Sedimentos Core y Secciones Extracción de Pore aguas bajo condiciones anóxicas
7 de marzo de 2016
Se presenta un protocolo para seccionar núcleos de sedimentos y extraer aguas de poros en condiciones anóxicas con el fin de permitir el análisis de especies sensibles redox tanto en sólidos como en fluidos.
El objetivo general de este procedimiento es seccionar los núcleos de sedimentos y extraer las aguas de los poros de estos núcleos de sedimentos manteniendo el estado de oxidación original. Este método puede permitir a los investigadores en campos geoquímicos examinar la especiación de metales en aguas porosas y sedimentos de áreas sensibles a redox, como lagos y humedales. Las principales ventajas de esta técnica son que es flexible y adaptable, portátil en el campo, económica y no altera las capas de sedimentos.
El encargado de demostrar el procedimiento será Rahul Sinha, un estudiante de mi laboratorio. Comience a preparar el laboratorio de campo colocando la bolsa de guantes. Primero, sujete la placa de guía del núcleo a una superficie de trabajo.
Coloque el orificio para el revestimiento del núcleo que se extiende frente al mostrador para asegurarse de que esté abierto. A continuación, asegure el tanque de nitrógeno con una abrazadera de banco. Luego, coloque la bolsa de guantes sobre la placa y coloque el tubo entre la bolsa y el regulador de gas.
Extienda aproximadamente ocho pulgadas de tubo dentro de la bolsa. Ahora, selle la conexión del tubo en la bolsa con cinta aislante y dentro de la bolsa deslice una abrazadera en el tubo pero deje la abrazadera abierta. A continuación, corte una X en el fondo de la bolsa sobre el agujero de la placa y luego cargue la bolsa con los artículos enumerados.
Revisa las listas, porque olvidar un artículo es muy inconveniente. La siguiente tarea es configurar el núcleo. Primero, coloque un gato de laboratorio en el piso debajo de la superficie de trabajo.
El gato de laboratorio debe tener un trozo de madera contrachapada con un agujero en el centro para estabilizar el núcleo. Luego, con el núcleo en posición vertical, empújelo a través de la placa de guía del núcleo y a través de la X en la bolsa del guante. Alrededor de cuatro a seis pulgadas de núcleo deben extenderse por encima de la placa.
Ahora, mientras una persona sostiene el núcleo, pega el núcleo a la bolsa alrededor de la X con cinta aislante. A continuación, configure el extrusor de núcleos. Primero inserte el mango en un espaciador de PVC de seis pulgadas de largo y dos pulgadas de diámetro, seguido de un acoplamiento de tres pulgadas de largo y luego otro espacio y otro acoplamiento y así sucesivamente hasta que el mango esté completamente cubierto.
Ahora, coloque el extrusor de núcleo debajo del núcleo y apóyelo con el gato. El gato debe estar lo más bajo posible. A continuación, con un cúter, corte con cuidado alrededor de la parte inferior de la tapa del núcleo.
Deje un anillo de tapa de núcleo alrededor del revestimiento de núcleo y deje una pieza circular de tapa contra los materiales de núcleo. Ahora, una persona debe meter la mano en la bolsa de guantes para asegurar el núcleo mientras la otra levanta el gato. Mueva gradualmente la extrusora de núcleos hacia el revestimiento de núcleos, elevando el sedimento hacia arriba.
Puede ser necesario mover un poco el extrusor. Continúe elevando el núcleo hasta que el sedimento y el agua suprayacente lleguen a la parte superior del revestimiento del núcleo. La última tarea es sellar la bolsa.
Primero, verifique que todo esté allí. A continuación, abra todos los objetos de la bolsa que contengan aire atrapado. Ahora, idealmente con la ayuda de otra persona, purgue el guante tres veces.
Primero, con la bolsa lo más desinflada posible, selle la abertura principal con algunas cuerdas elásticas. Luego, con un asistente que regula el flujo de nitrógeno a 50 psi, dirija el gas alrededor de la bolsa, especialmente en las grietas donde el aire podría quedar atrapado. Cuando la bolsa esté muy inflada, apague el regulador o cierre la abrazadera para cerrar el gas.
Luego, abra la abertura principal y expulse la mayor cantidad de gas posible de la bolsa. Repita el proceso de llenar la bolsa con nitrógeno, incluidas todas las grietas, y vaciar la bolsa dos veces más. Una vez completado esto, la guantera debe contener niveles muy bajos de oxígeno.
Termine con una cantidad cómoda de gasolina en la bolsa de guantes. Este procedimiento se realiza mejor cuando se trabaja en parejas. Para este procedimiento, coloque un par de guantes desechables sobre los guantes incorporados en la bolsa.
Cambie estos guantes siempre que estén sucios o rotos. Primero, retire toda el agua estancada de la parte superior del núcleo con una jeringa. Luego, filtre esta agua a través de un filtro de jeringa de 0,45 micras.
A continuación, coloque un anillo de sección del núcleo sobre la parte superior del revestimiento del núcleo. Luego, levante el núcleo hasta que el sedimento se encuentre con la parte superior del anillo. Dentro de la bolsa, asegure el revestimiento del núcleo para que cuando el núcleo se mueva, el revestimiento no lo haga.
Puede ser necesario que el operador que trabaja dentro de la bolsa de guantes empuje ligeramente hacia abajo el revestimiento del núcleo para que el material del núcleo quede en la parte superior del anillo. A continuación, empuje un cortador de corazón entre la parte superior del revestimiento y el anillo para que la sección de sedimento quede por encima del cortador. Esta es la primera sección del núcleo.
Con cucharas de plástico, mueva la sección a un tubo cónico de 50 mililitros y cúbralo herméticamente. Lave las herramientas y repita el proceso hasta que todo el núcleo esté seccionado y colocado en tubos. Durante el proceso de seccionamiento del núcleo, el gato de laboratorio puede extenderse por completo.
Si esto ocurre, sostenga el núcleo en su lugar, baje el gato y coloque las piezas de PVC para extender la extrusora de núcleo. A continuación, vuelva a colocar el gato en su lugar. Durante este proceso, la bolsa puede desinflarse o inflarse demasiado.
Realice los ajustes abriendo brevemente la válvula de gas nitrógeno o abriendo brevemente la abertura de la bolsa principal para liberar el gas. Una vez que el núcleo está seccionado y todo el sedimento está en tubos de centrífuga, estos tubos se pueden quitar de la bolsa de guantes y cerrar la bolsa de guantes. Luego, prepare los tubos recolectados para la centrifugación como se explica en el protocolo de texto.
Luego, gírelos a 1,100 g o más rápido durante 20 minutos. Después de la centrifugación, devuelva los tubos al ambiente libre de oxígeno e introduzca algunos tubos vacíos para la recolección de muestras. A continuación, se debe purgar la bolsa dos o tres veces como antes.
Ahora, abra un tubo centrífugo y retire el agua de los poros con una jeringa con un tubo en el extremo. Luego, usando un filtro de jeringa de 0.45 micrones, filtre el agua en un tubo de recolección. El protocolo de texto explica cómo procesar aún más las muestras.
Usando el protocolo descrito, se tomó un núcleo de un humedal cerca de Nueva Orleans nueve meses después de la Ley de Horizontes de Aguas Profundas. Este humedal estaba muy petroleado. Utilizando un espectrofotómetro portátil DR 2700 de Hach, los datos mostraron concentraciones de sulfuro extremadamente altas.
Las concentraciones de hierro fueron bajas y no se detectó hierro en el estado de oxidación tres plus. Entonces, después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo purgar la bolsa de guantes de oxígeno, extruir el núcleo dentro de la bolsa de guantes para permitir la sección y separar las aguas de los poros de los sedimentos. Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en una a tres horas por núcleo, dependiendo de la longitud del núcleo.
Al intentar este procedimiento, es importante recordar purgar la guantera a fondo y ajustar la altura del núcleo lentamente. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar métodos como la especiación de hierro por ferroso, la especiación de arsénico por voltamperometría o separación de columnas, y la separación de mitilmercurio para responder preguntas sobre el estado redox del sistema. No olvide que trabajar con gases comprimidos puede ser extremadamente peligroso y asegurar el tanque es esencial mientras realiza este procedimiento.
Algunas muestras de sedimentos pueden estar contaminadas con materiales peligrosos y se deben tomar las precauciones adecuadas.
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Descripción general
Este artículo presenta un protocolo para seccionamiento de núcleos de sedimentos y extracción de aguas de poro bajo condiciones anóxicas. El método permite el análisis de especies sensibles al redox tanto en sólidos como en fluidos, particularmente en investigaciones geoquímicas.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Geoquímica
- Ciencia ambiental
- Química redox
Contexto
- Comprender la especiación de metales en sedimentos es crucial para evaluaciones ambientales.
- Las áreas sensibles al redox, como lagos y humedales, requieren técnicas de muestreo cuidadosas.
- Mantener el estado de oxidación original durante el muestreo es esencial para un análisis preciso.
- Este método está diseñado para ser portátil y rentable en campo.
Propósito del estudio
- Proporcionar un protocolo confiable para el seccionamiento de núcleos de sedimentos.
- Facilitar la extracción de aguas de poro sin alterar las capas de sedimentos.
- Permitir el estudio de especies sensibles al redox en diversos entornos.
Métodos utilizados
- Preparación de un laboratorio de campo utilizando una bolsa de guantes.
- Fijación de la placa de guía del núcleo a una superficie de trabajo estable.
- Seccionamiento de núcleos de sedimentos mientras se preserva su estado de oxidación.
- Extracción de aguas de poro para análisis posterior.
Resultados principales
- El protocolo mantiene con éxito el estado de oxidación de los núcleos de sedimentos.
- Los investigadores pueden analizar la especiación de metales efectivamente en aguas de poro.
- El método es adaptable a diversas condiciones de campo.
- Demuestra flexibilidad y rentabilidad para estudios geoquímicos.
Conclusiones
- Este protocolo es una herramienta valiosa para investigadores que estudian entornos sensibles al redox.
- Permite un análisis detallado de la química de sedimentos y aguas de poro.
- Las ventajas del método lo hacen adecuado para diversas aplicaciones geoquímicas.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
This method supports biopharma R&D by enabling the preservation of redox-sensitive analytes in environmental matrices, which is critical for mechanistic de-risking in toxicology and safety pharmacology studies. By maintaining the original oxidation state during sample processing, the technique ensures data integrity for downstream biomarker validation and predictive modeling of compound behavior in complex biological systems. Its field portability and low cost facilitate early-stage hypothesis testing in disease-relevant systems, reducing uncertainty in lead identification and preclinical workflows.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of redox-dependent pathways in disease models by preserving labile species such as sulfide and iron speciation for mechanistic target validation.
- Operational Value: Provides a reproducible workflow for isolating pore waters from sediment cores, supporting consistent sample preparation in environmental toxicology assays.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Delivers quantitatively reliable pore water extracts suitable for assay standardization, enabling screening of compounds that modulate redox-sensitive pathways.
- Operational Value: Facilitates high-fidelity sample extraction under anoxic conditions, improving assay reproducibility and reducing false negatives in phenotypic screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports translational biomarker alignment by preserving redox-sensitive species that correlate with disease progression in preclinical models.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery to preclinical validation by maintaining sample integrity across workflow stages, reducing variability in risk-adjusted advancement decisions.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum by enabling reliable sample preparation for redox biology assays, supporting hypothesis testing in early discovery and informing lead identification through mechanistically de-risked data.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by preserving oxidation-state-sensitive analytes critical for target validation in redox-active disease areas.
- Screening: Enhances assay readiness and reproducibility by delivering pore water samples with minimal oxidation artifacts, enabling reliable compound evaluation.
- Analytics: Provides quantitative outputs such as sulfide and iron speciation measurements that allow teams to compare redox conditions across experimental groups.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by preserving biomarkers of redox stress, supporting risk-adjusted decisions in disease model validation.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability for environmental and toxicology teams, standardizing sample handling across projects and geographies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence through preservation of redox-sensitive species, reduction of mechanistic ambiguity in safety pharmacology.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of anoxic sample processing across field and laboratory settings.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions via reduced false positives in redox-dependent assays, capital efficiency in early screening.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of compounds based on reliable redox biomarker data, reducing late-stage biological risk.
Implementation Considerations
- Required scientific expertise in anaerobic techniques and redox chemistry.
- Instrumentation needs include glove bag systems, nitrogen gas regulators, centrifuges, and syringe filters.
- Cross-team standardization requires training on oxygen purging protocols and core handling procedures.
- Adaptation considerations include adjusting core sectioning thickness based on diameter and sediment compaction.
- Practical limitations include the need for timely analysis post-extraction to prevent gradual oxidation, even under optimized conditions.
