Name: Messung von gelöstem Methan in aquatischen Ökosystemen mit einem Gasanalysator mit optischer Spektroskopie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-07-26T13:10:00.000+00:00
Duration: 5 min
Description: Lernen Sie die Messung von gelöstem Methan in aquatischen Ökosystemen mit tragbaren optischen Gasanalysatoren. Diese kostengünstige Methode ermöglicht präzise Feldmessungen in abgelegenen Gebieten.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

1. Porenwasserprobenahme und -analyse
<ol>
	<li>Entnehmen Sie die Proben mit Porenwasser-Dialyse-Probenehmern (Peepers)11. Platzieren Sie die Peepers an relevanten Stellen des Untersuchungszentrums. In der Demonstrationsstudie wurden 6 Spanner auf den beiden dominanten Vegetationsflächen eines Süßwassersumpfes eingesetzt: drei auf einem Fleck, der von Sagitaria lancifolia dominiert wird, und die anderen drei auf einem Fleck, der von S. lancifolia - und Typha latifolia-Vegetation mitdominiert wird.</li>
	<li>Sammeln Sie 4x Proben im Juni, September, Oktober und Dezember. Sammeln Sie Proben in 10 verschiedenen Tiefen von der Bodenoberfläche bis hinunter zu ~50 cm darunter. Die Probenahme erfolgte nach der unter12,13 beschriebenen Methode.<ol>
		<li>Füllen Sie die Probenahmezellen ~20 Tage vor der Probenahme mit 61 mL deionisiertem Wasser. Blasen Sie deionisiertes Wasser 5 Minuten lang im Labor mit N2 aus, um den Sauerstoff zu entfernen, bevor Sie es im Feld verwenden.</li>
		<li>Entnehmen Sie während der Probenahme 25 ml Wasser aus der Zelle mit einer Spritze, die an die Extraktionsleitung der Zelle angeschlossen ist. Füllen Sie dann die Zellen mit frischem deionisiertem Wasser auf, das über eine sekundäre Zellaufladeleitung mit N2 vorgesprudelt ist. Wenn direkt nach der Entnahme Konzentrationsmessungen erforderlich sind, fahren Sie mit Schritt 2.1 fort.</li>
		<li>Geben Sie das extrahierte Wasser in 10-ml-Glasfläschchen, die mit 0,2 ml 0,1 M HCl konserviert sind, verschließen Sie es mit Septum und kühlen Sie es bis zur Analyse im Labor. HINWEIS: Benutzer dieser Methode sind herzlich eingeladen, die Entnahmetiefe, den Probenahmeplan und die Häufigkeit je nach spezifischen Studienanforderungen zu ändern.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Messung der Treibhausgaskonzentration
<ol>
	<li>Führen Sie eine Headspace-Äquilibrierung von Porenwasserproben in einer Spritze durch<ol>
		<li>Erzeugung von Headspace-Gasproben unter Verwendung der Äquilibrierungstechnik14. Verwenden Sie eine 30-ml-Spritze, um 5 mL Wasser (Vpw) aus den vor Ort gesammelten Proben zu entnehmen, und fügen Sie dann 15 mL N2 (Ultra High Purity 99,999 %) hinzu, um den Kopfraum (Vhs) zu schaffen.</li>
		<li>Rühren Sie die Spritze 5 Minuten lang kräftig und gleichmäßig um, manuell oder mit einem Schaukelschüttler (falls vorhanden). Injizieren Sie 12 mL der Headspace-Gasteilprobe in ein vorevakuiertes 10-ml-Fläschchen, das für Gaskonzentrationsmessungen mit dem optischen Analysator in den folgenden Schritten verwendet wird (Abbildung 1). Evakuieren Sie die Fläschchen mit einer Peristaltikpumpe15 oder ziehen Sie manuell den Kolben einer 60-ml-Spritze an das geschlossene Fläschchen und pumpen Sie die Luft 3x ab. HINWEIS: Er kann anstelle von N2 verwendet werden, um den Kopfraum zu erzeugen. Das Verfahren zur Zugabe von N2 oder He zur Spritze hängt von der spezifischen Anpassung oder dem Regler des tatsächlichen Tanks ab, der dem Benutzer zur Verfügung steht. Diese Ergänzung beinhaltet typischerweise das Koppeln der Spritze mit dem Tank unter Verwendung eines passenden Schlauchs oder das Herausziehen mit der Spritze aus einer an den Tank angepassten Probenahmeöffnung. Abhängig von den Standortbedingungen und der damit verbundenen Logistik können die Benutzer Umgebungsluft verwenden, um den Kopfraum zu schaffen.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Erstellen der Injektionskammer<ol>
		<li>Stellen Sie eine Injektionskammer her, die ein kleines Luftvolumen (~1 - 5 ml) in ein versiegeltes Luftvolumen aufnehmen kann, das mit dem Zu- und Abfluss des Gasanalysators verbunden ist, um einen geschlossenen Kreislauf zu bilden (Materialtabelle). Die Injektionskammer und der Analysator sind die beiden Hauptelemente des Systems (Abbildung 2).</li>
		<li>Modifizieren Sie den Metalldeckel eines 365-ml-Einmachglases, indem Sie ein Loch mit einem Durchmesser von 11 mm bohren, in das ein Septum als Injektionsöffnung passt, und zwei Löcher mit einem Durchmesser von 7 mm, um Absperrventile einzusetzen, die mit dem Analysator verbunden sind. Verwenden Sie Epoxidkleber, um den Injektionsanschluss und die Anschlüsse festzuziehen und die Abdichtung der Kammer sicherzustellen.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Verbinden Sie die Injektionskammer mit dem optischen Analysator<ol>
		<li>Verbinden Sie das Glas mit den Einlass- und Auslassanschlüssen des optischen Analysators mit einem Innendurchmesser von 5/32 Zoll (ID) und einem Außendurchmesser von 1/4 Zoll (AD). PFA-Kunststoffschläuche und berücksichtigen deren zusätzliches Volumen. Stellen Sie sicher, dass der Schlauch den Empfehlungen des Geräteherstellers entspricht und sauber und trocken ohne Kondensation ist.</li>
		<li>Stellen Sie die Ventile, die die Injektionskammer mit dem Instrument verbinden, auf Öffnung, um einen geschlossenen Luftkreislauf zu schaffen. Warten Sie, bis sich die Gaskonzentrationen stabilisiert haben.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Injizieren Sie eine Probe in die Kammer<ol>
		<li>Wenn sich die Konzentration in der Kammer und das Signal im Analysator stabilisiert haben (d. h. Standardabweichung &lt;0,03 ppm), injizieren Sie 2 ml einer Teilprobe aus den Fläschchen mit der in Schritt 2.1.2 erstellten Headspace-Probe. Warten Sie, bis sich die Konzentrationen im Analysator wieder stabilisiert haben, bevor Sie die nächste Teilprobe injizieren (Abbildung 3).</li>
		<li>Injizieren Sie bis zu 20 Teilproben nacheinander oder weniger, wenn die Konzentration näher an 100 ppm heranrückt (siehe8für Auswirkungen auf die Genauigkeit über diesem Schwellenwert). Analysieren Sie CH4-Prüfstandards für jeweils 5 Proben und bewerten Sie die Differenz zu den tatsächlichen Messungen anhand der relativen Standardabweichung (RSD).</li>
		<li>Wenn Sie mit dem Satz gestapelter Injektionen fertig sind, ziehen Sie eine der an das Gerät angeschlossenen Leitungen, um die Kammer auf Umgebungsdruck zurückzusetzen und einen erheblichen Aufbau von Druck und Methankonzentration zu vermeiden. HINWEIS: Basierend auf mehreren Testläufen wurde festgestellt, dass sich das Signal ~15 s nach der Injektion stabilisierte, aber als Reaktion auf andere Spezifikationen der Geräteaufzeichnung können andere Zeiten erforderlich sein (Abbildung 3). Die Durchflussrate des verwendeten Instruments betrug ~1 L/min mit einer Ansprechzeit von 5 s und einem Werkzeuginnendruck während der verschiedenen Analysen an verschiedenen Tagen im Bereich von 720 bis 745 Torr.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Berechnen Sie CH4 Konzentrationen im Kopfraum<ol>
		<li>Berechnen Sie für jede Teilprobe die Konzentration des Ziel-THG (z. B. CH4, CO2, N2O) im Kopfraum (Chs - μmol/mol) mit Gleichung 1: 
		<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66505/66505eq01.jpg" style="margin: auto;">Gleichung [1] Dabei ist Vhs das Volumen der Headspace-Teilstichprobe.</li>
		<li>Berechnen Sie die Konzentrationen vor (Cbi - μmol mol-1) und nach (Cai - μmol mol-1) Injektionen als Mittelwert von 15 Messungen (~15 s) vor der Injektion und 15 nach der Stabilisierung des Signals nach der Injektion. Berechnen Sie die Volumina in ml, vor (Vbi) und nach (Vai) Injektionen mit den Gleichungen 2 und 3: 
		<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66505/66505eq02.jpg" style="margin: auto;">[2] und 
		<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/66505/66505eq03.jpg" style="margin: auto;">[3] Dabei ist Vj (mL) das hinzugefügte Volumen des Glases (365 mL) und des Schlauchs (125,4 mL) und Vi (mL) das akkumulierte Volumen der injizierten Teilproben.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Porenwasserkonzentration berechnen<ol>
		<li>Berechnen Sie den Partialdruck (Pi - MPa) von CO2, CH4 oder N2O im Kopfraum unter Verwendung des Molenbruchs des Gases im Kopfraum und des Atmosphärendrucks (P) während der Verarbeitung der Probe unter Verwendung von Gleichung 4: 
		<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/66505/66505eq04.jpg" style="margin: auto;">[4]</li>
		<li>Berechnen Sie die wässrige Äquivalentkonzentration von Treibhausgasen im Porenwasser unter Verwendung einer Verdünnungsgleichung (Gleichung 5) mit den Konzentrationen und Volumina des Kopfraums und der wässrigen Äquivalentkonzentrationen: 
		<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/66505/66505eq05.jpg" style="margin: auto;">[5] Dabei ist R die universelle Gaskonstante (0,008314 L MPa mol-1 K-1), die Lufttemperatur (K), Vhs das Volumen des Kopfraums (mL), KHcp die Henry-Volatilitätskonstante von CO2, CH4 oder N2O (2,96, 67,13 bzw. 3,82 L MPa/mol)16 und Vpw das Volumen der flüssigen Teilprobe, die zur Erstellung des Kopfraums (mL) verwendet wird.</li>
		<li>Verwenden Sie während der Messungen die aufgezeichneten T und P. Die durchschnittlichen T und P während der Analyse der Proben des Demonstrationsprojekts betrugen 295,15 K bzw. 0,101325 MPa.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Validierung anhand von Standard-Chromatographie-Messungen
<ol>
	<li>Analysieren Sie verschiedene bekannte CH4-Konzentrationen in 10-ml-Fläschchen in einem konventionellen Gaschromatographen. Verwenden Sie drei identische Gruppen zu je 20 Normen. Die niedrigsten Konzentrationen lagen zwischen 5 und 100 ppm und stiegen in Schritten von 5 ppm an.</li>
	<li>Bestimmung der CH4-Konzentrationen durch Flammenionisationsdetektion auf einem Gaschromatographen. Der Chromatograph verwendete eine poröse Polymer-Absorptionsmittel-gepackte Säule mit He (25 mL/min) als Trägergas. Um die Messungen der Konzentrationen der Standards durchzuführen, kalibrieren Sie den Chromatographen auf eine Kurvenanpassung (r2) &gt; 0,99.</li>
	<li>Fahren Sie nach der Chromatographie mit der Bestimmung der CH4-Konzentration in denselben Standardfläschchen mit der oben beschriebenen Methode unter Verwendung eines vom Hersteller kalibrierten optischen Analysators fort (d. h. Präzision (300 s, 1σ): 0,3 ppb CH4).</li>
	<li>Bewerten Sie die Genauigkeit der Methode, indem Sie eine lineare Regression an die Ergebnisse der Chromatographie und des optischen Analysators der drei Standardgruppen anpassen. Bewerten Sie die Replizierbarkeit der Methode, indem Sie die Steigungen und Schnittpunkte von Regressionen vergleichen, die innerhalb jeder Gruppe von Standards durchgeführt wurden. Werten Sie den Vergleich anhand eines Standardmodells der kleinsten Quadrate mit Schwerpunkt auf der Effekthebelwirkung aus. Werten Sie alle Regressionen und Vergleiche auf einem Signifikanzniveau von 0,05 aus.</li>
</ol>

<meta charset="utf8"></head><body>Ein praktischer und kostengünstiger Aufbau zur Messung von Methan in wässrigen Proben

<ol><li>Bastviken, D., Tranvik, L. J., Downing, J. A., Crill, P. M., Enrich-Prast, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Freshwater+methane+emissions+offset+the+continental+carbon+sink%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Freshwater methane emissions offset the continental carbon sink.</a> Science. 331 (6013), 50(2011).</li>
<li>Quick, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrous+oxide+from+streams+and+rivers%3A+A+review+of+primary+biogeochemical+pathways+and+environmental+variables%5BTitle%5D)+AND+%22Earth-Sci+Rev%22%5BJournal%5D)">Nitrous oxide from streams and rivers: A review of primary biogeochemical pathways and environmental variables.</a> Earth-Sci Rev. 191, 224-262 (2019).</li>
<li>Bridgham, S. D., Cadillo-Quiroz, H., Keller, J. K., Zhuang, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methane+emissions+from+wetlands%3A+biogeochemical%2C+microbial%2C+and+modeling+perspectives+from+local+to+global+scales%5BTitle%5D)+AND+%22Glob+Chang+Biol%22%5BJournal%5D)">Methane emissions from wetlands: biogeochemical, microbial, and modeling perspectives from local to global scales.</a> Glob Chang Biol. 19 (5), 1325-1346 (2013).</li>
<li>Keller, J. K., Wolf, A. A., Weisenhorn, P. B., Drake, B. G., Megonigal, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elevated+CO2+affects+porewater+chemistry+in+a+brackish+marsh%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Elevated CO2 affects porewater chemistry in a brackish marsh.</a> Biogeochemistry. 96 (1), 101-117 (2009).</li>
<li>McAuliffe, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gas+chromatographic+determination+of+solutes+by+multiple+phase+equilibrium%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Technol%22%5BJournal%5D)">Gas chromatographic determination of solutes by multiple phase equilibrium.</a> Chem Technol. 1, 46-51 (1971).</li>
<li>Hoyos Ossa, D. E., Gallego Rios, S. E., Rodríguez Loaiza, D. C., Peñuela, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implementation+of+an+analytical+method+for+the+simultaneous+determination+of+greenhouse+gases+in+a+reservoir+using+FID%2F%C2%B5ECD+gas+chromatography%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Environ+Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Implementation of an analytical method for the simultaneous determination of greenhouse gases in a reservoir using FID/µECD gas chromatography.</a> Int J Environ Anal Chem. 103 (12), 2915-2929 (2023).</li>
<li>Kittler, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+drainage+reduces+CO2+uptake+and+CH4+emissions+in+a+Siberian+permafrost+ecosystem%5BTitle%5D)+AND+%22Glob+Biogeochem+Cycles%22%5BJournal%5D)">Long-term drainage reduces CO2 uptake and CH4 emissions in a Siberian permafrost ecosystem.</a> Glob Biogeochem Cycles. 31 (12), 1704-1717 (2017).</li>
<li>Wilkinson, J., Bors, C., Burgis, F., Lorke, A., Bodmer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+CO2+and+CH4+with+a+portable+gas+analyzer%3A+Closed-loop+operation%2C+optimization+and+assessment%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Measuring CO2 and CH4 with a portable gas analyzer: Closed-loop operation, optimization and assessment.</a> PLoS One. 13 (4), e0193973(2018).</li>
<li>Villa, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ebullition+dominates+methane+fluxes+from+the+water+surface+across+different+ecohydrological+patches+in+a+temperate+freshwater+marsh+at+the+end+of+the+growing+season%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Tot+Environ%22%5BJournal%5D)">Ebullition dominates methane fluxes from the water surface across different ecohydrological patches in a temperate freshwater marsh at the end of the growing season.</a> Sci Tot Environ. 767, 144498(2021).</li>
<li>Holland, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+CO2%2C+N2O+and+CH4+exchange%5BTitle%5D)+AND+%22Std+Soil+Meth+Long-Term+Ecol+Res%22%5BJournal%5D)">Soil CO2, N2O and CH4 exchange.</a> Std Soil Meth Long-Term Ecol Res. , 185-201 (1999).</li>
<li>MacDonald, L. H., Paull, J. S., Jaffé, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+semipermanent+dialysis+samplers+for+long-term+environmental+monitoring+in+saturated+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Monitor+Assess%22%5BJournal%5D)">Enhanced semipermanent dialysis samplers for long-term environmental monitoring in saturated sediments.</a> Environ Monitor Assess. 185 (5), 3613-3624 (2013).</li>
<li>Villa, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plant-mediated+methane+transport+in+emergent+and+floating-leaved+species+of+a+temperate+freshwater+mineral-soil+wetland%5BTitle%5D)+AND+%22Limnol+Oceanography%22%5BJournal%5D)">Plant-mediated methane transport in emergent and floating-leaved species of a temperate freshwater mineral-soil wetland.</a> Limnol Oceanography. 65, 1635-1650 (2020).</li>
<li>Villa, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methane+and+nitrous+oxide+porewater+concentrations+and+surface+fluxes+of+a+regulated+river%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Tot+Environ%22%5BJournal%5D)">Methane and nitrous oxide porewater concentrations and surface fluxes of a regulated river.</a> Sci Tot Environ. 715, 136920(2020).</li>
<li>Kampbell, D. H., Wilson, J. T., Vandegrift, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissolved+oxygen+and+methane+in+water+by+a+GC+headspace+equilibration+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Environ+Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Dissolved oxygen and methane in water by a GC headspace equilibration technique.</a> Int J Environ Anal Chem. 36 (4), 249-257 (1989).</li>
<li>Rochette, P., Bertrand, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+air+sample+storage+and+handling+using+polypropylene+syringes+and+glass+vials%5BTitle%5D)+AND+%22Canadian+J+Soil+Sci%22%5BJournal%5D)">Soil air sample storage and handling using polypropylene syringes and glass vials.</a> Canadian J Soil Sci. 83 (5), 631-637 (2003).</li>
<li>Sander, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compilation+of+Henry%27s+law+constants+%28version+4.0%29+for+water+as+solvent%5BTitle%5D)+AND+%22Atmos+Chem+Phys%22%5BJournal%5D)">Compilation of Henry's law constants (version 4.0) for water as solvent.</a> Atmos Chem Phys. 15 (8), 4399-4981 (2015).</li>
<li>Keller, J. K., Wolf, A. A., Weisenhorn, P. B., Drake, B. G., Megonigal, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elevated+CO2+affects+porewater+chemistry+in+a+brackish+marsh%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Elevated CO2 affects porewater chemistry in a brackish marsh.</a> Biogeochemistry. 96 (1), 101-117 (2009).</li>
<li>Comer-Warner, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seasonal+variability+of+sediment+controls+of+carbon+cycling+in+an+agricultural+stream%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Total+Environ%22%5BJournal%5D)">Seasonal variability of sediment controls of carbon cycling in an agricultural stream.</a> Sci Total Environ. 688, 732-741 (2019).</li>
<li>U.S. Government Publishing Office. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Title+42+-+The+Public+Health+and+Wefare%5BTitle%5D)+AND+%22U.S.+Government+Publishing+Office%22%5BJournal%5D)">Title 42 - The Public Health and Wefare.</a> U.S. Government Publishing Office. , (2009).</li>
<li>Magen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+headspace+equilibration+method+for+measuring+dissolved+methane%5BTitle%5D)+AND+%22Limnol+Oceanography+Meth%22%5BJournal%5D)">A simple headspace equilibration method for measuring dissolved methane.</a> Limnol Oceanography Meth. 12 (9), 637-650 (2014).</li>
<li>Regmi, B. P., Agah, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro+gas+chromatography%3A+An+overview+of+critical+components+and+their+integration%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Micro gas chromatography: An overview of critical components and their integration.</a> Anal Chem. 90 (22), 13133-13150 (2018).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>1/4 Zoll Innendurchmesser x 3/8 Zoll Außendurchmesser Durchsichtiger Vinylschlauch</td><td>Home Depot</td><td>SKU #&nbsp; 702098</td><td>Zum Ankoppeln von Absperrhähnen und Schläuchen, die mit dem Instrument verbunden sind. Zwei kurze Stücke (~4 cm).</td></tr><tr><td>5/16 - 5/8 Zoll Edelstahl-Schlauchschelle</td><td>Everbilt</td><td>6260294</td><td>Zur Sicherung von Schläuchen, die die Absperrhahnventile und die mit dem Instrument verbundenen Schläuche verbinden.</td></tr><tr><td>Rissbeständiges Teflon-PFA-Semi-Clear-Rohr für Chemikalien, 5/32" ID, 1/4" OD</td><td>McMaster-Carr</td><td>51805K86</td><td>Verwenden Sie diese Option, um die Injektionskammer mit den Einlass- und Auslassöffnungen des Instruments zu verbinden. In unserem Versuch haben wir zwei 0,68 m lange Schläuche verwendet.</td></tr><tr><td>Bohren Sie mit Titan-Stufenbohrer</td><td>Mehrere Firmen</td><td></td><td>Verwenden Sie diese Option, um die Löcher für Septum und Absperrhähne in den Metalldeckel des Glases zu bohren.</td></tr><tr><td>Gay Butyl Septum (Stopfen)</td><td>Weathon Mikroliter</td><td>20-0025-B</td><td>Verwendung als Injektionsöffnung und als Septum des Fläschchens (falls kompatibel).&nbsp;</td></tr><tr><td>Headspace-Fläschchen 20ml (23x75mm), Klar, Crimp mit abgerundetem Boden</td><td>Restek</td><td>21162</td><td>Zur Aufbewahrung der Headspace-Probe verwenden.&nbsp;</td></tr><tr><td>Heavy Duty Steel Bond Epoxy GorillaWeld</td><td>Gorilla</td><td>4330101</td><td>Zum Verkleben von Absperrhahnventilen und Septum auf den Metalldeckel des Glases.</td></tr><tr><td>Injektionsnadeln</td><td>Air-Tite Products Co.&nbsp;</td><td>N221</td><td>Zur Extraktion von Wasser aus Feldfläschchen, zur Injektion der Heaspace-Probe in das Fläschchen und zur Injektion der Teilprobe in die Injektionskammer.</td></tr><tr><td>Einmachglas (12 oz)</td><td>Kugel, Kerr, Jarden</td><td></td> Je <td>nach Probenkonzentration können größere oder kleinere Kammervolumina gewählt werden.</td></tr><tr><td>Auf optischer Spektroskopie basierender Gasanalysator &nbsp;</td><td>Mehrere Unternehmen</td><td>Picarro G4301, Licor 7810, Licor 7820, ABB GLA131-GGA</td><td>Dies sind einige spezifische Beispiele für Analysatoren, die an die Injektionskammer gekoppelt werden können. Wir sind uns bewusst, dass es sich nicht um eine vollständige Liste handelt und dass auch andere optische Spektroskopie-Analysatoren für die Methode geeignet sein könnten. &nbsp;</td></tr><tr><td>Absperrhahn</td><td>DWK Life Sciences</td><td>420163-0001</td><td>Halten Sie die Ventile während des normalen Betriebs offen.</td></tr><tr><td>Spritze (2,5 mL)</td><td>Air-Tite Products Co.&nbsp;</td><td>R2</td><td>Zur Entnahme von Teilproben aus den Headspace-Fläschchen und zur Analyse in die Injektionskammer injizieren.</td></tr><tr><td>Spritze (30 mL)</td><td>Air-Tite Products Co.&nbsp;</td><td>R30HJ</td><td>Zur Schaffung von Headspace für die Gasanalyse.</td></tr></tbody></table>

messung von gelöstem methan in aquatischen Ökosystemen mit einem gasanalysator mit optischer spektroskopie

Measuring Dissolved Methane in Aquatic Ecosystems Using An Optical Spectroscopy Gas Analyzer

Optischer Analysator versus Gaschromatographie Die Ergebnisse, die durch die Gaschromatographie und den optischen Analysator für die drei Gruppen von Standards erzielt wurden, zeigten gute lineare Anpassungen (d. h. r2 &gt; 0,98) mit Steigungen nahe eins (Abbildung 4). Die Steigungen der Regressionen in den drei Experimenten waren statistisch ähnlich (F(2) = 0,478, p = 0,623), was auf die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse hindeutet. Es ist wichtig zu beachten, dass die Steigungen in allen drei Fällen größer als eins waren, was darauf hindeutet, dass man im Durchschnitt mit einer leichten Unterschätzung der mit dem optischen Analysator gemessenen Gaskonzentrationen im Vergleich zu den durch Chromatographie erhaltenen Konzentrationen rechnen kann. Die Schnittpunkte bei Null sind jedoch unterschiedlich (F(1) = 1648,49, p &lt;0,0001), was bei der Interpretation niedriger CH4-Konzentrationen (d. h. &lt;10 μmol/mol) zur Vorsicht mahnt. Tatsächlich zeigten der optische Analysator und die Chromatographie bei diesen niedrigsten Konzentrationen die größten relativen Fehler (Tabelle 1), was auf die Herausforderungen bei der Messung bei niedrigen Konzentrationen hinweist.
Feldversuch: Verwendung des Protokolls zur Bestimmung der Methankonzentrationen im Porenwasser von zwei Vegetationsflecken in Küstenfeuchtgebieten von Louisiana Die aus Feldproben ermittelten CH4-Konzentrationen im Porenwasser zeigen eine ausgeprägte vertikale und zeitliche Dynamik (Abbildung 5). Diese Muster werden in ökohydrologischen Feuchtgebieten wie den beprobten erwartet, in denen eine vielfältige Feuchtgebietsvegetation die CH4-Produktion und -Oxidation und den daraus resultierenden Gasaustausch mit der Atmosphäre modulieren kann17,18. Die RSD lag bei ± 10,03 % und damit unter den 15 %, die typischerweise als Schwellenwert in Qualitätskontroll- und Qualitätssicherungsprotokollen (QC/QA) verwendet werden, bei denen Chromatographie bei Treibhausgasanalysen eingesetzt wird19.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66505/66505fig01.jpg"> 
Abbildung 1: Übersicht über das Protokoll. Schematische Darstellung der wichtigsten Schritte des Protokolls. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66505/66505fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66505/66505fig02.jpg"> 
Abbildung 2: Systemkomponenten. (A) Hauptkomponenten und (B) eine Detailansicht der Injektionskammer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66505/66505fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66505/66505fig03.jpg"> 
Abbildung 3: Konzentrationen während der Injektionen. Die CH4-Konzentrationen in der Injektionskammer während einer ausgewählten Messung zeigen das typische Ansprechen nach der Injektion der Probe. Die hervorgehobenen Bereiche geben die Konzentrationen vor und nach der Injektion an, die für die Berechnungen berücksichtigt wurden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66505/66505fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66505/66505fig04.jpg"> 
Abbildung 4: Vergleich zwischen Messungen mit dieser Methode und der Chromatographie. Die linearen Beziehungen zwischen den mit Gaschromatographie (GC-FID) bestimmten CH 4-Headspace-Konzentrationen und den mit dieser Methode für die drei Experimente bestimmten Konzentrationen wiesen gute lineare Anpassungen auf (d.h. r2 &gt; 0,98). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66505/66505fig04large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66505/66505fig05.jpg"> 
Abbildung 5: Demonstration des Anwendungsfalls. Porenwasserkonzentrationen in Flecken, die von (A) Sagittaria lancifolia und (B) einer Mischung aus Sagittaria lancifolia und Typha latifolia dominiert werden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66505/66505fig05large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CH4 Standard [ppm]</td>
			<td>GC [%]</td>
			<td>Optischer Analysator [%]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5</td>
			<td>24.3</td>
			<td>22.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10</td>
			<td>9.6</td>
			<td>3.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15</td>
			<td>16.7</td>
			<td>6.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20</td>
			<td>0.6</td>
			<td>3.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25</td>
			<td>1</td>
			<td>6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30</td>
			<td>1.5</td>
			<td>6.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>35</td>
			<td>1.7</td>
			<td>8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40</td>
			<td>1.3</td>
			<td>13.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>45</td>
			<td>1.4</td>
			<td>8.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50</td>
			<td>0.2</td>
			<td>6.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>55</td>
			<td>1.4</td>
			<td>7.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60</td>
			<td>1.6</td>
			<td>4.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>65</td>
			<td>0.4</td>
			<td>8.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70</td>
			<td>2.4</td>
			<td>4.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>75</td>
			<td>1.4</td>
			<td>6.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>80</td>
			<td>0.9</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>85</td>
			<td>0.4</td>
			<td>4.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>90</td>
			<td>1.6</td>
			<td>3.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>95</td>
			<td>3.4</td>
			<td>9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100</td>
			<td>4.2</td>
			<td>3.3</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabelle 1: Relativer Fehler (%). Gaschromatographie (GC) und optische Analysatormessungen mit demselben Prüfstandardfläschchen.

Messung von gelöstem Methan in aquatischen Ökosystemen mit einem Gasanalysator mit optischer Spektroskopie

Measuring greenhouse gas (GHG) fluxes and pools in ecosystems are becoming increasingly common in ecological studies due to their relevance to climate ...

measuring-dissolved-methane-aquatic-ecosystems-using-an-optical

Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

Genauigkeit und Präzision der Techniken, die zur Messung von Methanemissionen von Wiederkäuern verwendet werden, sind von entscheidender Bedeutung für den Erfolg der Bemühungen zur Reduzierung von Treibhausgasen. Dieses Manuskript beschreibt die Prinzipien und die Funktionsweise eines automatisierten Systems zur Überwachung der Massenflüsse von Methan und Kohlendioxid aus dem Atem von Wiederkäuern.

Die Verwendung eines automatisierten Systems (GreenFeed) bis Enteric Methan und der Kohlendioxidemissionen von Wiederkäuern Überwachen

Wir haben ein neuartiges Full-Flow-Probenahmesystem (FFS) zur Quantifizierung von Methanemissionen und Treibhausgasen aus der gesamten Erdgaslieferkette entworfen, entwickelt und implementiert.

Design und die Verwendung eines Vollstrom-Probenahmesystem (FFS) für die Quantifizierung von Methanemissionen

Die Erforschung von Methoden zur bedarfsgerechten Erzeugung von Wasserstoff für Brennstoffzellen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Systeme zur Messung der Wasserstoffentwicklung aus der Reaktion von Chemikalien mit Wasser können jedoch kompliziert und teuer sein. In diesem Artikel wird eine einfache, kostengünstige und robuste Methode zur Messung der Entwicklung von Wasserstoffgas vorgestellt.

Eine einfache, kostengünstige und robuste System das Volumen an Wasserstoff durch chemische Reaktionen mit wässrigen Lösungen Evolved messen

Da verpflichtende anaerobe Organismen bei Sauerstoffexposition nicht wachsen können, ist der Einsatz anaerobe Kultivierungstechniken unerlässlich. Hier zeigen wir eine einfache und effektive Methode zur Kultivierung einer Mischkultur aus einer Biogasanlage von der Medienaufbereitung bis zur Gas- und Fettsäurequantifizierung.

Mittlere Vorbereitung für den Anbau von Mikroorganismen unter streng anaeroben/anoxischen Bedingungen

Diese Veröffentlichung beschreibt das Design von Labor-Photobioreaktoren (PBRs) mit anpassbaren Lichtregimen. Das Wachstum von Cyanobakterien oder Mikroalgen, die Bicarbonat als Kohlenstoffquelle verwenden, wird kontinuierlich überwacht, indem die volumetrische Sauerstoffproduktion gemessen wird. Diese PBRs ermöglichen schnelle, replizierte Laborwachstumsvergleiche mit wenig Benutzereingriffen während der Experimente.

Betrieb von Labor-Photobioreaktoren mit Online-Wachstumsmessungen und anpassbaren Lichtregimen

Hier wird eine kostengünstige und transportable Methode/Einrichtung zur Messung der Primärproduktivität mikrobieller Matten unter tatsächlichen in situ Umgebungstemperatur- und Lichtbedingungen vorgestellt. Der Versuchsaufbau basiert auf weit verbreiteten Materialien und kann unter verschiedenen Bedingungen eingesetzt werden, während er die Vorteile von Labormodellen bietet.

Eine kostengünstige Methode zur Messung der In-situ-Primärproduktivität von Periphytongemeinschaften linsenförmiger Wässer

Es wird beschrieben, dass ein Mikrodialyse-Profiler gelöste Porenwasser-Solutes über eine oxisch-anoxische Boden-Wasser-Grenzfläche in situ mit minimaler Störung beprobt. Dieses Gerät wurde entwickelt, um schnelle Änderungen von Konzentrations- und Tiefenprofilen zu erfassen, die durch Störungen an der Boden-Wasser-Grenzfläche und darüber hinaus verursacht werden.

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

Luftverschmutzung wirkt sich auf die Lebensqualität aller Organismen aus. Hier beschreiben wir den Einsatz der Mikroalgen-Biotechnologie zur Aufbereitung von Biogas (gleichzeitige Entfernung von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff) und die Produktion von Biomethan durch semi-industrielle offene Hochraten-Algenteiche und die anschließende Analyse der Aufbereitungseffizienz, des pH-Werts, des gelösten Sauerstoffs und des Mikroalgenwachstums.

Biogasreinigung durch den Einsatz eines Mikroalgen-Bakterien-Systems in semi-industriellen Hochstrom-Algenteichen

Es wird ein Protokoll zur Erstellung eines einfachen Modellökosystems beschrieben, das den Methan-Sauerstoff-Gegengradienten im natürlichen Lebensraum von aeroben Methan-oxidierenden Bakterien nachbildet und so die Untersuchung ihrer Physiologie in einem räumlich aufgelösten Kontext ermöglicht. Modifikationen an gängigen biochemischen Assays für die Verwendung mit dem Agarose-basierten Modellökosystem werden ebenfalls beschrieben.

Agarose-basiertes Modellökosystem für die Kultivierung von Methanotrophen in einem Methan-Sauerstoff-Gegengradienten

Dieses Protokoll stellt einen vollautomatischen Arbeitsablauf für die Extraktion von Geosmin und 2-Methylisoborneol aus Wasser und lipidreichem Fischgewebe dar. Die Methode ermöglicht es, diese Moleküle frühzeitig zu erkennen, bevor sie Geruchsschwellen erreichen. Es werden repräsentative Daten aus einer Aquakultur zur Verfügung gestellt.

Extraktion und Nachweis von Geosmin und 2-Methylisoborneol in Wasser und Fischen mit Hilfe von sorptiven Extraktionssonden mit hoher Kapazität und GC-MS

Das Protokoll erkennt wichtige Gene für den Methankreislauf in den Feuchtgebieten der südtexanischen Küste und visualisiert ihre räumliche Verteilung, um das Verständnis der Methanregulierung und ihrer Umweltauswirkungen in diesen dynamischen Ökosystemen zu verbessern.

Wir danken den C-REAL-Mitgliedern für ihre Unterstützung bei der Feldbeobachtung und bei Laboranalysen.Visualisierung der mikrobiellen Dynamik des Methankreislaufs in Küstenfeuchtgebieten

Lernen Sie die Messung von gelöstem Methan in aquatischen Ökosystemen mit tragbaren optischen Gasanalysatoren. Diese kostengünstige Methode ermöglicht präzise Feldmessungen in abgelegenen Gebieten.

Messung von gelöstem Methan in aquatischen Ökosystemen mit einem Gasanalysator mit optischer Spektroskopie

Weitere Videos entdecken