無酸素状態下での堆積物コアセクショニングと間隙水の抽出

本手順の全体的な目的は、元の酸化状態を維持しながら、堆積物コアをセクション分けし、これらの堆積物コアから間隙水を抽出することです。この手法により、地球化学分野の研究者は、湖や湿地などの酸化還元に敏感な領域における間隙水および堆積物中の金属形態を調査することが可能になります。本手法の主な利点は、柔軟性と適応性に優れ、現場への持ち運びが可能で、低コストであり、堆積層を乱さないことです。

手順のデモンストレーションを行うのは、私の研究室の学部生であるRahul Sinhaです。まず、グローブバッグを設置してフィールドラボの準備を開始します。最初に、コアガイダンスプレートを作業台に固定してください。

コアライナー用の穴がカウンターの前面に突き出し、開いた状態になるように配置します。次に、ベンチクランプを使用して窒素タンクを固定します。その後、プレートの上にグローブバッグを被せ、バッグとガスレギュレーターの間にチューブを接続します。

約8インチのチューブをバッグの中に伸ばします。次に、バッグとのチューブ接続部を電気テープで密封し、バッグ内部のチューブにクランプを装着させますが、クランプは開いたままにしておきます。続いて、プレートの穴に合わせてバッグの底にX字に切り込みを入れ、記載されているアイテムをバッグに投入します。

項目の書き漏らしがあると非常に不便ですので、リストを再確認してください。次の工程はコアの設置です。まず、作業台の下の床にラボジャックを設置します。

ラボジャッキの上に、コアを安定させるための中心に穴が開いた合板を置いてください。次に、コアを直立させた状態で、コアガイドプレートとグローブバッグのX印部分を通して押し込みます。コアの約4〜6インチがプレートの上に突き出ている状態にしてください。

次に、一人がコアを支えている間に、電気テープを用いて、X印の周囲でコアをバッグに固定します。その後、コア押出機を組み立てます。まず、ハンドルを長さ6インチ、直径2インチのPVCスペーサーに挿入し、次に長さ3インチのカップリングを挿入します。その後、再びスペーサー、カップリングという順で、ハンドル全体が完全に覆われるまでこれを繰り返します。

次に、コアエクストルーダーをコアの下に配置し、ジャッキで支えます。ジャッキはできるだけ低く回して設定してください。続いて、カッターナイフを使用して、コアキャップの底部を慎重に切り離します。

コアライナーの周囲にコアキャップのリング状の縁を残し、コア試料に接するキャップの円形部分を残します。次に、一人がグローブバッグの中に手を伸ばしてコアを固定し、もう一人がジャッキを上げます。コアエクストルーダーを徐々にコアライナーの中へ移動させ、堆積物を上方へ押し上げます。

エクストルーダーをわずかに揺らす必要がある場合があります。堆積物と上澄み水がコアライナーの上端に達するまで、コアを上昇させ続けてください。最後の作業は、バッグを密封することです。

まず、すべて揃っているか再確認します。次に、バッグ内にある、空気が閉じ込められたすべてのオブジェクトを開きます。その後、できれば別の人の助けを借りて、グローブを3回パージします。

まず、バッグを最大限に脱気させた状態で、メインの開口部を数本のバンジーコードで封止します。次に、助手に50 psiで窒素流量を調節させながら、ガスをバッグ全体に、特に空気が溜まりやすい隙間に向けて導入します。バッグが十分に膨らんだら、レギュレーターを切るか、クランプを閉じてガスの供給を停止します。

次に、メインの開口部を開き、バッグ内からできるだけ多くのガスを押し出します。隙間なく窒素でバッグを満たし、その後空気を抜くという工程をさらに2回繰り返します。この操作が完了すると、グローブバッグ内の酸素濃度は非常に低い状態になります。

グローブバッグ内に十分な量のガスが入っている状態で終了します。この手順は、2人1組で作業することを推奨します。また、本手順では、バッグに組み込まれたグローブの上に、使い捨ての手袋を重ねて着用してください。

これらの手袋は、汚れたり破れたりした場合はいつでも交換してください。まず、シリンジを用いて、コア上部の停滞水をすべて取り除きます。次に、この水を0.45 µmのシリンジフィルターでろ過します。

次に、コアライナーの上部にコアセクショニングリングを設置します。その後、堆積物がリングの上端に達するまでコアを上昇させます。バッグ内でコアライナーを固定し、コアが移動してもライナーが動かないようにしてください。

グローブバッグ内で作業する操作者が、コア材がリングの最上部にくるように、コアライナーを軽く押し下げる必要がある場合があります。次に、堆積物セクションがスライサーの上にくるように、ライナーの上端とリングの間にコアスライサーを押し込みます。これがコアの最初のセクションとなります。

プラスチックスプーンを用いて、切片を50 mLコニカルチューブに移し、蓋をしっかりと閉めます。器具を洗浄し、コア全体を切片化してチューブに収めるまでこの操作を繰り返します。コアの切片化プロセス中に、ラボジャックが最大まで上昇することがあります。

このような現象が起きた場合は、コアを固定したままジャッキを下げ、PVC製パーツを配置してコア押し出し機を延長させます。その後、ジャッキを元の位置に固定してください。この操作中に、バッグがしぼみすぎたり、逆に膨らみすぎたりすることがあります。

窒素ガスバルブを短時間開くか、あるいはメインバッグの開口部を短時間開いてガスを放出させることで、調整を行ってください。コアの分 section化が完了し、すべての堆積物が遠心チューブに入ったら、これらのチューブをグローブバッグから取り出し、グローブバッグを閉じることができます。その後、テキストプロトコルに従って、回収したチューブを遠心分離の準備に回してください。

次に、1,100 g以上の遠心力で20分間遠心分離します。遠心分離後、チューブを無酸素環境に戻し、試料回収用の空チューブをいくつか導入します。その後、前述と同様に、バッグ内を2〜3回パージしてください。

次に、遠心チューブを開け、先端にチューブを装着したシリンジを用いて間隙水を取り出します。その後、0.45 µmのシリンジフィルターを使用して、回収チューブに水をろ過します。サンプルのさらなる処理方法については、テキストプロトコルに記載されています。

記載されたプロトコルを用いて、ディープウォーター・ホライズン原油流出事故から9か月後にニューオーリンズ近郊の湿地からコアを採取しました。この湿地は深刻な油汚染を受けていました。Hach DR 2700ポータブル分光光度計を使用して測定したところ、データは極めて高い硫化物濃度を示しました。

鉄濃度は低く、3価の酸化状態の鉄は検出されませんでした。したがって、このビデオを視聴することで、グローブバッグ内から酸素をパージする方法、セクショニングを行うためにグローブバッグ内でコアを押し出す方法、および堆積物から間隙水を分離する方法について十分に理解できたはずです。習熟すれば、この手法はコアの長さに応じて、1本あたり1時間から3時間で完了させることができます。

この手順を行う際は、グローブバッグ内を十分にパージし、コアの高さをゆっくりと調整することが重要です。この手順に従うことで、系内の酸化還元状態に関する疑問を解決するために、鉄の還元抽出による鉄の形態分析、ボルタメトリーまたはカラム分離によるヒ素の形態分析、およびメチル水銀の分離などの手法を実施できます。圧縮ガスを取り扱うことは極めて危険であるため、本手順の実施中はタンクを確実に固定することを忘れないでください。

一部の堆積物試料には有害物質が混入している可能性があるため、適切な注意を払う必要があります。