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）

この分子マーカー法の全体的な目標は、環境サンプル中のパイロジェニックカーボン画分を特徴付け、定量化し、同位体分析することです。この方法は、考古学や環境法医学からバイオ炭や炭素循環の研究まで、さまざまな分野で重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、燃焼連続体の広い範囲にわたる発熱性炭素の検出です。

パイロジェニックカーボンの特性評価、定量、同位体分析の同時解析。また、非常に幅広い環境サンプル材料に適用できます。サンプル調製とクロマトグラフィーのデモンストレーションは、当研究室の大学院生であるUlrich Hanke氏です。

精製された標的化合物のその後の同位体分析は、ETHチューリッヒのラボコーディネーターであるNegar Haghipourによって示されます。この手順を開始するには、以前に凍結乾燥および均質化したサンプルを石英分解チューブに秤量し、アルミホイルでほこりを覆います。全手順で、清潔で脱灰した複合ガラス器具、徹底的に洗浄されたツール、超高純度のクロマトグラフィーグレードの水と溶媒のみを使用してください。

消化チューブに2ミリリットルの65%硝酸を加えます。ボルテックスミキサーを使用して、各サンプルの徹底的な濡れを支援します。これに続いて、分解チューブを圧力チャンバーに挿入します。

マニュアルに従って圧力チャンバーを閉じ、摂氏170度に予熱したオーブンに8時間入れます。冷却された圧力チャンバーから分解チューブを取り外した後、使い捨てのガラス繊維フィルターを使用して、サンプルを水でメスフラスコにろ過します。次に、水で容量を25ミリリットルに調整します。

各サンプルについて、カラムあたり11gの陽イオン交換樹脂を含む2本のガラスカラムを調製します。カラム内の樹脂を水、2モルの水酸化ナトリウム、および2モルの塩酸で連続的にすすいで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。

これは、コンディショニング後に樹脂ですすいで済みます。次に、サンプルの半分を各カラムに移し、10ミリリットルの水で5回順番にすすいでください。その後、水溶液を凍結乾燥します。

C18固相抽出カートリッジの状態は、メーカーの取扱説明書に従っています。これに続いて、各凍結乾燥残留物を3ミリリットルのメタノールと水に再溶解します。サンプルの各半分を別々のC18固相抽出カートリッジで2.5ミリリットルの試験管に溶出します。

次に、カートリッジを1ミリリットルのメタノールと水ですすいでください。45°Cに加熱した真空濃縮器を使用し、約50ミリバールの真空でサンプル溶液で試験管を乾燥させます。乾燥後、各残留物を1ミリリットルの水で再溶解し、ボルテックスミキサーで混合します。

次に、溶液を1.5ミリリットル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では、20ミリリットルの85%オルソリン酸と980ミリリットルの水を混合して溶媒Aを調製し、真空を使用して使い捨てガラス繊維フィルターで溶液をろ過します。BPCAの市販ベンゼンポリカルボン酸の標準溶液を調製して、外部標準濃度シリーズを作製します。

クロマトグラフィーを実施し、それぞれのBPCAピーク面積を外部標準系列の測定値と比較することにより、BPCA含有量を定量します。化学機器や実験装置の純度要件は、BPCAの化合物特異的な炭素14分析で特に高くなります。ブランク評価とスワイプテストは、サンプル汚染の潜在的な原因を監視するために重要です。

パイロジェニックカーボン画分の化合物特異的なCarbon-13およびCarbon-14分析を意図している場合は、サンプルごとにクロマトグラフィーを数回繰り返し、HPLCに接続されたフラクションコレクターを使用して個々のBPCAを十分な量で収集します。溶媒を取り除き、穏やかな窒素の流れでフラクションを吹き飛ばし、摂氏70度に加熱します。次に、2グラムの過硫酸ナトリウムを15ミリリットルの水に溶解して酸化試薬を調製します。

各残留物を4ミリリットルの水で再溶解し、サンプルを12ミリリットルの気密ホウケイ酸バイアルに移します。次に、1ミリリットルの酸化試薬を加え、各バイアルをブチルゴムセプタムを含む標準キャップで閉じます。水溶液を含む気密バイアルをヘリウムで8分間パージして、バイアルと溶液から二酸化炭素を取り除きます。

その後、気密性バイアル内のサンプルを100°Cで60分間加熱して酸化物にします。サンプルを室温まで冷却した後、同位体比質量分析計で炭素13含有量を、加速質量分析計で炭素14含有量を酸化から得られる二酸化炭素を直接分析します。記載されている手順では、HPLCによるすべてのBPCAターゲット化合物のベースライン分離が可能になり、参照された材料であるトラマゼムとグラスチャーのクロマトグラムがここに示されている。

クロマトグラフィーパラメータを調整することにより、特定のニーズに合わせて分離をさらに変更することができます。参照された材料のクロマトグラムを外部標準で定量分析すると、ここに示されている発熱性炭素値が得られるはずです。参照材料の精製BPCAの炭素同位体含有量を分析した際に得られるCarbon-13およびCarbon-14の値を以下に示します。

このテクニックを習得すると、3営業日で完了します。したがって、サンプルスループットは、同時に処理されるサンプルの数の問題です。週に12個のサンプルを重複して、同位体情報を使用して測定することは簡単に達成できます。

このビデオを見れば、化合物特異的レベルでのパイロジェニックカーボンの分析を成功させるための疑う余地のないステップをどのように実行するかを十分に理解できるはずです。