Name: 광학 분광학 가스 분석기를 사용한 수생 생태계의 용존 메탄 측정 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-07-26T13:10:00.000+00:00
Duration: 5 min
Description: 배우세요 광학 분광학 가스 분석기를 사용한 수생 생태계 용존 메탄 측정 방법을. 이 저비용 기술은 기존 크로마토그래피와 높은 상관성(R²>0.98)을 보이며 원격 현장 연구에 효과적인 온실가스 모니터링 대안을 제공합니다.

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1. Porewater 샘플링 및 분석
<ol>
	<li>공수 투석 샘플러(엿보기)를 사용하여 샘플을 수집합니다.11. 연구 사이트의 해당 위치에 엿보는 사람을 배치합니다. 시범 연구에서, 6 마리의 엿보는 사람은 담수 습지의 두 개의 우세한 식생 패치에 배치되었습니다 : 3 개는 Sagitaria lancifolia 가 우세한 패치에, 다른 3 개는 S. lancifolia 와 Typha latifolia 식생이 공동 우세한 패치에 배치되었습니다.</li>
	<li>6월, 9월, 10월, 12월에 4번 샘플을 수집합니다. 토양 표면에서 그 아래 ~50cm까지 10가지 깊이에서 샘플을 수집합니다. 샘플링은12,13에 설명된 방법을 따랐습니다.<ol>
		<li>샘플링 전에 61mL의 탈이온수 셀에 채움 ~20일. 실험실에서 N2 로 탈이온수를 5분 동안 거품을 일으켜 현장에서 사용하기 전에 산소를 제거합니다.</li>
		<li>샘플링하는 동안 세포의 추출 라인에 연결된 주사기를 사용하여 세포에서 25mL의 물을 추출합니다. 그런 다음 2차 세포 충전 라인을 통해 N2 로 미리 기포된 신선한 탈이온수로 셀을 다시 채웁니다. 채취 직후 농도 측정이 필요한 경우 2.1단계를 계속합니다.</li>
		<li>추출된 물을 0.2mL의 0.1M HCl로 보존된 10mL 유리 바이알에 넣고 격막으로 뚜껑을 씌운 다음 실험실에서 분석할 때까지 냉장 보관합니다. 참고: 이 방법의 사용자는 특정 연구 요구 사항에 따라 수집 깊이, 샘플링 일정 및 빈도를 수정할 수 있습니다.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 온실 가스 농도 측정
<ol>
	<li>주사기에서 공극수 샘플의 헤드스페이스 평형 수행<ol>
		<li>평형 기법14를 사용하여 헤드스페이스 가스 샘플을 생성합니다. 30mL 주사기를 사용하여 현장에서 수집된 샘플에서 5mL의 물(Vpw)을 추출한 다음 15mL의 N2 (초고순도 99.999%)를 첨가하여 헤드스페이스(V, hs)를 만듭니다.</li>
		<li>주사기를 5분 동안 강력하고 일관되게 교반하며, 수동으로 또는 흔들리는 셰이커(사용 가능한 경우)를 사용하여 교반합니다. 다음 단계에 따라 광학 분석기를 사용한 가스 농도 측정에 사용되는 10mL 사전 진공 바이알에 12mL의 헤드스페이스 가스 서브샘플을 주입합니다(그림 1). 연동 펌프15 로 바이알을 비우거나 밀폐된 바이알에 있는 60mL 주사기의 플런저를 수동으로 당겨 공기를 3번 펌핑합니다. 참고: N2 대신 He를 사용하여 헤드스페이스를 만들 수 있습니다. 주사기에N2 또는 He를 추가하는 절차는 사용자가 사용할 수 있는 실제 탱크의 특정 적응 또는 조절기에 따라 다릅니다. 이 추가에는 일반적으로 일치하는 튜브를 사용하여 주사기를 탱크에 결합하거나 탱크에 맞게 조정된 샘플링 포트에서 주사기와 추출하는 작업이 포함됩니다. 현장 조건 및 관련 물류에 따라 사용자는 주변 공기를 사용하여 헤드 스페이스를 만들 수 있습니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>주입실 만들기<ol>
		<li>가스 분석기 유입 및 유출에 연결되어 폐쇄 루프를 형성하는 밀폐된 부피의 공기에 소량의 공기(~1 - 5 mL)를 수용할 수 있는 주입 챔버를 제조합니다(재료 표). 주입 챔버와 분석기는 시스템의 두 가지 주요 요소입니다(그림 2).</li>
		<li>11mm 직경의 구멍 1개를 뚫어 1개의 격막을 주입 포트로 맞게, 7mm 직경의 구멍 2개를 뚫어 분석기와 연결되는 스톱콕 밸브를 삽입하여 365mL 메이슨 용기의 금속 뚜껑을 수정합니다. 에폭시 접착제를 사용하여 주입 포트와 피팅을 조이고 챔버 밀봉을 확인합니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>주입 챔버를 광학 분석기에 연결합니다.<ol>
		<li>5/32인치 내경(I.D.) 및 1/4인치 외경(O.D.)을 사용하여 jar를 광학 분석기의 입구 및 출구 포트에 연결합니다. PFA 플라스틱 튜브 및 추가 부피를 설명합니다. 튜브가 기기 제조업체의 권장 사항을 따르고 결로 없이 깨끗하고 건조한지 확인하십시오.</li>
		<li>주입 챔버를 기기에 연결하는 밸브를 열어 폐쇄 루프 공기 회로를 생성하도록 설정합니다. 가스 농도가 안정될 때까지 기다립니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>챔버에 시료 주입<ol>
		<li>챔버의 농도와 분석기의 신호가 안정화되면(즉, 표준 편차 &lt;0.03ppm) 2.1.2단계에서 생성된 헤드스페이스 샘플이 들어 있는 바이알에서 2mL의 하위 샘플을 주입합니다. 다음 하위 샘플을 주입하기 전에 분석기의 농도가 다시 안정화될 때까지 기다립니다(그림 3).</li>
		<li>농도가 100ppm에 가까워지면 최대 20개의 하위 시료를 연속적으로 또는 그 이하로 주입합니다(이 임계값을 초과하는 정확도에 미치는 영향은8개 참조). 5개 샘플마다 CH4 check 표준물질을 분석하고 상대 표준 편차(RSD)를 사용하여 실제 측정값과의 차이를 평가합니다.</li>
		<li>적층형 주입 세트를 사용하면 기기에 연결된 라인 중 하나를 분리하여 챔버를 주변 압력으로 재설정하고 상당한 압력 및 메탄 농도 축적을 방지합니다. 참고: 여러 번의 테스트 실행을 기반으로 주입 후 신호가 ~15초 후에 안정화된 것으로 확인되었지만 다른 기기 기록 사양에 따라 다른 시간이 필요할 수 있습니다(그림 3). 사용된 기기의 유속은 ~1L/min이었고 응답 시간은 5초였으며 720에서 745Torr 범위의 다른 날에 다른 분석을 수행하는 동안 캐비티 압력이 있었습니다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>헤드스페이스의 CH4 농도 계산<ol>
		<li>각 하위 샘플에 대해 방정식 1을 사용하여 헤드스페이스(Chs - μmol/mol)에서 목표 GHG(예: CH4, CO2, N2O)의 농도를 계산합니다. 
		<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66505/66505eq01.jpg" style="margin: auto;">방정식 [1] 여기서 Vhs 는 헤드스페이스 하위 샘플의 부피입니다.</li>
		<li>주입 전 (C, bi - μmol mol-1) 및 (C, ai - μmol mol-1) 주입 전 15회 측정의 평균으로 농도를 계산합니다. 방정식 2와 3을 사용하여 주입 전(V,bi) 및 주입 후(V,ai) 부피를 mL 단위로 계산합니다. 
		<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66505/66505eq02.jpg" style="margin: auto;">[2] 그리고 
		<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/66505/66505eq03.jpg" style="margin: auto;">[3] 여기서, Vj(mL)는 jar(365 mL) 및 hosing(125.4 mL)의 첨가 부피이고, Vi(mL)는 주입된 subsamples의 누적 부피이다.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>공극수 농도 계산<ol>
		<li>방정식 4를 사용하여 시료 처리 중 헤드스페이스 내 가스의 몰 분율과 대기압(P)을 사용하여 헤드스페이스에서 CO2, CH4 또는 N2O의 분압(Pi - MPa)을 계산합니다. 
		<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/66505/66505eq04.jpg" style="margin: auto;">[4]</li>
		<li>헤드스페이스와 수성 등가 농도 및 부피가 있는 희석 방정식(방정식 5)을 사용하여 공극수 내 GHG의 수성 등가 농도를 계산합니다. 
		<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/66505/66505eq05.jpg" style="margin: auto;">[5] 여기서 R은 범용 기체 상수(0.008314 L MPa mol-1 K-1)이고, 는 공기 온도(K), V hs는 헤드스페이스의 부피(mL), K Hcp는 CO2, CH4 또는 N2O(각각 2.96, 67.13 및 3.82 L MPa/mol)16의 헨리 휘발성 상수이며, Vpw는 헤드 스페이스를 생성하는 데 사용되는 액체 서브 샘플의 부피(mL)입니다.</li>
		<li>측정하는 동안 기록된 T와 P를 사용합니다. 시연 프로젝트 샘플 분석 중 평균 T와 P는 각각 295.15K와 0.101325MPa였습니다.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 표준 크로마토그래피 측정에 대한 검증
<ol>
	<li>기존 가스 크로마토그래프에서 10mL 바이알의 다양한 알려진 CH4 농도를 분석합니다. 각각 20개의 표준으로 구성된 세 개의 동일한 그룹을 사용합니다. 최저 농도는 5에서 100ppm 사이였으며 5ppm 단위로 증가했습니다.</li>
	<li>가스 크로마토그래프에서 화염 이온화 검출을 통해 CH4 농도를 측정합니다. 크로마토그래프는 He(25mL/분)를 캐리어 가스로 하는 다공성 폴리머 흡수성 충전 컬럼을 사용했습니다. 표준물질의 농도 측정을 실행하려면 크로마토그래프를 곡선 피팅(r2) &gt; 0.99로 보정합니다.</li>
	<li>크로마토그래피 후, 제조업체가 보정한 광학 분석기를 사용하여 위에서 설명한 방법을 사용하여 동일한 표준 바이알에서 CH4 농도를 측정하십시오(즉, 정밀도(300 s, 1σ): 0.3 ppb CH4).</li>
	<li>3개의 표준 그룹의 크로마토그래피 및 광학 분석기 결과에 선형 회귀를 피팅하여 방법의 정확도를 평가합니다. 각 표준 그룹 내에서 수행된 회귀 분석의 기울기와 절편을 비교하여 방법의 재현성을 평가합니다. 효과 레버리지에 중점을 둔 표준 최소 제곱 모형을 사용하여 비교를 평가합니다. 모든 회귀 분석 및 비교를 0.05의 유의 수준에서 평가합니다.</li>
</ol>

<meta charset="utf8"></head><body>수성 샘플에서 메탄을 측정하기 위한 실용적이고 저렴한 설정

<ol><li>Bastviken, D., Tranvik, L. J., Downing, J. A., Crill, P. M., Enrich-Prast, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Freshwater+methane+emissions+offset+the+continental+carbon+sink%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Freshwater methane emissions offset the continental carbon sink.</a> Science. 331 (6013), 50(2011).</li>
<li>Quick, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrous+oxide+from+streams+and+rivers%3A+A+review+of+primary+biogeochemical+pathways+and+environmental+variables%5BTitle%5D)+AND+%22Earth-Sci+Rev%22%5BJournal%5D)">Nitrous oxide from streams and rivers: A review of primary biogeochemical pathways and environmental variables.</a> Earth-Sci Rev. 191, 224-262 (2019).</li>
<li>Bridgham, S. D., Cadillo-Quiroz, H., Keller, J. K., Zhuang, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methane+emissions+from+wetlands%3A+biogeochemical%2C+microbial%2C+and+modeling+perspectives+from+local+to+global+scales%5BTitle%5D)+AND+%22Glob+Chang+Biol%22%5BJournal%5D)">Methane emissions from wetlands: biogeochemical, microbial, and modeling perspectives from local to global scales.</a> Glob Chang Biol. 19 (5), 1325-1346 (2013).</li>
<li>Keller, J. K., Wolf, A. A., Weisenhorn, P. B., Drake, B. G., Megonigal, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elevated+CO2+affects+porewater+chemistry+in+a+brackish+marsh%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Elevated CO2 affects porewater chemistry in a brackish marsh.</a> Biogeochemistry. 96 (1), 101-117 (2009).</li>
<li>McAuliffe, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gas+chromatographic+determination+of+solutes+by+multiple+phase+equilibrium%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Technol%22%5BJournal%5D)">Gas chromatographic determination of solutes by multiple phase equilibrium.</a> Chem Technol. 1, 46-51 (1971).</li>
<li>Hoyos Ossa, D. E., Gallego Rios, S. E., Rodríguez Loaiza, D. C., Peñuela, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implementation+of+an+analytical+method+for+the+simultaneous+determination+of+greenhouse+gases+in+a+reservoir+using+FID%2F%C2%B5ECD+gas+chromatography%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Environ+Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Implementation of an analytical method for the simultaneous determination of greenhouse gases in a reservoir using FID/µECD gas chromatography.</a> Int J Environ Anal Chem. 103 (12), 2915-2929 (2023).</li>
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<li>Wilkinson, J., Bors, C., Burgis, F., Lorke, A., Bodmer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+CO2+and+CH4+with+a+portable+gas+analyzer%3A+Closed-loop+operation%2C+optimization+and+assessment%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Measuring CO2 and CH4 with a portable gas analyzer: Closed-loop operation, optimization and assessment.</a> PLoS One. 13 (4), e0193973(2018).</li>
<li>Villa, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ebullition+dominates+methane+fluxes+from+the+water+surface+across+different+ecohydrological+patches+in+a+temperate+freshwater+marsh+at+the+end+of+the+growing+season%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Tot+Environ%22%5BJournal%5D)">Ebullition dominates methane fluxes from the water surface across different ecohydrological patches in a temperate freshwater marsh at the end of the growing season.</a> Sci Tot Environ. 767, 144498(2021).</li>
<li>Holland, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+CO2%2C+N2O+and+CH4+exchange%5BTitle%5D)+AND+%22Std+Soil+Meth+Long-Term+Ecol+Res%22%5BJournal%5D)">Soil CO2, N2O and CH4 exchange.</a> Std Soil Meth Long-Term Ecol Res. , 185-201 (1999).</li>
<li>MacDonald, L. H., Paull, J. S., Jaffé, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+semipermanent+dialysis+samplers+for+long-term+environmental+monitoring+in+saturated+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Monitor+Assess%22%5BJournal%5D)">Enhanced semipermanent dialysis samplers for long-term environmental monitoring in saturated sediments.</a> Environ Monitor Assess. 185 (5), 3613-3624 (2013).</li>
<li>Villa, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plant-mediated+methane+transport+in+emergent+and+floating-leaved+species+of+a+temperate+freshwater+mineral-soil+wetland%5BTitle%5D)+AND+%22Limnol+Oceanography%22%5BJournal%5D)">Plant-mediated methane transport in emergent and floating-leaved species of a temperate freshwater mineral-soil wetland.</a> Limnol Oceanography. 65, 1635-1650 (2020).</li>
<li>Villa, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methane+and+nitrous+oxide+porewater+concentrations+and+surface+fluxes+of+a+regulated+river%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Tot+Environ%22%5BJournal%5D)">Methane and nitrous oxide porewater concentrations and surface fluxes of a regulated river.</a> Sci Tot Environ. 715, 136920(2020).</li>
<li>Kampbell, D. H., Wilson, J. T., Vandegrift, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissolved+oxygen+and+methane+in+water+by+a+GC+headspace+equilibration+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Environ+Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Dissolved oxygen and methane in water by a GC headspace equilibration technique.</a> Int J Environ Anal Chem. 36 (4), 249-257 (1989).</li>
<li>Rochette, P., Bertrand, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+air+sample+storage+and+handling+using+polypropylene+syringes+and+glass+vials%5BTitle%5D)+AND+%22Canadian+J+Soil+Sci%22%5BJournal%5D)">Soil air sample storage and handling using polypropylene syringes and glass vials.</a> Canadian J Soil Sci. 83 (5), 631-637 (2003).</li>
<li>Sander, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compilation+of+Henry%27s+law+constants+%28version+4.0%29+for+water+as+solvent%5BTitle%5D)+AND+%22Atmos+Chem+Phys%22%5BJournal%5D)">Compilation of Henry's law constants (version 4.0) for water as solvent.</a> Atmos Chem Phys. 15 (8), 4399-4981 (2015).</li>
<li>Keller, J. K., Wolf, A. A., Weisenhorn, P. B., Drake, B. G., Megonigal, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elevated+CO2+affects+porewater+chemistry+in+a+brackish+marsh%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Elevated CO2 affects porewater chemistry in a brackish marsh.</a> Biogeochemistry. 96 (1), 101-117 (2009).</li>
<li>Comer-Warner, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seasonal+variability+of+sediment+controls+of+carbon+cycling+in+an+agricultural+stream%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Total+Environ%22%5BJournal%5D)">Seasonal variability of sediment controls of carbon cycling in an agricultural stream.</a> Sci Total Environ. 688, 732-741 (2019).</li>
<li>U.S. Government Publishing Office. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Title+42+-+The+Public+Health+and+Wefare%5BTitle%5D)+AND+%22U.S.+Government+Publishing+Office%22%5BJournal%5D)">Title 42 - The Public Health and Wefare.</a> U.S. Government Publishing Office. , (2009).</li>
<li>Magen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+headspace+equilibration+method+for+measuring+dissolved+methane%5BTitle%5D)+AND+%22Limnol+Oceanography+Meth%22%5BJournal%5D)">A simple headspace equilibration method for measuring dissolved methane.</a> Limnol Oceanography Meth. 12 (9), 637-650 (2014).</li>
<li>Regmi, B. P., Agah, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro+gas+chromatography%3A+An+overview+of+critical+components+and+their+integration%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Micro gas chromatography: An overview of critical components and their integration.</a> Anal Chem. 90 (22), 13133-13150 (2018).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>1/4 인치 I.D. x 3/8 인치 O.D. 투명 비닐 튜빙</td><td>Home Depot</td><td>SKU #&nbsp; 702098</td><td>기기에 연결된 스톱콕과 튜브를 연결하는 데 사용합니다. 두 개의 짧은 조각(~4cm).</td></tr><tr><td>5/16 - 5/8 인치 스테인레스 스틸 호스 클램프</td><td>Everbilt</td><td>6260294</td><td>스토콕 밸브를 연결하는 튜브와 기기에 연결된 튜브를 고정하는 데 사용합니다.</td></tr><tr><td>화학 물질용 균열 방지 테프론 PFA 반투명 튜브, 5/32" ID, 1/4" OD</td><td>McMaster-Carr</td><td>51805K86</td><td>주입 챔버를 기기의 입구 및 출구 포트에 연결하는 데 사용합니다. 우리는 실험에서 두 개의 0.68m 길이의 튜브를 사용했습니다.</td></tr><tr><td>티타늄 스텝 드릴 비트로 드릴</td>링 <td>여러 회사에서</td><td></td><td>항아리의 금속 뚜껑에 격막과 마개 구멍을 뚫는 데 사용합니다.</td></tr><tr><td>Gay butyl septum (스토퍼)</td><td>Weathon Microliter</td><td>20-0025-B</td><td>주입 포트와 바이알 셉텀으로 사용 (호환되는 경우).&nbsp;</td></tr><tr><td>헤드스페이스 바이알 20ml (23x75mm), 투명, 크림프 라운디드 바텀</td><td>Restek</td><td>21162</td><td>헤드스페이스 샘플을 보관하는 데 사용합니다.</td></tr><tr><td>헤비 듀티 스틸 본드 에폭시 고릴라</td> 용접 <td>고릴라</td><td>4330101</td><td>항아리의 금속 뚜껑에 스톱콕 밸브와 셉텀을 접착하는 데 사용합니다.</td></tr><tr><td>피하 주사 바늘</td><td>Air-Tite Products Co.&nbsp;</td><td>N221</td><td>필드 바이알에서 물을 추출하고, 바이알에 헤스페이스 샘플을 주입하고, 주입 챔버에 하위 샘플을 주입하는 데 사용합니다.</td></tr><tr><td>Mason jar (12 oz)</td><td>Ball, Kerr, Jarden</td><td></td><td>샘플 농도에 따라 더 크거나 더 작은 챔버 용량을 선택할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>광학 분광학 기반 가스 분석기&nbsp; &nbsp;</td><td>다수 회사</td>: <td>Picarro G4301, Licor 7810, Licor 7820, ABB GLA131-GGA</td><td>이는 주입 챔버에 결합할 수 있는 분석기의 몇 가지 구체적인 예입니다. 우리는 이것이 광범위한 목록이 아니며 다른 광학 분광학 분석기도 이 방법에 적합할 수 있음을 알고 있습니다.&nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td>스톱콕 밸브</td><td>DWK Life Sciences</td><td>420163-0001</td><td>정상 작동 중에는 밸브를 열어 두십시오.</td></tr><tr><td>주사기 (2.5 mL)</td><td>Air-Tite Products Co.&nbsp;</td><td>R2</td><td>헤드스페이스 바이알에서 하위 샘플을 추출하고 분석을 위해 인젝션 챔버에 주입하는 데 사용합니다.</td></tr><tr><td>주사기 (30 mL)</td><td>Air-Tite Products Co.&nbsp;</td><td>R30HJ</td><td>가스 분석을 위한 헤드스페이스를 만드는 데 사용합니다.</td></tr></tbody></table>

광학 분광학 가스 분석기를 사용한 수생 생태계의 용존 메탄 측정

Measuring Dissolved Methane in Aquatic Ecosystems Using An Optical Spectroscopy Gas Analyzer

광학 분석기와 기체 크로마토그래피 비교 세 가지 표준 그룹에 대한 가스 크로마토그래피와 광학 분석기를 통해 얻은 결과는 1에 가까운 기울기에서 우수한 선형 맞춤( 즉, r2 &gt; 0.98)을 보여주었습니다(그림 4). 세 가지 실험에서 회귀의 기울기는 통계적으로 유사하여(F(2) = 0.478, p = 0.623) 결과의 재현성을 시사합니다. 세 가지 경우 모두에서 기울기가 1보다 컸다는 점에 유의하는 것이 중요하며, 이는 평균적으로 크로마토그래피를 통해 얻은 농도에 비해 광학 분석기로 측정된 가스 농도가 약간 과소평가될 것으로 예상할 수 있음을 나타냅니다. 그러나 0에서 절편은 다르므로(F(1) = 1648.49, p &lt;0.0001) 낮은 CH4 농도(즉, &lt;10μmol/mol)를 해석할 때 주의해야 합니다. 실제로, 이러한 가장 낮은 농도에서 광학 분석기와 크로마토그래피는 가장 큰 상대 오차를 보였으며(표 1), 이는 낮은 농도에서 측정하는 데 어려움이 있음을 시사합니다.
현장 테스트: 프로토콜을 사용하여 루이지애나 해안 습지에 있는 두 개의 식생 패치에서 공극수의 메탄 농도를 측정합니다. 현장 샘플에서 측정된 공극수 CH4 농도는 뚜렷한 수직 및 시간 역학을 보여줍니다(그림 5). 이러한 패턴은 다양한 습지 식물이 CH4 생성 및 산화를 조절하고 그에 따른 대기와의 가스 교환을 조절할 수 있는 샘플링된 것과 같은 습지 생태 수문학적 환경에서 예상됩니다17,18. RSD는 10.03%로 ±했는데, 이는 온실가스 분석에서 크로마토그래피를 사용하는 QC/QA(Quality Control and Assurance) 프로토콜에서 일반적으로 임계값으로 사용되는 15%보다 낮았다19.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66505/66505fig01.jpg"> 
그림 1: 프로토콜 개요. 프로토콜의 주요 단계를 보여주는 회로도입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66505/66505fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66505/66505fig02.jpg"> 
그림 2: 시스템 구성 요소. (A) 주요 구성 요소 및 (B) 주입 챔버에 대한 상세 보기. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66505/66505fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66505/66505fig03.jpg"> 
그림 3: 주입 중 농도. 선택한 측정 중 주입 챔버의 CH4 농도는 시료 주입 후의 일반적인 반응을 보여줍니다. 강조 표시된 영역은 계산에 고려된 주입 전후의 농도를 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66505/66505fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66505/66505fig04.jpg"> 
그림 4: 이 방법을 사용한 측정과 크로마토그래피의 비교. 가스 크로마토그래피(GC-FID)로 측정한 CH4 헤드스페이스 농도와 세 가지 실험에서 이 방법으로 측정한 농도 간의 선형 관계는 선형 적합치가 양호했습니다(즉, r2 &gt; 0.98). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66505/66505fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66505/66505fig05.jpg"> 
그림 5: 사용 사례 데모. (A) 궁수자리 란시폴리아(Sagittaria lancifolia) 및 (B) 궁수자리(Sagittaria lancifolia )와 티파 라티폴리아(Typha latifolia)가 혼합된 패치의 공극수 농도. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66505/66505fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CH4 표준 [ppm]</td>
			<td>GC [%]</td>
			<td>광학 분석기 [%]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5</td>
			<td>24.3</td>
			<td>22.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10</td>
			<td>9.6</td>
			<td>3.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15</td>
			<td>16.7</td>
			<td>6.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20</td>
			<td>0.6</td>
			<td>3.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25</td>
			<td>1</td>
			<td>6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30</td>
			<td>1.5</td>
			<td>6.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>35</td>
			<td>1.7</td>
			<td>8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40</td>
			<td>1.3</td>
			<td>13.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>45</td>
			<td>1.4</td>
			<td>8.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50</td>
			<td>0.2</td>
			<td>6.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>55</td>
			<td>1.4</td>
			<td>7.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60</td>
			<td>1.6</td>
			<td>4.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>65</td>
			<td>0.4</td>
			<td>8.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70</td>
			<td>2.4</td>
			<td>4.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>75</td>
			<td>1.4</td>
			<td>6.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>80</td>
			<td>0.9</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>85</td>
			<td>0.4</td>
			<td>4.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>90</td>
			<td>1.6</td>
			<td>3.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>95</td>
			<td>3.4</td>
			<td>9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100</td>
			<td>4.2</td>
			<td>3.3</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
표 1: 상대 오차(%). 가스 크로마토그래피(GC) 및 광학 분석기로 동일한 검사 표준물질 바이알을 측정합니다.

Measuring greenhouse gas (GHG) fluxes and pools in ecosystems are becoming increasingly common in ecological studies due to their relevance to climate ...

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Research

연구

JoVE Journal

Environment

환경

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