Caractérisation, Quantification et spécifiques composé isotopiques Analyse des pyrogénée carbone Utilisation Benzène Acides polycarboxyliques (BPCA)

L'objectif général de cette méthode basée sur des marqueurs moléculaires est de caractériser, quantifier et analyser isotopiquement la fraction de carbone pyrogénique dans des échantillons environnementaux. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans divers domaines, allant de l'archéologie et de la criminalistique environnementale à la recherche sur le biochar et le cycle du carbone. Les principaux avantages de cette technique résident dans la détection du carbone pyrogénique sur une large gamme du continuum de combustion.

Caractérisation, quantification et analyse isotopique simultanées du carbone pyrogénique. Et applicabilité à un très large éventail de matériaux d'échantillons environnementaux. La préparation des échantillons et la chromatographie seront démontrées par Ulrich Hanke, étudiant diplômant de notre laboratoire.

L'analyse isotopique ultérieure des composés cibles purifiés sera présentée par Negar Haghipour, coordinatrice de laboratoire à l'ETH Zurich. Pour commencer cette procédure, peser des échantillons préalablement lyophilisés et homogénéisés dans des tubes de digestion en quartz, puis les protéger de la poussière à l'aide de papier d'aluminium. Utiliser exclusivement du matériel en verre propre, décalcifié et combastique, des outils soigneusement nettoyés, ainsi que de l'eau et des solvants de qualité chromatographique ultra-purs pour l'ensemble de la procédure.

Ajoutez deux millilitres d'acide nitrique à 65 % dans les tubes de digestion. Utilisez un vortex pour favoriser un mouillage complet de chaque échantillon. Ensuite, insérez les tubes de digestion dans une chambre sous pression.

Fermer la chambre de pression conformément au mode d'emploi et la placer dans un four préchauffé à 170 degrés Celsius pendant huit heures. Après avoir retiré les tubes de digestion de la chambre de pression refroidie, filtrer les échantillons à l'eau dans des fioles jaugées, en utilisant des filtres en fibre de verre jetables. Puis ajuster le volume à 25 millilitres avec de l'eau.

Pour chaque échantillon, préparez deux colonnes en verre contenant 11 grammes de résine échangeuse de cations par colonne. Conditionnez la résine à l'intérieur des colonnes en les rinçant successivement à l'eau, à l'hydroxyde de sodium deux molaire et à l'acide chlorhydrique deux molaire. Vérifiez la conductivité de l'eau.

Qui est lavé à travers la résine après son conditionnement. Ensuite, transférer une moitié de l'échantillon sur chaque colonne, puis rincer successivement cinq fois avec 10 millilitres d'eau. Puis lyophiliser les solutions aqueuses par la suite.

Conditionnez les cartouches d'extraction en phase solide C18 conformément au mode d'emploi du fabricant. Ensuite, redissolvez chaque résidu lyophilisé dans trois millilitres de méthanol et d'eau. Éluiez chaque moitié de l'échantillon sur une cartouche distincte d'extraction en phase solide C18 dans des tubes à essai de 2,5 millilitres.

Ensuite, rincez les cartouches avec un millilitre de méthanol et d'eau. Séchez les tubes à essai contenant les solutions d'échantillon à l'aide d'un concentrateur sous vide chauffé à 45 degrés Celsius et soumis à une pression d'environ 50 millibars. Après séchage, redissolvez chaque résidu dans un millilitre d'eau et mélangez à l'aide d'un vortexeur.

Ensuite, transférez les solutions dans des vials de 1,5 millilitre pour auto-échantillonneur. Pour l'analyse chromatographique, préparez le solvant A en mélangeant 20 millilitres d'acide orthophosphorique à 85 % avec 980 millilitres d'eau, puis filtrez la solution à travers un filtre en fibre de verre jetable sous vide. Préparez des solutions étalons d'acides benzéniques polycarboxyliques (BPCAs) disponibles commercialement afin d'obtenir une série de concentrations étalons externes.

Réalisez la chromatographie et quantifiez les teneurs en BPCA en comparant les surfaces des pics respectifs de BPCA aux mesures d'une série d'étalons externes. Les exigences de pureté pour les réactifs chimiques et le matériel de laboratoire sont particulièrement strictes lors de l'analyse isotopique du carbone-14 spécifique aux composés BPCA. L'évaluation des blancs et les tests par prélèvement par frottis sont essentiels pour surveiller les sources potentielles de contamination des échantillons.

Si des analyses spécifiques au carbone-13 et au carbone-14 du fraction de carbone pyrogénique sont prévues, répétez la chromatographie plusieurs fois pour chaque échantillon, et recueillez les BPCA individuels en quantité suffisante à l’aide d’un collecteur de fractions relié à la CPG. Éliminez le solvant en évaporant les fractions sous un courant doux d’azote, tout en les chauffant à 70 degrés Celsius. Ensuite, préparez le réactif oxydant en dissolvant deux grammes de persulfate de sodium dans 15 millilitres d’eau.

Redissoudre chaque résidu avec quatre millilitres d'eau et transférer les échantillons dans des vials en borosilicate étanches de 12 millilitres. Ensuite, ajouter un millilitre de réactif oxydant et fermer chaque vial avec un bouchon standard muni d'un septum en caoutchouc de butyle. Purger les vials étanches contenant les solutions aqueuses avec de l'hélium pendant huit minutes afin d'éliminer le dioxyde de carbone du vial et de la solution.

Ensuite, oxyder les échantillons dans des vials étanches en les chauffant à 100 degrés Celsius pendant 60 minutes. Après avoir laissé les échantillons refroidir à température ambiante, analyser directement le dioxyde de carbone provenant de l'oxydation sur un spectromètre de masse à rapport isotopique pour la teneur en carbone-13 et sur un spectromètre de masse accéléré pour la teneur en carbone-14. La procédure décrite permet une séparation de base de tous les composés cibles BPCA par HPLC, et les chromatogrammes des matériaux de référence tramazem et charbon végétal sont présentés ici.

En ajustant les paramètres de chromatographie, la séparation peut être davantage modifiée selon des besoins spécifiques. L'analyse quantitative des chromatogrammes des matériaux de référence à l'aide d'étalons externes devrait fournir les valeurs de carbone pyrogénique indiquées ici. Les valeurs de Carbone-13 et Carbone-14 obtenues lors de l'analyse du contenu isotopique en carbone de BPCA purifiés provenant de matériaux de référence sont indiquées ici.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en trois jours ouvrables. Par conséquent, le débit d'échantillons dépend du nombre d'échantillons traités simultanément. Il est facilement réalisable de mesurer une douzaine d'échantillons par semaine en duplicata et avec des informations isotopiques.

Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension des étapes incontestables nécessaires à l'analyse réussie du carbone pyrogénique au niveau spécifique des composés.