Name: Caratterizzazione, quantificazione e specifici Compound isotopica analisi di Pirogenica di carbonio utilizzando Benzene Polycarboxylic Acidi (BPCA) (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 12 s
Description: Scopri il metodo BPCA per caratterizzare, quantificare e analizzare isotopicamente il carbonio pirogenico nei campioni ambientali. Questa tecnica avanzata supporta la ricerca sul ciclo del carbonio e l'archeologia.

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Gli autori ringraziano il sostegno delle seguenti fonti di finanziamento: il Programma Prioritario di Ricerca dell'Università di Zurigo "Cambiamento globale e biodiversità", i progetti del Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca Scientifica 134452, 131922, 143891, 119950 e 134847 e il premio Deep Carbon Observatory - Deep Energy 60040915.

1. Precauzioni generali e preparati <ol><li> Utilizzare solo pulito, decalcificata (10% vasca HCl) e di vetro bruciato (500 ° C per 5 ore), gli strumenti accuratamente puliti e ultrapure, ad alta pressione cromatografia liquida (HPLC) di acqua di grado e solventi per l&#39;intera procedura. </li><li> Congelare secco e omogeneizzare i campioni con una palla mulino senza emissioni di carbonio 58 e determinare il loro contenuto di carbonio organico totale (TOC) mediante analisi elementare 59-60. Nota: i requisiti di purezza per i prodotti chimici e le attrezzature di laboratorio sono particolarmente elevati per specifici composti analisi 14 C di BPCAs. Includere valutazioni vuote 49 e colpo Test 61 per monitorare le potenziali fonti di contaminazione dei campioni. </li></ol> 2. HNO 3 Digestione <ol><li> Pesare liofilizzato e campioni omogeneizzati (cfr. 1.2.) In tubi di digestione quarzo e coprire dalla polvere con un foglio di alluminio. <ol><li> Per PyC quantificatisu e scopi caratterizzazione, usare campioni contenenti&gt; 1 mg TOC 42. Così, nel caso di terreni e sedimenti, uso circa 200 - 400mg e nel caso di campioni ricchi organici come carboncini pura, uso ca. 10 - 20 mg per la digestione tubo. </li><li> Per la successiva analisi isotopica-specific composto di PyC (13 C e 14 C), assicurarsi che il campione contiene abbastanza BPCA-C per soddisfare i limiti di rilevabilità dello spettrometro di massa particolare rapporto isotopico che saranno utilizzati dopo il passaggio 6. Se non c&#39;è senza informazioni a priori sulla quantità PyC di un campione disponibili (ad esempio, da misurazioni precedenti), prima di quantificare il contenuto PyC (punti 1 - 5) e preparare più campione in seguito, se i rendimenti BPCA-C sono troppo bassi per l&#39;analisi isotopica. Nota: Includere campioni bianchi e di riferimento con nota PyC e 13 C e 14 C contenuti (ad esempio, dal &quot;materiale di riferimento di carbonio nero&quot;, risultati cfr SEction). Questo permetterà di verificare la riproducibilità della quantificazione PyC e consentire calcoli correzione per il bianco delle misure isotopiche specifici composti dopo l&#39;analisi. </li></ol></li><li> Aggiungere 2 ml di 65% HNO 3 nei tubi digestione, utilizzare un vortex per assistere bagnabilità del campione e quindi inserire i provettoni nella camera di pressione. Chiudere le camere di pressione in base al manuale 62 e metterli in forno preriscaldato a 170 ° C per 8 ore. ATTENZIONE: Dopo la digestione, lasciare che le camere di raffreddare all&#39;interno del forno e li aprono solo sotto la cappa dopo aver raggiunto la temperatura ambiente a causa gas nocivi possono fuoriuscire. </li><li> Filtrare i campioni con l&#39;acqua in matracci utilizzando i filtri in fibra di vetro monouso (&lt;0,7 micron), ad esempio in siringhe di vetro, e regolare il volume a 25 ml. La diluizione è necessaria per fermare ulteriormente la digestione. Nota: Le 25 ml soluzioni contenenti il ​​BPCAs possono essere memorizzati infrigorifero per fino a 2 mesi prima di ulteriori trasformazioni. La digestione può in linea di principio essere effettuata anche mediante altri strumenti, ad esempio con un sistema a microonde pressurizzato 16. In tal caso, i test devono essere eseguiti con materiali di riferimento per controllare recuperi BPCA e metodo di riproducibilità (cfr rappresentativo risultati). </li></ol> 3. La rimozione di cationi <ol><li> Per ogni campione, preparare due colonne di vetro (400 mm di altezza, 15 mm di diametro) con 11 g di resina a scambio cationico per colonna. Condizionare la resina all&#39;interno delle colonne risciacquando consecutivamente con: 2 volumi di colonna di acqua, 1 volume di colonna 2 M NaOH, 2 volumi di colonna di acqua per pH neutralizzazione, 1 volume di colonna di 2 M HCl, ed eventualmente 2 volumi di colonna di acqua . </li><li> Controllare la conducibilità dell&#39;acqua, che viene risciacquato attraverso la resina dopo la sua condizionata. La resina è considerato come correttamente condizionata quando la conducibilità è inferiore a 2 microsiemens cm <sup&gt; -1. </li><li> Mettere una metà del campione (ad esempio, 12,5 ml, cfr passo 2.3) su ciascuna colonna, lavare sequenzialmente 5 volte con 10 ml di acqua e liofilizzato soluzione acquosa dopo. Il campione è stabile dopo la liofilizzazione e può essere conservato fino a una settimana prima di ulteriori trasformazioni, se è mantenuto asciutto in un luogo buio e fresco. Nota: utilizzare azoto liquido per congelare i campioni ( &#39;a scatto congelamento&#39;) in quanto evita il congelamento di HNO 3, che può risultare in una pozza di forte soluzione incongelabile acido. Assicurarsi che il più secco congelamento è resistente agli acidi di un buon grado e di test per la contaminazione potenziale da fumi pompa a vuoto se specifici composti analisi 14 C di BPCAs è destinato. </li></ol> 4. La rimozione di composti apolari <ol><li> Condizionare le cartucce di estrazione in fase solida C18 in base al manuale di istruzioni del produttore, vale a dire, consecutivamente sciacquare con 2,5 ml di metanolo, 2,5 ml di acqua alnd eventualmente con 2,5 ml di metanolo / acqua (1: 1 v / v). </li><li> Riprendere il residuo liofilizzato in 3 ml di metanolo / acqua (1: 1 v / v). Eluire ciascuna metà (1,5 ml) su una cartuccia di estrazione in fase solida C18 separata in 2,5 ml provette. Risciacquare le cartucce con altre 1 ml di metanolo / acqua (1: 1 v / v). </li><li> Essiccare le provette con soluzione campione, per esempio usando un concentratore a vuoto, riscaldata a 45 ° C e con un vuoto di circa 50 mbar. Altri mezzi di evaporazione possono anche essere utilizzati, ad esempio un sistema blow-down con N 2 gas del passaggio 6. </li><li> Riprendere il residuo nella provetta con acqua 1 ml. Supporto dissoluzione con vortex e trasferimento a 1,5 ml fiale di trasporto del campione. Nota: I campioni possono essere conservati in frigorifero per fino a 3 mesi in questa fase 42. </li></ol> 5. cromatografia <ol><li> Preparare Un solvente mescolando acido ortofosforico 20 ml di 85% con 980 ml di acqua e filtrare i soluzione attraverso un filtro in fibra di vetro monouso usando il vuoto. Non esporre un solvente alla luce del sole e usarlo entro 24 ore, al fine di evitare la crescita delle alghe. Utilizzare puro acetonitrile per HPLC come solvente B. </li><li> Preparare soluzioni standard di commercialmente disponibile BPCAs (hemimellitic, trimellitica, piromellitica, acido pentacarboxylic e mellitico) per produrre una serie di concentrazioni standard esterno (ad esempio, 6 fiale contenenti 5, 20, 60, 100, 150 e 250 mg di ogni BPCA mescolati tra loro in 1 ml di acqua, rispettivamente). </li><li> Condurre la cromatografia utilizzando le impostazioni nella Tabella 1 e Tabella 2 e quantificare il contenuto BPCA confrontando le rispettive aree dei picchi BPCA alle misure della serie standard esterno 63. </li><li> Esprimere i risultati di quantità PyC in BPCA-C peso / secco del campione [g / kg] o BPCA-C / TOC [%]. Inoltre, le caratteristiche qualitative del PyC nei campioni possono essere descritti usando proporzioni di indiviUAL BPCAs, ad esempio, la percentuale di B6CA (B6CA / BPCA [%]) indica il grado di condensazione aromatici del PyC 44. </li></ol> 6. ossidazione ad umido di purificato BPCAs per le successive 13 C e 14 C Analisi <ol><li> Seguendo passo 5.3., Raccogliere le singole BPCAs in quantità sufficiente (per esempio,&gt; 30 mg BPCA-C per gli attuali spettrometri di massa con acceleratore 49,64) utilizzando un raccoglitore di frazioni collegato alla HPLC 49 e quindi rimuovere i solventi soffiando le frazioni con un dolce N 2 torrente mentre li riscaldamento a 70 ° C. Solo piccole quantità di acido fosforico liquido, compreso il BPCAs, rimarranno nel flaconcino. </li><li> Preparare il reagente ossidante sciogliendo 2 g di Na 2 S 2 O 8 in 50 ml di acqua, preparati entro 24 ore di utilizzo. Nota: ricristallizzare il persolfato di sodio due volte per migliorare la sua purezza sciogliendo completamente diversi grammiin acqua calda e poi raccogliendo il solido dopo che l&#39;acqua ha raffreddato 65-66. </li><li> Riprendere il residuo soffiato verso il basso (punto 6.1) con 4 ml di acqua e di trasferimento del campione di 12 ml Fiala borosilicato a tenuta di gas. Aggiungere 1 ml di ossidante reagente e chiudere con tappo standard contenente un setto di gomma butilica. </li><li> Eliminare il flaconcino a tenuta di gas tra cui la soluzione acquosa con Lui per 8 minuti per rimuovere CO 2 dal flaconcino e la soluzione 66. </li><li> Ossidare campioni nei flaconi a tenuta di gas riscaldandoli a 100 ° C per 60 min. </li><li> Direttamente analizzare la CO 2 dall&#39;ossidazione su spettrometri di massa a rapporto isotopico per 13 contenuti C 65-66 e spettrometri di massa accelerate per i contenuti 14 C 67-68. Nota: i campioni ossidati possono essere conservati per almeno una settimana prima del 66 13 C e / o 14 analisi C. </li></ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il metodo BPCA ha diversi vantaggi importanti rispetto ad altri metodi Pyc disponibili 78-79: i) rileva PyC su una vasta gamma di continuum combustione, cioè, è sensibile a leggermente carbonizzato biomassa nonché caratteri ad alta temperatura e di fuliggine 42 , 70, ii) si può contemporaneamente caratterizzare 16,44,80-81, quantificare 20,42 e isotopicamente analizzare PyC 49-50,66,73,82-83, iii) è applicabile ad una gamma molto ampia di campione ambientale materiali 42,70, e iv) la sua metodologia è stata intensamente esaminato e potrebbe essere messo in un quadro coerente con le valutazioni di altri metodi PYC 44,47,70,84-85. Per tutte queste ragioni, l&#39;approccio BPCA è senza dubbio il metodo PyC più versatile disponibile ad oggi, le cui assunzioni sono ben limitate e sono stati continuamente testati nei confronti di altri metodi. Il protocollo di cui sopra consolida i Strengths dei precedenti metodi BPCA in una procedura unica, è altamente riproducibile, semplice da utilizzare e possono essere facilmente estesi e modificati per esigenze specifiche. Ad esempio, quando la cromatografia viene condotta con un gradiente di pH anziché un solvente organico, in linea di monitoraggio rapporto isotopico di BPCAs è possibile 42, eliminando la necessità per la fase di ossidazione ad umido. Analogamente, la rimozione di cationi e / o composti apolari (punti 3 e 4) può essere saltato quando si sa che i campioni particolari non contengono tali composti (ad esempio, in alcuni casi di caratteri prodotte in laboratorio). Come ogni metodo PyC, la procedura BPCA ha alcune limitazioni, anche. A questo proposito, è importante notare che l&#39;approccio BPCA sottostima intrinsecamente quantità totale PyC nei campioni: il metodo distrugge gran parte delle strutture policiclici Pyc per estrarne i blocchi BPCA, quindi non quantitativamente recuperando tutto PyC nella forma di BPCAs20,86. I fattori di conversione sono state proposte in passato di tradurre i rendimenti BPCA in totale contenuti PYC. Tuttavia, trovare un corretto fattore di conversione è praticamente impossibile a causa del grado eterogenea di condensazione aromatici nella maggior parte dei caratteri 41,48,80,86. In molti casi, le quantità Pyc di campioni vengono confrontati rispetto all&#39;altro 42,81,87-88. Abbiamo poi consiglia di non utilizzare tutti i fattori di conversione e di riferire semplicemente i dati BPCA &quot;misurata&quot; 48. In casi particolari, in cui vengono prese le rese BPCA di stimare quantità assolute PYC 24,89-90, il fattore di conversione originariamente pubblicato il 20 di 2.27 sembra opportuno in quanto converte il BPCA produce in stime prudenti di contenuti PYC 86. Un&#39;altra difficoltà con i metodi Pyc è che essi sono potenzialmente sensibili a interferire, materiali e / o che PyC viene prodotto durante l&#39;analisi in sé, che porta a una sovrastima della non-PYCil contenuto effettivo PyC in campioni di 70. L&#39;approccio BPCA è molto robusto contro tali materiali interferenti 70, non produce alcun PyC di per sé 16,70,86 ed è conservatore in natura (cfr precedente paragrafo). Anche grafite, un materiale chimicamente molto simile a PyC ma di origine petrogenic, non interferisce con le misurazioni BPCA (Schneider, MPW risultati non pubblicati. Zurich, (2013)). Finora, noti solo interferenze non Pyc per il metodo BPCA sono alcuni condensato, pigmenti aromatiche di funghi 91, che dovrebbero essere quantitativamente trascurabile per la stragrande maggioranza degli studi 86. Il metodo BPCA con la sua qualitativa simultanea, quantitativa e 13 C e 14 C informazioni isotopica è quindi un ottimo strumento per lo studio di PyC in varie discipline.

In un processo di combustione completa, biomassa o combustibile fossile viene convertito in CO 2, H 2 O e residui inorganici (ceneri). Tuttavia, ai limiti ossigeno locali o temporali, la combustione diventa incompleta e pirolisi avviene, producendo un residuo solido organico noto come char 1. Questi residui carbonizzati sono anche denominati materia organica come pirogenica (PyOM) e sono costituiti principalmente da carbonio pirogenica (PyC) o, come sinonimi, nerofumo (BC) 2-4. Processi di carbonizzazione sono onnipresenti e possono essere parte di entrambi 5-6 di combustione naturale e antropico. Wildfire è un importante processo naturale, intrinseca alla maggior parte degli ecosistemi, che produce una quantità significativa di PyC ogni anno 4,7-10. Allo stesso modo, la combustione di combustibili fossili per la produzione di energia nel settore industriale e dei trasporti presenta un&#39;importante fonte antropica di PyC 11-13. Entrambe le fonti contribuiscono alla ubiquità PyC nell&#39;ambiente: PyC è presente inl&#39;aria, sotto forma di aerosol 13-14, in acqua come particelle o disciolti materia organica 15-17, nonché nei nuclei di ghiaccio 18-19, 20-21, suoli e sedimenti 22-24 in varie dimensioni da m nm (ad esempio, grande tronco d&#39;albero carbonizzati dopo un incendio boschivo o di particelle di fuliggine nano-scala che sfuggono a scarico del motore diesel). L&#39;ubiquità del PyC nell&#39;ambiente non è solo a causa di grandi tassi di produzione, ma anche per la sua lunga persistenza e relativa stabilità contro la degradazione 25-26. Anche se i tempi esatti di fatturato non sono ancora state stabilite e possono dipendere da specifiche condizioni ambientali 27-28, sembra chiaro che PyC è meno facilmente scomposto in CO 2 rispetto alla maggior parte di altre forme di carbonio organico 29-30. Questa osservazione ha una conseguenza importante per il ciclo C globale: come materiali carbonizzati deposito PyC per un tempo relativamente lungo, si sequestrano C in forme organiche che altrimenti sarebbero rapidamente respired come CO 2, riducendo così le concentrazioni di gas ad effetto serra in atmosfera nel corso del tempo 31-32. Oltre all&#39;aspetto attenuante clima, i caratteri hanno strutture, più rilevanti per l&#39;ambiente. La loro elevata porosità, grande superficie e carica superficiale negativa può immobilizzare composti pericolosi 33 e migliorare la fertilità del suolo 34-35. Il riconoscimento di caratteri come ammendante potenzialmente benefici portato al campo emergente della cosiddetta tecnologia biochar 36. Biochar sarà probabilmente prodotta su larga scala nei prossimi anni e, quindi, aumentare significativamente PyC abbondanza nei terreni 37. Inoltre, il verificarsi di incendi e combustione di combustibili fossili sono proiettate a rimanere elevato nel corso del 21 ° secolo, contribuendo continuamente grandi quantità di PyC all&#39;ambiente 11,38-39. Un altro sempre più importante fonte di PyC è probabile che sia nanotecnologie che utilizzano anchecomposti s PyC-come 40-41. E &#39;quindi essenziale per rilevare, caratterizzare e quantificare questi materiali pirogene accuratamente per indagare le loro proprietà e capire il loro ruolo nell&#39;ambiente. Qui, vi presentiamo l&#39;utilizzo di un approccio specifico composto state-of-the-art di analizzare PyC in vari campioni: la più recente generazione del metodo 42 acido benzene policarbossilico (BPCA). Questo metodo è ampiamente applicabile nell&#39;ambito della ricerca PyC come esso si rivolge direttamente la &quot;spina dorsale&quot; di PyC: le sue strutture policiclici condensati che si formano durante il trattamento termico 43-45 e che sono quindi inerenti a tutte le varie forme di PyC 5,46. Tuttavia, queste strutture non sono direttamente valutabili mediante cromatografiche, a causa delle loro dimensioni ed eterogeneità. Al fine di analizzare cromatograficamente tali composti pirogene, PyC viene prima digerito con acido nitrico ad alta temperatura e pressione, che rompe lagrandi strutture policiclici nelle sue particelle elementari, l&#39;individuo BPCAs (cfr. figura 1). I BPCAs sono poi, dopo pochi passi di purificazione, suscettibile di analisi cromatografica 20,42. PyC è quindi isolato e analizzato a livello molecolare e può essere utilizzato per quantificare PyC abbondanza nei comparti ambientali 20,42. Il metodo BPCA caratterizza inoltre il PyC indagato quando i rendimenti relativi di B3, B4, B5 e B6CA sono confrontati (vedi figura 1): La rispettiva proporzione di diverso carbossilati BPCAs è legata alle dimensioni delle strutture policiclici originali ed è quindi indicativo della qualità e pirolisi temperatura di PyC 44,47-48. Inoltre, il metodo presentato consente la determinazione della composizione isotopica C (13 C e 14 C) del PyC perché l&#39;individuo BPCAs, derivata direttamente dalle strutture PYC puri, può essere isotopicamente analisato dopo l&#39;isolamento (vedi figura 1, punti 5 e 6) 49. Specifici Compound analisi isotopiche dei PyC è di grande interesse 50 come può essere utilizzato, ad esempio, di distinguere tra la biomassa precursore di caratteri in regioni tropicali 51-52, per ricavare l&#39;età dei materiali carbonizzati 53-54 o tracciare PyC in studi di ciclismo C con una etichetta isotopica 26,55-56. Per ulteriori informazioni su PyC così come la storia del metodo di BPCA, lo sviluppo e le applicazioni, in particolare, può essere trovato in Wiedemeier 2014 57, da cui sono stati compilati parte dei paragrafi precedenti e parte della discussione.

<table><tbody><tr><td>mulino a sfere</td><td>Retsch</td><td>N/A</td><td>mulino a sfere con giare e sfere di macinazione prive di carbonio (Retsch MM 200 con giare e sfere di macinazione in agata)&nbsp;</td></tr><tr><td>forno a combustione</td><td>Nabertherm</td><td>N/A</td><td>forno a combustione/forno a muffola con una temperatura di 500 &deg; C (Nabertherm L40/11 o similare)</td></tr> <tr><td>bombe a pressione con camere a pressione in PTFE, provette per digestione al quarzo con coperchi in quarzo</td><td>Seif Aufschlusstechnik, Unterschleissheim, Germania</td><td>N/A Helma</td><td>U. Rudolf Seif Aufschlusstechnik Fastlingerring 67 85716 Unterschleissheim Germania Tel: (+49) 89 3108181</td></tr><tr><td>miscelatore a vortice</td><td>fornitura comune da laboratorio</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>forno& nbsp;</td><td>Thermo Scientific</td><td>50051010</td><td>forno di essiccazione a temperatura costante (Thermo Scientific Heraeus o similare)</td></tr><tr><td>sistema di collettori per vuoto con connettori in PTFE</td><td>Machery Nagel</td><td>Chromabond 730151 730106</td><td></td></tr><tr><td>siringhe in vetro riutilizzabili ftp://ftp.mn-net.com/english/Instruction_leaflets/Chromatography/SPE/CHROMABOND_VK_DE_EN.pdf con filtri monouso in fibra di vetro</td><td>Machery Nagel&nbsp;</td><td>730172 730192</td><td>http://www.mn-net.com/SPEStart/SPEaccessories/EmptySPEcolumns/tabid/4285/language/en-US/Default.aspx</td></tr><tr><td>Flaconi volumetrici in vetro da 25 ml</td> fornitura <td>comune da laboratorio</td><td>N/A</td><td>A differenza di tutte le altre vetrerie, non bruciare per garantire l'accuratezza volumetrica. Pulire invece in bagno acido, con ultrasuoni e con acqua ultrapura.</td></tr><tr><td>colonne di vetro cromatografiche con rubinetto di chiusura in fritta e PTFE e lana di vetro</td><td>su misura</td><td>N/A</td><td>dimensioni delle colonne di vetro: ca. 40 cm di lunghezza, ca. 1,5&nbsp; cm di diametro</td></tr><tr><td>resina a scambio cationico</td><td>Sigma Aldrich</td><td>217514</td><td>Dowex 50 WX8 400</td></tr><tr><td>conduttimetro</td><td>WTW</td><td>300243</td><td>LF 320 Set</td></tr><tr><td>100 ml palloni conici per liofilizzatore</td><td>comune fornitura da laboratorio&nbsp;</td><td>N/A Azoto</td><td></td></tr><tr><td>liquido</td><td>comune attrezzatura da laboratorio</td><td>N/A</td><td>per il congelamento rapido della soluzione acquosa dopo la rimozione dei cationi</td></tr><tr><td>liofilizzatore</td><td>Christ</td><td>N/A</td><td>Alpha 2 - 4 LD plus</td></tr><tr><td>C18 cartucce di estrazione in fase solida</td><td>Supelco</td><td>52603-U</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/supelco/52603u?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>provette in vetro da 2,5 ml</td><td>Agilent Technologies</td><td>5022-6534</td><td>concentratore http://www.chem.agilent.com/store/en_US/Prod-5022-6534/5022-6534?navAction=push&navCount=0</td></tr><tr><td></td><td>Eppendorf</td><td>5305000.100</td><td></td></tr><tr><td>Fiale per autocampionatore HPLC da 1,5 ml</td><td>a seconda dell'HPLC</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Fiale per collettori di frazioni da 6 ml</td><td>a seconda dell'HPLC</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>gas ad alta purezza N2 attrezzature</td><td>da laboratorio comuni</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Fiale a tenuta di gas borosilicato da 12 ml</td><td>Labco</td><td>538W</td><td>Aghi da http://www.labco.co.uk/europe/gas.htm#doublewad12ml</td></tr><tr><td></td><td>B Braun</td><td>4665643</td><td>http://www.bbraun.ch/cps/rde/xchg/cw-bbraun-de-ch/hs.xsl/products.html?prid=PRID00000510</td></tr><tr><td>gas di elevata purezza</td><td>Attrezzature da laboratorio comuni</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>HNO3 (65%) p.a.</td><td>Sigma Aldrich</td><td>84378</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/84378?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>2 M HCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>258148</td><td>miscelare con acqua ultrapura per ottenere una soluzione 2 M</td></tr><tr><td>2 M NaOH Sigma</td><td>Aldrich</td><td>71691</td><td>miscelare con acqua ultrapura per ottenere una soluzione 2 M</td></tr><tr><td>metanolo</td><td>Sigma Aldrich</td><td>34860</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34860?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>acqua</td><td>Milli-Q</td><td>Z00QSV0WW</td><td>grado di tipo 1, ottimizzato per</td></tr><tr><td>acido ortofosforico</td> a basso tenore di carbonio <td>Sigma Aldrich</td><td>79606</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/79606?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>acetonitrile</td><td>Sigma Aldrich</td><td>34851</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34851?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>C18 colonna a fase inversa</td><td>Agilent Technologies</td><td>685975-902</td><td>Agilent Poroshell 120 SB-C18 (4,6 x 100 mm)</td></tr><tr><td>Na2S2O8, persolfato di sodio</td><td>Sigma</td><td>Aldrich 71890</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/71890?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td><forte>BPCA standard</acido ></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>trimellitico</td><td>forte Sigma Aldrich</td><td>92119</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/92119?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>acido emimellitico</td><td>Sigma Aldrich</td><td>51520</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/51520?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>acido</td> <td>piromelliticoSigma Aldrich</td><td>83181</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search? 
termine=83181& interface=Tutti& N=0& mode=match%20partialmax& lang=de& regione=CH& focus=prodotto</td></tr><tr><td>acido benzenepentacarbossilico</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S437107</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/s437107?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>acido mellitico</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M2705</td><td></td></tr> <tr><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/m2705?lang=de&region=CHossidazione standard</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>acido ftalico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>80010</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/80010?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>saccarosio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S7903</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s7903?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>materiali di riferimento per il black carbon</td><td>Università di Zurigo</td><td>N/A</td><td>http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials</td></tr></tbody></table>

caratterizzazione, quantificazione e specifici compound isotopica analisi di pirogenica di carbonio utilizzando benzene polycarboxylic acidi (bpca)

Characterization, Quantification and Compound-specific Isotopic Analysis of Pyrogenic Carbon Using Benzene Polycarboxylic Acids (BPCA)

Fuoco di derivazione, carbonio pirogenica (PyC), a volte chiamato carbonio nero (BC), è il residuo solido carbonioso di biomasse e combustibili fossili la combustione, come ad esempio char e fuliggine. PyC è onnipresente nell&#39;ambiente a causa della sua lunga persistenza, e la sua abbondanza potrebbe anche aumentare con il previsto aumento della attività a macchia d&#39;olio globale e la continua combustione di combustibili fossili. PyC è sempre più prodotto dalla pirolisi industriale dei rifiuti organici, che produce modificazioni del suolo carbonizzati (biochar). Inoltre, l&#39;emergere di nanotecnologie può anche causare il rilascio di composti PyC simili all&#39;ambiente. E &#39;quindi una priorità assoluta per rilevare in modo affidabile, caratterizzare e quantificare questi materiali carbonizzati, al fine di studiare le loro proprietà ambientali e di capire il loro ruolo nel ciclo del carbonio. Qui, vi presentiamo il metodo acido benzene policarbossilico (BPCA), che consente la valutazione simultanea di caratterizzazione di PyCstica, quantità e composizione isotopica (13 C e 14 C) a livello molecolare. Il metodo è applicabile ad una vasta gamma di campioni ambientali e rileva PyC in un ampio intervallo di continuum combustione, cioè, è sensibile alla biomassa e caratteri ad alta temperatura e fuliggine leggermente carbonizzato. Il protocollo BPCA qui presentato è semplice da utilizzare, altamente riproducibile, nonché facilmente estensibile e modificabile a specifiche esigenze. Essa fornisce quindi uno strumento versatile per la ricerca di PyC in varie discipline, che vanno dall&#39;archeologia e forense ambientali di biochar e ciclo del carbonio di ricerca.

Si consiglia di testare il metodo set-up misurando una serie di materiali ben descritti Pyc ( &quot;materiali di riferimento di carbonio nero&quot;) che sono stati ampiamente utilizzati per vari sviluppi di metodo e confronti nella letteratura 44,48,69-77. Le informazioni relative ai materiali di riferimento è disponibile presso l&#39;Università di Zurigo (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). La procedura descritta permette la separazione di base di tutti i composti bersaglio BPCA mediante HPLC. I cromatogrammi di &quot;chernozem &#39;materiali di riferimento (terreno limoso con significativo contenuto PyC) ed erba char (fatto da Oryza sativa) sono mostrati in Figura 2. Regolando i parametri cromatografia nelle tabelle 1 e 2 (ad esempio, la temperatura cromatografia,pH del solvente A o portata, ecc), la separazione può essere ulteriormente modificato per esigenze specifiche 42,63. L&#39;analisi quantitativa dei cromatogrammi materiali di riferimento &#39;con gli standard esterni (step 5.3.) Dovrebbe produrre i valori Pyc rappresentati in figura 3. Si prega di notare che i lievi modifiche nella procedura (ad esempio, l&#39;omissione di fase 3 o 4, in casi specifici), può portare a valori più alti PYC. In generale, i recuperi devono essere controllati con gli standard BPCA puri: materiali di riferimento a spillo possono aiutare a rilevare perdite eccessive nei punti 3 e 4 e fornire informazioni sulle prestazioni cromatografia in fase 5 42,63. Tabella 3 mostra i valori di 13 C e 14 C che si ottengono quando purificati BPCAs di materiali di riferimento sono analizzati per la loro carbonio contenuto isotopico dopo passaggio 6. Adrisultati affidabili, è indispensabile per raccogliere una quantità sufficiente di BPCA-C (per esempio,&gt; 30 mg BPCA-C per i seguenti spettrometri di massa con acceleratore, vedi figura 4) e di prendere tutte le misure possibili per ridurre al minimo la contaminazione del campione da estranei C 49 . Oltre a verificare il set-up metodo con materiali di riferimento come sopra descritta, è altamente consigliabile preparare e campioni di misura in replicati, sia per PyC quantificazione (punto 5) e successiva-specifico composto 13 C e 14 C analisi di BPCAs (fase 6 ). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig1.jpg" /> Figura 1:. La procedura di analisi BPCA Nella fase protocollo 2, i policiclici aromatici condensati strutture PYC vengono digeriti, producendo la diversa BPCAs, che sono °en ulteriormente pulita (punti 3 e 4) e cromatograficamente analizzato e separati (punto 5). Dopo ossidazione ad umido (punto 6), le BPCAs purificati sono suscettibili di analisi specifici composti isotopica (13 C e 14 C) su spettrometri di massa a rapporto isotopico. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig1large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig2.jpg" /> Figura 2:. Cromatogrammi per BPCA separazione indicati sono il &quot;chernozem&quot; materiali di riferimento di carbonio nero (a), e &quot;l&#39;erba char&quot; (b). la separazione della linea di base si ottiene per tutti i composti target BPCA (B6CA; B5CA, 1,2,4,5- 1,2,3,5-, 1,2,3,4-B4CA;. 1,2,4, 1,2,3-B3CA) 42. In<html> formazione sui materiali di riferimento di carbonio nero è disponibile presso l&#39;Università di Zurigo (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). Questa cifra è stata modificata da Wiedemeier et al. 2013 42 e viene ristampato con il permesso di Elsevier. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig3.jpg" /> Figura 3:. Replicati PYC Misure di diversi nerofumo Materiali di riferimento Le barre di errore dei replicati in laboratorio sono più piccoli del formato simbolo e il coefficiente di variazione in media 5% (min: 1%, max: 10%). Questo dato è stato modificato da Wiedemeier et al. 2013 42 e viene ristampato con il permesso di Elsevier.target &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig3large.jpg&quot; = &quot;_ blank&quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig4.jpg" /> Figura 4: radiocarbonio (14 C) Valori per B5CA e B6CA isolato da un moderno e un Char Fossil Il dato errore è composto di correzioni per acceleratore strumentale spettrometro di massa di fondo e del bianco per ossidazione ad umido.. La linea grigia continua rappresenta una linea idealizzato per la miscela del reale F 14 C valore del rispettivo campione e la contaminazione esterna determinata medio. Questa cifra è stata modificata da Gierga et al. 2014 49 ed è ristampato con il permesso di Elsevier. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di Th</a>è figura. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> mobili fase A </td><td> 20 ml Ortho acido fosforico (85%) in 980 ml di acqua ultrapura </td></tr><tr><td> fase mobile B </td><td> acetonitrile </td></tr><tr><td> colonna </td><td> C18 fase invertita (cfr elenco dei materiali per i dettagli) </td></tr><tr><td> temperatura della colonna </td><td> 15 ° C </td></tr><tr><td> Portata </td><td> 0,4 ml min -1 </td></tr><tr><td> identificazione </td><td> tempo di ritenzione, di assorbimento UV a 216 nm </td></tr><tr><td> quantificazione </td><td> standard esterni di BPCAs </td></tr><tr><td> pressione </td><td> ca. 120 bar </td></tr></tbody></table> Tabella 1: Impostazioni cromatografia. <table border="1" fo:keep-together.within-page=&quot;1&quot; fo: keep-con-next.within-page = &quot;always&quot;&gt; <tbody><tr><td> tempo </td><td> fase mobile B </td></tr><tr><td> [Min] </td><td> [Vol%] </td></tr><tr><td> 0 </td><td> 0.5 </td></tr><tr><td> 5 </td><td> 0.5 </td></tr><tr><td> 25.9 </td><td> 30 </td></tr><tr><td> 26 </td><td> 95 </td></tr><tr><td> 28 </td><td> 95 </td></tr><tr><td> 28.1 </td><td> 0.5 </td></tr><tr><td> 30 </td><td> 0.5 </td></tr></tbody></table> Tabella 2: miscelazione gradiente di fasi mobili. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td></td><td colspan="2"> char massa </td><td colspan="2"> BPCA </td></tr><tr><td></td><td colspan="4"> δ 13 C [‰ vs VPDB] </td></tr><tr><td> castagno char </td><td> -27,4 una </td><td&gt; ± 0,4 A </td><td> -27,7 </td><td> ± 0.8 </td></tr><tr><td> mais char </td><td> -12.9 </td><td> ± 0.4 </td><td> -13,0 </td><td> ± 0.4 </td></tr><tr><td></td><td colspan="4"> F 14 C [%] </td></tr><tr><td> char moderno </td><td> 1.142 b </td><td> ± 0,004 B </td><td> 1.13 </td><td> ± 0,013 </td></tr><tr><td> char fossili </td><td> 0.003 b </td><td> ± 0,001 B </td><td> 0.014 </td><td> ± 0,001 </td></tr></tbody></table> Tabella 3:. I valori di carbonio isotopiche (δ 13 C e F 14 C) di riferimento Char Materiali e Compound specifiche analisi isotopica dei corrispondenti BPCAs I valori BPCA rappresentano B6CA e B5CA che sono state raccolte contemporaneamente al punto 5. CarnER, l&#39;analisi isotopica dei singoli BPCAs può essere realizzato in modo analogo quando BPCAs vengono raccolti separatamente. Dati char massa è da Yarnes et al. (2011) 73 per il char castagno (a) e da Gierga et al. (2014) 49 per il fossile e char moderno (b). Errori per le misurazioni δ 13 C sono errori standard da triplicato mentre gli errori di misurazione F 14 C (char massa: ETH-50456, ETH-50458; BPCA: ETH-62324, ETH-62335) derivano da errori di propagazione 64.

Presentiamo il metodo dell'acido policarbossilico benzenico (BPCA) per valutare il carbonio pirogeno (PyC) nell'ambiente. L'approccio specifico del composto fornisce informazioni simultanee sulle caratteristiche, la quantità e la composizione isotopica (13C e 14C) di PyC.

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

Fire-derived, pyrogenic carbon (PyC), sometimes called black carbon (BC), is the carbonaceous solid residue of biomass and fossil fuel combustion, such as ...

L'obiettivo generale di questo metodo basato su marcatori molecolari è caratterizzare, quantificare e analizzare isotopicamente la frazione di Carbonio pirogenico in campioni ambientali. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali in diversi ambiti, dall'archeologia e la scienza forense ambientale, alla ricerca sul biochar e sul ciclo del Carbonio. I principali vantaggi di questa tecnica consistono nella rilevazione del Carbonio pirogenio lungo un'ampia gamma del continuum di combustione.Caratterizzazione, quantificazione e analisi isotopica simultanea del carbonio pirogenico. E applicabilità a un'ampia gamma di materiali campione ambientali. La preparazione del campione e la cromatografia saranno dimostrate da Ulrich Hanke, uno studente laureando del nostro laboratorio.L'analisi isotopica successiva dei composti bersaglio purificati sarà mostrata da Negar Haghipour, coordinatrice del laboratorio presso l'ETH di Zurigo. Per iniziare questa procedura, pesare i campioni precedentemente liofilizzati e omogeneizzati in tubi di digestione in quarzo, e proteggerli dalla polvere con della carta d'alluminio. Utilizzare esclusivamente vetreria pulita, decalcificata e priva di sostanze organiche, strumenti accuratamente puliti, e acqua e solventi di grado cromatografico ultrapuri per l'intera procedura.Aggiungere due millilitri di acido nitrico al 65% nei tubi di digestione. Utilizzare un agitatore vortex per favorire un bagnamento completo di ogni campione. Successivamente, inserire i tubi di digestione in una camera a pressione.Chiudere la camera a pressione secondo le istruzioni del manuale e inserirla in un 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 palloni tarati, utilizzando filtri di vetro fibroso monouso. Successivamente, portare 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 lavandole consecutivamente con acqua, idrossido di sodio due molare e acido cloridrico due molare. Verificare la conducibilità dell'acqua.che viene lavato attraverso la resina dopo il suo condizionamento. Successivamente, trasferire una metà del campione su ciascuna colonna e lavare in sequenza cinque volte con 10 millilitri di acqua. Successivamente, liofilizzare le soluzioni acquose.Condizionare le cartucce per estrazione in fase solida C18 secondo il manuale istruzioni del produttore. Successivamente, risospendere ogni residuo liofilizzato in tre millilitri di metanolo e acqua. Eluire ogni metà del campione attraverso una cartuccia separata per estrazione in fase solida C18 in provette da 2,5 millilitri.Quindi, risciacquare le cartucce con un millilitro di metanolo e acqua. Asciugare le provette contenenti le soluzioni campione utilizzando un concentratore sotto vuoto riscaldato a 45 gradi Celsius e con un vuoto di circa 50 millibar. Dopo l'essiccazione, reidratare ogni residuo con un millilitro di acqua e mescolare con un agitatore vortex.Successivamente, trasferire le soluzioni in vial da 1,5 millilitro per auto-campionatore. Per l'analisi cromatografica, preparare il solvente A mescolando 20 millilitri di acido ortofosforico al 85% con 980 millilitri di acqua e filtrare la soluzione attraverso un filtro in fibra di vetro monouso utilizzando il vuoto. Preparare soluzioni standard di acidi benzenu policarbossilici BPCA disponibili in commercio per ottenere una serie di concentrazioni esterne di standard.Eseguire la cromatografia e quantificare i contenuti di BPCA confrontando le aree dei rispettivi picchi di BPCA con le misure di una serie di standard esterni. I requisiti di purezza per reagenti chimici e attrezzature di laboratorio sono particolarmente elevati per l'analisi specifica del composto di Carbonio-14 dei BPCA. La valutazione dei bianchi e i test con tamponi sono importanti per monitorare potenziali fonti di contaminazione del campione.Se si intendono analisi specifiche del composto di Carbonio-13 e Carbonio-14 della frazione di carbonio pirogenico, ripetere la cromatografia più volte per ogni campione e raccogliere i singoli BPCA in quantità sufficiente utilizzando un raccoglitore di frazioni collegato all'HPLC. Rimuovere il solvente, soffiando le frazioni con una lieve corrente di azoto, riscaldandole a 70 gradi Celsius. Successivamente, preparare il reagente ossidante sciogliendo due grammi di persolfato di sodio in 15 millilitri di acqua.Ri-sciogliere ogni residuo con quattro millilitri di acqua e trasferire i campioni in vial in borosilicato ermetici da 12 millilitri. Successivamente, aggiungere un millilitro di reagente ossidante e chiudere ogni vial con un tappo standard contenente un setto in gomma butilica. Spurgare i vial ermetici contenenti le soluzioni acquose con elio per otto minuti per rimuovere l'anidride carbonica dal vial e dalla soluzione.In seguito, ossidare i campioni in vial ermetici riscaldandoli a 100 gradi Celsius per 60 minuti. Dopo aver lasciato raffreddare i campioni a temperatura ambiente, analizzare direttamente l'anidride carbonica prodotta dall'ossidazione mediante spettrometro di massa per rapporti isotopici per il contenuto di Carbonio-13 e mediante spettrometro di massa accelerato per il contenuto di Carbonio-14. La procedura descritta consente la separazione di base di tutti i composti bersaglio BPCA mediante HPLC, e i cromatogrammi dei materiali di riferimento tramazem e grass-char sono mostrati qui.Modificando i parametri della cromatografia, la separazione può essere ulteriormente adattata a esigenze specifiche. L'analisi quantitativa dei cromatogrammi dei materiali di riferimento mediante standard esterni dovrebbe fornire i valori di carbonio pirogenico qui riportati. I valori di Carbonio-13 e Carbonio-14 ottenuti analizzando il contenuto isotopico del carbonio di BPCA purificati dei materiali di riferimento sono elencati in questa sede.Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in tre giorni lavorativi. Pertanto, la capacità di elaborazione dei campioni dipende dal numero di campioni processati contemporaneamente. Misurare una dozzina di campioni a settimana in duplicato e con informazioni isotopiche è facilmente raggiungibile.Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come eseguire i passaggi inequivocabili per l'analisi con successo del carbonio pirogenico a livello specifico del composto.

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

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

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