Probenahme gelöster gelöster Stoffe an einer oxisch-anoxischen Boden-Wasser-Grenzfläche mit Mikrodialyse-Profilern

Als Bodenkundler müssen wir immer Bodenpulverwasser für die Analyse nehmen. Es ist jedoch nicht ganz einfach, vor allem, wenn die Chemikalien im Pulverwasser sehr empfindlich auf den Sauerstoff reagieren. Das ist eine neue Technologie.

Wir nennen es API-Sampler. Durch die Verwendung des Probenehmers können wir das Bodenpulver alle zwei Milliliter mit tatsächlicher Belastungsstörung in den Boden entnehmen. Meine Schüler Zhang Sha, Yujia, Liu Ziyan und Liu Hao werden zeigen, wie man den Probenehmer baut und ihn zur Entnahme von Bodenpulverwasser verwendet.

Beginnen Sie damit, die makellosen Nanomembranröhrchen genau in 33 kurze Röhrchen mit einer Länge von 58 Millimetern zu schneiden. Schneiden Sie dann das Polytetrafluorethylen- oder PTFE-Rohr mit einem Keramikmesser in 66 Rohre mit einer Länge von 180 Millimetern. Mischen Sie als Nächstes die beiden Teile des AB-Epoxidklebers vollständig auf einer sauberen Kunststoffplatte und lassen Sie ihn 30 Minuten lang stehen, bis er klebrig wird, bevor Sie ihn auf die Außenfläche der Oberseite des PTFE-Rohrs auftragen.

Stellen Sie sicher, dass AB-Epoxidkleber nur die vier Millimeter der Tube bedeckt und dass kein zusätzlicher Klebstoff die Tuben blockiert. Verbinden Sie die beiden PTFE-Rohre mit jedem Nanomembranrohr, indem Sie die PTFE-Rohre vorsichtig in das Nanomembranrohr schrauben, um alle 33 makellosen Mikrodialyse-Probenehmer vollständig zusammenzubauen. Lassen Sie die montierten Probenehmer über Nacht stehen, um die vollständige Aushärtung und Stabilisierung des Klebstoffs zu gewährleisten.

Um die Hydrophilie zu verbessern und die Mikrodialyse-Probenehmer zu reinigen, werden sie eine Stunde lang in Ethanol eingeweicht, gefolgt von einer Ultraschallreinigung mit 2 % verdünnter Salpetersäure und Reinstwasser für jeweils 15 Minuten. Überprüfen Sie die Durchgängigkeit und Luftdichtheit des Mikrodialyse-Probenehmers, indem Sie mit einer Fünf-Milliliter-Spritze Wasser sprudeln. Um den Mikrodialyse-Profiler zusammenzubauen, verwenden Sie die CAD-Datei, um das vorgefertigte Skelett aus Nylonmaterial zu drucken.

Dann einen säuregewaschenen PVC-Behälter mit zwei parallelen Schlitzen im Abstand von fünf Zentimetern aushöhlen, um der Skelettgröße zu entsprechen. Verwenden Sie das Gravurmodul im 3D-Drucker zum Schlitzen. Konstruieren Sie einen One-to-Many-Verbinder durch stabilisierenden Epoxidkleber in Form einer 50-Millimeter-Zentrifugenröhrchenkappe.

Setzen Sie dann vor dem Aushärten 33 Silikonkappen von einem Zentimeter Länge in den Epoxidkleber ein und lassen Sie ihn über Nacht stehen. Entfernen Sie als Nächstes den Eins-zu-Viele-Stecker von der Schlauchkappe und schneiden Sie den kuratierten Epoxidkleber mit einem Keramikmesser ab, damit alle Silikonkappenenden nicht verdeckt sind. Spülen Sie den One-to-Many-Konnektor jeweils 15 Minuten lang gründlich mit 2 % verdünnter Salpetersäure und Reinstwasser ab und trocknen Sie ihn unter Umgebungsbedingungen.

Schließen Sie nach dem Trocknen ein Dreiwegeventil an den Boden des Rohrs an, das als Pufferbehälter dient. Montieren Sie den Pufferbehälter durch Anbringen eines Eins-zu-Viele-Anschlusses an einem 50-Milliliter-Spritzenröhrchen mit AB-Epoxidkleber Montieren Sie die einzelnen Mikrodialyse-Probenehmer mit einem Heißschmelzkleber auf dem Skelett und stellen Sie sicher, dass jeder Probenehmer parallel zur Ober- oder Unterkante des Skeletts ist. Installieren Sie alle 33 Mikrodialyse-Probenehmer auf dem Skelett und stellen Sie sicher, dass die 33 Probenehmer auf beiden Seiten durch die PVC-Schlitze passen.

Versiegeln Sie die Spalten an den Skelettfugen und den Schlitzen mit einem AB-Epoxidkleber. Verbinden Sie als Nächstes alle Probenehmer auf einer Seite des Skeletts mit einem Pufferbehälter über ein Eins-zu-Viele-Anschlussventil, das in einem 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen vorinstalliert ist. Schließen Sie dann einen mit 18,3 Milliohm Wasser vorgefüllten medizinischen Infusionsbeutel über das Dreiwegeventil an den Pufferbehälter an.

Verschließen Sie alle Probenehmer auf der Probenahmeseite mit Silikonkappen. Überprüfen Sie die Durchgängigkeit und Luftdichtheit jedes Mikrodialyse-Probenehmers, indem Sie das Dreiwegeventil drehen, damit Wasser aus dem medizinischen Infusionsbeutel zum Probenehmer fließen kann. Schließen und schalten Sie dann alle Probenehmer und das Ventil am Pufferbehälter aus.

Entfernen Sie vor dem Inkubieren des überschwemmten Bodens Sauerstoff, indem Sie das Wasser im medizinischen Infusionsbeutel entgasen. Sprudelndes Stickstoffgas über Nacht auf dem Weg der Leitung von hochreinem Stickstoffgas zum medizinischen Infusionsbeutel. Schließen Sie mit einem Dreiwegeventil die Verbindung zwischen dem Profiler und dem entgasten Beutel.

Geben Sie dann 450 Gramm gesiebte, luftgetrocknete Erde in einen PVC-Behälter, um sicherzustellen, dass fünf Mikrodialyse-Probenehmer über der Bodenoberfläche bleiben. Decken Sie die Bodenoberfläche mit Gewebe ab, bevor Sie den Boden mit Reinstwasser fluten. Sobald der Boden fünf Zentimeter über der Bodenoberfläche geflutet ist, entfernen Sie das Gewebe.

Sobald die Bodeninkubation eingeleitet wurde, spülen Sie das System sofort mit der vorgeladenen Lösung. Spülen Sie dann das Probenahmesystem, indem Sie die Verbindung zwischen dem anaeroben Beutel und dem Dialyseprobenehmer einschalten. Verwenden Sie das Zehnfache des Gesamtvolumens des Probenehmers, wenn Sie jeden Probenehmer mit Wasser spülen.

Sobald die Spülung eines Probenehmers abgeschlossen ist, verschließen Sie ihn mit einer sauberen Silikonkappe, bevor Sie jeden Probenehmer spülen, um ein Inkubations- und Probenahmesystem für überfluteten Boden einzurichten. Passen Sie als Nächstes den anaeroben Beutel an die Höhe der Wasseroberfläche an und stellen Sie sicher, dass alle Schläuche mit Wasser gefüllt sind. Wenn nicht, entfernen Sie die Kappe und senken Sie den Schlauchverschluss ab, damit das Wasser aus dem anaeroben Beutel fließen kann.

Schließen Sie die Kappen und Ventile und inkubieren Sie sieben Tage lang, wobei die Verbindung zwischen dem anaeroben Beutel und dem Dialyseprobenehmer ausgeschaltet ist. Vor der Probenahme ist der Wasserstand im Bodenbehälter, in den Probenahmeaufsätzen und im anaeroben Beutel auf eine ähnliche Höhe einzustellen, um deutlich unterschiedliche Wasserpotenziale zu vermeiden. Schalten Sie dann die Verbindung zwischen dem anaeroben Beutel und dem Pufferbehälter ein.

Entfernen Sie die Kappe des ersten Probenehmers von oben nach unten. Übertragen Sie mit einer Pipette 133 Mikroliter Probe aus dem Probenehmer in ein 0,6-Milliliter-Fläschchen, das zur Konservierung mit 133 Mikrolitern 2%iger Salpetersäure vorbeladen ist. Beobachten Sie während der Probenahme einen langsamen, aber gleichmäßigen Fluss von Wassertröpfchen in Richtung des Mikrodialyse-Probenehmers in der anaeroben Beutelbeobachtungskammer.

Verschließen Sie den Röhrchendeckel mit einer Silikonkappe, bevor Sie zum nächsten Probenahmeröhrchen übergehen. Wiederholen Sie dies für alle 33 Proben, bevor Sie die Verbindung zwischen dem anaeroben Beutel und dem Pufferbehälter aufheben. Füllen Sie das geflutete Wasser am sechsten Tag nach der Probenahme auf.

Berechnen Sie die Rückgewinnung des Probenvolumens, indem Sie das Probenfläschchen vor und nach dem Transfer der Probe mit schlechtem Wasser wiegen. Messen Sie dann die Gesamtkonzentration der gelösten Elemente im armen Wasser mit Hilfe der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma oder ICPMS. Die prozentuale Ausbeute des Probenvolumens betrug durchschnittlich 101,4 % und reichte von 100,2 % bis 103,6 %. Eine etwas höhere Ausbeute des Probenvolumens deutete auf eine Wasserstandsdifferenz zwischen dem anaeroben Beutel und der Oberseite des Probenahmeröhrchens hin.

Anhand der am sechsten und siebten Tag entnommenen Proben über die Bodenwassergrenzfläche wurden die Gesamtkonzentrationen von gelöstem Eisen, Mangan, Arsen, Cadmium, Kupfer, Blei, Nickel und Zink im Magerwasser bestimmt. Am sechsten Tag stiegen die gelösten Konzentrationen von Mangan, Eisen und Arsen mit der Bodentiefe an, während die von Kupfer und Blei mit zunehmender Bodentiefe abnahmen. Für Cadmium, Nickel und Zink zeigten die Konzentrationstiefenprofile jedoch ein anderes Muster, da die gelösten Konzentrationen von minus 20 Millimetern in tiefere Lagen anstiegen.

Die Konzentrationstiefenprofile von Eisen und Arsen in einer Tiefe von minus 12 Millimetern waren am sechsten Tag deutlich höher als die Werte am siebten Tag. Die Eisen- und Arsenkonzentrationen waren jedoch aus den Tiefen von minus 18 bis minus 50 Millimetern deutlich höher. Für die meisten ermittelten Elemente mit Ausnahme von Mangan waren die gelösten Konzentrationen im Oberflächenwasser und im ebenen Oberflächenboden in minus 15 Millimeter Tiefe nach aerober Wasserauffüllung signifikant niedriger.

Ein Konzentrationsmaximum für Blei am siebten Tag in etwa minus 10 Millimeter Tiefe zeigte ein kontrastierendes Muster zum sechsten Tag. Diese Technik ist besonders nützlich für Forscher, die biogeochemische Mikrogrenzflächenprozesse untersucht haben. Es kann medizinische Störfaktoren eingrenzen.

Dieses Verfahren wird auf flache Böden angewendet, was bedeutet, dass das Austreten oder Eindringen von Sauerstoff die chemischen Prozesse unerwartet erheblich verändert, sicherstellen, dass alle Anschlüsse luftdicht sind und die Wasserentgasung ausreichend ist. Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden wie die Karpalflüssigkeitschromatographie und Massenchromatographie sowie die mikrobielle Analyse mit spezieller Auflösung durchgeführt werden, um die chemischen und biologischen Prozesse zu überbrücken. Diese Technik ebnete den Forschern den Weg, neue Fragen zu untersuchen, wie sich Virusstörungen auf das Verhalten des geschwärzten Sensorelements in einer sich verändernden Umgebung auswirken.