप धुएं से संभावित प्रदूषण के लिए एक अच्छा डिग्री और परीक्षण करने के लिए एसिड सबूत है अगर यौगिक विशेष BPCAs के 14 सी विश्लेषण का इरादा है सुनिश्चित करें।

4. ध्रुवहीन यौगिकों के हटाने

  1. निर्माता के अनुदेश पुस्तिका के अनुसार C18 ठोस चरण निष्कर्षण कारतूस हालत, यानी, लगातार उन्हें मेथनॉल के 2.5 मिलीलीटर, पानी एक के 2.5 मिलीलीटर के साथ कुल्लाएन डी के साथ अंत में मेथनॉल / पानी की 2.5 मिलीलीटर (1: 1 वी / वी)।
  2. 3 मिलीग्राम मेथनॉल / पानी में फ्रीज सूखे छाछ redissolve (1: 1 वी / वी)। 2.5 मिलीलीटर टेस्ट ट्यूब में एक अलग C18 ठोस चरण निष्कर्षण कारतूस के साथ यह की प्रत्येक छमाही (1.5 एमएल) Elute। मेथनॉल / पानी की एक और 1 मिलीलीटर के साथ कारतूस कुल्ला (1: 1 वी / वी)।
  3. एक वैक्यूम concentrator का उपयोग नमूना समाधान के साथ टेस्ट ट्यूब, उदाहरण के लिए, 45 डिग्री सेल्सियस के लिए और सीए 50 मिलीबार की एक वैक्यूम के साथ गर्म सूखी। वाष्पीकरण के अन्य साधन भी चरण 6 में के रूप में उदाहरण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है के साथ एन 2 गैस एक झटका-नीचे प्रणाली।
  4. 1 मिलीलीटर पानी के साथ टेस्ट ट्यूब में छाछ redissolve। भंवर मिक्सर और 1.5 मिलीलीटर ऑटो नमूना शीशियों के हस्तांतरण के साथ समर्थन विघटन।
    नोट: नमूने इस स्तर 42 पर 3 महीने के लिए रेफ्रिजरेटर में संग्रहीत किया जा सकता है।

5. क्रोमैटोग्राफी

  1. पानी की 980 मिलीलीटर के साथ 20 से 85 मिलीलीटर% orthophosphoric एसिड के मिश्रण से विलायक एक को तैयार है और फिल्टर रोंनिर्वात का उपयोग कर एक डिस्पोजेबल ग्लास फाइबर फिल्टर के माध्यम से olution। सूर्य के प्रकाश के विलायक एक बेनकाब और आदेश काई विकास से बचने के लिए 24 घंटा के भीतर यह प्रयोग न करें। विलायक बी के रूप में शुद्ध एचपीएलसी ग्रेड acetonitrile का प्रयोग करें
  2. (जैसे, 6 5, 20, 60, 100, 150 और प्रत्येक BPCA के 250 माइक्रोग्राम युक्त शीशियों में एक साथ मिलाया एक बाहरी मानक एकाग्रता श्रृंखला का उत्पादन करने के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध BPCAs (hemimellitic, Trimellitic, pyromellitic, pentacarboxylic और mellitic एसिड) के मानक समाधान तैयार 1 मिलीलीटर पानी, क्रमशः)।
  3. क्रोमैटोग्राफी तालिका 1 और 2 टेबल में सेटिंग्स का उपयोग आचरण और बाहरी मानक श्रृंखला 63 की माप करने के लिए संबंधित BPCA शिखर क्षेत्रों की तुलना द्वारा BPCA सामग्री यों।
  4. एक्सप्रेस नमूना [ग्राम / किग्रा] या BPCA-सी / टीओसी [%] की BPCA-सी / ड्राई वजन में PyC मात्रा के निष्कर्षों। इसके अलावा, नमूनों में PyC के गुणात्मक विशेषताओं individ के अनुपात का उपयोग वर्णित किया जा सकतायौन BPCAs, जैसे, B6CA का अनुपात (B6CA / BPCA [%]) PyC 44 के खुशबूदार संघनन की डिग्री इंगित करता है।

इसके बाद 13 सी के लिए शुद्ध BPCAs 6. गीले ऑक्सीकरण और 14 सी विश्लेषण

  1. 5.3 चरण के बाद।, पर्याप्त मात्रा में अलग-अलग BPCAs इकट्ठा (जैसे,> 30 माइक्रोग्राम वर्तमान त्वरक मास स्पेक्ट्रोमीटर 49,64 के लिए BPCA-सी) के एक अंश एचपीएलसी 49 और उसके बाद से जुड़ा कलेक्टर का उपयोग कर के साथ अंशों नीचे उड़ाने से सॉल्वैंट्स को दूर जबकि उन्हें 70 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के एक सज्जन एन 2 स्ट्रीम। तरल फॉस्फोरिक एसिड के केवल छोटी मात्रा, BPCAs सहित शीशी में रहेगा।
  2. पानी की 50 मिलीलीटर, हौसले उपयोग की 24 घंटा के भीतर तैयार करने में ना 2 एस 2 हे 8 के 2 ग्राम भंग करके ऑक्सीकरण अभिकर्मक तैयार करें।
    नोट: सोडियम persulfate दो बार recrystallize पूरी तरह से कई ग्राम भंग द्वारा इसकी शुद्धता को सुधारने के लिएगर्म पानी में और फिर एकत्रित पानी के बाद ठोस 65-66 ठंडा हो गया है।
  3. 4 मिलीलीटर पानी और हस्तांतरण से 12 मिलीलीटर नमूना गैस तंग borosilicate शीशी के साथ छाछ नीचे उड़ा (कदम 6.1) redissolve। अभिकर्मक और मानक टोपी एक ब्यूटाइल रबर पट युक्त के साथ बंद ऑक्सीकरण के 1 मिलीलीटर जोड़ें।
  4. 8 मिनट के लिए उन्होंने साथ जलीय समाधान की शीशी और समाधान 66 से सीओ 2 को दूर करने सहित गैस तंग शीशी पर्ज।
  5. 60 मिनट के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर उन्हें हीटिंग द्वारा गैस तंग शीशियों में नमूने oxidize।
  6. सीधे 13 सी सामग्री 65-66 के लिए और 14 सी सामग्री 67-68 के लिए त्वरित मास स्पेक्ट्रोमीटर पर आइसोटोप अनुपात मास स्पेक्ट्रोमीटर पर ऑक्सीकरण से सीओ 2 का विश्लेषण।
    नोट: ऑक्सीकरण नमूने 13 सी और / या 14 सी विश्लेषण से पहले कम से कम एक सप्ताह 66 के लिए भंडारित किया जा सकता है।

Representative Results

हम अच्छी तरह से वर्णित PyC सामग्री ( "ब्लैक कार्बन संदर्भ सामग्री") है कि बड़े पैमाने पर साहित्य 44,48,69-77 में विभिन्न विधि के घटनाक्रम और तुलना के लिए इस्तेमाल किया गया है की एक सूट को मापने के द्वारा विधि सेट-अप का परीक्षण करने के लिए सलाह देते हैं। संदर्भ सामग्री के बारे में जानकारी ज्यूरिख विश्वविद्यालय से उपलब्ध है (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials).

वर्णित प्रक्रिया एचपीएलसी द्वारा सभी BPCA लक्ष्य यौगिकों के आधारभूत जुदाई की अनुमति देता है। संदर्भ सामग्री 'chernozem' (एक महत्वपूर्ण PyC सामग्री के साथ silty मिट्टी) और घास चार (धान से बना) की chromatograms चित्रा 2 में दिखाया जाता है। टेबल्स 1 और 2 में क्रोमैटोग्राफी मानकों का समायोजन करके (जैसे, क्रोमैटोग्राफी तापमान,विलायक एक के पीएच या प्रवाह दर, आदि), जुदाई आगे विशिष्ट जरूरतों 42,63 के लिए संशोधित किया जा सकता है।

बाहरी मानकों (कदम 5.3।) के साथ संदर्भ सामग्री 'chromatograms के मात्रात्मक विश्लेषण में 3 चित्र में दर्शाया PyC मूल्यों उपज चाहिए। कृपया ध्यान दें कि प्रक्रिया में मामूली परिवर्तन (जैसे, विशिष्ट मामलों में कदम 3 या 4 की चूक), कर सकते हैं उच्च PyC मूल्यों को बढ़ावा मिलेगा। आम तौर पर, वसूली के शुद्ध BPCA मानकों के साथ जाँच की जानी चाहिए: नुकीला संदर्भ सामग्री चरण 3 और 4 में आय से अधिक के घाटे का पता लगाने के लिए और कदम 5 42,63 में क्रोमैटोग्राफी प्रदर्शन के बारे में जानकारी उपज करने में मदद कर सकते हैं।

3 टेबल 13 सी और 14 सी मूल्यों है कि चरण 6 के बाद जब संदर्भ सामग्री का BPCAs शुद्ध प्राप्त कर रहे हैं के लिए अपने कार्बन समस्थानिक सामग्री के लिए विश्लेषण कर रहे हैं पता चलता हैविश्वसनीय परिणाम है, यह (वर्तमान त्वरक मास स्पेक्ट्रोमीटर के लिए जैसे,> 30 माइक्रोग्राम BPCA-सी सीएफ चित्रा 4) BPCA-सी की पर्याप्त मात्रा में एकत्र करने के लिए और बाहरी सी 49 द्वारा नमूना के प्रदूषण को कम करने के लिए सभी संभव कदम उठाने के लिए जरूरी है ।

जैसा कि ऊपर वर्णित संदर्भ सामग्री के साथ विधि सेट-अप की जाँच के अलावा, यह तैयार है और प्रतिकृति में उपाय के नमूने लिए, दोनों PyC मात्रा का ठहराव (कदम 5) और बाद में यौगिक-विशेष के लिए 13 सी अत्यधिक की सलाह दी जाती है और 14 सी BPCAs (6 कदम का विश्लेषण करती है )।

आकृति 1
चित्रा 1:। BPCA विश्लेषण प्रक्रिया प्रोटोकॉल चरण 2 में, PyC पॉलीसाइक्लिक खुशबूदार संघनित संरचनाओं पचा रहे हैं, विभिन्न BPCAs, जो वें रहे हैं उत्पादनएन आगे साफ (3 चरणों और 4) और chromatographically का विश्लेषण किया और अलग (5 कदम)। गीला ऑक्सीकरण (चरण 6) के बाद, शुद्ध BPCAs आइसोटोप अनुपात मास स्पेक्ट्रोमीटर पर यौगिक विशेष समस्थानिक विश्लेषण (13 सी और 14 सी) के लिए उत्तरदायी हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2:। BPCA पृथक्करण के लिए chromatograms दिखाया गया काला कार्बन संदर्भ सामग्री "chernozem" कर रहे हैं (एक) और "घास चार" (ख)। B5CA; 1,2,4,5- 1,2,3,5-, 1,2,3,4-B4CA;। आधारभूत जुदाई सभी BPCA लक्ष्य यौगिकों (B6CA के लिए हासिल की है 1,2,4-, 1,2,3-B3CA) 42। में ब्लैक कार्बन संदर्भ सामग्री पर गठन के ज्यूरिख विश्वविद्यालय से उपलब्ध है (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). यह आंकड़ा Wiedemeier एट अल से संशोधित किया गया था। 2013 42 और Elsevier से अनुमति के साथ reprinted है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3:। अलग काले कार्बन संदर्भ सामग्री की दोहराया PyC माप प्रयोगशाला प्रतिकृति के लिए त्रुटि सलाखों प्रतीक आकार की तुलना में छोटे होते हैं और विभिन्नता का गुणांक 5% औसत (मिनट: 1%, अधिकतम: 10%)। यह आंकड़ा Wiedemeier एट से संशोधित किया गया था अल। 2013 42 और Elsevier से अनुमति के साथ reprinted है।"Https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig3large.jpg" लक्ष्य = "_blank"> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4: रेडियोकार्बन B5CA और B6CA एक आधुनिक और एक जीवाश्म चार से पृथक करने के लिए (14 सी) मूल्यों दिए गए त्रुटि महत्वपूर्ण भूमिका निभाई त्वरक मास स्पेक्ट्रोमीटर पृष्ठभूमि के लिए और गीला ऑक्सीकरण के लिए खाली की सुधार से बना है।। ठोस ग्रे लाइन संबंधित नमूना है और निर्धारित मतलब बाहरी संदूषण का असली एफ 14 सी मूल्य के मिश्रण के लिए एक आर्दश लाइन का प्रतिनिधित्व करता है। यह आंकड़ा Gierga एट अल से संशोधित किया गया था। 2014 49 और Elsevier से अनुमति के साथ reprinted है। वें में से एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करेंआंकड़ा है।

मोबाइल चरण एक 20 मिलीलीटर 980 मिलीलीटर ultrapure पानी में फॉस्फोरिक एसिड (85%) ऑर्थो
मोबाइल चरण बी acetonitrile
स्तंभ (विवरण के लिए सीएफ सामग्री सूची) C18 चरण उलट
स्तंभ तापमान 15 डिग्री सेल्सियस
प्रवाह की दर 0.4 मिलीलीटर मिनट -1
पहचान अवधारण समय, 216 एनएम पर यूवी अवशोषण
मात्रा का ठहराव BPCAs के बाहरी मानकों
दबाव सीए 120 बार

तालिका 1: क्रोमैटोग्राफी सेटिंग्स।

पहर मोबाइल चरण बी
[मिनट] [वॉल%]
0 0.5
5 0.5
25.9 30
26 95
28 95
28.1 0.5
30 0.5

तालिका 2: मोबाइल चरणों की ढाल मिश्रण।

एक
थोक चार BPCA
δ 13 सी [‰ बनाम VPDB]
भूरा चार -27.4 एक -27.7 ± 0.8
मक्का चार -12.9 ± 0.4 -13.0 ± 0.4
एफ 14 सी [%]
आधुनिक चार 1.142 ख ± 0.004 ख 1.13 ± 0.013
जीवाश्म चार 0.003 ख ± 0.001 ख 0.014 ± 0.001

तालिका 3:। कार्बन समस्थानिक मूल्यों (δ 13 सी और एफ 14 सी) संदर्भ चार सामग्री की और यौगिक विशिष्ट इसी BPCAs के समस्थानिक विश्लेषण BPCA मूल्यों का प्रतिनिधित्व B6CA और B5CA कि चरण 5 Howev में एक साथ एकत्र किए गए थेएर, व्यक्तिगत BPCAs के समस्थानिक विश्लेषण तुलनात्मक रूप से प्राप्त किया जा सकता है जब BPCAs अलग से एकत्र कर रहे हैं। थोक चार डेटा Yarnes एट अल से है। (2011) भूरा चार के लिए 73 (क) और Gierga से एट अल। (2014) जीवाश्म और आधुनिक चार के लिए 49 (ख)। त्रुटि का प्रचार 64 से निकाली गई है:;: (ETH-62324, ETH-62335 BPCA ETH-50456, ETH-50458 थोक चार) δ 13 सी के मापन के लिए त्रुटियाँ triplicates से मानक त्रुटियों जबकि एफ 14 सी के मापन के लिए त्रुटियाँ हैं।

Discussion

BPCA विधि कई महत्वपूर्ण लाभ है जब अन्य उपलब्ध PyC तरीकों 78-79 की तुलना में: i) यह दहन सातत्य, यानी की एक व्यापक रेंज पर PyC का पता लगाता है, यह थोड़ा बायोमास जले करने के लिए उच्च तापमान वर्ण और कालिख 42 के रूप में रूप में अच्छी तरह संवेदनशील है , 70, द्वितीय) इसके साथ ही 16,44,80-81 चिह्नित कर सकते हैं, 20,42 यों और isotopically विश्लेषण PyC 49-50,66,73,82-83, iii) यह पर्यावरण के नमूने की एक बहुत व्यापक रेंज के लिए लागू है सामग्री 42,70, और चतुर्थ) ने अपनी कार्यप्रणाली तीव्रता से समीक्षा की गई है और अन्य तरीकों PyC 44,47,70,84-85 के आकलन के साथ एक सुसंगत ढांचे में रखा जा सकता है। इन सभी कारणों के लिए, BPCA दृष्टिकोण यकीनन सबसे बहुमुखी PyC विधि तिथि, जिसका अंतर्निहित मान्यताओं में अच्छी तरह से विवश कर रहे हैं और लगातार दूसरे तरीकों के खिलाफ परीक्षण किया गया है करने के लिए उपलब्ध है।

ऊपर प्रोटोकॉल ताकत को समेकितएक भी प्रक्रिया में पिछले BPCA तरीकों के gths, अत्यधिक, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य काम करने के लिए सरल है और आसानी से बढ़ाया और विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए संशोधित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, जब क्रोमैटोग्राफी एक पीएच ढाल के बजाय एक कार्बनिक विलायक के साथ आयोजित किया जाता है, पर लाइन BPCAs के आइसोटोप अनुपात निगरानी संभव गीला ऑक्सीकरण कदम की आवश्यकता समाप्त होता है 42। इसी तरह, फैटायनों और / या ध्रुवहीन यौगिकों के हटाने (चरण 3 और 4) जब यह जाना जाता है कि विशेष रूप से नमूने ऐसे किसी भी यौगिकों शामिल नहीं है छोड़ दिया जा सकता है (उदाहरण के लिए, प्रयोगशाला-निर्मित वर्ण के कुछ मामलों में)।

हर PyC विधि की तरह, BPCA प्रक्रिया कुछ सीमाएं भी है। इस संबंध में, यह ध्यान दें कि BPCA दृष्टिकोण स्वाभाविक नमूनों में कुल PyC मात्रा underestimates महत्वपूर्ण है: विधि के क्रम में उनकी BPCA इमारत ब्लॉकों निकालने के लिए PyC पॉलीसाइक्लिक संरचनाओं के बड़े हिस्से को नष्ट कर देता है, इस प्रकार मात्रात्मक रूप में सभी PyC उबर नहीं BPCAs की20,86। रूपांतरण कारकों की कुल PyC सामग्री में BPCA पैदावार अनुवाद करने के लिए अतीत में प्रस्तावित किया गया था। हालांकि, एक सही रूपांतरण कारक खोजने सबसे वर्ण 41,48,80,86 में खुशबूदार संक्षेपण की विषम डिग्री की वजह से व्यावहारिक रूप से असंभव है। कई मामलों में, नमूनों की PyC मात्रा में एक-दूसरे के सापेक्ष 42,81,87-88 तुलना कर रहे हैं। हम तो किसी भी परिवर्तन के कारकों का उपयोग करने के लिए नहीं है और केवल BPCA डेटा रिपोर्ट करने के लिए "के रूप में मापा जाता" 48 सुझाव देते हैं। विशेष मामलों में, जब BPCA पैदावार ले रहे हैं निरपेक्ष PyC मात्रा में अनुमान लगाने के लिए 24,89-90, मूल रूप से प्रकाशित रूपांतरण कारक 2.27 के 20 उपयुक्त लगता है के रूप में यह धर्मान्तरित BPCA PyC सामग्री 86 के रूढ़िवादी अनुमान में अर्जित करता है।

PyC तरीकों के साथ एक और मुश्किल यह है कि वे संभावित हस्तक्षेप, गैर PyC सामग्री और / या कि PyC, विश्लेषण के दौरान ही उत्पादन किया जाता है की एक overestimation के लिए अग्रणी करने के लिए संवेदनशील हैंनमूने 70 में वास्तविक PyC सामग्री। BPCA दृष्टिकोण इस तरह के हस्तक्षेप सामग्री 70 के खिलाफ बहुत मजबूत है, जो अपने आप 16,70,86 द्वारा किसी भी PyC उत्पादन नहीं करता है और प्रकृति में रूढ़िवादी है (ऊपर पैरा सीएफ)। यहाँ तक कि ग्रेफाइट, PyC के लिए, लेकिन petrogenic मूल के एक रासायनिक बहुत इसी तरह की सामग्री, BPCA माप के साथ हस्तक्षेप नहीं करता है (श्नाइडर, MPW अप्रकाशित का परिणाम है। ज्यूरिख, (2013))। अब तक, BPCA विधि के लिए ही जाना जाता गैर PyC हस्तक्षेप कुछ गाढ़ा, कवक 91 के खुशबूदार पिगमेंट, जो अध्ययन 86 के विशाल बहुमत के लिए मात्रात्मक नगण्य होना चाहिए रहे हैं। इसकी एक साथ गुणात्मक, मात्रात्मक और 13 सी और 14 सी समस्थानिक जानकारी के साथ BPCA विधि इस प्रकार विभिन्न विषयों में PyC की जांच के लिए एक उत्कृष्ट उपकरण है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ball mill Retsch N/A ball mill with carbon-free grinding jars and balls (Retsch MM 200 with agate grinding jars and balls) 
combustion oven Nabertherm N/A combustion oven/muffle furnace with a temperature of 500 °C (Nabertherm L40/11 or similar)
pressure bombs with PTFE pressure chambers,
quartz digestion tubes with quartz lids		 Seif Aufschlusstechnik, Unterschleissheim, Germany N/A Helma U. Rudolf Seif Aufschlusstechnik
Fastlingerring 67
85716 Unterschleissheim
Germany
Tel: (+49) 89 3108181
vortex mixer common lab supply N/A
oven  Thermo Scientific 50051010 drying oven with constant temperature (Thermo Scientific Heraeus or similar)
vacuum manifold system
with PTFE connectors		 Machery Nagel Chromabond
730151
730106		 ftp://ftp.mn-net.com/english/Instruction_leaflets/Chromatography/SPE/CHROMABOND_VK_DE_EN.pdf
reusable glass syringes with disposable glass fibre filters Machery Nagel  730172
730192		 http://www.mn-net.com/SPEStart/SPEaccessories/EmptySPEcolumns/tabid/4285/language/en-US/Default.aspx
25 ml volumetric glass flasks common lab supply N/A In contrast to all other glassware, do not combust to ensure volumetric accuracy. Instead, clean in acid bath, with ultrasound and with ultrapure water.
chromatographic glass columns with frit and PTFE stopcock and glass wool custom made N/A dimensions of glass columns:
ca. 40 cm long, ca. 1.5 cm in diameter
cation exchange resin Sigma Aldrich 217514 Dowex 50 WX8 400
conductivity meter WTW 300243 LF 320 Set
100 ml conical flasks for freeze drier common lab supply  N/A
liquid nitrogen common lab equipment N/A for snap-freezing the aequous solution after removal of cations
freeze dryer Christ N/A Alpha 2 - 4 LD plus
C18 solid phase extraction cartridges Supelco 52603-U http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/supelco/52603u?lang=de&region=CH
2.5 ml glass test tubes Agilent Technologies 5022-6534 http://www.chem.agilent.com/store/en_US/Prod-5022-6534/5022-6534?navAction=push&navCount=0
concentrator  Eppendorf 5305000.100
1.5 ml HPLC autosampler vials depending on HPLC N/A
6 ml fraction collector vials depending on HPLC N/A
high purity N2 gas common lab equipment N/A
12 ml borosilicate gas tight vials Labco 538W http://www.labco.co.uk/europe/gas.htm#doublewad12ml
needles B Braun 4665643 http://www.bbraun.ch/cps/rde/xchg/cw-bbraun-de-ch/hs.xsl/products.html?prid=PRID00000510
high purity He gas common lab equipment N/A
HNO3 (65%) p.a. Sigma Aldrich 84378 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/84378?lang=de&region=CH
2 M HCl Sigma Aldrich 258148 mix with ultrapure water to achieve 2 M solution
2 M NaOH Sigma Aldrich 71691 mix with ultrapure water to achieve 2 M solution
methanol Sigma Aldrich 34860 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34860?lang=de&region=CH
water Milli-Q Z00QSV0WW Type 1 grade, optimized for low carbon
orthophosphoric acid Sigma Aldrich 79606 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/79606?lang=de&region=CH
acetonitrile Sigma Aldrich 34851 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34851?lang=de&region=CH
C18 reversed phase column Agilent Technologies 685975-902 Agilent Poroshell 120 SB-C18 (4.6 x 100 mm)
Na2S2O8, sodium persulfate Sigma Aldrich 71890 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/71890?lang=de&region=CH
BPCA standards
trimellitic acid Sigma Aldrich 92119 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/92119?lang=de&region=CH
hemimellitic acid Sigma Aldrich 51520 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/51520?lang=de&region=CH
pyromellitic acid Sigma Aldrich 83181 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search?
term=83181&interface=All&
N=0&mode=match%20partialmax&
lang=de&region=CH&focus=product
benzenepentacarboxylic acid Sigma Aldrich S437107 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/s437107?lang=de&region=CH
mellitic acid Sigma Aldrich M2705 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/m2705?lang=de&region=CH
oxidation standards
phtalic acid Sigma-Aldrich 80010 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/80010?lang=de&region=CH
sucrose Sigma-Aldrich S7903 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s7903?lang=de&region=CH
black carbon reference materials University of Zurich N/A http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials

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रसायन विज्ञान अंक 111 ब्लैक कार्बन आग व्युत्पन्न कार्बनिक पदार्थ आणविक मार्कर यौगिक विशेष समस्थानिक विश्लेषण, biochar वैश्विक कार्बन चक्र चार pyrogenic कार्बन लकड़ी का कोयला
लक्षण वर्णन, ज्वरकारक कार्बन बेंजीन polycarboxylic एसिड का उपयोग कर की मात्रा और यौगिक-विशिष्ट विश्लेषण समस्थानिक (BPCA)
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Wiedemeier, D. B., Lang, S. Q.,… More

Wiedemeier, D. B., Lang, S. Q., Gierga, M., Abiven, S., Bernasconi, S. M., Früh-Green, G. L., Hajdas, I., Hanke, U. M., Hilf, M. D., McIntyre, C. P., Scheider, M. P. W., Smittenberg, R. H., Wacker, L., Wiesenberg, G. L. B., Schmidt, M. W. I. Characterization, Quantification and Compound-specific Isotopic Analysis of Pyrogenic Carbon Using Benzene Polycarboxylic Acids (BPCA). J. Vis. Exp. (111), e53922, doi:10.3791/53922 (2016).

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