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

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.