En ultra-rene Multilayer apparater til indsamling af størrelse fraktioneret marint Plankton og suspenderede partikler
Summary
Plankton og suspenderede partikler spiller en stor rolle i de biogeokemiske kredsløb i havet. Her, leverer vi en ultra-rene, lav stress metode til indsamling af forskellige størrelser af partikler og plankton i havet med muligheden for at håndtere store mængder af havvand.
Abstract
Fordelingerne af mange sporstoffer i havet er stærkt forbundet med vækst, død og re-mineralization af marint plankton og suspenderet/synkende partikler. Her præsenterer vi en alle plast (polypropylen og polycarbonat), multi-lag vandfiltrering system for indsamling af suspenderede partikler (SPM) på havet. Denne ultra-rene prøveudtagning enhed er designet og udviklet specielt til mikronaeringsstof undersøgelser. Omhyggelig udvælgelse af alle ikke-metalliske materialer og udnyttelse af en rækkemotor gennemstrømnings-procedure minimerer eventuel metal kontaminering under prøvetagningen. Dette system er med succes testet og sammenknebne til bestemmelse af trace metaller (f.eks., Fe, Al, Mn, Cd, Cu, Ni) på partikler af varierende størrelse i kystnære og åbne ocean farvande. Resultater fra det Sydkinesiske Hav i syd Østasien tidsserier (sæder) station viser at temperaturprofil variationer og rumlige fordeling af plankton i zonen både kan være nemt løst og anerkendt. Kemisk analyse af størrelse-fraktioneret partikler i overfladevand af Taiwan-strædet tyder på, at de større partikler (> 153 µm) var for det meste biologisk stammer, mens de mindre partikler (10-63 µm) var for det meste består af uorganisk stof. Bortset fra Cd, koncentrationerne af metaller (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) faldt med øget størrelse.
Introduction
Partikler i havet spiller en vigtig rolle i marine biogeokemiske kredsløb1. De fleste af egenskaberne af partikler som størrelse, mineralogi og sammensætning, kan ændre dybt fra et geologisk eller hydrografiske indstilling til en anden2. Derudover distributioner af elementer i havet er også forbundet med marine planteplankton livscyklus: vækst, død, synker og re-mineralization3,4. Marine partikler strækker sig over mindst 4 størrelsesordener i størrelse, lige fra submicron partikler til store aggregater (> 5 mm). De fleste partikler er biologisk stammer fra processer såsom viral lysis udsondring, sekretion, fækal pellet produktion, osv. Andre partikler dannes fra fysiske koagulation af celler, cellular vragdele eller lithogenic materialer1. Forskellige kemiske og biologiske egenskaber af partikler styre både geokemiske kredsløb og biologiske processer, der forekommer på og inden for partikler4,5,6. Disse partikler er vigtige levesteder samt fødekilder for visse organismer, såsom zooplankton eller saprotrophs. Derfor er skæbne af partikler ofte relateret til deres størrelse, som kan ændres af biologiske processer på og omkring partikler.
Prøveudtagning marine partikler normalt kræver filtrering, men denne tilgang introducerer en vis tvetydighed i at identificere egenskaber af partikler, da marine partikler ikke er homogen sammensætning og størrelse. Opslæmmede partikler, hovedsagelig består af små og lav tæthed partikler, som er næsten permanent suspension, er blandet med varierende mængder af større og tungere partikler i suspension kun for en kort periode, afhængigt af hydrodynamiske betingelser 7. de første rapporter om spor metal sammensætningen af plankton prøver blev indsamlet af plankton tows eller suspendere plankton net på en Forskning fartøj8. Forfatterne ofte fundet metal partikler og maling chips i prøver, tyder på et alvorligt problem for forurening under marine partikel udtagning til kemisk analyse. Andre indsats omfatter net bugsering af gummi redningsflåder eller ved hjælp af en polyvinylchlorid (PVC)-hånd spil3. Vanskeligheden ved pålidelig prøveudtagning af partikler gør fremskridt i vores forståelse af den kemiske sammensætning af marine partikler mere vanskelige, især for mikromineraler. Som sådan, er mest afgørende oplysninger om koncentrationen af sporstoffer i planteplankton kommet fra kultur studier9,10. Denne anerkendelse har motiveret marine forskere til at oprette nye metoder til at studere partikler i havet over de sidste tredive år11.
Oceanografer har brugt forskellige stikprøver, herunder om bord filtrering, i situ filtrering, og sedimentet fælder11. Behandling af store mængder af havvand til at indsamle ikke-forurenede prøver kan være udfordrende, især for åbne hav og dybe vand hvor partikel koncentrationer er meget lav (0,001 – 0,1 mg/L). Det er også nødvendigt at filtrere store mængder af havvand til at opnå en tilstrækkelig mængde af partikler til at måle spor metal koncentrationer. Nogle forskere har brugt metoden størrelse-fraktionering for at adskille opslæmmede partikler fra forliset partikler. Partikelstørrelse, porøsitet, tæthed og form kan imidlertid alle indflydelse partikel synker hastigheder. Sediment fælder er ikke praktiske værktøjer til at indsamle opslæmmede partikler, da de er designet til forliset partikler. Det er derfor vigtigt at udvikle prøveudtagning og behandling metoder, der kan indsamle tilstrækkelige mængder af suspenderede partikler med minimal forurening. Størrelse-fraktionering af i situ filtrering er derfor stadig et lovende redskab i den havforsker prøveudtagning værktøjskasse, da det kan afsløre vigtige oplysninger om marine partikel dynamik. Her, vi beskriver en testede clean spor-metal, multi-lag tyngdekraften filtrering prøvetagning apparater, som kan behandle store mængder (120-240 L) af havvand om bord i en pass fra polytetrafluorethylen (PTFE) belagt prøveudtagning vandflasker i en multi flaske prøveudtagning array. Denne prøveudtagning apparater bruger Syrevasket syntetisk nylon net i rækkefølge, og garnene er indkapslet i en polycarbonat beholder til forsigtigt indsamle størrelse-fraktioneret suspenderet stof og planteplankton12,13, 14,15 (figur 1). Formålet med dette arbejde er at give et bedre værktøj for at studere de metal-partikel foreninger og deres reaktion dynamik i marine miljøer, og forbedre vores forståelse af skæbnen, en bred vifte af planktons, partikler og spore metaller i disse miljøer.
Protocol
Representative Results
Discussion
At opnå pålidelige trace metal koncentrationer af plankton og suspenderede partikler i naturlige vandområder, som er generelt til stede ved meget lave koncentrationer, kræver stor omhu under prøven indsamling, behandling, pretreatments og analyse, med formålet at at mindske forurening. Derfor, procedurerne til at designe og forberede prøveudtagning gear, prøvebeholdere og materialer bruges til at indsamle og proces prøver er alle vigtige skridt i retning af at opnå data af høj kvalitet til trace metaller i mar…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takke Miss Pi-Fen Lin, Mr. Wei-lunge Tseng, Miss Pei-Hsuan Lin og Dr. Jia-Lu Chuan for deres bistand under feltet prøveudtagning og lab analyser for den konkrete udvikling og anvendelse af “CATNET.” Bistand fra besætningen og tekniker på Småskibe Ocean forskning-jeg og Ocean forskning-II prøveudtagning ekspeditioner er meget værdsat. Dette arbejde blev støttet dels af Taiwan Ministeriet for videnskab og teknologi giver 91-2611-M-002-007, 95-2611-M-002-009, 96-2611-M-002-004, 97-3114-M-002-006, 104-2611-M-002-019. Dette manuskript er skrevet til minde om Miss Wen-Huei Lee for hendes enorme engagement og bidrag til marine forsker i Taiwan.
Materials
| thermoplastic elastomer (C-Flex) Tubings | Cole Palmer | EW-06424-67 | O.D. 0.635 cm, Opaque White 1/8"ID x 1/4"OD, 25 ft/pack |
| LDPE Bottle (Nalgene) | ThermoFisher Scientific | 2103-0004 | 125 mL, Nalgene Wide-Mouth LDPE Bottles with Closure |
| anionic protease enzyme detergent detergent (Tergazyme) | Alconox | 1104-1 | 1×4 lb box (1.8 kg) |
| Hydrochloric Acid | Sigma-Aldrich | 258148 | Reagent grade |
| Nitric acid | Sigma-Aldrich | 695025 | Reagent grade |
| alkaline detergnet (Micro) | Cole Palmer | EW-99999-14 | Micro-90 Cleaning Solution |
| polycarbonate filter, 47 mm, 0.4 µm | Sigma-Aldrich | WHA111107 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 0.4 μm, polycarbonate |
| polycarbonate filter, 47 mm, 10 µm | Sigma-Aldrich | WHA111115 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 10 μm, polycarbonate |
| PFA vessel, 60 ml capacity | Savillex | 300-060-03 | 60 mL Digestion Vessel, Flat Interior, Flat Exterior, Buttress Threaded Top |
| Nitric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Nitric Acid |
| HF, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrofluoric Acid |
| Boric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrobromic Acid |
| polyethylene (PE) gloves | Safty Zone | GDPL-MD-5 | Clear Powder Free Polyethylene Gloves |
| Multiple layer filtering and collecting device | Sino Instrumnets Co. Ltd | not available | Multiple layer filtering and collecting device, CATNET |
| 10 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 10 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| 60 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 60 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| 150 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 150 | Nitex – Standard Widths (40 – 44 inches) |
| torque wrench | Halfords | 200238 | Halfords Professional Torque Wrench 8-60Nm |
| multi-bottle sampling array, Rosette | General Oceanics | Model 1018 | Rosette Sampler |
| PTFE-coated sampling bottles, GO-Flo | General Oceanics | 108020T | GO-Flo water sampler teflon coated |
| Marine sediment reference materials | National Research Council Canada | MESS-3 | |
| Estuarine sediment standard reference material | National Institute of Standards and Technology | 1646a | |
| Plankton reference material | The European Commission's science and knowledge service | CRM414 |
Referenzen
- Jeandel, C., et al. What did we learn about ocean particle dynamics in the GEOSECS-JGOFS era. Progr. Oceanogr. 133, 6-16 (2015).
- Lam, P., et al. Methods for analyzing the concentration and speciation of major and trace elements in marine particles. Progr. Oceanogr. 133, 32-42 (2015).
- Collier, R., Edmond, J. The trace element geochemistry of marine biogenic particulate matter. Progr. Oceanogr. 13, 113-199 (1984).
- Donat, J. R., Bruland, K. W., Steinnes, E., Salbu, B. Trace elements in the oceans. Trace Elements in Natural Waters. , 247-280 (1995).
- Wen, L. -. S., Santschi, P., Tang, D. Interaction between radioactively labeled colloids and natural particles: evidence for colloidal pumping. Geochim. Cosmochim. Ac. 61, 2867-2878 (1997).
- Wen, L. -. S., Warnken, K., Santschi, P. The role of organic carbon, iron, and aluminium oxyhydroxides as trace metal carriers: Comparison between the Trinity River and the Trinity River Estuary (Galveston Bay, Texas). Mar. Chem. 112, 20-37 (2008).
- Hurd, D., Spencer, D. Marine particles: analysis and characterization. American Geophysical Union. , (1991).
- Martin, J. H., Knauer, G. A. The elemental composition of plankton. Geochim. Cosmochim. Ac. 37, 1639-1653 (1973).
- Morel, F., Price, N. M. The biogeochemical cycles of trace metals in the oceans. Science. 300, 944-947 (2003).
- Ho, T. -. Y., et al. The elemental composition of some marine phytoplankton. J. Phycol. 39, 1145-1159 (2003).
- McDonnell, A., et al. The oceanographic toolbox for the collection of sinking and suspended marine particles. Prog. Oceanogr. 133, 17-31 (2015).
- Wen, L. -. S., Li, W. -. H., Zhuang, G. -. Z. . Multiple layer filtering and collecting device. , (2005).
- Ho, T. -. Y., Wen, L. -. S., You, C. -. F., Lee, D. -. C. The trace-metal composition of size fractionated plankton in the South China Sea: biotic versus abiotic sources. Limnol. Oceanogr. 52, 1776-1788 (2007).
- Hsu, R., Liu, J. In-situ estimations of the density and porosity of flocs of varying sizes in a submarine canyon. Mar. Geol. 276, 105-109 (2010).
- Liao, W. -. H., Yang, S. -. C., Ho, T. -. Y. Trace metal composition of size-fractionated plankton in the Western Philippine Sea: the impact of anthropogenic aerosol deposition. Limnol Oceanogr. , (2017).
- Grasshoff, K., Kremling, K., Ehrhardt, M. . Methods of seawater analysis. , (2007).
