Name: 特徴づけ、定量化およびベンゼンポリカルボン酸を使用した熱分解炭素の化合物固有の同位体分析（BPCA） (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 12 s
Description: 学ぶベンゼンポリカルボン酸（BPCA）法による熱分解炭素の特徴づけ、定量化および化合物固有の同位体分析。環境サンプル中のPyCをHPLCと質量分析で評価し、炭素循環研究や考古学に応用できます。

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著者は、以下の資金源からの支援に感謝しています：チューリッヒ大学の研究優先プログラム「地球変動と生物多様性」、スイス国立科学財団のプロジェクト134452、131922、143891、119950、134847、そしてDeep Carbon Observatory - Deep Energy賞60040915。

1.一般的な注意事項と準備<ol><li> 、完全に洗浄ツール、超純のみ、クリーンな脱灰（10％塩酸浴）と（5時間500°C）で燃焼ガラス製品、高圧液体クロマトグラフィー（HPLC）グレードの水および溶媒は、全手順のために使用します。 </li><li>凍結乾燥し、炭素を含まないボールミル58でサンプルを均質化し、元素分析によって、それらの全有機炭素（TOC）含有量59から60を決定します 。 注：化学物質や実験装置の純度要件はBPCAsの化合物固有の14 Cの分析のために特に高いです。試料汚染源となる可能性を監視するために、ブランクの評価49とスワイプテスト61が含まれます。 </li></ol> 2. HNO 3消化<ol><li> （CF。1.2。）、凍結乾燥し、均質化したサンプルを秤量石英消化管とアルミホイルでダストに対するカバーに。 <ol><li> PYC quantificatiのため目的におよび特徴付け、&gt; 1mgのTOC 42を含むサンプルを使用しています。したがって、土壌や堆積物の場合には、 約 200使用- 400 mgの、そのような純粋な活性炭などの有機物に富む試料の場合には、 約 10使用-消化管あたり20ミリグラムを。 </li><li> PYC（13 Cと14 C）のその後の化合物固有の同位体分析のために、必ずサンプルがある場合は、手順6の後に使用される特定の同位体比質量分析計の検出限界を満たすのに十分なBPCA-Cが含まれていることを確認なし（以前の測定から、例えば ）使用可能なサンプルのPYC量に関する事前情報は、最初にそのPYCの内容を定量化（手順1 - 5）とBPCA-Cの収量は、同位体分析のためには低すぎる場合は、後でより多くのサンプルを準備します。 注：SE &quot;カーボンブラックの参考資料」から既知のPYCと13 Cと14 Cの含有量（ 例えば 、ブランク試料および参照試料、 参照結果を含めますction）。これは、PYC定量の再現性を確認し、分析した後、化合物固有の同位体測定のブランク補正計算を可能にすることができます。 </li></ol></li><li>サンプルの完全な湿潤を補助し、その後、圧力室に消化管を挿入するためにボルテックスミキサーを使用して、消化管に65％HNO 3を2mlを加えます。マニュアル62による圧力室を閉じ、8時間170℃で予熱したオーブンに入れて。 注意：消化後、チャンバーをオーブン内部に冷却させ、有害なガスが逃げる可能性があるため、彼らは室温に達した後にのみ、ヒュームフードの下でそれらを開きます。 </li><li>ガラスシリンジ内のインスタンスのために、使い捨てのガラス繊維フィルター（&lt;0.7ミクロン）を使用してメスフラスコに水を用いてサンプルをフィルタリングし、25ミリリットルにボリュームを調整します。希釈は、さらに消化を停止するために必要とされます。 注：BPCAsを含有する25mLの溶液をに格納することができますさらに処理する前までの2ヶ月間の冷蔵庫。消化は、原理的には加圧されたマイクロ波システム16と、例えば、他の機器を用いて行うことができます。その場合、テストはBPCA回収及び（代表結果のセクションを参照 ）方法の再現性を確認するための参考資料で実行する必要があります。 </li></ol>陽イオンの3除去<ol><li>各サンプルについて、列ごとに陽イオン交換樹脂11gの2つのガラスカラム（400mLミリメートルの高さ、直径15mm）を準備します。連続でそれをすすぐことによって、列の内側に樹脂を条件：水の2カラム体積、2 M NaOHを1カラム容量のpHを中和するための水の2カラム体積、2 M HClを1カラム容量、および水の最終的に2カラム体積。 </li><li>そのコンディショニング後の樹脂を介してリンスされる水の導電率を確認してください。適切に調整されるよう導電率は、以下の2μScmであるとき、樹脂が考えられています<suP&gt; -1。 </li><li>サンプルの半分（ すなわち、12.5ミリリットル、 参照ステップ 2.3）は、各列に入れて10ミリリットルの水で順次5回すすぎ、その後、水溶液を凍結乾燥します。サンプルは、凍結乾燥後に安定であり、それは冷暗所で乾燥した状態で保管されている場合は、さらなる処理の前の週まで保存することができます。 注意：使用液体窒素を（ &#39;凍結スナップ&#39;）のサンプルを凍結することが強い非凍結酸溶液の水たまりになることができ、HNO 3の外凍結を回避として。 BPCAsの化合物固有の14 Cの分析が意図されている場合は、凍結乾燥機は、真空ポンプの煙による潜在的汚染のために良い程度とテストに対する酸の証拠であることを確認してください。 </li></ol>無極性化合物の4除去<ol><li> すなわち 、連続的にメタノール2.5ミリリットル、水aの2.5ミリリットルでそれらを洗い流し、製造業者の取扱説明書に従って、C18固相抽出カートリッジを調整NDメタノール/水の最終的に2.5ミリリットル（1：1 v / v）でした。 </li><li>メタノール3ml /水で凍結乾燥した残渣を再溶解（1：1 v / v）でした。 2.5 mlの試験管に別々C18固相抽出カートリッジにそれの各半分（1.5 ml）を溶出します。メタノール/水の別の1mlでカートリッジを洗浄（1：1 v / v）でした。 </li><li> 45℃にし、 約 50ミリバールの真空で加熱し、真空濃縮器を使用して、インスタンスのための試料溶液と試験管を、乾燥させます。蒸発の他の手段は、ステップ6と同様に、例えば、N 2ガ ​​スをブローダウン・システムを使用することができます。 </li><li> 1ミリリットルの水で試験管内の残留物を再溶解。ボルテックスミキサーと1.5ミリリットルオートサンプラーバイアルへの転送でサポート解散。 注：サンプルは、この段階42で最大3ヶ月間冷蔵庫内に保存することができます。 </li></ol> 5.クロマトグラフィー<ol><li>水の980ミリリットルと20ミリリットル85％オルトリン酸を混合することにより、溶媒Aを準備およびsをフィルタリング真空を用いて使い捨てガラス繊維フィルターを通してolution。日光に溶媒Aを公開し、藻類の成長を回避するために、24時間以内にそれを使用しないでください。溶剤Bとして純粋なHPLCグレードのアセトニトリルを使用します</li><li> （ 例えば 、5、20、60、100、150及び各BPCAの250μgのを含む6バイアル混合一緒で外部標準濃度系列を生成するために、市販のBPCAs（ヘミメリット、メリット、ピロ、ペンタ及びメリト酸）の標準溶液を準備します1ミリリットルの水、それぞれ）。 </li><li> 表1および表2の設定を使用してクロマトグラフィーを行い、外部標準シリーズ63の測定値にそれぞれBPCAピーク面積を比較することによりBPCA内容を定量化します。 </li><li>サンプルのBPCA-C /乾燥重量[グラム/キログラム]またはBPCA-C / TOC [％]でPYC量の調査結果を表現します。また、試料中のPYCの質的特徴は、個々をの比率を用いて記述することができますUAL BPCAsは、 例えば、B6CAの割合（B6CA / BPCA [％]）はPYC 44の芳香族系縮合の程度を示します。 </li></ol>その後の13 Cと14 Cの分析のための精製BPCAs 6.湿式酸化<ol><li>ステップ5.3の後、十分な量の個々のBPCAsを収集する（ 例えば、&gt;現在の加速器質量分析計49,64のための30μgのBPCA-C）で画分を下に吹き付けて溶媒を除去した後、HPLC 49とに接続されたフラクションコレクターを使用して、穏やかなN 2流を70℃にして加熱しました。 BPCAs含む液体リン酸の唯一の小さな量は、バイアルのままになります。 </li><li>たて使用の24時間以内に作成水50ml、中のNa 2 S 2 O 8の2グラムを溶解することにより、酸化試薬を準備します。 注：完全に数グラムを溶解し、その純度を向上させるために二回過硫酸ナトリウムを再結晶化お湯の中で、水が65から66を冷却した後、次に固体を収集。 </li><li> 12ミリリットル、気密ホウケイ酸バイアルに4ミリリットルの水と転送サンプルとブローダウンさせ、残渣（ステップ6.1）に再溶解。試薬およびブチルゴムセプタムを含む標準キャップとの緊密を酸化する1ミリリットルを追加します。 </li><li>バイアルおよびソリューション66からCO 2を除去するための8分間の彼との水溶液を含む、気密バイアルをパージします。 </li><li> 60分間100℃で加熱することにより気密バイアル中の試料を酸化。 </li><li>直接13 C含量65-66のためにと14 Cの含有量67から68のための加速質量分析計の同位体比質量分析計上の酸化からのCO 2を分析します 。 注：酸化サンプルを、13 C及び/又は14 C分析の前に少なくとも1週間66のために保存することができます。 </li></ol>

著者らは開示するものは何もない。

他の利用可能なPYC方法に78-79を比較した場合、BPCA方法は、いくつかの重要な利点があります。ⅰ）それはすなわち 、燃焼連続の広い範囲でPYCを検出し、少しバイオマスだけでなく、高温文字やすす42を黒焦げに敏感です、70は 、ⅱ）それは同時に、16,44,80-81を特徴付ける20,42を定量化し、同位体PYC 49-50,66,73,82-83分析することができ、ⅲ）それは、環境試料の非常に広い範囲に適用可能です材料42,70、およびiv）その方法論が激しく検討されていると他のPYC方法44,47,70,84-85の評価と一致枠組みに入れることができました。すべてのこれらの理由から、BPCAアプローチは間違いなく、その基礎となる仮定も拘束され、継続的に他の方法に対してテストされた日付に利用可能な最も汎用性の高いPYC方法です。 上記のプロトコルは、STRENを統合します単一の手順に前BPCA方法のgthsは、高度に再現性の採用が簡単であり、容易に拡張し、特定の要件に変更することができます。クロマトグラフィーは、pH勾配の代わりに有機溶媒を用いて実施される場合、例えば、BPCAsのオンライン同位体比のモニタリングは、ウェット酸化工程を不要、42が可能です。同様に、カチオンおよび/ ​​または非極性化合物を除去した（3ステップと、4）特定のサンプルは、任意のそのような化合物を含有しないことが知られているときにスキップしてもよい（ 例えば 、実験室生成文字のいくつかのケースで）。 すべてのPYC方法と同様に、BPCA手順は、あまりにも、いくつかの制限があります。この点において、それはBPCAアプローチは本質的に、サンプル中の総PYC量を過小評価することに留意することが重要である。この方法は、このように定量形式ですべてのPYCを回収しない、そのBPCAビルディングブロックを抽出するためにPYC多環式構造の大部分を破壊しますBPCAsの20,86。換算係数は、総PYC内容にBPCA収率を変換するために、過去に提案されていました。しかし、1正しい変換係数を見つけることがあるため、ほとんどの文字41,48,80,86における芳香族系縮合の不均一度のは事実上不可能です。多くの場合、サンプルのPYC量は42,81,87-88互いに対して比較されます。我々は、任意の換算係数を使用し、48の 「測定される」は、単にBPCAデータを報告しないことを示唆しています。 BPCAの収率は絶対PYC量に24,89-90を推定するために取られたとき、それはPYC内容86の保守的な見積もりにBPCA収量を変換するように、特定の例では、2.27の元々公開変換係数20は、適切と思われます。 PYC法と別の問題は、彼らは、非PYC材料および/またはPYCはの過大評価につながる、分析自体の間に生成される干渉に対して潜在的に敏感であるということですサンプル70の実際のPYCコンテンツ。 BPCAアプローチは、それ自体16,70,86によって任意のPYCを生成しない、このような妨害材料70に対して非常に堅牢であり、（段落の上を参照されたい ）本質的に保守的です。でもグラファイト、PYCと化学的に非常によく似た物質が、petrogenic起源の、BPCA測定（シュナイダー、MPW 未発表の結果。チューリッヒ、（2013））を妨げることはありません。これまでのところ、BPCA法のための唯一の既知の非PYCの干渉は、いくつかの凝縮された、研究86の大多数のための定量的に無視できる程度であるべき真菌91の芳香族顔料は、あります。その同時定性、定量および13 Cと14 C同位体情報とBPCA方法は、このように様々な分野におけるPYCの調査のための優れたツールです。

完全な燃焼プロセスにおいて、バイオマスまたは化石燃料は、CO 2、H 2 O及び無機残渣（灰）に変換されます。しかし、ローカルまたは一時的な酸素の制限の下で、燃焼が不完全となり、熱分解は、char 1として知られている固体の有機残基を生産、場所をとります。これらの黒焦げの残基もまた、発熱性有機物（PyOM）と呼ばれ、主に発熱性炭素（PYC）や、同義的に、カーボンブラック（BC）2-4から構成されています。炭化プロセスが遍在しているとの両方の自然と人為的な燃焼5-6の一部とす ​​ることができます。山火事は、PYC毎年4,7-10のかなりの量を生産するほとんどの生態系に固有の重要な天然のプロセス、です。同様に、業界と輸送におけるエネルギー生産のための化石燃料の燃焼はPYC 11-13の重要な人為起源のソースを提示します。どちらのソースは、環境中のPYCの普遍性に貢献する：PYCは中に存在しています微粒子として水中のエアロゾル13-14の形で空気、または溶存有機物15-17、並びに氷床コア18-19、土20-21、及び沈殿物メートルからに様々なサイズで22-24でナノメートル（ 例えば 、森林火災やディーゼルエンジンの排気を逃れるナノスケールのすす粒子の後に大規模な黒焦げ木の幹）。環境におけるPYCの偏在性が大きいため生産速度にもその長い持続性及び分解25-26に対する相対的な安定性にだけではありません。正確なターンオーバー時間がまだ確立されておらず、特定の環境条件27-28に依存し得るが、PYCはにくい有機炭素29-30のほとんどの他の形態よりもCO 2に分解されることは明らかと思われます。この観察は、グローバルCサイクルのための重要な意味を持っています。比較的長い時間のための黒焦げ材料店PYCとして、彼らは、そうでなければ、急速にrのだろう有機的なフォルムにCを隔離します従って、時間31-32上の大気の温室効果ガス濃度を低減すること、CO 2としてespired。 気候緩和の側面のほかに、文字はさらに、環境に関連する特性を有しています。彼らの高気孔率、大きな表面積と負の表面電荷は、有害化合物33を固定化し、土壌肥沃度34-35を向上させることができます 。潜在的に有益な土壌改良などの文字の認識は、いわゆるバイオ炭技術36の新興分野につながりました。バイオ炭は、おそらく今後数年間で大規模なスケールで製造され、したがって、大幅に土壌37にPYCの存在量を増加します。また、山火事の発生や化石燃料の燃焼はまた、継続的に環境11,38-39にPYCを大量に貢献し、21 世紀にわたって高止まりすると予想されています。 PYCの別のますます重要なソースも使用ナノテクノロジーである可能性が高いですS PYC様化合物40-41。彼らの特性を調査し、環境におけるそれらの役割を理解するために、正確に、これらの発熱性物質を検出し特徴づけ、定量化することが重要です。 ここでは、最先端の化合物固有のアプローチの使用は、様々なサンプルにPYCを分析するために提示する：ベンゼンポリカルボン酸（BPCA）メソッド42の最新世代。それは直接PYCの「骨格」を対象とし、この方法は、PYCの研究内で広く適用可能である：熱処理43-45の間に形成し、その多環縮合構造は、PYC 5,46のすべての様々な形に、したがって固有のものです。しかし、これらの構造は、その大きさと異質に、クロマトグラフィー手段によって直接評価可能ではありません。クロマトグラフィーような発熱性化合物を分析するために、PYCはまず破壊高温高圧下で硝酸で消化しダウンのビルディングブロックへの大規模な多環構造、個々のBPCAs（CF。 図1）。 BPCAsは、いくつかの精製工程の後に、影響を受けやすい分析20,42を 、クロマトグラフィーするために、その後です。 PYCは、このように単離され、分子レベルで解析し、環境区分20,42におけるPYC存在量を定量するために使用することができます。 BPCA方法は、さらにB3-、B4-、B5-とB6CAの相対的な利回りを比較して検討しPYC（ 参照 ： 図 1）を特徴づける：異なるカルボキシル化BPCAsのそれぞれの割合は、元の多環式構造のサイズにリンクされているされていますPYCの質と熱分解温度44,47-48の、したがって示します。個々のBPCAsは、純粋なPYC構造から直接派生する、同位体ANAすることができるためさらに、提示された方法は、PYCのC同位体組成（13 Cと14 C）の決意を可能にします分離（ 参 ​​照 ： 図 1、図5及び図6ステップ）49の後に細胞を溶解。 PYCの化合物固有の同位体分析、黒焦げ材料の年齢53から54を導出するかにPYCをトレースし、熱帯地域で文字の前駆体バイオマスの間に51から52を区別するために、例えば 、使用することができるように大きな関心50であります同位体標識26,55-56とCサイクリング研究。さらにPYCに関する情報だけでなく、特にBPCA法の歴史、開発、アプリケーションがWiedemeier、2014年57で見つけることができ、上記の段落や議論の部分の一部がコンパイルされた場所から。

<table><tbody><tr><td>ボールミル</td><td>Retsch</td><td>N/A</td><td>ボールミル with carbon-free grinding jars and balls (Retsch MM 200 with agate grinding jars and balls)&nbsp;</td></tr><tr><td>燃焼オーブン</td><td>Nabertherm</td><td>N/A</td><td>燃焼オーブン/マッフル炉、温度500°C;C(Nabertherm L40/11または類似の)</td></tr><tr><td>PTFE圧力チャンバー付き圧力爆弾、 石英蓋付き石英消化管</td><td>Seif Aufschlusstechnik、Unterschleissheim、ドイツ</td><td>N/A Helma</td><td>U. Rudolf Seif Aufschlusstechnik Fastlingerring 67 85716 Unterschleissheim Germany Tel: (+49) 89 3108181</td></tr><tr><td>vortex mixer</td><td>common lab supply</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>oven&nbsp;</td><td>Thermo Scientific</td><td>50051010</td><td>乾燥オーブン (Thermo Scientific Heraeus または同等品)</td></tr><tr><td>真空マニホールドシステム PTFE コネクタ付き</td><td>Machery Nagel</td><td>Chromabond 730151 730106</td><td>ftp://ftp.mn-net.com/english/Instruction_leaflets/Chromatography/SPE/CHROMABOND_VK_DE_EN.pdf</td></tr><tr><td>使い捨てガラス繊維フィルター付き再利用可能なガラスシリンジ</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>25 ml 容積測定ガラス フラスコ</td><td>一般的なラボ供給</td><td>N/A</td><td>他のすべてのガラス製品とは対照的に、体積精度を確保するために燃焼させないでください。代わりに、酸性浴、超音波、超純水で洗浄してください。</td></tr><tr><td>フリットとPTFEストップコックとグラスウールカスタムメイドのクロマトグラフィーガラスカラム</td><td></td><td>N/A</td><td>寸法 ガラスカラムの寸法: ca. 長さ40 cm、ca. 1.5&nbsp;直径cm</td></tr><tr><td>陽イオン交換樹脂</td><td>Sigma Aldrich</td><td>217514</td><td>Dowex 50 WX8 400</td></tr><tr><td>導電率計</td><td>WTW</td><td>300243</td><td>LF 320 凍結</td></tr><tr><td>乾燥機用100ml円錐形フラスコ</td>セット <td>一般的なラボ用品&nbsp;</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>液体窒素</td><td>一般的な実験装置</td> N<td>/A</td><td>陽イオンの除去後にaequous溶液をスナップ凍結するための</td></tr> キリスト <tr><td></td><td></td><td>N/A</td><td>アルファ 2-4 LDプラス</td></tr><tr><td>C18固相抽出カートリッジ</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>2.5mlガラス試験管</td><td>Agilent Technologies</td><td>5022-6534</td><td>http://www.chem.agilent.com/store/en_US/Prod-5022-6534/5022-6534?navAction=push&navCount=0</td></tr><tr><td>濃縮器&nbsp;</td><td>Eppendorf</td><td>5305000.100</td><td></td></tr><tr><td>1.5 ml HPLCオートサンプラーバイアル</td><td></td><td>N/A</td><td></td>6</tr><tr><td>ml フラクションコレクターバイアル</td><td>HPLC依存</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>高純度 N2 ガス</td><td>一般的なラボ機器</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>12 ml ホウケイ酸ガス タイト バイアル</td><td>Labco</td><td>538W</td><td>http://www.labco.co.uk/europe/gas.htm#doublewad12ml</td></tr><tr><td>針</td><td>Bブラウン</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>高純度Heガス</td><td>共通実験装置</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>超純水と混合して 2 M</td></tr><tr><td>溶液を実現 2 M NaOH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71691</td><td>超純水と混合して 2 M 溶液</td></tr>を実現 <tr><td>メタノール</td><td>Sigma Aldrich</td><td>34860</td><td>低</td></tr>炭素オルトリン酸<tr>に最適化された http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34860?lang=de&region=CH<td>水</td><td>Milli-Q</td><td>Z00QSV0WW</td><td>Type 1グレード</td></tr><tr><td></td><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逆相カラム</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, sodium persulfate</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>BPCA規格</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>トリメリット酸</td><td>Sigma Aldrich</td><td>92119</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/92119?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>ヘミメリット酸</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>ピロメリット酸</td><td>シグマ アルドリッチ</td><td>83181</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search? 
term=83181&interface=すべて& N=0&mode=match%20partialmax& lang=de&region=CH&focus=product</td></tr><tr><td>ベンゼンペンタカルボン酸</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S437107</td><td></td></tr><tr><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/s437107?lang=de&region=CH メリチン酸</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M2705</td><td></td></tr> <tr><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/m2705?lang=de&region=CHoxidation standards</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>フタル酸</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>スクロース</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>ブラックカーボン 標準物質</td><td>チューリッヒ大学</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>

特徴づけ、定量化およびベンゼンポリカルボン酸を使用した熱分解炭素の化合物固有の同位体分析（bpca）

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

時々、黒色炭素（BC）と呼ばれる火由来、発熱性炭素（PYC）は、そのような文字やすすなどのバイオマスと化石燃料の燃焼の炭素質固体残留物、です。 PYCは、その長い持続性、環境に遍在しており、その豊富さがあっても、グローバル野火の活動の投影増加し、化石燃料の継続的な燃焼に伴って増加することがあります。 PYCもますます黒焦げ土壌改良（バイオ炭）が得られる有機廃棄物の工業的な熱分解から生成されます。また、ナノテクノロジーの出現は、環境へのPYC様化合物の放出をもたらすことがあります。確実に自分の環境特性を調査すると、炭素循環における役割を理解するために、これらの黒焦げの物質を検出する特徴づけ、定量化することが高い優先度です。 ここでは、PYCのcharacteriの同時評価を可能にする（BPCA）メソッド、ベンゼンポリカルボン酸を提示しますSTICS、量および分子レベルでの同位体組成（13 Cと14 C）。この方法は、環境試料材料の非常に広い範囲に適用可能であり、燃焼連続の広い範囲でPYCを検出し、 すなわち、少しバイオマスだけでなく、高温文字やすすを黒焦げに敏感です。ここで紹介するBPCAプロトコルは、再現性の高いだけでなく、特定の要件に容易に拡張および修正採用するのは簡単です。したがって、考古学や環境フォレンジックからバイオ炭と炭素循環の研究に至るまで、様々な分野におけるPYCの調査のための多目的なツールを提供しています。

私たちは、広く文献44,48,69-77に様々な方法の開発や比較のために使用されている十分に記載PYC材料（「カーボンブラックの参考資料」）のスイートを測定することにより、方法セットアップをテストすることをお勧めします。参考資料の情報は、チューリッヒ大学から入手可能です(http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). 説明する手順は、HPLCにより、すべてのBPCAの標的化合物のベースライン分離を可能にします。参考資料&#39;チェルノーゼム&#39;（有意PYC含量を有するシルト質土）および（ オリザサティバから作られる）草チャーのクロマトグラムを図2に示す。 表1及び2におけるクロマトグラフィーのパラメータを調整することにより（ 例えば、クロマトグラフィ温度溶媒AのpHや流量等 ）、分離はさらに、特定のニーズ42,63のために修飾することができます。 外部標準（ステップ5.3。）を有する基準材料」クロマトグラムの定量分析は、図3に示したPYC値が得られるはずです。手順でそのわずかな変化（ 例えば、特定の例のステップ3または4の省略）に注意してください、缶高いPYC値につながります。一般的に、回収率は純粋なBPCA基準にチェックする必要があります：スパイク参考資料は、手順3と4で不均衡な損失を検出し、ステップ5 42,63でのクロマトグラフィーのパフォーマンスに関する情報を得るために助けることができます。 表3は、標準物質のBPCAsを精製する際、手順6の後に、その炭素同位体含有量について分析されている得られた13 Cと14 Cの値を示しています信頼性の高い結果は、（現在の加速器質量分析計のための、例えば、&gt; 30μgのBPCA-C、 参照 図 4）BPCA-Cの十分な量を収集し、無関係なC 49による試料の汚染を最小限に抑えるために可能なすべての措置をとることが不可欠です。 前述したように、参照材料と方法セットアップをチェックする以外にも、両方のPYC定量化（ステップ5）とそれに続く化合物固有の13 Cのために、反復してサンプルを調製し測定することは非常に賢明であると14 CはBPCAsの解析（ステップ6 ）。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig1.jpg" /> 図1：BPCA 分析手順 、プロトコルのステップ2では、PYC多環芳香族縮合構造は番目です異なるBPCAsを、生産、消化されています。アンは、さらに洗浄（ ステップ 3および4）と、クロマトグラフィー（ ステップ5）を分析し、分離しました。湿式酸化（ ステップ6）後、精製BPCAsは、同位体比質量分析計での化合物の特定の同位体分析（13 Cと14 C）に適している。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig2.jpg" /> 図2：BPCA 分離のためのクロマトグラムを示すのカーボンブラックの参考資料「チェルノーゼム」である（a）と「草チャー」（B）。 、1,2,4-; B5CA; 1,2,4,5- 1,2,3,5-、1,2,3,4-テトラB4CA。ベースライン分離がすべてBPCAの目標化合物（B6CAのために達成され、 1,2,3- B3CA）42。に<html>カーボンブラックの参考資料上の形成は、チューリッヒ大学から入手可能です(http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials).この図は。Wiedemeierらから2013年42を変更され、Elsevier社の許可を得て転載されている。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig3.jpg" /> 図 3： 別のブラックカーボン参考資料の複製されたPYC測定実験室での複製のためのエラーバーのシンボルサイズよりも小さく、変動係数が5％を平均（分：1％、最大：10％）。この数字はWiedemeier らから変更されましたアル。2013年42およびエルゼビアからの許可を得て転載されています。「https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig3large.jpg &quot;ターゲット=&quot; _空白 &quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig4.jpg" /> 図4： 近代と化石チャーから分離B5CAとB6CAのための 放射性炭素（14 C）値が指定されたエラーは、インストゥルメンタル加速器質量分析計の背景と湿式酸化の場合は空白の修正で構成されています。灰色の実線は、それぞれのサンプルと決定される平均外部汚染の本当のF 14 C値の混合物のための理想化された行を表します。この数字は、2014年49。Giergaらから変更され、Elsevier社の許可を得て転載されている。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig4large.jpg" target="_blank">目の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>図です。 <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>移動相A </td><td> 20mlを980 mlの超純水に、リン酸（85％）オルト</td></tr><tr><td>移動相B </td><td>アセトニトリル</td></tr><tr><td>カラム</td><td> C18は逆相（詳細については、 参照物質リスト） </td></tr><tr><td>カラム温度</td><td> 15°C </td></tr><tr><td>流量</td><td> 0.4ミリリットル分-1 </td></tr><tr><td>識別</td><td>保持時間は、216 nmでのUV吸収</td></tr><tr><td>定量化</td><td> BPCAsの外部標準</td></tr><tr><td>圧力</td><td> 約 120バール</td></tr></tbody></table> 表1： クロマトグラフィーの設定。 <table border="1" fo:keep-together.within-page=&quot;1&quot;のfo：キープで-next.within-ページ= &quot;常に&quot;&gt; <tbody><tr><td>時間</td><td>移動相B </td></tr><tr><td> [分] </td><td> [体積％] </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> 表2： 移動相の勾配をミキシング。 <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td></td><td colspan="2">バルクチャー</td><td colspan="2"> BPCA </td></tr><tr><td></td><td colspan="4"> 【VPDB対‰]δ13 C </td></tr><tr><td>栗チャー</td><td> -27.4 A </td><tD&gt; 0.4± </td><td> -27.7 </td><td> 0.8± </td></tr><tr><td>トウモロコシチャー</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>現代の文字</td><td> 1.142 B </td><td> 0.004 bは ± </td><td> 1.13 </td><td> 0.013± </td></tr><tr><td>化石チャー</td><td> 0.003 B </td><td> 0.001 bは ± </td><td> 0.014 </td><td> 0.001± </td></tr></tbody></table> 表3： 参照チャー材料と対応BPCAsの化合物、具体的な同位体分析の 炭素同位体値（δ13 CとF 14 C）BPCA値がB6CAとB5CAを表すステップ5 Howevで同時に採取しました。BPCAsを別々に収集されたときえー、個々のBPCAsの同位体分析を同様に達成することができます。バルクcharデータは。Yarnesらからである栗のcharの（2011）73（a）と化石と現代charのGiergaからら 。（2014）49（b）に 。誤り伝播64から導出されている：;：（ETH-62324、ETH-62335 BPCA ETH-50456、ETH-50458バルクチャー）F 14 C測定のための誤差は一方でδ13 C測定のためのエラーは、三連の標準誤差です。

私たちは、環境中の発熱性炭素(PyC)を評価するためのベンゼンポリカルボン酸(BPCA)法を紹介します。化合物特異的なアプローチは、PyCの特性、量、および同位体組成(13Cおよび14C)に関する同時情報を独自に提供します。

特徴づけ、定量化およびベンゼンポリカルボン酸を使用した熱分解炭素の化合物固有の同位体分析（BPCA）

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

この分子マーカー法の全般的な目的は、環境試料中のPyrogenic Carbon画分を特性評価、定量化し、同位体分析することです。この手法は、考古学や環境フォレンジックから、バイオ炭や炭素循環研究に至るまで、様々な分野における重要な疑問への回答に寄与します。本技術の主な利点は、燃焼連続体における広範囲のPyrogenic Carbonを検出できることです。熱分解性炭素の同時特性評価、定量、および同位体分析について、そして非常に広範な環境試料への適用性について解説します。試料調製およびクロマトグラフィーの実演は、当研究室の大学院生であるUlrich Hankeが行います。精製された標的化合物のその後の同位体分析については、ETH ZurichのラボコーディネーターであるNegar Haghipourが解説します。この手順を開始するには、あらかじめ凍結乾燥し均質化した試料を石英分解チューブに量り取り、アルミホイルで覆って防塵します。全工程において、洗浄済みで脱灰された耐熱ガラス器具、十分に洗浄したツール、および超純水およびクロマトグラフィーグレードの溶媒のみを使用してください。分解管に65% 硝酸を2 mL加えます。ボルテックスミキサーを用いて、各試料を十分に濡らしてください。その後、分解管を圧力室に挿入します。マニュアルに従って加圧室を密閉し、170 °Cに予熱したオーブンに8時間置きます。冷却した加圧室から分解チューブを取り出し、使い捨てのガラスフィルターを用いて、試料を水でメスフラスコにろ過します。その後、水を用いて25 mLに定容します。各サンプルにつき、1カラムあたり11 gの陽イオン交換樹脂を入れたガラスカラムを2本用意します。水、2 M水酸化ナトリウム、2 M塩酸の順に連続的に洗浄し、カラム内の樹脂をコンディショニングします。水の導電率を確認してください。コンディショニング後、樹脂を洗浄します。次に、サンプルの半分ずつを各カラムに転送し、10 mLの水で順次5回洗浄します。その後、得られた水溶液を凍結乾燥させます。製造元の取扱説明書に従って、C18固相抽出カートリッジをコンディショニングします。その後、各凍結乾燥残渣を3 mLのメタノールと水で再溶解させます。サンプルの半分ずつを、それぞれ別のC18固相抽出カートリッジに通し、2.5 mL試験管に溶出させます。次に、カートリッジを1 mLのメタノールおよび水で洗浄します。試料溶液が入った試験管を、温度45 °C、真空度約50 mbarに設定した真空凝縮器で乾燥させます。乾燥後、各残渣を1 mLの水で再溶解させ、ボルテックスミキサーで混合します。次に、溶液を1.5 milliliterのオートサンプラーバイアルに移します。クロマトグラフィー分析用に、85% 正リン酸 20 millilitersと水 980 millilitersを混合して溶媒Aを調製し、真空を用いて使い捨てグラスファイバーフィルターで溶液をろ過します。外標準濃度系列を作成するため、市販のベンゼンポリカルボン酸（BPCA）の標準溶液を調製します。クロマトグラフィーを実施し、それぞれのBPCAのピーク面積を外部標準系列の測定値と比較することで、BPCA含有量を定量します。BPCAの化合物特異的な炭素-14分析では、化学薬品および実験器具に対する純度の要求事項が非常に厳格です。サンプルの汚染源となる可能性を監視するため、ブランク評価とスワイプテストが重要となります。熱分解性炭素画分の化合物特異的な炭素13および炭素14分析を行う場合は、サンプルごとにクロマトグラフィーを数回繰り返し、HPLCに接続した分取コレクターを用いて、十分な量の個別のBPCAを回収します。70 °Cに加熱しながら、緩やかな窒素気流で分画物をブローダウンし、溶媒を除去します。次に、2 gの過硫酸ナトリウムを15 mLの水に溶解して、酸化剤を調製します。各残渣を4 mLの水で再溶解し、試料を12 mLの気密性ホウケイ酸ガラスバイアルに移します。次に、1 mLの酸化剤を加え、ブチルゴムセプタム付きの標準キャップで各バイアルを密閉します。水溶液が入った気密性バイアルをヘリウムで8分間パージし、バイアル内および溶液中からCarbon dioxideを除去します。続いて、気密バイアルに入った試料を100 °Cで60分間加熱して酸化させます。試料を室温まで冷却した後、酸化によって生じたCarbon dioxideを、Carbon-13含有量については同位体比質量分析計で、Carbon-14含有量については加速器質量分析計で直接分析します。上述の手順により、HPLCで全てのBPCA標的化合物のベースライン分離が可能となります。ここでは、参照物質であるtramazemおよびgrass-charのクロマトグラムを示します。クロマトグラフィーのパラメータを調整することで、特定のニーズに合わせて分離をさらに変更することが可能です。外部標準を用いた参照物質のクロマトグラムの定量分析により、ここに示した熱分解性炭素の値が得られるはずです。参照物質から精製したBPCAを分析して得られた炭素同位体組成のCarbon-13およびCarbon-14の値をここに記載します。この手法を習得すれば、3営業日で完了させることができます。したがって、サンプルのスループットは、同時にどれだけのサンプルを処理できるかによって決まります。1週間あたり12個のサンプルを、同位体情報を伴うデュプリケートで測定することは容易に達成可能です。このビデオを視聴することで、化合物レベルで熱分解性炭素を正常に分析するために不可欠な手順について、十分に理解することができます。

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学ぶベンゼンポリカルボン酸（BPCA）法による熱分解炭素の特徴づけ、定量化および化合物固有の同位体分析。環境サンプル中のPyCをHPLCと質量分析で評価し、炭素循環研究や考古学に応用できます。

特徴づけ、定量化およびベンゼンポリカルボン酸を使用した熱分解炭素の化合物固有の同位体分析（BPCA）

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