דגימת מומס מומס על פני ממשק קרקע-מים אוקסיק-אנוקסי באמצעות פרופילי מיקרודיאליזה

כמדען קרקע, אנחנו תמיד צריכים לקחת אבקת מים לניתוח. עם זאת, זה לא קל מאוד, במיוחד כאשר הכימיקלים במי האבקה רגישים מאוד לחמצן. זוהי טכנולוגיה חדשה.

אנחנו קוראים לזה API sampler. על ידי שימוש בדוגם, אנו יכולים לקחת את אבקת הקרקע כל שני מיליליטר עם הפרעה עומס בפועל לקרקע. התלמידים שלי ג'אנג שה, יו-ג'יה, ליו דזה-יאן וליו האו הולכים להדגים איך לבנות את הדוגם ולהשתמש בו כדי לקחת אבקת מים.

התחל על ידי חיתוך מדויק של צינורות ננו קרום טהור לתוך 33 צינורות קצרים, בעלי אורך 58 מילימטר. לאחר מכן לחתוך את polytetrafluoroethylene או צינור PTFE לתוך 66 צינורות, בעל אורכים 180 מ"מ עם סכין קרמיקה. לאחר מכן, ערבבו לחלוטין את שני החלקים של דבק אפוקסי AB על כל צלחת פלסטיק נקייה, ותנו לו לעמוד במשך 30 דקות עד שהוא הופך לדביק לפני החלתו על המשטח החיצוני של החלק העליון של צינור PTFE.

יש לוודא כי דבק אפוקסי AB מכסה רק את ארבעת המילימטר של הצינור וכי אין דבק נוסף החוסם את הצינורות. חבר את שני צינורות ה- PTFE עם כל צינור ננו ממברנה על ידי הברגה עדינה של צינורות ה- PTFE לתוך צינור ננו הממברנה כדי להרכיב באופן מלא את כל 33 דוגמי המיקרודיאליזה הבתוליים. תנו לדוגמים המורכבים לעמוד למשך הלילה כדי להבטיח ריפוי וייצוב מלא של הדבק.

כדי לשפר את ההידרופיליות ולנקות את דוגמי המיקרודיאליזה, השרו אותם באתנול למשך שעה, ולאחר מכן ניקוי קולי עם 2% חומצה חנקתית מדוללת ומים אולטרה-טהורים למשך 15 דקות כל אחד. בדוק את הפטנט ואת אטימות האוויר של דוגם מיקרודיאליזה על ידי בעבוע במים באמצעות מזרק חמישה מיליליטר. כדי להרכיב את פרופיל המיקרודיאליזה, השתמש בקובץ CAD כדי להדפיס את השלד המתוכנן מראש באמצעות חומר ניילון.

לאחר מכן חלול מיכל PVC שטוף חומצה עם שני חריצים מקבילים של חמישה סנטימטרים מרווחים כדי להתאים את גודל השלד. השתמש במודול החריטה במדפסת התלת-ממד לחריץ. בנה מחבר יחיד לרבים על ידי ייצוב דבק אפוקסי בצורת מכסה צינור צנטריפוגה 50 מילימטר.

לאחר מכן הכניסו 33 מכסי סיליקון באורך של סנטימטר אחד לדבק האפוקסי לפני הריפוי והניחו לו לעמוד למשך הלילה. לאחר מכן, הסר את מחבר האחד לרבים ממכסה הצינור וחתוך את דבק האפוקסי באמצעות סכין קרמית כך שכל קצוות מכסה הסיליקון יהיו ללא הפרעה. יש לשטוף ביסודיות את המחבר האחד לרבים עם חומצה חנקתית מדוללת ב-2% ומים אולטרה-טהורים במשך 15 דקות כל אחד, ולייבש בתנאי סביבה.

לאחר הייבוש, חבר שסתום תלת-כיווני לתחתית הצינור כדי לשמש כמיכל חציצה. הרכיבו את מיכל האגירה על ידי התקנת מחבר יחיד לרבים לצינור מזרק 50 מיליליטר באמצעות דבק אפוקסי AB הרכיבו את דוגמי המיקרודיאליזה הבודדים על השלד באמצעות דבק מיזוג חם, וודאו שכל דוגם מקביל לקצה העליון או התחתון של השלד. התקינו את כל 33 דוגמי המיקרודיאליזה על השלד, וודאו ש-33 הדוגלים משני הצדדים עוברים דרך חריצי ה-PVC.

אטמו את הרווחים במפרקי השלד ובחריצים בעזרת דבק אפוקסי AB. לאחר מכן, חבר את כל הדוגלים לצד אחד של השלד למיכל חציצה באמצעות שסתום מחבר יחיד לרבים המותקן מראש בצינור צנטריפוגה של 50 מיליליטר. לאחר מכן חבר שקית עירוי רפואית ממולאת מראש במי אוהם 18.3 מילי אוהם למיכל החיץ דרך השסתום התלת-כיווני.

סגור את כל הדגימות בצד הדגימה באמצעות מכסי סיליקון. בדוק שוב את הפטנט ואת אטימות האוויר של כל דוגם מיקרודיאליזה על ידי סיבוב המסתם התלת-כיווני, המאפשר למים לזרום משקית העירוי הרפואי אל הדוגם. לאחר מכן סגור וכבה את כל הדגימות ואת השסתום במיכל האגירה.

לפני הדגירה על הקרקע המוצפת, הסר חמצן על ידי פירוק הגז של המים בשקית העירוי הרפואי. גז חנקן מבעבע בן לילה במסלול של קו גז חנקן טהור לשקית העירוי הרפואית. באמצעות שסתום תלת-כיווני, סגור את החיבור בין הפרופיילר לבין השקית המשוחררת.

לאחר מכן הוסף 450 גרם של אדמה מיובשת באוויר מנופה למיכל PVC, וודא שחמישה דוגמי מיקרודיאליזה נשארים מעל פני הקרקע. כסו את פני הקרקע ברקמה לפני הצפת הקרקע במים טהורים במיוחד. ברגע שהאדמה מוצפת חמישה סנטימטרים מעל פני הקרקע, הסר את הרקמה.

לאחר אתחול הדגירה של הקרקע, נקה מיד את המערכת עם התמיסה הטעונה מראש. לאחר מכן יש לשטוף את מערכת הדגימה על ידי הפעלת החיבור בין השקית האנאירובית לבין דוגם הדיאליזה. השתמש פי עשרה מהנפח הכולל של הדוגם בעת ניקוי כל דוגם במים.

לאחר השלמת הטיהור של דוגם אחד, יש לסגור אותו באמצעות מכסה סיליקון נקי לפני ניקוי כל דוגם כדי להקים מערכת דגירה ודיגום אחת של קרקע מוצפת. לאחר מכן, התאימו את השקית האנאירובית לגובה פני המים, וודאו שכל הצינורות מלאים במים. אם לא, הסירו את הפקק והורידו את ראש הצינור, כדי לאפשר למים לזרום מהשקית האנאירובית.

סגרו את הפקקים והשסתומים ודגרו במשך שבעה ימים כשהחיבור בין השקית האנאירובית לדוגם הדיאליזה כבוי. לפני הדגימה, התאימו את מפלסי המים במיכל הקרקע, בראשי הדגימה ובשקית האנאירובית לגובה דומה כדי למנוע פוטנציאל מים שונה במידה ניכרת. לאחר מכן הפעל את החיבור בין השקית האנאירובית למיכל החיץ.

הסר את מכסה הדוגם הראשון מלמעלה למטה. באמצעות פיפטה, להעביר 133 מיקרוליטר של דגימה מן הדוגם בקבוקון 0.6 מיליליטר, טעון מראש עם 133 מיקרוליטר של 2% חומצה חנקתית לשימור. במהלך הדגימה יש לצפות בזרימה איטית אך אחידה של טיפות מים לכיוון דוגם המיקרודיאליזה בתא התצפית האנאירובי.

סגור את ראש הצינור עם מכסה סיליקון לפני המעבר לצינור הדגימה הבא. חזור על פעולה זו עבור כל 33 הדגימות לפני כיבוי החיבור בין השקית האנאירובית למיכל החיץ. לחדש את המים המוצפים ביום השישי לאחר הדגימה.

חשב את שחזור נפח הדגימה על ידי שקילת בקבוקון הדגימה לפני ואחרי העברת דגימת המים הגרועה. לאחר מכן למדוד את הריכוזים המומסים הכוללים של יסודות במים עניים באמצעות ספקטרומטריית מסה פלזמה מצומדת אינדוקטיבית או ICPMS. אחוז ההחלמה של נפח הדגימה עמד בממוצע על 101.4% ונע בין 100.2% ל-103.6%. התאוששות מעט גבוהה יותר של נפח הדגימה הצביעה על הפרש מפלס המים בין השקית האנאירובית לחלק העליון של צינור הדגימה.

באמצעות הדגימות על פני ממשק מי הקרקע שנאספו ביום השישי והשביעי, נקבעו הריכוזים המומסים הכוללים של ברזל, מנגן, ארסן, קדמיום, נחושת, עופרת, ניקל ואבץ במים הדלים. ביום השישי, הריכוזים המומסים של מנגן, ברזל וארסן עלו יחד עם עומק הקרקע, ואילו אלה של נחושת ועופרת ירדו עם עליית עומק הקרקע. עם זאת, עבור קדמיום, ניקל ואבץ, פרופילי עומק הריכוז הצביעו על דפוס שונה, שכן הריכוזים המומסים עלו ממינוס 20 מילימטרים למקומות עמוקים יותר.

פרופילי עומק הריכוז של ברזל וארסן בעומק של מינוס 12 מילימטר ביום השישי היו גבוהים משמעותית מהרמות ביום השביעי. עם זאת, ריכוזי הברזל והארסן היו גבוהים משמעותית מעומקים של מינוס 18 עד מינוס 50 מילימטר. עבור רוב היסודות שנקבעו למעט מנגן, הריכוזים המומסים במים העיליים ובקרקע האחידה על פני השטח בעומק מינוס 15 מילימטר היו נמוכים משמעותית לאחר חידוש המים האירוביים.

שיא ריכוז העופרת ביום השביעי בעומק של כמינוס 10 מילימטר הראה דפוס מנוגד ליום השישי. טכניקה זו שימושית במיוחד חוקרים שחקרו תהליכי מיקרו ממשק ביו-גיאוכימיים. זה יכול לצמצם גורמים מבלבלים רפואיים.

הליך זה מיושם על קרקע שטוחה, כלומר דליפה או חדירה של חמצן תשנה באופן משמעותי את התהליכים הכימיים בלתי צפויים, להבטיח כי כל החיבורים אטומים ופליטת מים מספיקה. בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות כגון כרומטוגרפיה נוזלית קרפלית וכרומטוגרפיית מסה ואנליזה מיקרוביאלית ברזולוציה מיוחדת כדי לגשר על התהליכים הכימיים והביולוגיים. טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים לחקור שאלות חדשות על האופן שבו הפרעות וירוסים משפיעות על התנהגויות של רכיב חיישן ערוך בסביבה משתנה.