Ekstrakcja biomarkerów lipidowych Soxhleta z osadu
18,712 Views
Overview
Źródło: Laboratorium Jeffa Salacupa – Uniwersytet Massachusetts Amherst
Każde laboratorium potrzebuje standardów, które śledzą wydajność, dokładność i precyzję jego urządzeń w czasie, aby zapewnić, że pomiar wykonany dzisiaj jest taki sam, jak pomiar wykonany za rok (Rysunek 1). Ze względu na to, że normy muszą testować działanie urządzeń przez długi czas, często wymagane są duże ilości wzorców. Wiele wzorców chemicznych można kupić w detalicznych firmach naukowych, takich jak Sigma-Aldrich i Fisher. Jednak niektóre związki, które występują w przyrodzie i które są istotne dla badań paleoklimatycznych, nie zostały jeszcze wyizolowane i oczyszczone do zakupu. W związku z tym związki te muszą być ekstrahowane z próbek naturalnych, a ze względu na duże ilości wymaganych wzorców konieczne jest wydobycie dużych ilości osadów. Przyspieszona ekstrakcja rozpuszczalnikiem (Dionex) i ekstrakcje sonikacyjne nie są odpowiednie do ekstrakcji tak dużych objętości osadów. W takich okolicznościach stosuje się ekstrakcję Soxhleta.
Rysunek 1. Schemat przedstawiający, w jaki sposób standard chemiczny śledzi działanie instrumentu w czasie. Linia przerywana reprezentuje relację 1:1 między akceptowaną a zmierzoną (na instrumencie) wartością zmiennej. Każda gwiazda jest tygodniowym pomiarem wzorca chemicznego. Zielone gwiazdki reprezentują standardy, które są dokładne. Czerwone gwiazdki odbijają te, które nie są dokładne, co oznacza, że instrument wymaga konserwacji naprawczej.
Principles
Ekstrakcja Soxhleta jest prawdopodobnie najstarszą formą ekstrakcji materii organicznej. Dowody archeologiczne z Mezopotamii wskazują na użycie urządzenia podobnego do Soxhleta, które wykorzystywało gorącą wodę na poziomie ~3,500 p.n.e.1,2. Nowoczesne Soxhlety wykorzystują zaawansowane skraplacze z dmuchanego szkła i rozpuszczalniki organiczne w tej “ciągłej” metodzie ekstrakcji (ilustracja 2). Rozpuszczalnik jest zawracany z kolby okrągłodennej w górę do skraplacza z wężownicą z recyrkulacyjną zimną wodą. Gdy gazowy rozpuszczalnik styka się z cewką, skrapla się w komorze z gilzą z włókna szklanego, w której znajduje się próbka. Komora ta jest wyposażona w recyrkulator, a po osiągnięciu określonej objętości (zwykle objętości wystarczająco dużej, aby zanurzyć całą próbkę), komora jest spłukiwana z powrotem do kolby okrągłodennej przez wbudowany syfon, gdzie gromadzi się ekstrakt lipidowy, podczas gdy rozpuszczalnik staje się częścią następnego cyklu. Stąd termin “ciągła” ekstrakcja. Ekstrakcja Soxhleta jest często stosowana do ekstrakcji większych (>10 g) próbek.
Rysunek 2. Aparat Soxhleta.
Ekstrakcja Soxhleta to metoda izolowania związków, takich jak lipidy, z dużej ilości materiału stałego o stosunkowo małej objętości rozpuszczalnika.
Wiele związków istotnych dla badań paleoklimatycznych nie jest dostępnych do kupienia w detalicznych firmach naukowych. Wzorce tych związków muszą być zatem przygotowywane z naturalnych próbek.
Do oceny wydajności urządzenia w czasie potrzebne są duże ilości wzorca. Aby uzyskać odpowiednią ilość biomarkera do przygotowania wzorcowego, należy wyekstrahować dużą objętość osadu.
Ekstraktor Soxhleta, wynaleziony w 1870 roku przez Franza von Soxhleta, umożliwia zautomatyzowaną, partiową ekstrakcję z ciała stałego, zwiększając ogólną wydajność przy użyciu niewielkiej ilości rozpuszczalnika.
Ten film jest częścią serii poświęconej ekstrakcji, oczyszczaniu i analizie lipidów z osadów. Zilustruje ekstrakcję biomarkerów lipidowych Soxhleta z osadów morskich do wykorzystania w paleotermometrii oraz przedstawi kilka innych zastosowań ekstrakcji Soxhleta w naukach o Ziemi i chemii.
Typowy zespół wykorzystuje kolbę okrągłodenną, skraplacz zimnej wody i sam aparat Soxhleta. Ciało stałe, które ma zostać wyekstrahowane, umieszcza się w gilzie w centralnej komorze aparatu. Ekstrakcja jest wspomagana przez dodawanie energii w postaci ciepła, znane jako refluks. Para rozpuszczalnika unosi się ścieżką destylacji w aparacie Soxhleta do skraplacza. Po skondensowaniu rozpuszczalnik gromadzi się w komorze, rozpuszczając część materiału organicznego w gilzy. Gdy komora się napełnia, syfon również się napełnia. Gdy syfon jest pełny, roztwór spływa z powrotem do kolby. Poziom roztworu nigdy nie przekracza górnej części gilzy, więc żadne ciało stałe nie dostaje się do kolby.
Ekstrakt lipidowy w sposób ciągły gromadzi się w kolbie, podczas gdy rozpuszczalnik staje się częścią następnego cyklu ekstrakcji. W ten sposób cykl może powtarzać się w nieskończoność bez utraty rozpuszczalnika.
Zachowanie rozpuszczalnika, ciągły charakter ekstrakcji i zdolność do przyjmowania dużych rozmiarów próbek sprawia, że ekstrakcja Soxhleta jest idealna do izolowania związków organicznych z dużych porcji nierozpuszczalnego materiału.
Teraz, gdy rozumiesz zasady ekstrakcji Soxhleta, przejdźmy przez procedurę ekstrakcji biomarkerów lipidowych Soxhleta z osadu.
W tym eksperymencie wykorzystuje się próbkę nadmiaru osadów morskich z ekspedycji rdzeniowej. Próbka zostanie liofilizowana, rozdrobniona i homogenizowana. Aby uzyskać więcej instrukcji, zapoznaj się z filmem z tej kolekcji na temat ekstrakcji przez sonikację.
Aby przygotować się do ekstrakcji, najpierw przygotuj roztwór dichlorometanu do metanolu w stosunku 9:1. Roztwór ten będzie używany jako rozpuszczalnik ekstrakcyjny oraz do mycia naczyń szklanych i przyrządów laboratoryjnych.
W celu usunięcia zanieczyszczeń organicznych należy spalać kolbę okrągłodenną, aparat Soxhleta, gilzę z włókna szklanego i puszki wagowe przez 6 godzin w temperaturze 550 °C. Przemyć kolbę okrągłodenną roztworem metanolu DCM. Gdy będziesz gotowy do rozpoczęcia ekstrakcji, przepłucz szpatułkę laboratoryjną i pięć do dziesięciu wrzących wiórów roztworem metanolu DCM.
Aby rozpocząć budowę zespołu odciągowego, należy ustawić płaszcz grzewczy w dygestorium. Zaopatrzyć się w kondensator, stojak do zabezpieczenia kolby okrągłodennej i aparat Soxhleta.
Wytaruj spaloną blachę wagową. Za pomocą szpatułki przepłukanej rozpuszczalnikiem przenieść około 50 g próbki na szalę wagową i zapisać masę. Załaduj materiał do spalonego naparstka z włókna szklanego.
Następnie napełnić spaloną i wypłukaną kolbę okrągłodenną roztworem metanolu w nieco ponad połowie. Dodać umyte wrzące frytki i umieścić kolbę okrągłodenną w płaszczu grzewczym.
Następnie umieścić gilzę próbki otwartą do góry w komorze aparatu Soxhleta. Podłączyć aparat do kolby okrągłodennej i clamp urządzenie na miejscu.
Przymocuj skraplacz do górnej części aparatu Soxhleta. Podłącz przewód zimnej wody do dolnego portu skraplacza za pomocą węża clamp lub opaska zaciskowa. Podłącz przewód wylotowy do górnego portu skraplacza i poprowadź go do odpływu.
Odkręć wodę do skraplacza i sprawdź ścieżkę przepływu. Następnie włącz płaszcz grzewczy i podgrzej rozpuszczalnik do refluksu.
Gdy rozpuszczalnik zacznie się skraplać, upewnić się, że kondensat kapie do komory i że ekstrakt jest zasysany do kolby okrągłodennej. Rozpuszczalnik powinien pozostawać na niskim poziomie wrzenia przez cały czas ekstrakcji.
Monitoruj proces ekstrakcji i przepływ wody ze skraplacza, aż do zakończenia ekstrakcji. Następnie należy przerwać ekstrakcję, wyłączając płaszcz grzewczy. Po ostygnięciu ekstraktu wyjmij skraplacz i aparat Soxhleta. Na koniec zamknąć kolbę okrągłodenną zawierającą całkowity ekstrakt lipidowy i przechowywać do dalszego przetwarzania.
Ekstrakcja Soxhleta jest często stosowana do analizy chemicznej próbki stałej, a także może być stosowana do przygotowywania i oczyszczania odczynników.
Ekstrakcja Soxhleta może być stosowana do wykrywania obecności polichlorowanych związków bifenylowych lub PCB w środowisku. Zmierzono wydajność przenoszenia PCB z ryb drapieżnych do ryb drapieżnych, aby uzyskać więcej informacji na temat zagrożeń dla zdrowia ludzi i dzikich zwierząt wynikających ze spożywania skażonych ryb. Ekstrakcja tkanki rybnej metodą Soxhleta umożliwia przygotowanie próbek do chromatografii gazowej i spektrometrii mas.
Związki, które mają być wprowadzane do środowiska w dużych ilościach, są analizowane pod kątem obecności PCB. Biowęgiel jest produktem ubocznym pirolizy materii organicznej, który po dodaniu do gleby może poprawić jakość gleby i pochłaniać zanieczyszczenia. Walidacja metod produkcji biowęgla do powszechnego stosowania obejmuje ekstrakcję Soxhleta w celu zbadania obecności PCB za pomocą chromatografii gazowej.
Ekstrakcja Soxhleta może być również stosowana do oczyszczania ciała stałego poprzez ekstrakcję niepożądanych związków. Długołańcuchowe kwasy tłuszczowe zostały selektywnie usunięte ze skórek pomidorów poprzez stopniową ekstrakcję, aby uzyskać pozbawiony wosku naskórek pomidora. Ekstrakcję krokową przeprowadzono kolejno wieloma rozpuszczalnikami o różnej polarności. Umożliwiło to nie tylko kompleksowe usunięcie woskowiny ze skórki pomidora, ale także wyizolowanie poszczególnych ugrupowań wosku w oparciu o charakterystykę rozpuszczalności.
Właśnie obejrzeliście wprowadzenie JoVE do ekstrakcji biomarkerów lipidowych Soxhleta z geologicznych osadów archiwalnych. Powinieneś teraz zapoznać się z zasadami ekstrakcji Soxhleta, procedurą ekstrakcji Soxhleta próbki osadu oraz kilkoma przykładami wykorzystania ekstrakcji Soxhleta do celów analitycznych.
Dzięki za oglądanie!
Procedure
1. Ustawienie i przygotowanie materiałów
- Zbierz próbkę zamrożonego, liofilizowanego, rozdrobnionego i zhomogenizowanego osadu morskiego. Próbka taka jak ta zawiera wiele związków potrzebnych do wzorcowania.
- Wzorce są często wykonane z osadów, które pozostały po ekspedycji rdzeniowej lub analizie. Na przykład w tym eksperymencie wydobywa się osad uzyskany z “Błotnej Plamy” położonej na południe od Cape Cod. Osad ten został pobrany w ramach ekspedycji rdzeniowej, ale nie zostanie wykorzystany do odpowiedzi na pytania naukowe. Możemy zatem wykorzystać go do stworzenia standardu.
- Umieść na noc ~100 g kawałka osadu w zamrażarce, aby przemarzł.
- Gdy osad zostanie całkowicie zamrożony, włącz liofilizator (dostępny w wielu sklepach ze sprzętem naukowym, takich jak Fisher) i poczekaj, aż skraplacz osiągnie nastawę (często ~-30 °C).
- Załaduj próbkę osadu do liofilizatora i zamknij przedmuchiwanie, aby rozpocząć pobieranie próżni na próbce.
- W zależności od ilości wody w osadzie i wielkości próbki, wyschnięcie próbki może zająć kilka dni.
- Gdy próbka wyschnie, wyłącz liofilizator, odpowietrz go i usuń próbkę.
- Umieścić próbkę w moździerzu przepłukanym rozpuszczalnikiem i zmielić na proszek za pomocą tłuczka. Zrób to z całą próbką i przechowuj w szklanym słoiku w zamrażarce, aż będzie gotowa do ekstrakcji.
- W zależności od wielkości próbki należy stosować fiolki o objętości od 4 do 60 ml. Do tego eksperymentu użyj fiolek ze szkła borokrzemianowego (40 ml) i nakrętek bezpiecznych dla rozpuszczalników. Spalić fiolki, pipety ze szkła borokrzemianowego i puszki wagowe w temperaturze 550 °C przez 6 godzin, aby zapewnić usunięcie ewentualnych zanieczyszczeń organicznych.
- Zaopatrz się w dichlorometan i metanol (oba są powszechne w większości laboratoriów geochemii organicznej), a następnie użyj ich pojedynczo do płukania narzędzi laboratoryjnych i szkła przed użyciem. Mieszanina dichlorometanu (DCM) z metanolem (MeOH; 9:1) jest stosowana w wielu laboratoriach do wydajnej ekstrakcji biomarkerów o szerokim zakresie polarności. Rozpuszczalniki powinny być wolne od zanieczyszczeń organicznych.
- Zaopatrz się w aparat Soxhlet do użycia w tym eksperymencie (można go kupić w Fisher Scientific lub innym sklepie naukowym), a następnie umyj go i spal w temperaturze 550 °C przez 6 godzin przed użyciem.
- Zaopatrz się w naparstki z włókna szklanego (można je kupić w firmie Whatman) i spalaj je w temperaturze 550 °C przez 6 godzin przed użyciem.
2. Przygotowanie próbki
- Umieść spaloną puszkę wagową na wadze laboratoryjnej, a następnie wytaruj.
- Przepłukać szpatułkę laboratoryjną rozpuszczalnikiem, a następnie za jej pomocą przenieść odpowiednią masę próbki do szalki wagowej i zapisać masę.
- Masa próbki różni się w zależności od zawartości materii organicznej. Stosunkowo chudy materiał materii organicznej (błoto morskie) może wymagać kilku gramów, podczas gdy materiał bogaty w materię organiczną (tkanka liści) może wymagać znacznie mniej.
- Przenieś cały materiał z blachy wagowej do spalonej gilzy z włókna szklanego.
3. Ekstrakcja
- Przenieść ~400 ml mieszaniny DCM:MeOH (9:1) do kolby okrągłodennej (kolba powinna być wypełniona do ponad połowy) i umieścić w płaszczu grzewczym. Dodaj kilka (5-10) wrzących wiórów płukanych rozpuszczalnikiem.
- Umieść gilzę do próbki, otwartym końcem do góry, w centralnej części aparatu Soxhleta.
- Umieść centralną część na górze kolby z okrągłym dnem i zabezpiecz szklanym naczyniem clamp.
- Zamontuj skraplacz na górze centralnej części Soxhlet i zabezpiecz za pomocą szklanego naczynia clamp.
- Podłącz jeden z przewodów zimnej wody ze skraplacza do przewodu zimnej wody w okapie za pomocą węża clamp. Drugi skieruj do odpływu.
- Włącz wodę, aby zapewnić prawidłową cyrkulację i drenaż.
- Włączyć płaszcz grzewczy i regulować temperaturę, aż rozpuszczalnik w kolbie okrągłodennej lekko się zagotuje.
- Monitoruj ekstrakcję kilka razy w ciągu następnej godziny.
- Sprawdź, czy temperatura jest prawidłowo ustawiona na niskie wrzenie, rozpuszczalnik skrapla się w skraplaczu i kapie do środkowej części, środkowa część prawidłowo się napełnia i opróżnia, a woda prawidłowo spływa do odpływu okapu.
- Monitoruj ekstrakcję przez następne 36 godzin.
- Upewnij się, że temperatura jest prawidłowo ustawiona na niskie wrzenie, rozpuszczalnik skrapla się w skraplaczu i kapie do środkowej części, środkowa część prawidłowo się napełnia i opróżnia, woda prawidłowo spływa do odpływu okapu, a poziom rozpuszczalnika w kolbie okrągłodennej jest nadal wypełniony w około połowie.
- Po 36 godzinach należy przerwać ekstrakcję, wyłączając płaszcz grzewczy.
- Oznaczyć kolbę “TLE”.
Ekstrakcja Soxhleta to metoda izolowania związków, takich jak lipidy, z dużej ilości materiału stałego o stosunkowo małej objętości rozpuszczalnika.
Wiele związków istotnych dla badań paleoklimatycznych nie jest dostępnych do kupienia w detalicznych firmach naukowych. Wzorce tych związków muszą być zatem przygotowywane z naturalnych próbek.
Do oceny wydajności urządzenia w czasie potrzebne są duże ilości wzorca. Aby uzyskać odpowiednią ilość biomarkera do przygotowania wzorcowego, należy wyekstrahować dużą objętość osadu.
Ekstraktor Soxhleta, wynaleziony w 1870 roku przez Franza von Soxhleta, umożliwia zautomatyzowaną, partiową ekstrakcję z ciała stałego, zwiększając ogólną wydajność przy użyciu niewielkiej ilości rozpuszczalnika.
Ten film jest częścią serii poświęconej ekstrakcji, oczyszczaniu i analizie lipidów z osadów. Zilustruje ekstrakcję biomarkerów lipidowych Soxhleta z osadów morskich do wykorzystania w paleotermometrii oraz przedstawi kilka innych zastosowań ekstrakcji Soxhleta w naukach o Ziemi i chemii.
Typowy zespół wykorzystuje kolbę okrągłodenną, skraplacz zimnej wody i sam aparat Soxhleta. Ciało stałe, które ma być wyekstrahowane, umieszcza się w gilzie w centralnej komorze aparatu. Ekstrakcja jest wspomagana przez dodawanie energii w postaci ciepła, znane jako refluks. Para rozpuszczalnika unosi się ścieżką destylacji w aparacie Soxhleta do skraplacza. Po skondensowaniu rozpuszczalnik gromadzi się w komorze, rozpuszczając część materiału organicznego w gilzy. Gdy komora się napełnia, syfon również się napełnia. Gdy syfon jest pełny, roztwór spływa z powrotem do kolby. Poziom roztworu nigdy nie przekracza górnej części gilzy, więc żadne ciało stałe nie dostaje się do kolby.
Ekstrakt lipidowy w sposób ciągły gromadzi się w kolbie, podczas gdy rozpuszczalnik staje się częścią następnego cyklu ekstrakcji. W ten sposób cykl może powtarzać się w nieskończoność bez utraty rozpuszczalnika.
Zachowanie rozpuszczalnika, ciągły charakter ekstrakcji i zdolność do przyjmowania dużych rozmiarów próbek sprawia, że ekstrakcja Soxhleta jest idealna do izolowania związków organicznych z dużych porcji nierozpuszczalnego materiału.
Teraz, gdy rozumiesz zasady ekstrakcji Soxhleta, przejdźmy przez procedurę ekstrakcji biomarkerów lipidowych Soxhleta z osadu.
W tym eksperymencie wykorzystuje się próbkę nadmiaru osadów morskich z ekspedycji rdzeniowej. Próbka zostanie liofilizowana, rozdrobniona i homogenizowana. Aby uzyskać więcej instrukcji, zapoznaj się z filmem z tej kolekcji na temat ekstrakcji przez sonikację.
Aby przygotować się do ekstrakcji, najpierw przygotuj roztwór dichlorometanu do metanolu w stosunku 9:1. Roztwór ten będzie używany jako rozpuszczalnik ekstrakcyjny oraz do mycia naczyń szklanych i przyrządów laboratoryjnych.
W celu usunięcia zanieczyszczeń organicznych należy spalać kolbę okrągłodenną, aparat Soxhleta, gilzę z włókna szklanego i puszki wagowe przez 6 godzin w temperaturze 550 °C. Przemyć kolbę okrągłodenną roztworem metanolu DCM. Gdy będziesz gotowy do rozpoczęcia ekstrakcji, przepłucz szpatułkę laboratoryjną i pięć do dziesięciu wrzących wiórów roztworem metanolu DCM.
Aby rozpocząć budowę zespołu odciągowego, należy ustawić płaszcz grzewczy w dygestorium. Zaopatrzyć się w kondensator, stojak do zabezpieczenia kolby okrągłodennej i aparat Soxhleta.
Wytaruj spaloną blachę wagową. Za pomocą szpatułki przepłukanej rozpuszczalnikiem przenieść około 50 g próbki na szalę wagową i zapisać masę. Załaduj materiał do spalonego naparstka z włókna szklanego.
Następnie napełnić spaloną i wypłukaną kolbę okrągłodenną roztworem metanolu w nieco ponad połowie. Dodać umyte wrzące frytki i umieścić kolbę okrągłodenną w płaszczu grzewczym.
Następnie umieścić gilzę próbki otwartą do góry w komorze aparatu Soxhleta. Podłączyć aparat do kolby okrągłodennej i clamp urządzenie na miejscu.
Przymocuj skraplacz do górnej części aparatu Soxhleta. Podłącz przewód zimnej wody do dolnego portu skraplacza za pomocą węża clamp lub opaska zaciskowa. Podłącz przewód wylotowy do górnego portu skraplacza i poprowadź go do odpływu.
Odkręć wodę do skraplacza i sprawdź ścieżkę przepływu. Następnie włącz płaszcz grzewczy i podgrzej rozpuszczalnik do refluksu.
Gdy rozpuszczalnik zacznie się skraplać, upewnić się, że kondensat kapie do komory i że ekstrakt jest zasysany do kolby okrągłodennej. Rozpuszczalnik powinien pozostawać na niskim poziomie wrzenia przez cały czas ekstrakcji.
Monitoruj proces ekstrakcji i przepływ wody ze skraplacza, aż do zakończenia ekstrakcji. Następnie należy przerwać ekstrakcję, wyłączając płaszcz grzewczy. Po ostygnięciu ekstraktu wyjmij skraplacz i aparat Soxhleta. Na koniec zamknąć kolbę okrągłodenną zawierającą całkowity ekstrakt lipidowy i przechowywać do dalszego przetwarzania.
Ekstrakcja Soxhleta jest często stosowana do analizy chemicznej próbki stałej, a także może być stosowana do przygotowywania i oczyszczania odczynników.
Ekstrakcja Soxhleta może być stosowana do wykrywania obecności polichlorowanych związków bifenylowych lub PCB w środowisku. Zmierzono wydajność przenoszenia PCB z ryb drapieżnych do ryb drapieżnych, aby uzyskać więcej informacji na temat zagrożeń dla zdrowia ludzi i dzikich zwierząt wynikających ze spożywania skażonych ryb. Ekstrakcja tkanki rybnej metodą Soxhleta umożliwia przygotowanie próbek do chromatografii gazowej i spektrometrii mas.
Związki, które mają być wprowadzane do środowiska w dużych ilościach, są analizowane pod kątem obecności PCB. Biowęgiel jest produktem ubocznym pirolizy materii organicznej, który po dodaniu do gleby może poprawić jakość gleby i pochłaniać zanieczyszczenia. Walidacja metod produkcji biowęgla do powszechnego stosowania obejmuje ekstrakcję Soxhleta w celu zbadania obecności PCB za pomocą chromatografii gazowej.
Ekstrakcja Soxhleta może być również stosowana do oczyszczania ciała stałego poprzez ekstrakcję niepożądanych związków. Długołańcuchowe kwasy tłuszczowe zostały selektywnie usunięte ze skórek pomidorów poprzez stopniową ekstrakcję, aby uzyskać pozbawiony wosku naskórek pomidora. Ekstrakcję krokową przeprowadzono kolejno wieloma rozpuszczalnikami o różnej polarności. Umożliwiło to nie tylko kompleksowe usunięcie woskowiny ze skórki pomidora, ale także wyizolowanie poszczególnych ugrupowań wosku w oparciu o charakterystykę rozpuszczalności.
Właśnie obejrzeliście wprowadzenie JoVE do ekstrakcji biomarkerów lipidowych Soxhleta z geologicznych osadów archiwalnych. Powinieneś teraz zapoznać się z zasadami ekstrakcji Soxhleta, procedurą ekstrakcji Soxhleta próbki osadu oraz kilkoma przykładami wykorzystania ekstrakcji Soxhleta do celów analitycznych.
Dzięki za oglądanie!
Results
Pod koniec ekstrakcji wytwarzany jest całkowity ekstrakt lipidowy (TLE) dla próbki. Kolba okrągłodenna zawiera możliwą do ekstrakcji materię organiczną z próbki osadu. Ten TLE może być teraz analizowany, a jego składniki chemiczne identyfikowane i określane ilościowo.
Applications and Summary
The extract from the marine mud contains compounds called alkenones, which are used in paleoceanography. Alkenones are long-chained alkyl-ketones produced by certain classes of haptophyte algae that live in the sunlit surface ocean3 (Figure 3). The two most common alkenones are 37 carbon atoms long and have two or three double bonds in them. The haptophytes adjust the ratio of these two alkenones in their cells according to the temperature of the water they live in. The ratio of the two alkenones defines the Uk'37 ratio:
Equation 1) Uk'37 = (C37:2) / (C37:2 + C37:3) 4,5
Culture6,7 and core-top sediment8 calibration studies led to the development of the Uk'37 Index as a quantitative SST proxy. In this work we use:
Equation 2) Uk'37 = 0.034(SST) + 0.039; ±1.4 °C from 0 to 28 °C [culture-based7]
Alkenones are preserved in sediments dating as far back as the Early Eocene (~56 million years ago)9. Knowing the distribution of alkenones in a sediment core through time relates information on the evolution of sea surface temperature at that location. However, it's necessary to first make sure the instrument accurately and precisely measures the ratio of the two alkenones, and that is why standards are needed.
Figure 3. Alkenones with 2 (C37:2) and 3 (C37:3) double bonds (left) are produced by certain haptophyte algae that live in the sunlit surface ocean (right). (Photo courtesy of Tim I. Eglinton, Woods Hole Oceanographic Institution)
Transcript
Ekstrakcja Soxhleta to metoda izolowania związków, takich jak lipidy, z dużej ilości materiału stałego o stosunkowo małej objętości rozpuszczalnika.
Wiele związków istotnych dla badań paleoklimatycznych nie jest dostępnych do kupienia w detalicznych firmach naukowych. Wzorce tych związków muszą być zatem przygotowywane z naturalnych próbek.
Do oceny wydajności urządzenia w czasie potrzebne są duże ilości wzorca. Aby uzyskać odpowiednią ilość biomarkera do przygotowania wzorcowego, należy wyekstrahować dużą objętość osadu.
Ekstraktor Soxhleta, wynaleziony w 1870 roku przez Franza von Soxhleta, umożliwia zautomatyzowaną, partiową ekstrakcję z ciała stałego, zwiększając ogólną wydajność przy użyciu niewielkiej ilości rozpuszczalnika.
Ten film jest częścią serii poświęconej ekstrakcji, oczyszczaniu i analizie lipidów z osadów. Zilustruje ekstrakcję biomarkerów lipidowych Soxhleta z osadów morskich do wykorzystania w paleotermometrii oraz przedstawi kilka innych zastosowań ekstrakcji Soxhleta w naukach o Ziemi i chemii.
Typowy montaż wykorzystuje kolbę okrągłodenną, skraplacz zimnej wody i sam aparat Soxhleta. Ciało stałe, które ma zostać wyekstrahowane, umieszcza się w gilzie w centralnej komorze aparatu. Ekstrakcja jest wspomagana przez dodawanie energii w postaci ciepła, znane jako refluks. Para rozpuszczalnika unosi się ścieżką destylacji w aparacie Soxhleta do skraplacza. Po skondensowaniu rozpuszczalnik gromadzi się w komorze, rozpuszczając część materiału organicznego w gilzy. Gdy komora się napełnia, syfon również się napełnia. Gdy syfon jest pełny, roztwór spływa z powrotem do kolby. Poziom roztworu nigdy nie przekracza górnej części gilzy, więc żadne ciało stałe nie dostaje się do kolby.
Ekstrakt lipidowy w sposób ciągły gromadzi się w kolbie, podczas gdy rozpuszczalnik staje się częścią następnego cyklu ekstrakcji. W ten sposób cykl może powtarzać się w nieskończoność bez utraty rozpuszczalnika.
Zachowanie rozpuszczalnika, ciągły charakter ekstrakcji i zdolność do przyjmowania dużych rozmiarów próbek sprawia, że ekstrakcja Soxhleta jest idealna do izolowania związków organicznych z dużych porcji nierozpuszczalnego materiału.
Teraz, gdy rozumiesz zasady ekstrakcji Soxhleta, przejdźmy przez procedurę ekstrakcji biomarkerów lipidowych Soxhleta z osadu.
W tym eksperymencie wykorzystuje się próbkę nadmiaru osadów morskich z ekspedycji rdzeniowej. Próbka zostanie liofilizowana, rozdrobniona i homogenizowana. Aby uzyskać więcej instrukcji, zapoznaj się z filmem z tej kolekcji na temat ekstrakcji przez sonikację.
Aby przygotować się do ekstrakcji, najpierw przygotuj roztwór dichlorometanu do metanolu w stosunku 9:1. Roztwór ten będzie używany jako rozpuszczalnik ekstrakcyjny oraz do mycia naczyń szklanych i przyrządów laboratoryjnych.
W celu usunięcia zanieczyszczeń organicznych należy spalić kolbę okrągłodenną, aparat Soxhleta, gilzę z włókna szklanego i puszki wagowe przez 6 godzin w temperaturze 550 °C. Przemyć kolbę okrągłodenną roztworem metanolu DCM. Gdy będziesz gotowy do rozpoczęcia ekstrakcji, przepłucz szpatułkę laboratoryjną i pięć do dziesięciu wrzących wiórów roztworem metanolu DCM.
Aby rozpocząć budowę zespołu odciągowego, należy ustawić płaszcz grzewczy w dygestorium. Zaopatrzyć się w kondensator, stojak do zabezpieczenia kolby okrągłodennej i aparat Soxhleta.
Wytaruj spaloną blachę wagową. Za pomocą szpatułki przepłukanej rozpuszczalnikiem przenieść około 50 g próbki na szalę wagową i zapisać masę. Załaduj materiał do spalonego naparstka z włókna szklanego.
Następnie napełnić spaloną i wypłukaną kolbę okrągłodenną roztworem metanolu w nieco ponad połowie. Dodać umyte wrzące frytki i umieścić kolbę okrągłodenną w płaszczu grzewczym.
Następnie umieścić gilzę próbki otwartą do góry w komorze aparatu Soxhleta. Podłączyć aparat do kolby okrągłodennej i clamp urządzenie na miejscu.
Przymocuj skraplacz do górnej części aparatu Soxhleta. Podłącz przewód zimnej wody do dolnego portu skraplacza za pomocą węża clamp lub opaska zaciskowa. Podłącz przewód wylotowy do górnego portu skraplacza i poprowadź go do odpływu.
Odkręć wodę do skraplacza i sprawdź ścieżkę przepływu. Następnie włącz płaszcz grzewczy i podgrzej rozpuszczalnik do refluksu.
Gdy rozpuszczalnik zacznie się skraplać, upewnić się, że kondensat kapie do komory i że ekstrakt jest zasysany do kolby okrągłodennej. Rozpuszczalnik powinien pozostawać na niskim poziomie wrzenia przez cały czas ekstrakcji.
Monitoruj proces ekstrakcji i przepływ wody ze skraplacza, aż do zakończenia ekstrakcji. Następnie należy przerwać ekstrakcję, wyłączając płaszcz grzewczy. Po ostygnięciu ekstraktu wyjmij skraplacz i aparat Soxhleta. Na koniec zamknąć kolbę okrągłodenną zawierającą całkowity ekstrakt lipidowy i przechowywać do dalszego przetwarzania.
Ekstrakcja Soxhleta jest często stosowana do analizy chemicznej próbki stałej, a także może być stosowana do przygotowywania i oczyszczania odczynników.
Ekstrakcja Soxhleta może być stosowana do wykrywania obecności polichlorowanych związków bifenylowych lub PCB w środowisku. Zmierzono wydajność przenoszenia PCB z ryb drapieżnych do ryb drapieżnych, aby uzyskać więcej informacji na temat zagrożeń dla zdrowia ludzi i dzikich zwierząt wynikających ze spożywania skażonych ryb. Ekstrakcja tkanki rybnej metodą Soxhleta umożliwia przygotowanie próbek do chromatografii gazowej i spektrometrii mas.
Związki, które mają być wprowadzane do środowiska w dużych ilościach, są analizowane pod kątem obecności PCB. Biowęgiel jest produktem ubocznym pirolizy materii organicznej, który po dodaniu do gleby może poprawić jakość gleby i pochłaniać zanieczyszczenia. Walidacja metod produkcji biowęgla do powszechnego stosowania obejmuje ekstrakcję Soxhleta w celu zbadania obecności PCB za pomocą chromatografii gazowej.
Ekstrakcja Soxhleta może być również stosowana do oczyszczania ciała stałego poprzez ekstrakcję niepożądanych związków. Długołańcuchowe kwasy tłuszczowe zostały selektywnie usunięte ze skórek pomidorów poprzez stopniową ekstrakcję, aby uzyskać pozbawiony wosku naskórek pomidora. Ekstrakcję krokową przeprowadzono kolejno wieloma rozpuszczalnikami o różnej polarności. Umożliwiło to nie tylko kompleksowe usunięcie woskowiny ze skórki pomidora, ale także wyizolowanie poszczególnych ugrupowań wosku w oparciu o charakterystykę rozpuszczalności.
Właśnie obejrzeliście wprowadzenie JoVE do ekstrakcji biomarkerów lipidowych Soxhleta z geologicznych osadów archiwalnych. Powinieneś teraz zapoznać się z zasadami ekstrakcji Soxhleta, procedurą ekstrakcji Soxhleta próbki osadu oraz kilkoma przykładami wykorzystania ekstrakcji Soxhleta do celów analitycznych.
Dzięki za oglądanie!
Tags
Określanie orientacji przestrzennej warstw skalnych za pomocą kompasu Bruntona
Earth Science
26.3K Wyświetlenia
Wykorzystanie map topograficznych do generowania profili topograficznych
Earth Science
32.4K Wyświetlenia
Wykonywanie przekroju geologicznego
Earth Science
47.7K Wyświetlenia
Właściwości Fizyczne Minerałów I: Kryształy I Rozszczepialność
Earth Science
52.2K Wyświetlenia
Właściwości Fizyczne Minerałów II: Analiza Polimineralna
Earth Science
38.4K Wyświetlenia
Magmowa skała wulkaniczna
Earth Science
40.2K Wyświetlenia
Magmowa natrętna skała
Earth Science
32.7K Wyświetlenia
Przegląd analizy biomarkerów bGDGT dla paleoklimatologii
Earth Science
5.6K Wyświetlenia
Przegląd analizy biomarkerów alkenonu w paleotermometrii
Earth Science
7.3K Wyświetlenia
Sonikacja Ekstrakcja biomarkerów lipidowych z osadu
Earth Science
10.0K Wyświetlenia
Ekstrakcja biomarkerów lipidowych Soxhleta z osadu
Earth Science
18.7K Wyświetlenia
Ekstrakcja biomarkerów z osadów - przyspieszona ekstrakcja rozpuszczalnikiem
Earth Science
10.2K Wyświetlenia
Konwersja estrów metylowych kwasów tłuszczowych przez zmydlanie dla paleotermometrii U<sup>k'37</sup><sub></sub>
Earth Science
10.2K Wyświetlenia
Oczyszczanie całkowitego ekstraktu lipidowego za pomocą chromatografii kolumnowej
Earth Science
12.8K Wyświetlenia
Usuwanie związków rozgałęzionych i cyklicznych przez addukcję mocznika w paleotermometrii U<sup>k'37</sup><sub></sub>
Earth Science
6.5K Wyświetlenia