Karakterisering, kwantificeren en Compound-specifieke isotopenanalyse van Pyrogene Carbon Met behulp van Benzeen polycarbonzuren (BPCA)

Het algemene doel van deze moleculaire markermethode is om de Pyrogene Koolstoffractie in milieumonsters te karakteriseren, kwantificeren en isotopisch te analyseren. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op verschillende gebieden, variërend van archeologie en milieuforensische wetenschappen tot onderzoek naar biochar en Koolstofcycli. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn de detectie van pyrogene Koolstof over een breed scala van het verbrandingscontinuüm.

Gedeeltelijk karakteriseren, kwantificeren en isotopenanalyse van pyrogene Koolstof. En toepasbaarheid op een zeer breed scala aan milieumonsters. Ulrich Hanke, een afstudeerstudent uit ons laboratorium, zal de monstervoorbereiding en chromatografie demonstreren.

De daaropvolgende isotopenanalyse van de gezuiverde doelverbindingen zal worden getoond door Negar Haghipour, labcoördinator bij ETH Zürich. Om deze procedure te starten, weegt u eerder gevriesdroogde en gehomogeniseerde monsters in kwarts verteringsbuizen en bedekt u ze tegen stof met aluminiumfolie. Gebruik alleen schone, gedecalcifieerde en combelastinge glaswerktuigen, grondig gereinigde gereedschappen en ultrazuiver chromatografie kwaliteitswater en oplosmiddelen voor de gehele procedure.

Voeg twee milliliter 65% salpeterzuur toe aan de verteringsbuizen. Gebruik een vortexmixer om de grondige bevochtiging van elk monster te vergemakkelijken. Plaats vervolgens de verteringsbuizen in een drukkamer.

Sluit de drukkamer volgens de handleiding en plaats deze in een voorverwarmde oven op 170 graden Celsius gedurende acht uur. Na het verwijderen van de verteringsbuizen uit de gekoelde drukkam, filter de monsters met water in volumetrische kolven, met behulp van wegwerpbare glasvezelfilters. Pas vervolgens het volume aan op 25 milliliter met water.

Bereid voor elk monster twee glaskolommen voor met 11 gram kationenuitwisselingshars per kolom. Conditioner de hars in de kolommen door ze achtereenvolgens te spoelen met water, twee molaire natriumhydroxide en twee molaire zoutzuur. Controleer de geleidbaarheid van het water.

Die wordt door de hars gespoeld na de conditionering. Breng vervolgens de helft van het monster op elke kolom over, spoel achtereenvolgens vijf keer met 10 milliliter water. Vries vervolgens de waterige oplossingen ingedikt.

Conditioneer C18 vaste fase-extractiecartridges volgens de gebruikershandleiding van de fabrikant. Spoel vervolgens elk ingedikt residu opnieuw op in drie milliliter methanol en water. Elueer elk deel van het monster over een afzonderlijke C18 vaste fase-extractiecartridge in 2,5 milliliter testbuisjes.

Spoel vervolgens de cartridges met één milliliter methanol en water. Droog de testbuisjes met de monsteroplossingen met behulp van een vacuümconcentrator verwarmd tot 45 graden Celsius, en met een vacuüm van ongeveer 50 mbar. Na het drogen, los elk residu opnieuw op met één milliliter water en meng met een vortexmixer.

Breng vervolgens de oplossingen over in 1,5 milliliter autosamplerbuisjes. Bereid voor de chromatografische analyse oplosmiddel A voor door 20 milliliter 85% orthofosforzuur te mengen met 980 milliliter water en filter de oplossing door een wegwerpbare glasvezelfilter onder vacuüm. Bereid standaardoplossingen van commercieel verkrijgbare benzeenpolycarbonzuren van BPCA's om een externe standaardconcentratiereeks te produceren.

Voer de chromatografie uit en kwantificeer de BPCA-inhouden door de respectieve BPCA-piekgebieden te vergelijken met de metingen van de externe standaardseries. De zuiverheidseisen voor chemisch en laboratoriummateriaal zijn vooral hoog voor compound-specifieke Koolstof-14-analyse van BPCA's. Evaluatie van blanco's en veegtesten zijn belangrijk om potentiële bronnen van monsterbesmetting te controleren.

Als compound-specifieke Koolstof-13 en Koolstof-14-analyses van de pyrogene Koolstoffractie zijn bedoeld, herhaalt u de chromatografie meerdere keren voor elk monster en verzamelt u de individuele BPCA's in voldoende hoeveelheid met behulp van een fractiecollector verbonden aan de HPLC. Verwijder het oplosmiddel door de fracties te blazen met een zachte stikstofstroom, terwijl ze worden verwarmd tot 70 graden Celsius. Bereid vervolgens het oxidatiemiddel voor door twee gram natriumpersulfaat op te lossen in 15 milliliter water.

Los elk residu opnieuw op met vier milliliter water en breng de monsters over in 12 milliliter gasdichte, borosilicaatbuisjes. Voeg vervolgens één milliliter oxidatiemiddel toe en sluit elk buisje af met een standaarddop met een butylrubber septum. Spuit de gasdichte buisjes met de waterige oplossingen gedurende acht minuten met helium om koolstofdioxide uit het buisje en de oplossing te verwijderen.

Oxideer vervolgens de monsters in de gasdichte buisjes door ze gedurende 60 minuten te verwarmen tot 100 graden Celsius. Laat de monsters afkoelen tot kamertemperatuur en analyseer vervolgens direct het koolstofdioxide uit de oxidatie op een isotoopverhouding massaspectrometer voor Koolstof-13-gehalte en op een versnelde massaspectrometer voor Koolstof-14-gehalte. De beschreven procedure maakt scheiding op basislijn mogelijk van alle BPCA-doelverbindingen door HPLC en chromatogrammen van de referentiematerialen tramazem en gras-char worden hier getoond.

Door de chromatografieparameters aan te passen, kan de scheiding verder worden aangepast voor specifieke behoeften. Kwantitatieve analyse van de chromatogrammen van de referentiematerialen met externe standaarden zou de pyrogene koolstofwaarden moeten opleveren die hier zijn weergegeven. De Koolstof-13 en Koolstof-14-waarden die worden verkregen wanneer gezuiverde BPCA's van referentiematerialen worden geanalyseerd op hun koolstofisotopische inhoud, staan hier vermeld.

Eenmaal onder de knie is deze techniek in drie werkdagen te voltooien. Daarom is de monsterdoorvoer een kwestie van hoeveel monsters er tegelijkertijd worden verwerkt. Het meten van een tiental monsters per week in duplicaten en met isotopeninformatie is gemakkelijk haalbaar.

Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u de onbetwistbare stappen kunt uitvoeren voor de succesvolle analyse van pyrogene Koolstof op het niveau van compound-specifiek.