大気エアロゾルからの抽出および界面活性剤の特性評価

この手順の全体的な目標は、大気中のエアロゾルなどの環境サンプルからすべての界面活性剤を抽出し、その濃度と表面張力曲線を決定することです。この方法は、すべての生物における界面活性剤の濃度と表面張力の挙動に関する重要な質問に答えることができます。この手法、特に抽出ステップの利点は、特性評価のために複雑なマトリックス中の界面活性剤を分離することです。

この手法の意味するところは、界面活性剤が大気中のエアロゾルを雲の液滴に変換するのに有利に働くと予想されるため、大気中の雲形成に関するすべての理解にまで及びます。この方法により、大気中の界面活性剤に関する洞察を得ることができ、土壌サンプルや微生物培養などのシステムにも適用できます。そのため、この方法を開発するというアイデアは、大気サンプル中の界面活性剤の選択的抽出が欠如していたことから生まれました。

これまでは水抽出のみを使用してきました。まず、あらかじめ調製したフィルターサンプルを超純水に6°Cで2時間浸漬し、密閉ガラスのシャーレに入れます。30分ごとに、ペトリ皿を平らに持ちながら振ってください。

サンプルを冷蔵庫から取り出した後、清潔なシリンジフィルターでろ過します。そして、濾過した溶液を事前に秤量した60ミリリットルのガラス瓶に加えます。これに続いて、ペトリ皿を5ミリリットルの超純水ですすいでください。

次に、シリングフィルターで水をろ過し、60ミリリットルのガラス瓶の溶液に加えます。溶液の入ったガラス瓶の重量を量り、ろ過水の量と界面活性剤の濃度を決定します。固相抽出の場合は、SPEシリカベースのC18カートリッジをポンプに接続されたSPE真空マニホールドに取り付けます。

カートリッジを6ミリリットルのアセトニトリルで洗浄し、ポンプへの真空度を調整して流量を1分あたり1ミリリットルに設定します。次に、カートリッジを6ミリリットルの超純水で洗浄し、ポンプを停止してカートリッジのすぐ上の水位を維持します。次に、ろ過されたサンプルをSPEカートリッジに1分あたり1ミリリットル未満の速度で流します。

次に、1ミリリットルの超純水をカートリッジに流して洗浄します。そして、SPEセットアップに強力な真空を適用してカートリッジを乾燥させます。カートリッジの下にサンプル抽出物のコレクターを追加します。

カラムに吸収された界面活性剤画分を溶出し、4ミリリットルのアセトニトリルを1分あたり1ミリリットル未満の流量でカラムに流します。収集した抽出物を4ミリリットルのバイアルに移します。アセトニトリル溶液を穏やかな窒素フラックスにさらして蒸発させ、乾燥抽出物が得られるまで(通常は約1時間かかります)。

次に、抽出物を60マイクロリットルの超純水に再溶解します。60マイクロリットルの抽出物を10ミリリットルの純水に希釈した後、200マイクロリットルのアセテート緩衝液、100マイクロリットルのEDTA溶液、500マイクロリットルの硫酸ナトリウム溶液、および200マイクロリットルのエチルバイオレット溶液をボトルに加え、各添加後に溶液を振とうします。次に、2.5ミリリットルのトルエンとマグネチックスターバーを溶液に加えます。

溶液を500RPMで1時間攪拌します。攪拌を停止し、2つの相を分離させた後、パスツールガラスピペットで上部トルエン相を取り出し、UV-VIS分析のために4ミリリットルの光保護バイアルに移します。陰イオン性界面活性剤の検量線を確立するには、水中にゼロから5マイクロモルのジオクチルスルホコハク酸ナトリウム塩またはAOTの12溶液を準備し、これらの各溶液に前のステップを適用します。

12の処理済みAOT溶液のそれぞれ1.5〜2ミリリットルを1センチメートルの分光計石英セルに入れます。次に、UV-VIS分光光度計を使用して612ナノメートルでそれらの吸光度を測定します。陰イオン性界面活性剤の検量線を取得するには、各AOT溶液について測定された各溶液の吸光度を、その濃度の関数としてプロットします。

大気サンプル中の陰イオン性界面活性剤の絶対濃度を決定するには、抽出されたトルエン溶液の吸光度を612ナノメートルで測定します。次に、陰イオン性界面活性剤の検量線上に陰イオン性界面活性剤について得られた吸光度を位置づけ、エアロゾル試料中の陰イオン性界面活性剤の濃度を測定します。次に、陰イオン性、カチオン性、および非イオン性画分について得られた濃度を合計することにより、エアロゾルサンプル中の総界面活性剤濃度を計算します。

テンシオメーターカメラとソフトウェアを起動します。シリンジに直径0.30mmの針を装着し、測定する溶液を充填し、テンシオメーターホルダーに置きます。針先がカメラフィールドにあることを目視で確認します。

次に、ピストンを押して直径1〜3ミリメートルの液滴を生成します。ソフトウェアを使用して、液滴が落ちる前に写真またはビデオを撮ります。次に、ソフトウェアの解析機能を実行して、液滴の形状をヤング-ラプラス方程式に適合させ、表面張力値を取得します。

曲線の残りの部分をプロットするには、超純水を加えて抽出物を2倍に希釈し、希釈した溶液で表面張力測定を繰り返します。2015年2月にクロアチアのロコスニエッツァ沿岸で採取された微細エアロゾル中の界面活性剤濃度は、アニオン性カチオン性界面活性剤と非イオン性界面活性剤の分布を示しています。表面張力測定と濃度測定を組み合わせると、ここに示されているサンプル中の界面活性剤の絶対表面張力曲線が得られました。

これらの曲線は、エアロゾルサンプル中の界面活性剤濃度、これらのサンプルの表面張力、および界面活性剤の臨界ミセル濃度またはCMCを示しています。この手法を習得すると、適切に実行すれば、サンプルバッチあたり10時間で実行できます。この手順を試みるときは、ガラス器具の洗浄に石鹸を使用しないこと、および濃度と表面張力が一致するようにブランクを作成することが重要です。

指示された手順に従って、浣腸やACMSなどの界面活性剤抽出物に対してこれを行い、界面活性剤の化学構造の解明を試みることができます。この方法の開発により、CMC上の界面活性剤濃度を、一般的な環境におけるそれらの発生源や雲形成におけるそれらの役割を決定するために警告することができる値および環境パラメータとの比較が可能になります。このビデオを見れば、大気中のエアロゾルなどの環境サンプルから界面活性剤を抽出し、その濃度と表面張力曲線を決定する方法について十分に理解できるはずです。

アセトニトリルやトルエンなどの溶剤を扱う作業は非常に危険であることを忘れないでください。この手順を実行するときは、ドラフトでの作業や個人用保護具の着用などの予防措置を常に講じる必要があります。