Caratterizzazione, quantificazione e specifici Compound isotopica analisi di Pirogenica di carbonio utilizzando Benzene Polycarboxylic Acidi (BPCA)

L'obiettivo generale di questo metodo di marcatori molecolari è quello di caratterizzare, quantificare e analizzare isotopicamente la frazione di carbonio pirogenico in campioni ambientali. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave in vari campi, che vanno dall'archeologia e dalla medicina legale ambientale, al biochar e alla ricerca sul ciclo del carbonio. I principali vantaggi di questa tecnica sono la rilevazione del carbonio pirogeno in un ampio intervallo del continuum di combustione.

Caratterizzazione, quantificazione e analisi isotopica simultanea del carbonio pirogeno. E applicabilità a una gamma molto ampia di materiali campione ambientali. A dimostrare la preparazione del campione e la cromatografia sarà Ulrich Hanke, uno studente laureato del nostro laboratorio.

La successiva analisi isotopica dei composti target purificati sarà mostrata da Negar Haghipour, coordinatore del laboratorio presso l'ETH di Zurigo. Per iniziare questa procedura, pesare i campioni precedentemente liofilizzati e omogeneizzati in provette di digestione al quarzo e coprire contro la polvere con un foglio di alluminio. Utilizzare solo vetreria pulita, decalcificata e combastica, strumenti accuratamente puliti e acqua e solventi per cromatografia ultrapura per l'intera procedura.

Aggiungere due millilitri di acido nitrico al 65% nelle provette di digestione. Utilizzare un miscelatore a vortice per facilitare la bagnatura accurata di ogni campione. Successivamente, inserire i tubi di digestione in una camera a pressione.

Chiudere la camera a pressione secondo il manuale e metterla in forno preriscaldato a 170 gradi Celsius per otto ore. Dopo aver rimosso i tubi di digestione dalla camera a pressione raffreddata, filtrare i campioni con acqua in matracci volumetrici, utilizzando filtri in fibra di vetro monouso. Quindi regolare il volume a 25 millilitri con acqua.

Per ogni campione, preparare due colonne di vetro con 11 grammi di resina a scambio cationico per colonna. Condizionare la resina all'interno delle colonne risciacquandole consecutivamente con acqua, due molari di idrossido di sodio e due molari di acido cloridrico. Controllare la conducibilità dell'acqua.

Che viene risciacquato attraverso la resina dopo il suo condizionamento. Quindi trasferire metà del campione su ciascuna colonna, risciacquare in sequenza cinque volte con 10 millilitri di acqua. Quindi liofilizzare le soluzioni acquose in seguito.

Condizione Cartucce di estrazione in fase solida C18 secondo il manuale di istruzioni del produttore. Successivamente, sciogliere nuovamente ogni residuo liofilizzato in tre millilitri di metanolo e acqua. Eluire ciascuna metà del campione su una cartuccia di estrazione in fase solida C18 separata in provette da 2,5 millilitri.

Quindi, sciacquare le cartucce con un millilitro di metanolo e acqua. Asciugare le provette con le soluzioni campione utilizzando un concentratore sottovuoto riscaldato a 45 gradi Celsius e con un vuoto di circa 50 millibar. Dopo l'essiccazione, sciogliere nuovamente ogni residuo con un millilitro d'acqua e mescolare con un miscelatore a vortice.

Quindi, trasferire le soluzioni in fiale di autocampionatore da 1,5 millilitri. Per l'analisi cromatografica, preparare il solvente A mescolando 20 millilitri di acido ortofosforico all'85% con 980 millilitri di acqua e filtrare la soluzione attraverso un filtro monouso in fibra di vetro utilizzando il vuoto. Preparare soluzioni standard di acidi policarbossilici benzenici di BPCA disponibili in commercio per produrre una serie di concentrazioni standard esterne.

Condurre la cromatografia e quantificare il contenuto di BPCA confrontando le rispettive aree di picco BPCA con le misurazioni di serie standard esterne. I requisiti di purezza per le apparecchiature chimiche e di laboratorio sono particolarmente elevati per l'analisi del carbonio-14 specifico del composto dei BPCA. La valutazione in bianco e i test a strisciamento sono importanti per monitorare la potenziale fonte di contaminazione del campione.

Se si intende effettuare analisi della frazione pirogena con carbonio-13 e carbonio-14 specifici per composti, ripetere la cromatografia più volte per ciascun campione e raccogliere i singoli BPCA in quantità sufficiente utilizzando un collettore di frazioni collegato all'HPLC. Rimuovere il solvente, soffiando le frazioni con un leggero flusso di azoto, riscaldandole a 70 gradi Celsius. Successivamente, preparare il reagente ossidante sciogliendo due grammi di persolfato di sodio in 15 millilitri di acqua.

Sciogliere nuovamente ogni residuo con quattro millilitri di acqua e trasferire i campioni in fiale di borosilicato a tenuta di gas da 12 millilitri. Quindi, aggiungere un millilitro di reagente ossidante e chiudere ogni fiala con un tappo standard contenente un setto di gomma butilica. Spurgare le fiale a tenuta di gas contenenti le soluzioni acquose con elio per otto minuti per rimuovere l'anidride carbonica dalla fiala e dalla soluzione.

Successivamente, ossidare i campioni nelle fiale a tenuta di gas riscaldandoli a 100 gradi Celsius per 60 minuti. Dopo aver lasciato raffreddare i campioni a temperatura ambiente, analizzare direttamente l'anidride carbonica derivante dall'ossidazione su uno spettrometro di massa isotopico per il contenuto di carbonio-13 e su uno spettrometro di massa accelerato per il contenuto di carbonio-14. La procedura descritta consente la separazione di base di tutti i composti target del BPCA mediante HPLC e di seguito sono mostrati i cromatogrammi dei materiali di riferimento tramazem e grass-char.

Regolando i parametri cromatografici, la separazione può essere ulteriormente modificata per esigenze specifiche. L'analisi quantitativa dei cromatogrammi dei materiali di riferimento con standard esterni dovrebbe fornire i valori di carbonio pirogenico qui illustrati. I valori di Carbonio-13 e Carbonio-14 ottenuti quando i BPCA purificati di materiali di riferimento vengono analizzati per il loro contenuto isotopico di carbonio sono elencati qui.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in tre giorni lavorativi. Pertanto, la produttività dei campioni è una questione di quanti campioni vengono elaborati contemporaneamente. È possibile misurare una dozzina di campioni a settimana in duplicati e con informazioni isotopiche.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire i passaggi indubitabili per il successo dell'analisi del carbonio pirogeno a livello specifico del composto.