Caracterización, cuantificación y compuesto específico análisis isotópico de carbono Pirogenica utilizando benceno policarboxílicos (BPCA)

El objetivo general de este método de marcadores moleculares es caracterizar, cuantificar y analizar isotópicamente la fracción de carbono pirogénico en muestras ambientales. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en varios campos, que van desde la arqueología y el análisis forense ambiental hasta la investigación sobre el biocarbón y el ciclo del carbono. Las principales ventajas de esta técnica son la detección de carbono pirogénico en un amplio rango del continuo de combustión.

Caracterización, cuantificación y análisis isotópico simultáneos de carbono pirogénico. Y aplicabilidad a una amplia gama de materiales de muestras ambientales. Ulrich Hanke, un estudiante graduado de nuestro laboratorio, demostrará la preparación de la muestra y la cromatografía.

El posterior análisis isotópico de los compuestos objetivo purificados será mostrado por Negar Haghipour, coordinador de laboratorio de ETH Zurich. Para comenzar este procedimiento, pese muestras previamente liofilizadas y homogeneizadas en tubos de digestión de cuarzo y cúbralas contra el polvo con papel de aluminio. Utilice únicamente cristalería limpia, descalcificada y combastica, herramientas completamente limpias y agua y disolventes de grado de cromatografía ultrapura durante todo el procedimiento.

Agregue dos mililitros de ácido nítrico al 65% en los tubos de digestión. Utilice un mezclador de vórtice para ayudar a humedecer completamente cada muestra. Después de esto, inserte los tubos de digestión en una cámara de presión.

Cierre la cámara de presión de acuerdo con el manual y colóquela en un horno precalentado a 170 grados centígrados durante ocho horas. Después de retirar los tubos de digestión de la cámara de presión enfriada, filtre las muestras con agua en matraces aforados, utilizando filtros de fibra de vidrio desechables. Luego ajuste el volumen a 25 mililitros con agua.

Para cada muestra, prepare dos columnas de vidrio con 11 gramos de resina de intercambio catiónico por columna. Acondicione la resina dentro de las columnas enjuagándolas consecutivamente con agua, dos molares de hidróxido de sodio y dos molares de ácido clorhídrico. Compruebe la conductividad del agua.

Que se enjuaga a través de la resina después de su acondicionamiento. A continuación, transfiera la mitad de la muestra a cada columna, enjuague secuencialmente cinco veces con 10 mililitros de agua. A continuación, liofiliza las soluciones acuosas.

Condición de los cartuchos de extracción en fase sólida C18 según el manual de instrucciones del fabricante. Después de esto, vuelva a disolver cada residuo liofilizado en tres mililitros de metanol y agua. Eluir cada mitad de la muestra sobre un cartucho de extracción de fase sólida C18 separado en tubos de ensayo de 2,5 mililitros.

Luego, enjuague los cartuchos con un mililitro de metanol y agua. Seque los tubos de ensayo con las soluciones de muestra utilizando un concentrador de vacío calentado a 45 grados centígrados y con un vacío de aproximadamente 50 milibares. Después del secado, vuelva a disolver cada residuo con un mililitro de agua y mezcle con un mezclador de vórtice.

A continuación, transfiera las soluciones a viales de muestreo automático de 1,5 mililitros. Para el análisis cromatográfico, prepare el disolvente A mezclando 20 mililitros de ácido ortofosfórico al 85% con 980 mililitros de agua y filtre la solución a través de un filtro de fibra de vidrio desechable utilizando vacío. Prepare soluciones estándar de ácidos policarboxílicos de benceno disponibles comercialmente de BPCA para producir una serie de concentraciones estándar externas.

Realice la cromatografía y cuantifique el contenido de BPCA comparando las respectivas áreas de pico de BPCA con las mediciones de series estándar externas. Los requisitos de pureza para los equipos químicos y de laboratorio son especialmente altos para el análisis de compuestos específicos de Carbono-14 de BPCA. La evaluación en blanco y las pruebas de deslizamiento son importantes para monitorear la posible fuente de contaminación de la muestra.

Si se pretende realizar análisis de Carbono-13 y Carbono-14 específicos de la fracción de carbono pirogénico, repita la cromatografía varias veces para cada muestra y recoja los BPCA individuales en cantidad suficiente utilizando un colector de fracciones conectado a la HPLC. Retire el solvente soplando las fracciones con un suave chorro de nitrógeno, mientras las calienta a 70 grados centígrados. A continuación, prepare el reactivo oxidante disolviendo dos gramos de persulfato de sodio en 15 mililitros de agua.

Vuelva a disolver cada residuo con cuatro mililitros de agua y transfiera las muestras a viales de borosilicato herméticos al gas de 12 mililitros. Luego, agregue un mililitro de reactivo oxidante y cierre cada vial con una tapa estándar que contenga un tabique de caucho butílico. Purgue los viales herméticos al gas que contienen las soluciones acuosas con helio durante ocho minutos para eliminar el dióxido de carbono del vial y la solución.

A continuación, oxide las muestras en los viales herméticos al gas calentándolos a 100 grados centígrados durante 60 minutos. Después de permitir que las muestras se enfríen a temperatura ambiente, analice directamente el dióxido de carbono de la oxidación en un espectrómetro de masas de relación isotópica para el contenido de carbono-13 y en un espectrómetro de masas acelerado para el contenido de carbono-14. El procedimiento descrito permite la separación basal de todos los compuestos objetivo de BPCA mediante HPLC y aquí se muestran los cromatogramas de los materiales referenciados tramazem y grass-char.

Al ajustar los parámetros de cromatografía, la separación se puede modificar aún más para necesidades específicas. El análisis cuantitativo de los cromatogramas de materiales referenciados con patrones externos debería arrojar los valores de carbono pirogénico representados aquí. Aquí se enumeran los valores de Carbono-13 y Carbono-14 que se obtienen cuando se analizan los BPCA purificados de los materiales referenciados para determinar su contenido isotópico de carbono.

Una vez dominada esta técnica se puede realizar en tres días laborables. Por lo tanto, el rendimiento de las muestras es una cuestión de cuántas muestras se procesan simultáneamente. La medición de una docena de muestras por semana por duplicado y con información isotópica es fácilmente alcanzable.

Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo realizar los pasos indudables para el análisis exitoso del carbono pirogénico a nivel específico del compuesto.