(オキシ) 鉄の水酸化物、微量元素、細菌の嫌気性生物地球化学的相互作用を研究するため実験的列の設定

この実験装置の全体的な目標は、微生物の活動によって誘発される硫酸塩および/または鉄の還元条件下での微量金属の運命を研究することです。この方法は、水銀やヒ素などの主要な生物地球化学サイクル間の相互作用など、生物地球化学分野の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、連続的な水流により、生物地球化学反応のダイナミクスと微量元素の不安定性が解離し、サンプリングポートを通じてアクセスできることです。

したがって、この方法は、ここで示されているように、酸化鉄に終わる水銀とヒ素の運命についての洞察を提供することができます。また、他の微量元素や担体基板にも適用できます。手順を実演するのは、私たちの研究室の技術者であるハフィダ・トリスです。

この手順を開始するには、マグネティックスターバーを備えたガラス反応器に500ミリリットルの超純水を追加します。攪拌しながら50グラムの塩化鉄(III)六水和物を加えます。水酸化ナトリウムの10モル溶液を約50ミリリットル手動で追加して、フェリハイドライトの沈殿を開始します。

次に、pHを6に調整し、1時間攪拌を続けて安定させます。ヒ素添加水酸化物およびオキシ水酸化物の場合、100ミリリットルの三酸化ヒ素を1リットルあたり10グラムの濃度で調製します。次に、この溶液の70ミリリットルを酸化鉄溶液に加えます。

3時間攪拌を続けます。この後、2, 000 Gで20分間遠心分離します。上清を取り除き、ペレットを50ミリリットルの超純水で再懸濁します。

遠心分離のane再懸濁をさらに2回繰り返します。テキストプロトコルに概説されているように、湿った水酸化物と酸素水酸化物を回収して保管します。40ミリリットルの7%水酸化カリウムに4グラムのシリカゲルをホットプレート上に保管し、溶解するまで磁気攪拌棒で攪拌します。

60ミリリットルの超純水を追加します。氷上で溶液を約20°Cに冷却して、ゲルの硬化が早すぎるのを防ぎます。シリカゲル混合物をリン酸で20%pH7.5まで滴定します。

次に、液体シリカゲルを、18.3グラムの水銀スパイクまたはヒ素スパイク酸化鉄のいずれかと以前に混合した320グラムの滅菌砂とすばやく混合してから固化させます。へらを使用して、ゲル化した混合物を砕きます。ガラス柱のセットアップを開始するには、ウォータージャケットを水冷システムに接続します。

平均温度を摂氏20度に維持するようにシステムを設定します。PTFEチューブの長さを内径3mmにカットし、カラムの入口と出口に十分な長さがあることを確認します。次に、湿らせたロックウールの層を上から柱に追加します。

320グラムの滅菌砂を追加します。予め混合した滅菌砂と、シリカゲルマトリックスに固定されたスパイクされた水和アモルファス酸化鉄からなる最終層を追加します。次に、流入を蠕動チューブに接続します。

ペリスタルティックチューブのもう一方の端を水媒体供給に接続します。窒素ガスで連続的に泡立った超純滅菌水を、毎時約2ミリリットルの低速で上昇流に接続します。この後、柱をアルミホイルで覆って光を遮断します。

2週間後、2つの砂層の間の界面に黒色の沈殿物が観察されます。このブラックゾーンは、上部水酸化鉄ゾーンとオキシ水酸化物濃縮ゾーンに徐々に侵入し、実験終了時には上層全体が黒くなります。35日間の連続運転後、測定された硫酸塩レベルは減少し、続いて総溶解鉄が一時的に増加しました。

60日目以降、溶解したヒ素の総数は大幅に増加すると見られています。54日目に、物理的および化学的パラメータがプロファイリングされます。pHはカラムに沿ってpH 7に近いままですが、酸化還元電位は大きく変化し、硫酸塩の還元が起こっている鉄欠乏ゾーンではマイナス200ミリボルト近く、細菌性および化学的鉄の還元が起こっている上部ではマイナスミリボルトに近づきます。

溶存硫酸塩濃度は、最下層で1リットルあたり約20ミリグラムに達し、鉄分が豊富なゾーンでは1リットルあたり1ミリグラム未満に減少します。硫酸塩は、鉄欠乏ゾーンと鉄リッチゾーンの間の界面でも急激に減少し、硫酸塩還元活性のピークを示しています。一方、ヒ素は上部ゾーンで検出され、チオヒ酸種は界面近くで見られ、チオ硫酸塩は下部の鉄欠乏層にあります。

これらの濃度プロファイルは、鉄欠乏層と鉄分層の間の界面における硫酸塩還元活性のピークを示しています。この手順に続いて、走査型電子顕微鏡、ラマン分光法、活性アッセイなどの他の方法を実行して、どの新しい鉱物が形成されるか、どの細菌群集が発達したかなどの追加の質問に答えることができます。水銀やヒ素の取り扱いは非常に危険である可能性があるため、この手順を実行する際には手袋やドラフトなどの予防策を使用する必要があることを忘れないでください。