Name: 특성, 벤젠 폴리 카르 복실 산을 사용하여 발열 성 탄소의 정량 및 화합물 특정 동위 원소 분석 (BPCA) (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 12 s
Description: 배우세요 BPCA 방법을 사용하여 환경 시료에서 발열성 탄소를 정량화하고 동위원소 분석하는 기술입니다. 이 방법은 탄소 순환 연구와 고고학 분야에서 중요한 통찰을 제공합니다.

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저자는 고맙게도 취리히 대학의 연구 우선 순위 프로그램인 "글로벌 변화와 생물 다양성", 스위스 국립 과학 재단의 프로젝트 134452, 131922, 143891, 119950 및 134847, Deep Carbon Observatory - Deep Energy 상 60040915의 지원을 받고 있습니다.

1. 일반주의 사항 및 준비 <ol><li> 전체 절차를 철저하게 청소 도구 및 초순수, 고압 액체 크로마토 그래피 (HPLC) 등급 물과 용매 깨끗한, 탈회 (10 % 염산 조) 및 연소 유리 (5 시간 동안 500 ° C)를 사용합니다. </li><li> 건조 동결 및 탄소 무료로 볼 밀 (58) 샘플을 균질화 및 원소 분석 59-60로 총 유기 탄소 (TOC) 함량을 결정한다. 참고 : 화학 실험실 장비에 대한 순도 요구 사항은 BPCAs의 화합물 별 14 C 분석에 특히 높다. 빈 평가 49 와이프 샘플 오염의 가능성 소스를 모니터링 할 (61)을 테스트 포함합니다. </li></ol> 2. HNO 3 소화 <ol><li> 무게 동결 건조 및 균질화 된 시료 (CF. 1.2.) 석영 소화 튜브에 알루미늄 호일과 먼지에 대해 다룹니다. <ol><li> PYC의 quantificati에 대한목적과 특성,&gt; 1 mg을 TOC (42)를 포함하는 샘플을 사용합니다. 따라서, 토양과 침전물을 사용하는 CA (200)의 경우 - 400 mg의 순수한 숯, 사용을 약 10 유기물 - 풍부 샘플의 경우, - 20 mg의 당 소화 관. </li><li> pyc 내 후속 화합물 특정 동위 원소 분석 (13 C, 14 C)의 경우, 샘플이있을 경우 6 단계 이후에 사용되는 특정 동위 원소 비율 질량 분석의 검출 한계를 충족 BPCA-C 충분히 포함되어 있는지 확인 없음 (이전의 측정에서, 예를 들어) 사용할 수있는 샘플의 PYC 수량에 대한 사전 정보는, 먼저 PYC의 컨텐츠를 정량화 (1 단계 - 5)과 BPCA-C 수익률은 동위 원소 분석을 위해 너무 낮은 경우 나중에 샘플을 준비합니다. 참고 : 그 자체 &quot;카본 블랙의 참고 자료&quot;에서 알려진 PYC 13 C와 14 C 함량 (예 : 빈 참조 샘플, 참조, 결과를 포함ction). 이는 정량의 pyc의 재현성을 확인 및 분석 후 화합물의 특정 동위 원소 측정 빈 보정 계산을 가능하게하는 것을 허용 할 것이다. </li></ol></li><li> 압력 챔버로 소화 튜브 샘플의 철저한 습윤을 지원하고 삽입 할 와류 믹서를 사용, 소화 튜브에 65 % HNO 3의 2 ML을 추가합니다. 매뉴얼 (62)에 따라 압력 챔버를 닫고 8 시간 동안 170 ℃에서 예열 된 오븐에 넣어. 주의 : 소화 한 후, 챔버 오븐 내부에 냉각 할 수 및 유해 가스가 탈출 할 수 있기 때문에 실내 온도에 도달 한 후에 만​​ 흄 후드를 엽니 다. </li><li> 유리 주사기 예컨대 일회용 유리 섬유 필터 (&lt;0.7 미크론)를 사용하여 메스 플라스크에 물 샘플을 여과하고 25 ml의 부피를 조절한다. 희석 더 소화 막을 필요가있다. 주 : BPCAs을 함유하는 25 ㎖ 용액에 저장 될 수있다최대 2 개월 동안 냉장고 전에 추가로 처리. 소화는 원칙적으로도 가압 전자 시스템 (16)과 같은 다른 수단을 사용하여 수행 될 수있다. 이 경우, 시험은 BPCA 회복 및 (대표 결과 섹션 참조) 방법의 재현성을 확인하기 위해 참고 자료로 실행해야합니다. </li></ol> 양이온 3. 제거 <ol><li> 각 샘플에 대해, 칼럼 당 양이온 교환 수지 11 g과 두 유리 컬럼 (400mm 높이 15 mm 직경)을 준비한다. 물이 컬럼 부피, 2 M NaOH를 1 칼럼 부피, 중화는 pH의 물이 컬럼 부피, 2 M의 HCl 1 칼럼 부피의 물 결국 2 컬럼 부피 : 연속적으로 세척하여 컬럼 내부의 수지를 조정 . </li><li> 그 조절 후 수지를 통해 세정 물,의 전도성을 확인합니다. 적절하게 조절 된 바와 같이 도전성이 아래 μS cm의 경우 수지를 고려 <suP&gt; -1. </li><li> 샘플의 절반을 넣어 (즉, 12.5 ml의 참조 단계 2.3) 각 컬럼에 10 ml의 물을 순차적으로 5 번 헹군 후 수용액을 건조 동결. 샘플은 동결 건조 후 안정적이고 그것은 어둡고 서늘한 곳에 건조 보관하는 경우 추가 처리하기 전에 주까지 저장할 수 있습니다. 참고 : 사용 액체 질소가 샘플을 동결 ( &#39;동결 스냅&#39;)는 강한 비 동결 산 용액의 웅덩이가 발생할 수 있습니다 HNO 3에서 동결 피할 수있다. BPCAs의 화합물 별 14 C 분석을위한 경우 동결 건조기 진공 펌프 가스에 의한 오염 가능성에 대한 좋은 정도 및 테스트에 대한 산 증거가 있는지 확인합니다. </li></ol> 비극성 화합물 4. ​​제거 <ol><li> 즉, 연속적으로 메탄올 2.5 ml의 물 (a)의 2.5 ml의를 씻어, 제조업체의 지시에 따라 C18 고상 추출 카트리지를 조정ND 메탄올 / 물 결국 2.5 ㎖ (1 : 1 v / v)로. </li><li> 3 ㎖의 메탄올 / 물을 동결 건조 잔류 재용 (1 : 1 V / V). 2.5 mL를 시험관에 별도 C18 고체상 추출 카트리지를 통해 그것의 각각의 절반 (1.5 ml)로 용출. 메탄올 / 물 1 ㎖의 다른 카트리지 린스 (1 : 1 V / V). </li><li> 45 ° C까지 및 약 50 밀리바의 진공 가열 진공 농축기를 이용하여 예를 들면, 시료 용액을 시험관을 건조. 증발 다른 방법은 단계 6에서와 같이, 예를 들면 N 2 가스 블로우 다운 시스템을 사용할 수있다. </li><li> 1 ml의 물과 함께 시험관에서 잔류 재용. 와류 믹서 1.5 ml의 오토 샘플러 바이알로 전송과 지원 용해. 주의 : 샘플이 단계 (42)에서 최대 3 개월 동안 냉장고에 저장 될 수있다. </li></ol> 5. 크로마토 그래피 <ol><li> 물 980 ㎖로 20 ml의 85 % 오르토 인산을 혼합하여 용매를 준비하고 S를 필터링진공을 이용한 일회용 유리 섬유 필터를 통해 olution. 일광에 노출 용매 및 조류의 성장을 방지하기 위해 24 시간 이내에 사용하지 않는다. 용매 B. 순수한 HPLC 등급 아세토 니트릴을 사용하여 </li><li> (예를 들어, 5, 20, 60, 100, 150, 각 BPCA 250 μg의 함유 6 바이알 혼합 함께에서 외부 표준 농도 시리즈를 제조 시판 BPCAs (헤미, 트리 멜리 트산, 피로 멜리 트산, pentacarboxylic 및 멜리 산)의 표준 용액을 제조 1 ml의 물, 각각). </li><li> 표 1 및 표 2의 설정을 사용하여 크로마토 그래피를 수행하고, 외부 표준 시리즈 (63)의 측정에 각각 BPCA의 피크 면적을 비교함으로써 BPCA 내용을 정량화. </li><li> 샘플 [g / kg] 또는 BPCA-C / TOC [%]의 BPCA-C / 건조 중량에 PYC 수량의 결과를 표현한다. 또한, 샘플에서의 pyc의 질적 특성 individ의 비율을 이용하여 설명 할 수있다예를 들어 연간 BPCAs, B6CA의 비율 (B6CA / BPCA는 [%]을)를 PYC (44)의 방향족 축합의 정도를 나타냅니다. </li></ol> 이후 13 C에 대한 정제 된 BPCAs 6. 습식 산화, 14 C 분석 <ol><li> 단계 5.3에 따라., 충분한 양의 개별 BPCAs를 수집 (예를 들어,&gt; 현재 가속 질량 분석기 49,64 30 μg의 BPCA-C)와 분수를 불어 넣어 용매를 제거 한 후 HPLC (49)에 연결된 부분 Collector를 사용하여 부드러운 N 2 스트림 70 ° C로 가열하면서. BPCAs를 포함하는 액체 인산의 작은 양, 유리 병에 남아 있습니다. </li><li> 갓 사용 24 시간 내에 준비 50 ml의 물에서 나 2 S 2 O 8 2g을 용해하여 산화 시약을 준비합니다. 주 : 완전히 몇 g을 용해시켜 순도를 향상시키기 위해 두번 황산나트륨 재결정뜨거운 물에 다음 물 후 고체가 65-66를 냉각 수집. </li><li> 4 ml의 물과 전송 샘플 ml의 12 기밀 붕규산 유리 병으로 아래로 불어 잔류 물 (단계 6.1) 재용. 시약 및 부틸 고무 격막을 포함하는 표준 캡과의 긴밀한 산화의 1 ML을 추가합니다. </li><li> 바이알 용액 (66)로부터 이산화탄소를 제거하는 8 분 동안 그 수성 용액을 포함하는 기밀 유리 병을 제거. </li><li> 60 분 동안 100 ℃에서 이들을 가열함으로써 기밀 유리 병에 시료를 산화. </li><li> 바로 13 C 함유량 65-66과 14 C 함유량 67-68위한 가속 질량 분석기에 동위 원소 비율을 질량 분석기의 산화로부터 CO 2를 분석한다. 주 : 산화 된 샘플은 13 C 및 / 또는 14 C 분석 전에 주 66 적어도 하나를 저장할 수있다. </li></ol>

저자는 공개할 것이 없습니다.

가능한 다른 PYC 방법 78-79에 비교할 때 BPCA 방법은 몇 가지 중요한 이점이있다 : I)가 PYC 즉 연소 연속체의 넓은 범위에 걸쳐 검출 다소 고온 문자 그을음 (42)뿐만 아니라, 바이오 매스를 탄 민감 70은 1, 2)가 동시에 16,44,80-81 특성화 20,42 정량화 및 동위 원소의 pyc 49-50,66,73,82-83 분석 할 수있다, ⅲ)는 환경 샘플의 매우 넓은 범위에 적용 할 수있다 재료 42,70, 그리고 ⅳ)의 방법을 집중적으로 검토하고 다른 PYC 방법 44,47,70,84-85의 평가와 일관된 틀에 넣어 수 있습니다. 이러한 모든 이유로, BPCA 방식 틀림 기반이 아니라 가정을 구속하고 계속 다른 방법에 대해 테스트 된 날짜에 사용할 수있는 가장 다양한 PYC 방법이다. 상기 프로토콜을 통합 stren하나의 프로 시저에 이전 BPCA 방법 gths은 높은 재현성 이용하는 것이 간편하고 쉽게 확장 및 특정 요구하도록 변경 될 수있다. 크로마토 그래피의 pH 구배 대신에 유기 용매를 행하는 경우 예를 들어, BPCAs의 온라인 동위 원소 비율 모니터링은 습식 산화 공정에 대한 필요성을 제거, (42) 수있다. 유사하게, 양이온 및 / 또는 비극성 화합물의 제거 (단계 3, 4)는 특정 샘플이 그러한 화합물을 함유하지 않는 것이 알려진 경우 생략 될 수있다 (예를 들면, 실험실 제조 문자의 경우에). 모든 PYC 방법과 마찬가지로, BPCA 절차도 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 이와 관련하여,이 BPCA 접근법은 본질적으로 샘플 전체의 pyc 양을 과소 평가하는 것이 중요하다 : 상기 방법은 따라서 정량적 형태 모두의 pyc를 회수하지 그들의 BPCA 빌딩 블록을 추출하기 위해 PYC 다환 구조의 큰 부분을 파괴 BPCAs의20,86. 변환 계수는 전체의 pyc 내용에 BPCA 수율 번역 과거에 제안되었다. 그러나 한 올바른 변환 계수를 찾는 때문에 대부분의 문자 41,48,80,86 방향족 축합의 이종도의 사실상 불가능하다. 많은 경우에, 샘플의 양의 pyc 서로 42,81,87-88에 대해 비교된다. 우리는 그 어떤 변환 계수를 사용하고 48를 &quot;측정&quot;단순히 BPCA 데이터를보고하지 않는 것이 좋습니다. 특히 경우, BPCA 수익률이 촬영 때 절대 PYC 수량을 24,89-90, 그것은 BPCA가 PYC 내용 (86)의 보수적 인 추정치로 산출 변환으로 2.27의 (20)가 적절한 것 같다 원래 게시 된 변환 계수를 추정한다. PYC 방법과 또 다른 어려움은, 비 PYC 재료 및 / 또는 PYC는의 과대 평가로 이어지는 분석 자체시에 발생되는 간섭에 민감하다는 것이다샘플 (70)의 실제 콘텐츠에 pyc. BPCA 접근 방식은 그 자체 16,70,86에 의해 어떤 PYC를 생성하지 않습니다, 이러한 간섭 물질 (70)에 대해 매우 강력하고 (단락 위 참조) 본질적으로 보수적이다. 심지어 흑연, PYC뿐만 petrogenic 기원 화학적으로 매우 유사 물질, BPCA 측정을 방해하지 않는 (슈나이더, MPW 게시되지 않은 결과. 취리히 (2013)). 지금까지 BPCA 방법에 대한 알려진 비 PYC 간섭이 일부 응축, 연구 (86)의 대부분을위한 정량적으로 무시해야 곰팡이 (91)의 방향족 안료이다. 그 동시에 질적, 양적, 13 C, 14 C 동위 원소 정보로 BPCA 방법에 따라서 다양한 분야에서 PYC의 조사를위한 훌륭한 도구입니다.

전체 연소 과정에서 미생물이나 화석 연료는 CO 2, H 2 O, 무기 잔사 (회분)로 변환된다. 그러나 로컬 또는 시간 산소 제한에 따라, 연소가 불완전하게 열분해가 문자 1로 알려진 고체 유기 잔류 물을 생산 일어난다. 이 까맣게 잔류 물은 또한 발열 성 유기 물질 (PyOM)라고 주로 발열 탄소 (PYC) 또는, 동의어, 카본 블랙 (BC) 2-4으로 구성되어있다. 탄화 과정은 편재하고 모두 자연 및 인위적 연소 5-6의 일부가 될 수 있습니다. 산불은 PYC 매년 4,7-10의 상당한 양을 생산하는 대부분의 생태계에 고유 중요한 자연적인 과정이다. 마찬가지로, 산업 및 수송 에너지 생산을위한 화석 연료의 연소는 PYC 11-13의 중요한 인위적 소스를 제공합니다. 두 소스 환경에서 PYC의 편재에 기여 : PYC은 존재한다미립자로 물에 에어로졸 13-14의 형태로 공기, 또는 용존 유기 물질 15 ~ 17뿐만 아니라, 빙하 코어 18-19, 토양 20 ~ 21, 및 퇴적물 m에서에 다양한 크기의 22-24에 나노 미터 (예를 들면, 산림 화재, 디젤 엔진 배기 탈출 나노 수트 입자 후 큰 탄화 나무 줄기). 환경에 PYC의 편재로 인해 큰 생산 속도에뿐만 아니라 오랜 지속성과 분해 25 ~ 26에 대한 상대적인 안정성뿐만 아니라. 정확한 회전율 시간은 아직 확립되지 않은 특정 환경 조건 27-28에 의존 할 수 있지만, 그것의 pyc 덜 용이 유기 탄소 29-30 대부분의 다른 형태보다 CO 2로 분해되는 것을 분명히 보인다. 이러한 관찰은 글로벌 C주기위한 중요한 의미를 갖는다 : 비교적 긴 시간 동안 탄화 물질 저장소의 pyc, 그들은 그렇지 r에 빠르게 될 유기 형태 C를 격리시키는따라서, 31-32 시간 동안 대기 온실 가스의 농도를 감소, CO 2로 espired. 기후 완화 측면 외에, 문자는 또한 환경 관련 특성을 갖는다. 높은 다공성, 큰 표면적과 음의 표면 전하 유해 화합물 (33)을 고정하고 토양 비옥도 34 ~ 35을 향상시킬 수 있습니다. 잠재적으로 유익한 토양 개정으로 문자의 인식은 소위 Biochar라고 기술 (36)의 새로운 필드로했다. Biochar라고 가능성이 향후 큰 규모로 생산할 수있어 상당히 토양 37 PYC 풍부 증가합니다. 또한, 산불의 발생과 화석 연료의 연소도 지속적으로 환경 11,38-39에 PYC 많은 양의 기여, 21 세기에 걸쳐 높게 유지 될 전망이다. PYC의 또 다른 점점 더 중요한 소스는 사용 나노 기술 될 가능성이 높습니다의 PYC 같은 화합물 40-41. 이는 검출의 특징 및 특성을 조사 환경에서의 역할을 이해하기 위해 정확하게 이러한 발열 성 물질을 정량화하는 것이 중요하다. 여기서, 우리는 최첨단 화합물 특정 방법의 사용은 다양한 샘플의 pyc를 분석 제시 : 벤젠 폴리 카르 복실 산 (BPCA) 방법 (42)의 가장 최근의 발전. 직접적 PYC의 &quot;백본&quot;를 대상으로이 방법은 PYC 연구에서 광범위하게 적용 할 수있다 : 열처리 43-45 동안 형성과 다환 압축 된 구조는 PYC 5,46의 모든 다양한 형태에 따라서 고유합니다. 그러나 이러한 구조는 그들의 크기와 이질성에, 크로마토 그래피에 의해 직접 평가할 수 없습니다. 크로마토 그래피와 같은 발열 성 화합물을 분석하기 위해, pyc 내 우선 나누기하는 고온 고압 하에서 질산 소화아래의 빌딩 블록, 개별 BPCAs에 큰 다환 구조 (CF. 그림 1). BPCAs 몇 정제 단계 후, 순종 분석 20,42을 크로마토 그래피하기 위해, 다음입니다. PYC 따라서 단리 및 분자 수준에서 분석 환경 20,42 구획에서의 pyc 풍부 정량화하는데 사용될 수있다. 다른 카르 BPCAs의 각각의 비율이 원래의 다환 구조의 크기에 연결되어이며 다음 BPCA 방법은 추가로 B3-, B4-, B5- 및 B6CA의 상대 수익률 (참조 그림 1)과 비교 될 때 조사 PYC의 특징 PYC의 품질과 열분해 온도 44,47-48의 따라서 나타내는. 개별 BPCAs는 순수의 pyc 구조로부터 직접 도출 동위 아나 수 있기 때문에 또한, 상기 제시된 방법은, C 동위 원소 조성물의 pyc의 (13 C, 14 C)의 결정을 허용분리 후 lyzed 49 (참조 그림 1, 5 단계와 6 단계). 이 탄화 물질 53 ~ 54 세를 유도하거나에서의 pyc를 추적, 열대 지방 51-52에서 문자의 전구체 미생물을 구별하는 예를 들면, 사용될 수의 pyc의 화합물 특정 동위 원소 분석은 관심 50이며 동위 원소 라벨 26,55-56와 C 순환 연구. PYC뿐만 아니라 BPCA 법의 역사, 개발, 특히 응용 프로그램에 대한 자세한 정보는 위의 단락과 토론의 일부 부분이 컴파일 된 곳에서, Wiedemeier 2014 년 57 찾을 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>볼 밀</td><td>Retsch</td><td>N/탄소</td>가 <td>없는 분쇄 용기 및 볼이 있는 볼 밀 (마노 분쇄 용기 및 볼이 있는 Retsch MM 200)&nbsp;</td></tr><tr><td>연소 오븐</td><td>Nabertherm</td><td>N/A</td><td>연소 오븐/머플 용광로 온도 500°C; C (Nabertherm L40/11 또는 유사한)</td></tr> <tr><td>압력 폭탄, PTFE 압력 챔버, 석영 소화관과 석영 뚜껑</td><td>Seif Aufschlusstechnik, Unterschleissheim, Germany</td><td>N/A</td><td>Helma U. Rudolf Seif Aufschlusstechnik Fastlingerring 67 85716 Unterschleissheim Germany 전화: (+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& 주의;</td><td>Thermo Scientific</td><td>50051010</td><td>항온 건조 오븐(Thermo Scientific Heraeus 또는 이와 유사)</td></tr><tr><td>진공 매니폴드 시스템 (PTFE 커넥터 포함</td>) <td>Machery Nagel Chromabond</td><td> 730151 730106</td><td></td></tr><tr><td>일회용 유리 섬유 필터가 있는 ftp://ftp.mn-net.com/english/Instruction_leaflets/Chromatography/SPE/CHROMABOND_VK_DE_EN.pdf 재사용 가능한 유리 주사기</td><td>Machery Nagel&nbsp;</td><td>730172 730192</td><td></td></tr><tr><td>http://www.mn-net.com/SPEStart/SPEaccessories/EmptySPEcolumns/tabid/4285/language/en-US/Default.aspx 25ml 부피 측정 유리 플라스크</td><td>공통 실험실 공급</td><td>N/A</td><td>다른 모든 유리 제품과 달리 부피 측정 정확도를 보장하기 위해 연소하지 마십시오. 대신 산성 수조, 초음파 및 초순수로 세척하십시오.</td></tr><tr><td>프릿과 PTFE 스톱콕과 유리솜이 있는 크로마토그래피 유리 기둥</td><td>맞춤 제작</td><td>N/A</td><td>유리 기둥의 치수: ca. 40cm 길이, ca. 1.5&nbsp; cm 직경</td></tr><tr><td>양이온 교환 수지</td><td>Sigma Aldrich</td><td>217514</td><td>Dowex 50 WX8 400</td></tr><tr><td>전도도 측정기</td><td>WTW</td><td>300243</td><td>LF 320 세트</td></tr><tr><td>100ml 원뿔형 플라스크 동결 건조기</td><td>공통 실험실 공급&nbsp;</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>액체 질소</td><td>일반 실험실 장비</td> 양<td>이온 동결 건조기 제거 후 용액을 스냅 동결하기 위한</td><td>N/A</td></tr><tr><td></td><td></td><td>Alpha 2 - 4 LD plus</td><td></td></tr><tr><td>C18 고체상 추출 카트리지</td><td>Supelco</td><td>52603-U</td><td></td></tr><tr><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/supelco/52603u?lang=de&region=CH 2.5ml 유리 시험관</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>집중기&nbsp;</td><td>Eppendorf</td><td>5305000.100</td><td></td></tr><tr><td>1.5 ml HPLC 자동시료주입기 바이알,</td><td>HPLC에 따라</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>6 ml 분획 분취기 바이알,</td><td>HPLC에 따라</td><td>N/A</td><td></td></tr>, <tr><td>고순도 N2 가스</td>, <td>일반 실험실 장비</td><td>N/A</td><td></td></tr>, <tr><td>12 ml 붕규산염 가스 밀폐 바이알,</td><td>Labco</td><td>538W</td><td>http://www.labco.co.uk/europe/gas.htm#doublewad12ml</td></tr><tr><td>바늘</td><td>B Braun</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>고순도 He 가스</td><td>일반 실험실 장비</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>초순수와 혼합하여 2</td></tr><tr><td>M 용액 2 M NaOH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71691</td><td>초순수와 혼합하여 2 M 용액</td></tr><tr><td>메탄올</td> 달성 <td>Sigma Aldrich</td><td>34860</td><td></td></tr> 저탄소 오르토인산에 최적화된 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34860?lang=de&region=CH 수 <tr><td></td><td>Milli-Q</td><td>Z00QSV0WW</td><td>Type 1 등급</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>아세토니트릴</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 역상 컬럼</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 Aldrich</td><td>71890</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/71890?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>BPCA 기준</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>trimellitic acid</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>hemimellitic acid</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>pyromellitic acid</td><td>시그마 알드리치</td><td>83181</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search? 
기간=83181& 인터페이스=모두& N=0& 모드=match%20partialmax& lang=de& 지역=CH& focus=제품</td></tr><tr><td>벤젠펜타카르복실산</td><td>시그마 알드리</td>치 <td></td><td>S437107 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/s437107?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>멜리트산</td><td>시그마 알드리치</td><td>M2705</td><td></td></tr> <tr><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/m2705?lang=de&region=CH<강한>산화 기준</강한></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>프탈산</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>80010</td><td></td></tr><tr><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/80010?lang=de&region=CH 자당</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S7903</td><td></td></tr><tr><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s7903?lang=de&region=CH 블랙 카본 참조 물질</td> 취<td>리히 대학교</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>

특성, 벤젠 폴리 카르 복실 산을 사용하여 발열 성 탄소의 정량 및 화합물 특정 동위 원소 분석 (bpca)

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

화재 유래 때로는 카본 블랙 (BC)라고, 발열 탄소 (PYC), 이러한 문자와 매연 등의 바이오 매스와 화석 연료 연소의 탄소 고체 잔류 물이다. PYC 인해 오랜 지속성에 환경에서 유비쿼터스이며, 그 풍요 로움도 글로벌 산불 활동의 예상 증가와 화석 연료의 지속적인 연소로 증가 할 수 있습니다. PYC도 점점 까맣게 토양 개정 (Biochar라고)를 산출 유기 폐기물의 산업 열분해에서 생산된다. 또한, 나노 기술의 출현은 환경에 PYC 같은 화합물의 방출 될 수 있습니다. 이 때문에 확실하게 감지 특성 및 위해 환경 적 특성을 조사하고 탄소 순환에서 자신의 역할을 이해하기 위해 이러한 탄 자료를 정량화 할 수있는 높은 우선 순위입니다. 여기서는 pyc 내 characteri의 동시 평가를 허용 벤젠 폴리 카르 복실 산 (BPCA) 방법을 제시stics, 수량 및 분자 수준에서 동위 원소 조성 (13 C, 14 C). 상기 방법은 환경 시료 물질의 매우 넓은 범위에 적용 가능하며, 즉 연소 연속체의 넓은 범위의 pyc 검출, 약간 미생물뿐만 아니라 고온 문자 및 매연 탄 민감하다. 여기에 제시된 BPCA 프로토콜은 특정 요구 사항에 매우 재현 할뿐만 아니라, 쉽게 확장 및 수정, 사용하는 것이 간단합니다. 그것은 따라서 고고학 및 환경 법의학에서 Biochar라고 탄소 순환 연구에 이르기까지 다양한 분야에서 PYC의 조사를위한 다양한 도구를 제공합니다.

우리는 광범위 문헌 44,48,69-77 다양한 방법 개발 및 비교에 사용 된 잘 설명 PYC 자료 ( &quot;검은 탄소 참고 자료&quot;)의 제품군을 측정하여 메소드 셋업을 테스트하는 것이 좋습니다. 기준 물질에 대한 정보는 취리히 대학에서 사용할 수 있습니다 (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). 설명 된 절차는 HPLC 모든 BPCA 대상 화합물의 기본 분리 할 수​​ 있습니다. 기준 물질 &#39;chernozem&#39;(상당한 pyc 내 함량 미사 토양) 및 (오리 자 사티 바에서 가능) 잔디 숯의 크로마토 그램은도 2에 나타내었다. 표 1 및 2의 크로마토 파라미터를 조절하여 (예를 들면, 크로마토 그래피 온도용매의 pH와 유량 등)의 분리는 상기 특정 요구 42,63 위해 변형 될 수있다. 외부 기준 (단계 5.3.)와 참고 자료 &#39;크로마토 그램의 정량 분석은 그림 3에 도시 PYC 값을 산출한다. 절차에서 그 약간의 변화 (예를 들어, 특정의 경우 3 단계 또는 4의 생략)주의, 수 높은 PYC 값으로 이어집니다. 일반적으로, 회복 순수 BPCA 기준을 확인해야합니다 : 아군 참고 자료는 3 단계와 4 단계에서 과도한 손실을 감지하고 5 단계 42,63의 크로마토 그래피 성능에 대한 정보를 얻을하는 데 도움이 될 수 있습니다. 표 3은 참고 자료의 BPCAs를 정제 할 때의 경우 6 단계 이후 탄소 동위 원소 함량에 대한 분석 얻어 13 C와 14 C 값을 보여줍니다신뢰할 수있는 결과, (현재 가속 질량 분석기에 대한 예를 들어,&gt; 30 μg의 BPCA-C, 참조, 그림 4) BPCA-C의 충분한 양을 수집하고 외부 C (49)에 의해 시료의 오염을 최소화하기 위해 가능한 모든 조치를 취할 필수적이다 . 전술 한 바와 같이 기준 물질과 방법 설정을 검사 게다가, 13 C 모두의 pyc 정량화한다 (단계 5) 및 ​​후속 화합물 별 위해 준비 복제의 측정 샘플에 매우 적당하다 (14) C는 BPCAs (단계 6 분석 ). <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig1.jpg" /> 그림 1 :. BPCA 분석 절차 프로토콜 2 단계에서 PYC 다환 방향족 응축 된 구조 일 수있는 다른 BPCAs을 생산, 소화실내는 더 청소 (3 단계 및 4) 및 크로마토 그래피 (5 단계)를 분석하고 분리. 습식 산화 (6 단계) 한 후, 정제 된 BPCAs는 동위 원소 비율 질량 분석기에 화합물 특정 동위 원소 분석 (13 C, 14 C) 의무가 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig2.jpg" /> 그림 2 :. BPCA 분리에 대한 크로마토 그램 표시됨 검은 탄소 참고 자료 &quot;chernozem&quot;입니다 (a)와 &quot;잔디 문자&quot;의 (b). , 1,2,4-; B5CA; 1,2,4,5- 1,2,3,5-, 1,2,3,4- B4CA. 기준선 분리 모든 BPCA 타겟 화합물 (B6CA 달성된다 1,2,3-B3CA) 42. 에서<html> 검은 탄소 참고 자료에 형성 취리히 대학에서 사용할 수 있습니다 (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). 이 그림은. Wiedemeier 등으로부터 2013 (42)을 수정하고 엘스 비어에서 허가 재판된다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig3.jpg" /> 그림 3 :. 다른 블랙 카본 참고 자료의 복제 PYC 측정 실험실 복제에 대한 오류 바 심볼 크기보다 작은 및 변동 계수가 5 % 평균 (분 : 1 %, 최대 10 %).이 수치는 Wiedemeier 등등에서 수정 등. 2013 42은 엘스 비어의 허가 재판된다.&quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig3large.jpg&quot;대상 = &quot;_ 빈&quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig4.jpg" /> 그림 4 : 방사성 탄소 현대와 화석 숯불에서 분리 B5CA 및 B6CA에 대한 (14 C) 값 주어진 오류가 쓸모 가속기 질량 분석기 배경 및 습식 산화에 대한 빈의 수정으로 구성되어 있습니다.. 고체 회색 라인은 각각의 샘플과 상기 결정된 평균 외부 오염 실제 F (14) C의 값의 혼합물에 대한 이상적인 선을 나타낸다. 이 그림은. Gierga 등에서 2014 년 49 수정 및 엘스 비어의 허가 재판된다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig4large.jpg" target="_blank">일의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오</a>그림입니다. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> 이동상 </td><td> 20 mL를 980 mL의 초순수의 인산 (85 ​​%)을 오르토 </td></tr><tr><td> 이동상 B </td><td> 아세토 니트릴 </td></tr><tr><td> 기둥 </td><td> C18 위상 반전 (자세한 내용은 참조 자료 목록) </td></tr><tr><td> 칼럼 온도 </td><td> 15 ° C </td></tr><tr><td> 유량 </td><td> 0.4 ml의 분 -1 </td></tr><tr><td> 신분증 </td><td> 머무름 시간, 216 nm에서 UV 흡수 </td></tr><tr><td> 부량 </td><td> BPCAs의 외부 기준 </td></tr><tr><td> 압력 </td><td> 약 120 바 </td></tr></tbody></table> 표 1 : 크로마토 그래피 설정. <table border="1" fo:keep-together.within-page=&quot;1&quot;FO : 유지 -에 - next.within 페이지 = &quot;항상&quot;&gt; <tbody><tr><td> 시각 </td><td> 이동상 B </td></tr><tr><td> [분] </td><td> [부피 %] </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> 표 2 : 모바일 단계로 그라데이션을 혼합. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td></td><td colspan="2"> 대량 문자 </td><td colspan="2"> BPCA </td></tr><tr><td></td><td colspan="4"> [vpdb에 대 ‰] δ 13 C </td></tr><tr><td> 밤나무 문자 </td><td> -27.4 </td><tD&gt; 0.4를 ± </td><td> -27.7 </td><td> 0.8 ± </td></tr><tr><td> 옥수수 문자 </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> 현대 숯불 </td><td> 1.142 B </td><td> 0.004 B를 ± </td><td> 1.13 </td><td> 0.013를 ± </td></tr><tr><td> 화석 문자 </td><td> 0.003 B </td><td> 0.001 B를 ± </td><td> 0.014 </td><td> 0.001 ± </td></tr></tbody></table> 표 3 :. 5 단계 Howev에서 동시에 수집 된 탄소 동위 원소 값 (δ 13 C와 F (14) C) 참조 숯불 재료 및 화합물 별 대응 BPCAs의 동위 원소 분석 BPCA 값을 나타냅니다 B6CA 및 B5CABPCAs 별도로 수집하는 경우 어, 개별 BPCAs의 동위 원소 분석은 유사하게 달성 될 수있다. 대량 문자 데이터. Yarnes 등으로부터 인 밤나무 문자에 대한 (2011) 73의 (a) 및 화석과 현대 숯불에 대한 Gierga에서 외. (2014) 49의 (b). 에러 전파 (64)에서 파생됩니다; (ETH-62324, ETH-62335 BPCA ETH-50456, ETH-50458 대량 문자)를 F (14) C 측정에 오류가있는 동안 δ 13 C 측정에 오류가 삼중의 표준 오차이다.

환경에서 발열성 탄소(PyC)를 평가하기 위한 벤젠 폴리카르복실산(BPCA) 방법을 제시합니다. 화합물 특이적 접근법은 PyC의 특성, 수량 및 동위원소 조성(13C및 14°C)에 대한 동시 정보를 고유하게 제공합니다.

특성, 벤젠 폴리 카르 복실 산을 사용하여 발열 성 탄소의 정량 및 화합물 특정 동위 원소 분석 (BPCA)

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

본 분자 마커 방법의 전반적인 목표는 환경 시료 내의 열분해 탄소(Pyrogenic Carbon) 분획을 특성화, 정량화 및 동위원소 분석하는 것입니다. 이 방법은 고고학 및 환경 포렌식부터 바이오차 및 탄소 순환 연구에 이르기까지 다양한 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 연소 연속체의 넓은 범위에 걸쳐 열분해 탄소를 검출할 수 있다는 점입니다.열분해성 탄소의 동시 특성 분석, 정량 분석 및 동위원소 분석과 매우 광범위한 환경 시료 물질에 대한 적용 가능성에 대해 다룹니다. 시료 준비 및 크로마토그래피 과정은 본 연구실의 대학원생인 Ulrich Hanke가 시연합니다.정제된 표적 화합물의 후속 동위원소 분석은 ETH Zurich의 실험실 코디네이터인 Negar Haghipour가 시연할 것입니다. 이 절차를 시작하기 위해, 이전에 동결 건조 및 균질화된 시료를 석영 분해 튜브에 정량하여 넣고, 알루미늄 호일로 덮어 먼지를 차단합니다. 전체 과정 동안 깨끗하고 탈회된 내열 유리기구, 철저히 세척된 도구, 그리고 초순수 크로마토그래피 등급의 물과 용매만을 사용하십시오.65% 질산 2 mL를 분해관에 넣습니다. 볼텍스 믹서를 사용하여 각 시료가 충분히 젖도록 합니다. 그 다음, 분해관을 가압 챔버에 넣습니다.매뉴얼에 따라 가압 챔버를 밀폐하고 170 °C로 예열된 오븐에 8시간 동안 넣습니다. 냉각된 가압 챔버에서 분해 튜브를 꺼낸 후, 일회용 유리 섬유 필터를 사용하여 샘플을 물로 여과하여 부피 플라스크에 담습니다. 그런 다음 물을 사용하여 부피를 25 mL로 맞춥니다.각 시료에 대해, 컬럼당 11 g의 양이온 교환 수지를 채운 유리 컬럼 2개를 준비합니다. 물, 2 M 수산화나트륨, 2 M 염산을 순차적으로 헹구어 컬럼 내부의 수지를 컨디셔닝합니다. 물의 전도도를 확인합니다.수지 컨디셔닝 후 시료를 수지에 통과시켜 헹굽니다. 다음으로 시료의 절반씩을 각각의 컬럼으로 옮기고, 10 milliliters의 물로 다섯 번 순차적으로 헹굽니다. 그 후 수용액을 동결 건조합니다.제조사의 지침서에 따라 C18 고상 추출 카트리지를 컨디셔닝합니다. 그 다음, 각 동결 건조 잔류물을 3 mL의 메탄올과 물에 다시 용해합니다. 샘플의 각 절반을 별도의 C18 고상 추출 카트리지를 통해 2.5 mL 시험관으로 용리합니다.그 다음, 카트리지를 1 mL의 메탄올과 물로 헹굽니다. 45 °C로 가열되고 약 50 millibar의 진공 상태인 진공 농축기를 사용하여 시료 용액이 담긴 시험관을 건조합니다. 건조 후, 각 잔류물을 1 mL의 물로 다시 용해시키고 볼텍스 믹서로 혼합합니다.그 다음, 용액들을 1.5 milliliter 오토샘플러 바이알로 옮깁니다. 크로마토그래피 분석을 위해 85% orthophosphoric acid 20 milliliters를 물 980 milliliters와 혼합하여 용매 A를 준비하고, 진공 장치를 사용하여 일회용 유리 섬유 필터로 용액을 여과합니다. 외표준 농도 계열을 만들기 위해 시판되는 benzene polycarboxylic acids(BPCAs)의 표준 용액을 준비합니다.크로마토그래피를 수행하고, 각각의 BPCA 피크 면적을 외부 표준물질 시리즈의 측정값과 비교하여 BPCA 함량을 정량합니다. BPCA의 화합물 특이적 Carbon-14 분석에서는 화학 및 실험 장비의 청정도 요구 사항이 특히 높습니다. 샘플 오염의 잠재적 원인을 모니터링하기 위해 공시료 평가 및 스와이프 테스트가 중요합니다.열분해 탄소 분획의 화합물별 Carbon-13 및 Carbon-14 분석을 수행하려는 경우, 각 시료에 대해 크로마토그래피를 여러 번 반복하고 HPLC에 연결된 분획 수집기를 사용하여 각각의 BPCA를 충분한 양으로 수집하십시오. 70 °C로 가열하면서 부드러운 질소 기류로 분획물을 불어내어 용매를 제거합니다. 다음으로, 15 mL의 물에 2 g의 과황산나트륨을 녹여 산화 시약을 준비하십시오.각 잔류물을 4 mL의 물로 다시 용해하고, 샘플을 12 mL 가스 밀폐형 붕규산 유리 바이알로 옮깁니다. 그 다음, 산화제 1 mL를 첨가하고 부틸 고무 격막이 포함된 표준 캡으로 각 바이알을 밀폐합니다. 수용액이 담긴 가스 밀폐형 바이알을 헬륨으로 8분 동안 퍼지하여 바이알과 용액 내의 Carbon dioxide를 제거합니다.그 다음, 기밀 바이알에 담긴 시료를 100 °C에서 60분 동안 가열하여 산화시킵니다. 시료를 상온으로 냉각시킨 후, 산화로 인해 발생한 Carbon dioxide를 동위원소 비 질량 분석계로 분석하여 Carbon-13 함량을 측정하고, 가속기 질량 분석계로 분석하여 Carbon-14 함량을 측정합니다. 설명된 절차를 통해 HPLC로 모든 BPCA 표적 화합물을 베이스라인 분리할 수 있으며, 참조 물질인 tramazem 및 grass-char의 크로마토그램이 여기에 제시되어 있습니다.크로마토그래피 파라미터를 조정함으로써 특정 요구 사항에 맞게 분리 과정을 추가로 수정할 수 있습니다. 외부 표준물질을 이용하여 참조 물질 크로마토그램을 정량 분석하면 여기에 표시된 열분해 탄소 값들을 얻을 수 있습니다. 참조 물질의 정제된 BPCA를 대상으로 탄소 동위원소 함량을 분석하여 얻은 Carbon-13 및 Carbon-14 값들이 여기에 나열되어 있습니다.이 기술을 숙달하면 작업일 기준 3일 이내에 완료할 수 있습니다. 따라서 샘플 처리량은 동시에 얼마나 많은 샘플을 처리하느냐에 따라 달라집니다. 동위원소 정보와 함께 매주 12개의 샘플을 중복 측정하는 것은 충분히 가능합니다.이 영상을 시청하고 나면, 화합물 특이적 수준에서 열분해성 탄소(pyrogenic Carbon)를 성공적으로 분석하기 위해 반드시 수행해야 하는 단계들에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

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Research

연구

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Chemistry

화학

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을 통해 대사 경로 확인 및 검색 13</supProteinogenic 아미노산> C - 라벨링

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