Clean monsterneming en analyse van de rivier en estuariene Waters voor Trace Metal Studies
1 juli 2016
Speciale zorg met behulp van "schone technieken" is vereist om watermonsters correct te verzamelen en te verwerken voor sporenmetaalstudies in aquatische omgevingen. Er wordt een protocol gepresenteerd voor bemonstering, verwerking en analytische procedures met als doel betrouwbare gegevens voor milieubewaking en resultaten met hoge gevoeligheid voor gedetailleerde sporenmetaalstudies te verkrijgen.
Het algemene doel van dit schone bemonsterings- en analyseprotocol is om adequate technieken te bieden voor het verkrijgen van betrouwbare gegevens voor sporenmetaalstudies, vooral wanneer lage detectielimieten vereist zijn. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in het gebied van de milieuchemie, in aquatische omgevingen met dynamische hydrologische en geochemische omstandigheden. Het voordeel van deze techniek is dat onder de voorgestelde richtlijnen betrouwbare gegevens kunnen worden verkregen en gerelateerd aan variabele belangrijke milieuparameters.
Dus deze methode kan technieken bieden om informatie te verkrijgen in rivieren en estuaria. Het kan ook worden toegepast op andere systemen, zoals meren, kustgebieden en oceanische omgevingen. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn in deze methode worstelen vanwege een gebrek aan kennis over contaminatiecontroles en de onmogelijkheid om de juiste middelen te herkennen om contaminatie tijdens sporenmetaalanalyse te elimineren.
Chih-Ping Lee en Pei-Yu Lin, studenten van onze labs, zullen de procedure demonstreren. Om de monsternemer te assembleren, verbindt u een fluorine ethyleen propylene slang van vier meter lang met een 1,5 meter chemische-resistente siliconen pompbuis. Plaats een polypropyleen Y-connector in de pompbuis.
Verbind een 50 centimeter pompbuis aan de ene uitlaat, en een 0,45 micrometer capsulefilter aan de andere. Monteer de slangen in een schone ruimte nadat ze zijn schoongemaakt zoals beschreven in het tekstprotocol en bewaar de assemblage in twee lagen polyethyleen zakken. Gebruik voor monstercontainers polyethyleen en FEP flessen voor sporenmetaalbepaling containers.
Reinig de flessen door ze eerst 24 uur in 1% wasmiddeloplossing te laten weken. Na het spoelen van de flessen met geïoniseerd water, laat ze 48 uur in een 50% salpeterzuuroplossing weken. Spoel de flessen een tweede keer en laat ze vervolgens 24 uur weken in 10% zoutzuur, of HCl oplossing.
Na de laatste HCl-week, spoel de flessen grondig met het geïoniseerd water, afgekort als DIW. Droog de flessen met de doppen afgesloten in een schone ruimte of klasse 100 schone werkbank. Verzegeld de schoongemaakte flessen in polyethyleen ritszakken en dubbel verpakt ze in polyethyleen zakken voor transport.
Aan de rivieroever of op een boot, laat een persoon de zak met de monsternemer openen en bevestig de vier meter FEP slang aan een schoongemaakte polypropyleen paal. Strek de paal zo ver mogelijk van de oever uit en houd de inlaat van de FEP slang ongeveer 30 centimeter onder het oppervlak van het stromende rivierwater voordat de pomp wordt ingeschakeld. Laat een tweede persoon de pompbuis aansluiten op de pompkop van een peristaltische pomp.
Start de pomp en laat het water aan de stroomafwaartse kant minstens drie keer het totale monsternemergehalte wegdrijven. Laat een derde persoon de binnenzakken en monsterstukken openen en de monsterslang vasthouden die het monster in de fles afvoert. Verzamel eerst een ongefilterd monster via de uitlaat zonder filter in een 125 milliliter plastic fles voor metingen van geleidbaarheid, temperatuur en pH in het veld.
Verzamel vervolgens een gefilterd watermonster door de uitlaat te sluiten met een plastic klem om het water door de capsulefilter te laten gaan. Verzamel gefilterde monsters in 40 milliliter amberkleurige glazen flessen voor DOC en EDTA metingen. Verzamel voor elk type monster extra monsters, evenals veld blanco's op geselecteerde locaties om als kwaliteitscontrole aliquots te dienen.
Plaats de 40 milliliter glazen flessen op ijs en bewaar ze in ijsbakken, en plaats de polyethyleen flessen in ijsbakken. Verzamel tenslotte de gesuspendeerde deeltjesstof, of SPM, op 0,4 micrometer polycarbonaatmembraanfilters door vacuümfiltratie met behulp van een plastic filtratietrechter en vat. Voeg voor oplossen van sporenmetalen 2 milliliter geconcentreerd sub-gekookte salpeterzuur toe aan het monster van één liter.
UV bestraal de aangezuurde monsters in de FEP flessen gedurende 24 uur. Weeg vervolgens 2 gram kationenuitwisselingshars in een kleine plastic beker en voeg een kleine hoeveelheid twee normale salpeterzuuroplossing toe aan de beker. Giet de hars in een chromatografiekolom met een capaciteit van 10 milliliter.
Reinig de hars door de kolom twee keer te wassen met 5 milliliter twee normale salpeterzuur. Spoel vervolgens af met hoogzuivere water, afgekort als HPW, drie keer. Voeg ten slotte 10 milliliter één molaar ammoniumhydroxide toe aan de kolom om de hars om te zetten in de ammoniumvorm.
Pas de pH van de aangezuurde UV-bestraalde monsters aan tot 5,5 plus of min 0,3, door 30 milliliter één molaar ammoniumacetaat bufferoplossing en wat ammoniumhydroxide toe te voegen aan de monsters. Plaats vervolgens de monsterfles op een rek ongeveer 30 centimeter boven de kolom gevuld met kationische uitwisselingshars. Verbind de monsterfles en preconcentratiekolom met een 60 centimeter FEP buis, chromatografiedop en connector.
Beheers de stromingssnelheid bij drie tot vijf milliliter per minuut met behulp van een tweeweg stopkraan boven de kolom. Laat de monsters door de preconcentratiekolommen stromen. Nadat de monsters door de kolom zijn gegaan, ontkoppel de buizen en doppen van de kolommen.
Behandel de kolommen met 5 milliliter HPW twee keer om belangrijke kationen van andere sporenmetalen te scheiden. Voeg vervolgens 5 milliliter één molaar ammoniumacetaat, pH 5,5, vier keer toe. Behandel tenslotte met een extra 5 milliliter HPW twee keer.
Plaats een 30 milliliter zuur-gewassen PE fles net onder de kolom en was de kolom met zeven 1 milliliter aliquots van twee normale salpeterzuur in de PE fles. Om de gesuspendeerde deeltjesstof te verteren, vriesdroog de polycarbonaatfilters met SPM monsters en weeg ze na het drogen. Plaats vervolgens de SPM monsters met filters in vooraf gewogen PFA vaten en voeg 3 milliliter geconcentreerd salpeterzuur toe aan de vaten.
Draai de vaten vast tot een constante koppel van 2,5 kilogrammeter. Verteer de monsters in een conventionele oven bij 130 graden Celsius gedurende 12 uur
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor schone bemonstering en analyse voor studies naar sporenmetalen in aquatische omgevingen. Er wordt nadruk gelegd op het belang van contaminatiecontrole om betrouwbare gegevens te verkrijgen, vooral onder dynamische hydrologische en geochemische omstandigheden.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Milieuchemie
- Spoor metaalanalyse
- Aquatische ecosystemen
Achtergrond
- Onderzoeken naar sporenelementen vereisen nauwkeurige bemonsteringstechnieken.
- Contaminatie kan de datakwaliteit aanzienlijk beïnvloeden.
- Dynamische omgevingen vormen unieke uitdagingen voor nauwkeurige metingen.
- Kennis van sporenelementen is essentieel voor milieumonitoring.
Doel van de studie
- Om betrouwbare technieken te bieden voor de verzameling van spoormetaalgegevens.
- Om contaminatieproblemen in aquatische omgevingen aan te pakken.
- Om de gevoeligheid van methoden voor milieumonitoring te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Schone bemonsteringstechnieken voor watercollectie.
- Verwerkingsprotocollen om contaminatie te minimaliseren.
- Analytische procedures voor de detectie van sporenmetalen.
- Toepassing van methoden in rivieren, meren en kustzones.
Belangrijkste resultaten
- Betrouwbare gegevens kunnen worden verkregen volgens de voorgestelde richtlijnen.
- Technieken kunnen worden aangepast aan diverse aquatische systemen.
- Belangrijke omgevingsparameters kunnen worden gecorreleerd met sporenmetaalgegevens.
- Een verbeterd begrip van contaminatiebeheersing is essentieel.
Conclusies
- Het protocol verhoogt de betrouwbaarheid van onderzoeken naar sporenmetalen.
- Het biedt oplossingen voor veelvoorkomende uitdagingen waar onderzoekers voor staan.
- Toekomstige studies kunnen profiteren van deze clean-technieken.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Betrouwbare gegevens over sporemetalen zijn essentieel voor milieurisicobeoordelingen en naleving van regelgeving bij de productie van farmaceutische producten en bioprocessing. Contaminatiebeheersing bij watermonsters heeft een directe invloed op de nauwkeurigheid van milieumonitoringsgegevens die worden gebruikt om de effecten van effluenten uit installaties en de veiligheid van ecosystemen te beoordelen. Dit protocol stelt biopharma R&D in staat om verdedigbare datasets van sporemetalen te genereren voor milieubeheer en voorspellende modellering van het lot van verontreinigingen.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt mechanistische analyse mogelijk van de biobeschikbaarheid van sporenmetalen in aquatische systemen die relevant zijn voor ecotoxicologische studies.
- Operationele waarde: Biedt gestandaardiseerde bemonsteringsworkflows die de variabiliteit bij het karakteriseren van de ecologische basislijn verminderen.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt de ontwikkeling van bioassays die watermatrices zonder sporenmetalen vereisen om verstorende effecten op cellulaire responsen te voorkomen.
- Operationele waarde: Garandeert de integriteit van reagentia en monsters in assays met een hoge gevoeligheid waarbij sporenmetalen de detectie kunnen beïnvloeden.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert de correlatie tussen blootstellingsniveaus van sporenmetalen en biomarkerresponsen in ziekterelateerde aquatische modellen.
- Operationele waarde: Maakt reproduceerbare preconcentratietechnieken mogelijk voor het detecteren van metalen met een lage abundantie in complexe milieu-monsters.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode is te integreren in workflows voor milieumonitoring, van monstername tot instrumentele analyse, ter ondersteuning van datageneratie voor risicobeoordeling en wettelijke rapportage binnen biofarmaceutische operaties.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothesetoetsing over de speciatie en biobeschikbaarheid van sporenelementen in oppervlaktewatersystemen.
- Screening: Maakt de bereiding van contaminatievrije waterblanco's en standaarden mogelijk voor assay-validatie.
- Analytica: Genereert kwantitatieve gegevens over de concentratie van sporenelementen met lage detectielimieten voor analyse van milieutrends.
- Translationeel onderzoek: Verbindt in het veld verzamelde gegevens over sporenelementen met laboratoriumgebaseerde mechanistische studies naar metaalgeïnduceerde cellulaire stress.
- Bedrijfbrede hergebruikbaarheid: Stelt een contaminatievrij bemonsteringsprotocol vast dat toepasbaar is op meerdere aquatische monitoringsites en seizoenen.
Operationele impact en impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert mechanistische ambiguïteit in studies naar de interactie tussen sporenmetalen en het milieu door contaminatievrije gegevens.
- Operationele waarde: Standaardiseert de monsterbehandeling tussen veld- en laboratoriumteams om de vergelijkbaarheid van gegevens tussen verschillende locaties te verbeteren.
- Strategische waarde: Informeert risicogebaseerde beslissingen over de effectiviteit van afvalwaterzuivering en naleving van lozingsvergunningen.
- Impact op portfolio: Ondersteunt beoordelingen van milieuaansprakelijkheid en initiatieven voor duurzame productie via betrouwbare monitoringgegevens.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in schone laboratoriumtechnieken en spoormetaalchemie.
- Vereist toegang tot cleanroom-faciliteiten voor de voorbereiding van flessen en de assemblage van apparatuur.
- Vraagt om gestandaardiseerde training van bemonsteringsteams om contaminatie tijdens de inzet te voorkomen.
- Omvat overwegingen met betrekking tot materiaalcompatibiliteit bij aanpassing aan verschillende waterige matrices (bijv. hoge saliniteit, organische belasting).
- Is afhankelijk van rigoureuze verzameling van veldblanco's en procedurele blanco's om de datakwaliteit te valideren.
