ソース: ジェフ Salacup – マサチューセッツ大学アマースト校講座
(葉、菌類、樹皮、組織のあらゆる生態系の生活「有機」共有を構成する材料図 1)非生活「無機」共有 (岩の構成鉱物、酸素、水、金属) の材料から根本的に異なります。有機物には炭素無機材料からそれを区別する他の炭素と水素分子 (図 2) のシリーズにリンクされているが含まれています。カーボンの広い結合価範囲 (3:56) 近隣の原子で通常、C、H、O、N、S、および P と最大 4 つの個別共有結合を形成することができます。単一の最大 3 つの共有結合を共有することもしばしば有毒のシアン化物、またはニトリル、グループの三重結合など、他の原子。過去 46 億年にわたってこのような柔軟性は、サイズ、複雑さ、極性、形状、および機能が異なる化学構造の驚くべき配列につながっています。有機地球化学の科学分野は地質学的時間を他のプロパティと同様に、この惑星上の生命によって生成されたバイオ マーカーと呼ばれる検出の有機化合物の全体の範囲の同定およびにかかわっています。
図 1。木、葉、コケなどの有機材料は、舗装などの無機物から化学的、視覚的に異なります。
超音波処理による抽出は特定のサンプルからのエキス (TLE) 総脂質を得る最も簡単なと最も高価な方法、このメソッドに関連付けられている回復は、他のより高度なテクニックと同等です。有機溶媒存在下でバイアルのサンプルを扇動するために超音波浴を使用します。サンプルに含まれるバイオ マーカーは、バイオ マーカーと溶媒の極性によって主に制御される有機化合物の溶解性、ルールに基づく有機相に溶解します。これをいわゆる要約 ‘ディゾルブのような’ ルール、という比較的極冠バイオ マーカー (C と H のみを含む; イソプレン) は極冠の溶剤に溶解 (ヘキサン、極性など = 0.1) より極性のバイオ マーカー (O、N、S、P を含む; グリセロール ジアルキル グリセロール tetraethers (GDGT)) がより多くの極性溶媒に溶解し、(メタノールまたはジクロロ メタン、極性など 5.1 や 3.1 を =)。実際には、これは最初のステップであるバイオ マーカーのさまざまなグループの分離達成できるポーラー、極冠から溶剤のシリーズの導入各サンプルからより多くの極性化合物を抽出します。ターゲット堆積物の連続抽出物から溶媒を個別に分析従ってまたは後で浄化することが総脂質抽出物 (TLE) を形成するために結合できます。
古の最初のステップは、収集、または彼らがである堆積物からバイオ マーカーを抽出することです。環境試料は、鉱物、水、金属などの非有機成分と生物の地域によって作成される有機成分で構成されます。これらの有機成分は、過去についての情報を明らかにする科学者によって使用されることができる前に彼らは彼らの環境から削除する必要があります。超音波は、超音波を利用して、、最も単純なこれらの技術の最も高価です。
このビデオは、脂質の抽出・精製・分析堆積物からのシリーズの一部です。それは超音波による脂質の抽出を説明し、メソッドのいくつかのアプリケーションを提示します。
バイオ マーカーの広い範囲のためのすべてを抽出する最適化された単一溶剤はありません。これをいわゆる要約 ‘ディゾルブのような’ ルール、極冠分子溶解極冠溶剤、ジクロロ メタンなどの比較的、メタノールなどのより多くの極性溶媒に溶解より極性分子という。経験的には、脂質のグループまたは特定の脂質の抽出のための溶媒の混合物一般に最適化されています。
抽出を促進し、収量を高める、超音波システムを使用して、超音波 – 溶媒混合物と組み合わせて、20 kHz を超える周波数を持つ波を適用します。これらの波は、液体の有機相を連絡した場合、彼らは急速に成長し、崩壊の溶媒蒸気の短命のマイクロバブルの形成を引き起こします。崩壊にこれらの気泡は、機械的せん断、脂質可溶化を容易にし、抽出の効率を大幅に高めることとしてエネルギーの膨大な量をリリースします。
超音波は、溶媒抽出プロセスを支援後、結果は原油抽出脂質署名の定性的および定量的な検討を許可するように更に精製を受ける総脂質エキスと呼ばれる準備です。Sonication によって脂質の抽出の背後にある主要な原則のいくつかを理解したら、プロシージャを実行する方法のためのプロトコルを見てみましょうことができます。
選択した場所から必要な試料を収集します。いくつかの例は、湖沼および海洋堆積物、地上の土壌、微生物培養液や植物の葉。収集資料は夜間に凍結です。この後 2 〜 3 日の凍結乾燥機で凍結乾燥です。粉砕し、抽出溶媒洗浄乳鉢と乳棒の前に凍結乾燥試料をホモジナイズしてください。有機汚染物質を削除するには、燃焼必要なホウケイ酸ガラス ピペット、バイアル、計量缶オーブンで。オーブンで冷却しガラスを許可すると後に、、ジクロロ メタンとメタノールの混合物金属工具をすすいでください。サンプルやガラスを準備、超音波処理の手順を開始できます。
このステップからすべてのコンテナーおよびガラス製品に使用する前に燃焼させる必要があります。スケールと風袋に計量の錫を配置します。混合溶媒とラボ ヘラをすすぎ、凍結乾燥、均質化のサンプルの適切な質量計量錫に質量を記録を使用してください。慎重にラベル付けされたバイアルに重量を量られたサンプルを転送します。DCM:MeOH のホヤの瓶を使用して、十分なサンプルが、溶媒を 1 〜 2 cm で覆われていることを追加し、バイアルのキャップします。バイアル ラックに置き、防水、今超音波処理の準備ができて。超音波風呂に直接ラックを配置します。超音波風呂の水位がちょうど深い十分抽出溶媒の最上部までのサンプル瓶が水没することを確認します。室温で 30 分間の超音波照射します。超音波処理後、超音波発生装置からラックを削除します。土砂発生する解決を許可するように座っているバイアルをしましょう。
ピペットと電球を使用して抽出バイアルからジクロロ メタノールの上部の段階を削除し、別に転送済みの重量を量ったし、バイアルをラベル付けします。各サンプルの合計 3 回の超音波処理プロセスを繰り返します。1 バイアルに抽出物を収集します。そのバイアル、キャップ、フード、箔の部分で緩やかに覆われて乾燥して抽出されたサンプルを許可します。’抽出残渣’ としてラベルを付けるし、抽出溶媒に格納します。今では、バイオ マーカーを抽出した分析が起こることができる前に彼ら浄化されなければなりません。
超音波処理はいくつかの溶媒抽出プロセスを加速し、地球化学的研究で広く使用されています。多くの考古学者は、初期の人類の文明が住んでいる環境、文化的な状況を再構築するために地球化学で動作します。陶器、発掘されたときの最も古い人間の発明の 1 つは、ワイン、米、または一度内で格納されていた他の内容から残留の分子化石を含む見つけることができます。
小さな陶器のサンプルは有機溶媒存在下で超音波処理し、抽出された化合物をその後することができます表面に吸収された物質の化学的証拠を発掘するには、分光学的手法による下流を識別しました。この種の分析は、考古学者古代の人口に利用されたリソースの種類を検出し、その生息地の状態を再構築できます。
海洋および淡水の生態系における光合成微細藻類があります。海水ベースのメディアで育つ彼らの文化が大幅に小さい領域を占めているため、彼ら今広くおこなっています陸生植物バイオ燃料の生産のために有望な代替手段として。
微細藻類バイオマスから脂質を抽出するには、は、これらの研究者は、超音波処理による溶媒抽出をについて説明します。超音波処理中に音響キャビテーションは効果的に脂質を解放するために硬質の微細藻類細胞壁を破壊します。このようなテクニックは、非石油エネルギーの生産のための環境から新しい微細藻類の評価を支援します。
堆積物中のバイオ マーカーの Sonication-Assisted 抽出のゼウスの概要を見てきただけ。次の動画は、分析用抽出物を精製するさらに説明します。
見てくれてありがとう!
1. 必要な資料を収集します。
2. サンプルの調製
3. 抽出
抽出の最後には、各サンプルの総脂質抽出 (TLE) は明らかです。各バイアルには、底質、土壌、または植物組織から抽出される有機物が含まれています。これら TLEs を解析することができ、その化学成分を識別して定量化します。
バイオ マーカーの別のクラスは、地球システムの特定の側面に関する情報を伝えます。たとえば、揺籃期に有機地球化学の形成、移行、および石油の変質にかかわっていた主に、有機地球化学を今日使用して化学のツールの多くはこれらの初期の調査に基づいています。イソプレノイド化合物のクラスの調査を通じて、繰り返し 5 つのカーボン パターン (図 2)、その科学者発見された石油で構成されています (図 3の油に変換する) 海や土地 (石炭、図 4) 泥炭湿原でプランクトンなどの古代の一次生産者の化学的に変更されたまま。大規模な石油企業で化学使用様々 な化合物の比率、それぞれどのように古い石油を推定するため、改ざんの知られている率が、どこから、来たとそれを悪用する価値があった。今日、新しいバイオ マーカーを発見されている、識別、および世界中の有機地球化学ラボで分析した現代と古代のサンプルで特徴づけられる。今日のアプリケーションの多く (葉、土、微生物、水試料、等) の気候、環境、および過去の生態系を再構築するために古代の堆積物中のバイオ マーカーのユーティリティを拡張するために近代的なサンプルで得られるバイオ マーカーから環境情報を抽出しようとします。たとえば、グリセロール ジアルキル グリセロール tetraethers (略して GDGTs)、古細菌と細菌のスイート プロデュースと呼ばれるバイオ マーカーのグループの分布は、空気や水の温度に応答した予測可能な方法で変更する現世堆積物中で発見されました。そのため古代の堆積物中のこれらのバイオ マーカーの分布は使用できますが、前後の一連の知られている時代の堆積物、空気や水を再構築する温度数百万年。
図 2。イソプレン 5 つの炭素原子と 2 つの二重結合で構成されています。生合成反応で一緒に追加されると、彼らは複雑な分子生命の存在のための診断を形成できます。たとえば、2、6,10,15,19-pentamethyleicosane、シアノ バクテリア マットで一般的に見られます。
図 3。モルディブでプランクトンの照明。著作権 PawelG 写真。
図 4。エクアドルのアンデス山脈の標高 4,500 m の泥炭湿原。著作権博士モーリー読み取り
The first step in paleoclimatology is to collect, or extract, the biomarkers from the sediment they are found in. Environmental samples are composed of non-organic components, such as minerals, water, and metals, and organic components that are created by living organisms in the area. Before these organic components can be used by scientists to elucidate information about the past, they must be removed from their environment. Sonication, which utilizes ultrasonic waves, is the simplest and least expensive of these techniques.
This video is part of a series on lipid extraction, purification, and analysis from sediments. It will illustrate lipid extraction by ultrasound and present a few applications of the method.
Because of the wide range of biomarkers, there is no single solvent optimized to extract all of them. This is summarized by the so-called ‘like dissolves like’ rule, whereby relatively apolar molecules dissolve in apolar solvents such as dichloromethane, and more polar molecules dissolve in more polar solvents such as methanol. Solvent mixtures for the extraction of specific lipids or groups of lipids are generally optimized empirically.
To accelerate extraction and increase yield, a sonication system is used to apply ultrasound – waves with frequencies greater than 20 kHz, in conjunction with the solvent mixture. When these waves contact the liquid organic phase, they cause the formation of short-lived microbubbles of solvent vapors that rapidly grow and collapse. On collapsing, these bubbles release a tremendous amount of energy as mechanical shear, facilitating lipid solubilization and dramatically increasing the efficiency of extraction.
After the ultrasound assisted solvent-extraction process, the result is a crude extract preparation, called a total lipid extract, that is subjected to further purification to allow qualitative and quantitative examination of lipid signatures. Now that you understand some of the main principles behind lipid extraction by sonication, lets take a look at a protocol for how the procedure is performed.
Collect the necessary sample materials from a chosen location. Some examples are lacustrine and marine sediments, terrestrial soils, microbial cultures, or plant leaves. Collected material is frozen overnight. Following this it is freeze-dried in a freeze dryer for 2 to 3 days. Crush and homogenize the freeze-dried samples prior to extraction with a solvent-rinsed mortar and pestle. To remove organic contaminants, combust the required borosilicate glass pipettes, vials, and weighing tins in an oven. After allowing the glassware to cool in the oven, rinse the metal tools with a mixture of dichloromethane and methanol. Once the sample and glassware are prepared, the sonication procedure can begin.
From this step on, all containers and glassware should be combusted before use. Place the weighing tin on a scale and tare. Rinse the lab spatula with the solvent mixture, then, use it to transfer an appropriate mass of freeze-dried, homogenized sample into the weighing tin and record the mass. Carefully transfer the weighed sample into a labeled vial. Using the squirt bottle of DCM:MeOH, add enough that the sample is covered by 1 to 2 cm of solvent, and cap the vial. Place the vial on a waterproof rack, now ready for sonication. Place the rack directly into the sonication bath. Check that the water level in the sonication bath is just deep enough to submerge the sample vials up to the top of the extraction solvent. Sonicate for 30 minutes at room temperature. After sonication, remove the rack from the sonicator. Let the vials sit to allow sediment settling to occur.
Remove the dichloromethane-methanol upper phase from the extraction vial using a pipette and bulb, and transfer into another pre-weighed and labeled vial. Repeat the sonication process a total of three times for each sample. Collect the extracts into one vial. Allow extracted samples to dry in their vials, caps off, and in the hood, covered loosely with a piece of foil. Label as ‘extracted residue’ and store in the extraction solvent. Now that the biomarkers have been extracted, they must be purified before analysis can take place.
Sonication accelerates several solvent extraction processes and is widely used in geochemical studies. Many archeologists work with geochemists in order to reconstruct the environmental and cultural circumstances under which early human civilizations lived. Pottery, one of the oldest human inventions, when unearthed, can be found to contain residual molecular fossils from wine, rice, or other contents that were once stored within.
To unearth chemical evidence of substances absorbed onto the surfaces, small samples of pottery are sonicated in the presence of organic solvents and extracted compounds can be subsequently identified downstream by spectroscopic methods. This kind of analysis helps archeologists detect the kinds of resources that were available to ancient populations and reconstruct the conditions of their habitat.
Photosynthetic microalgae are found in marine and freshwater ecosystems. Because they grow in seawater-based media and their culture occupies significantly smaller areas, they are now being widely studied as a promising alternative to terrestrial plants for the production of biofuels.
To extract lipids from a microalgal biomass, these researchers describe a sonication-assisted solvent extraction. Acoustic cavitation during sonication effectively disrupts rigid microalgal cell walls in order to liberate lipids. Such techniques aid the characterization of new microalgae from the environment for the production of non-petroleum sources of energy.
You’ve just watched JoVE’s introduction to Sonication-Assisted Extraction of Biomarkers from Sediments. The following videos will explain how the extract is further purified for analysis.
Thanks for watching!
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