Name: Kwantyfikacja metali ciężkich i innych zanieczyszczeń nieorganicznych na produktywność mikroglonów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 20 s
Description: Poznaj metodę kwantyfikacji wpływu metali ciężkich na produktywność mikroglonów Nannochloropsis salina w warunkach symulujących integrację z gazem spalinowym. Technika ta umożliwia ocenę bezpieczeństwa produkcji biopaliw.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy chcieliby podziękować za pomoc finansową od National Science Foundation (nagroda # 1335550), Utah Water Research Laboratory, profesor Joan McLean i Tessy Guy za ich pomoc podczas analizy metali/metaloidów. Autorzy dziękują również Laurze Birkhold za jej wsparcie w zbieraniu danych oraz Dannie Olbright.

<ol><li>Dismukes, G. C., Carrieri, D., Bennette, N., Ananyev, G. M., Posewitz, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aquatic+phototrophs%3A+efficient+alternatives+to+land-based+crops+for+biofuels%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Aquatic phototrophs: efficient alternatives to land-based crops for biofuels.</a> Curr Opin Biotechnol. 19 (3), 235-240 (2008).</li>
<li>Moody, J. W., McGinty, C. M., Quinn, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+evaluation+of+biofuel+potential+from+microalgae%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Global evaluation of biofuel potential from microalgae.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (23), 8691-8696 (2014).</li>
<li>Pinto, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heavy+metal-induced+oxidative+stress+in+algae%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phycol%22%5BJournal%5D)">Heavy metal-induced oxidative stress in algae.</a> J Phycol. 39 (6), 1008-1018 (2003).</li>
<li>Gupta, A., Lutsenko, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+of+copper+transporting+ATPases+in+eukaryotic+organisms%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Genomics%22%5BJournal%5D)">Evolution of copper transporting ATPases in eukaryotic organisms.</a> Curr Genomics. 13 (2), 124-133 (2012).</li>
<li>Perales-Vela, H. V., Peña-Castro, J. M., Cañizares-Villanueva, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heavy+metal+detoxification+in+eukaryotic+microalgae%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">Heavy metal detoxification in eukaryotic microalgae.</a> Chemosphere. 64 (1), 1-10 (2006).</li>
<li>Sandau, E., Sandau, P., Pulz, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heavy+metal+sorption+by+microalgae%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Heavy metal sorption by microalgae.</a> Acta Biotechnol. 16 (4), 227-235 (1996).</li>
<li>Amer, L., Adhikari, B., Pellegrino, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Technoeconomic+analysis+of+five+microalgae-to-biofuels+processes+of+varying+complexity%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour+Technol%22%5BJournal%5D)">Technoeconomic analysis of five microalgae-to-biofuels processes of varying complexity.</a> Bioresour Technol. 102 (20), 9350-9359 (2011).</li>
<li>Benemann, J. R., Goebel, R. P., Weissman, J. C., Augenstein, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microalgae+as+a+source+of+liquid+fuels%5BTitle%5D)+AND+%22Final+Technical+Report%2C+US+Department+of+Energy%2C+Office+of+Research%22%5BJournal%5D)">Microalgae as a source of liquid fuels.</a> Final Technical Report, US Department of Energy, Office of Research. , (1982).</li>
<li>Benemann, J. R., Oswald, W. J. Report No. DOE/PC/93204--T5 Other: ON: DE97052880; TRN: TRN. Systems and economic analysis of microalgae ponds for conversion of CO2 to biomass. , (1996).</li>
<li>Chisti, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodiesel+from+microalgae%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Adv%22%5BJournal%5D)">Biodiesel from microalgae.</a> Biotechnol Adv. 25 (3), 294-306 (2007).</li>
<li>Davis, R., Aden, A., Pienkos, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Techno-economic+analysis+of+autotrophic+microalgae+for+fuel+production%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Energy%22%5BJournal%5D)">Techno-economic analysis of autotrophic microalgae for fuel production.</a> Applied Energy. 88 (10), 3524-3531 (2011).</li>
<li>Jones, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Process+design+and+economics+for+the+conversion+of+algal+biomass+to+hydrocarbons%3A+whole+algae+hydrothermal+liquefaction+and+upgrading%5BTitle%5D)+AND+%22U.S.+Department+of+Energy+Bioenergy+Technologies+Office%22%5BJournal%5D)">Process design and economics for the conversion of algal biomass to hydrocarbons: whole algae hydrothermal liquefaction and upgrading.</a> U.S. Department of Energy Bioenergy Technologies Office. , (2014).</li>
<li>Lundquist, T. J., Woertz, I. C., Quinn, N. W. T., Benemann, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+realistic+technology+and+engineering+assessment+of+algae+biofuel+production%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Biosciences+Institute%22%5BJournal%5D)">A realistic technology and engineering assessment of algae biofuel production.</a> Energy Biosciences Institute. , Berkeley, CA. (2010).</li>
<li>Nagarajan, S., Chou, S. K., Cao, S., Wu, C., Zhou, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+updated+comprehensive+techno-economic+analysis+of+algae+biodiesel%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour+Technol%22%5BJournal%5D)">An updated comprehensive techno-economic analysis of algae biodiesel.</a> Bioresour Technol. 145, 150-156 (2011).</li>
<li>Pienkos, P. T., Darzins, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+promise+and+challenges+of+microalgal-derived+biofuels%5BTitle%5D)+AND+%22Biofuels+Bioproducts+%26+Biorefining-Biofpr%22%5BJournal%5D)">The promise and challenges of microalgal-derived biofuels.</a> Biofuels Bioproducts & Biorefining-Biofpr. 3, 431-440 (2009).</li>
<li>Richardson, J. W., Johnson, M. D., Outlaw, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Economic+comparison+of+open+pond+raceways+to+photo+bio-reactors+for+profitable+production+of+algae+for+transportation+fuels+in+the+Southwest%5BTitle%5D)+AND+%22Algal+Research%22%5BJournal%5D)">Economic comparison of open pond raceways to photo bio-reactors for profitable production of algae for transportation fuels in the Southwest.</a> Algal Research. 1 (1), 93-100 (2012).</li>
<li>Rogers, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+critical+analysis+of+paddlewheel-driven+raceway+ponds+for+algal+biofuel+production+at+commercial+scales%5BTitle%5D)+AND+%22Algal+Research%22%5BJournal%5D)">A critical analysis of paddlewheel-driven raceway ponds for algal biofuel production at commercial scales.</a> Algal Research. 4, 76-88 (1016).</li>
<li>Sun, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+cost+analysis+of+algal+oil+production+for+biofuels%5BTitle%5D)+AND+%22Energy%22%5BJournal%5D)">Comparative cost analysis of algal oil production for biofuels.</a> Energy. 36 (8), 5169-5179 (2011).</li>
<li>Thilakaratne, R., Wright, M. M., Brown, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+techno-economic+analysis+of+microalgae+remnant+catalytic+pyrolysis+and+upgrading+to+fuels%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">A techno-economic analysis of microalgae remnant catalytic pyrolysis and upgrading to fuels.</a> Fuel. 128, 104-112 (2014).</li>
<li>Quinn, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nannochloropsis+production+metrics+in+a+scalable+outdoor+photobioreactor+for+commercial+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresour+Technol%22%5BJournal%5D)">Nannochloropsis production metrics in a scalable outdoor photobioreactor for commercial applications.</a> Bioresour Technol. 117, 164-171 (2012).</li>
<li>Borkenstein, C., Knoblechner, J., Frühwirth, H., Schagerl, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cultivation+of+Chlorella+emersonii+with+flue+gas+derived+from+a+cement+plant%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phycol%22%5BJournal%5D)">Cultivation of Chlorella emersonii with flue gas derived from a cement plant.</a> J Appl Phycol. 23 (1), 131-135 (2010).</li>
<li>Douskova, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+flue+gas+bioremediation+and+reduction+of+microalgal+biomass+production+costs%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Microbiol+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Simultaneous flue gas bioremediation and reduction of microalgal biomass production costs.</a> Appl Microbiol Biotechnol. 82 (1), 179-185 (2009).</li>
<li>Israel, A., Gavrieli, J., Glazer, A., Friedlander, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Utilization+of+flue+gas+from+a+power+plant+for+tank+cultivation+of+the+red+seaweed+Gracilaria+cornea%5BTitle%5D)+AND+%22Aquaculture%22%5BJournal%5D)">Utilization of flue gas from a power plant for tank cultivation of the red seaweed Gracilaria cornea.</a> Aquaculture. 249 (1-4), 311-316 (2012).</li>
<li>Napan, K., Teng, L., Quinn, J. C., Wood, B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNapan%2C+K+%22Impact+of+Heavy+Metals+from+Flue+Gas+Integration+with+Microalgae+Production%22">Impact of Heavy Metals from Flue Gas Integration with Microalgae Production</a>. , Algal Research. (2015).</li>
<li>Eaton, A. D., Clesceri, L. S., Rice, E. W., Greenberg, A. E. 3125B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inductively+coupled+plasma%2Fmass+spectrometry+%28ICP%2FMS%29+method%5BTitle%5D)+AND+%22Standard+methods+for+the+examination+of+water+and+wastewater%22%5BJournal%5D)">Inductively coupled plasma/mass spectrometry (ICP/MS) method.</a> Standard methods for the examination of water and wastewater. , (2005).</li>
<li>Eaton, A. D., Clesceri, L. S., Rice, E. W., Greenberg, A. E. Standard methods for the examination of water and wastewater. , APHA-AWWA-WEF. (2005).</li>
<li>Matrix effects in the ICP-MS analysis of selenium in saline water samples. Smith, M., Compton, J. S. Proceedings of the 2004 Water Institute of Southern Africa Biennial Conference, Cape Town, South Africa, , (2004).</li>
<li>Mehta, S. K., Gaur, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+algae+for+removing+heavy+metal+ions+from+wastewater%3A+progress+and+prospects%5BTitle%5D)+AND+%22Crit+Rev+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Use of algae for removing heavy metal ions from wastewater: progress and prospects.</a> Crit Rev Biotechnol. 25 (3), 113-152 (2005).</li>
<li>EPA, U. Method: 200.8: Determination of trace elements in waters and wastes by inductively coupled plasma - mass spectrometry. , (1994).</li>
<li>Eaton, A. D., Clesceri, L. S., Rice, E. W., Greenberg, A. E. 3120B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inductively+coupled+plasma+%28ICP%29+method%5BTitle%5D)+AND+%22Standard+methods+for+the+examination+of+water+and+wastewater%22%5BJournal%5D)">Inductively coupled plasma (ICP) method.</a> Standard methods for the examination of water and wastewater. , (2005).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Mikroalgi solankowe N. salina mogą być z powodzeniem uprawiane w zaprojektowanym systemie wzrostu z powtarzalnymi wynikami i wysokimi plonami biomasy. Mieszanie drogą powietrzną pozwoliło na uzyskanie dobrze wymieszanej zawiesiny z minimalnym osiadaniem lub biofoulingiem w ciągu 7-dniowych okresów wzrostu. Wykazano również, że minimalna zmienność światła w całym banku światła fluorescencyjnego nie powoduje zauważalnych różnic we wzroście.
Badania wykazały, że media zanieczyszczone met...

W porównaniu z tradycyjnymi uprawami lądowymi, wykazano, że mikroalgi osiągają wyższe plony biomasy i lipidów dzięki wyższej wydajności konwersji energii słonecznej1,2. Uprawa mikroalg przy wysokich wskaźnikach produktywności wymaga dostarczania różnych składników odżywczych, w tym zewnętrznego źródła węgla. Oczekuje się, że wielkoskalowe instalacje do rozbudowy zostaną zintegrowane ze strumieniami odpadów przemysłowych, takimi jak spaliny przemysłowe, w celu zminimalizowania kosztów produkcji i jednoczesnej remediacji środowiska. Węgiel z odpadów przemysłowych występuje zazwyczaj w postaci gazowego dwutlenku węgla i może zawierać zanieczyszczenia, które mogą negatywnie wpływać na produkcję mikroalg. W szczególności gazy spalinowe pochodzące z węgla będą zawierały różne zanieczyszczenia, w tym między innymi produkty spalania wodę i dwutlenek węgla, a także tlenki siarki i azotu, drobny pył, zanieczyszczenia organiczne, takie jak dioksyny i furany, oraz zanieczyszczenia nieorganiczne, takie jak metale ciężkie. Wpływ większości tych zanieczyszczeń, w tym substancji nieorganicznych, z których niektóre znane są jako metale ciężkie, na produktywność mikroalg nie został zbadany. Niektóre z tych pierwiastków mogą być składnikami odżywczymi w odpowiednich stężeniach, jednak w wyższych stężeniach mogą powodować dysfunkcję komórek, a nawet śmierć3.
Integracja mikroalg z gazami spalinowymi ma potencjał do bezpośredniego wprowadzania zanieczyszczeń nieorganicznych do podłoża wzrostowego. Gazy spalinowe na bazie węgla zawierają różne pierwiastki nieorganiczne (np. As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V i Zn) w różnych stężeniach, z których niektóre w niskich stężeniach stanowią składniki odżywcze dla wzrostu mikroalg. Zanieczyszczenia nieorganiczne mają wysokie powinowactwo do wiązania się z mikroalgami i dalszego wewnętrznego wchłaniania przez transportery składników odżywczych. Niektóre zanieczyszczenia nieorganiczne (tj. Co, Cu, Zn i Mn) są składnikami odżywczymi, które wchodzą w skład enzymów biorących udział w fotosyntezie, oddychaniu i innych funkcjach3,4. Jednak w nadmiarze metale i metaloidy mogą być toksyczne. Inne pierwiastki, takie jak Pb, Cd, Sn, Sb, Se, As i Hg, nie są znane z tego, że wspierają funkcjonowanie komórek w żadnym stężeniu i reprezentują metale niezawierające składników odżywczych, które mogą negatywnie wpływać na wzrost kultur3,5,6. Obecność któregokolwiek z tych zanieczyszczeń może mieć negatywny wpływ na funkcjonowanie komórek mikroalg. Co więcej, interakcja wielu metali z mikroalgami komplikuje dynamikę wzrostu i może potencjalnie wpływać na wzrost.
Ekonomia na dużą skalę została bezpośrednio powiązana z produktywnością systemu uprawy7-19. Co więcej, recykling podłoża w systemie wzrostu mikroalg w otwartych stawach bieżniowych (ORP) lub fotobioreaktorach (PBR) ma kluczowe znaczenie, ponieważ stanowi odpowiednio 99,9 i 99,4%masy20. Obecność zanieczyszczeń nieorganicznych w pożywkach może ostatecznie ograniczyć produktywność mikroalg i recykling pożywek z powodu gromadzenia się zanieczyszczeń. W badaniu tym eksperymentalnie określono wpływ 14 zanieczyszczeń nieorganicznych (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V i Zn), przy stężeniach oczekiwanych z integracji systemów uprawy mikroalg z gazami spalinowymi pochodzącymi z węgla, na produktywność N. salina uprawianej w PBR transportu powietrznego. Wykazano, że zanieczyszczenia użyte w tym badaniu są obecne nie tylko w gazach spalinowych na bazie węgla, ale także w gazach spalinowych z odpadów komunalnych, gazach spalinowych na bazie biologicznych odpadów stałych, ściekach komunalnych, wodzie produkowanej, uszkodzonych wodach gruntowych i wodzie morskiej21-23. Stężenia użyte w tym badaniu opierają się na tym, czego można by się spodziewać, gdyby systemy wzrostu mikroalg zostały zintegrowane ze źródłem CO2 na bazie węgla o wydajności absorpcji wykazanej w komercyjnych systemach PBR20. Szczegółowe obliczenia potwierdzające stężenia metali ciężkich i zanieczyszczeń nieorganicznych przedstawiono w Napan i wsp.24 Techniki analityczne wykorzystano w celu zrozumienia rozmieszczenia większości metali w biomasie, pożywkach i środowisku. Przedstawione metody umożliwiły ocenę potencjału produkcyjnego mikroalg pod wpływem stresu związanego z zanieczyszczeniami nieorganicznymi oraz ilościowe określenie ich końcowego losu.

<table><tbody><tr><td>Chemikalia</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chlorek sodu</td><td>Fisher Scientific</td><td>S271-3</td><td></td></tr><tr><td>Chlorek wapnia dwuwodny</td><td>Fisher Scientific</td><td>C79-500</td><td></td></tr><tr><td>Chlorek potasu</td><td>Fisher Scientific</td><td>P217-500</td><td></td></tr><tr><td>Metakrzemian sodu niewodny&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>S408-500</td><td></td></tr><tr><td>Siarczan magnezu siedmiowodny&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>M63-500</td><td></td></tr><tr><td>Azotan potasu</td><td>EMD Chemical</td><td>PX1520-5</td><td></td></tr><tr><td>Fosforan potasu jednozasadowy&nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>P285-500</td><td></td></tr><tr><td>Cytrynian amonu i żelaza</td><td>Fisher Scientific</td><td>I72-500</td><td></td></tr><tr><td>Kwas borowy</td><td>Fisher Scientific</td><td>A73-500</td><td></td></tr><tr><td>Molibdenian sodu, dihydrat</td><td>EMD Chemical</td><td>SX0650-2</td><td></td></tr><tr><td>Czterowodny chlorek manganu</td><td>Fisher Scientific</td><td>M87-500</td><td></td></tr><tr><td>Siarczan siedmiowodny</td><td>Fisher Scientific</td><td>Z68-500</td><td></td></tr><tr><td>Pięciowodny siarczan miedzi</td><td>Fisher Scientific</td><td>C489-500</td><td></td></tr><tr><td>Biotyna&nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>230090010</td><td></td></tr><tr><td>Tiamina&nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>148990100</td><td></td></tr><tr><td>Witamina B12&nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>405920010</td><td></td></tr><tr><td>Chlorek miedzi (II) dwuwodny&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>221783-100G</td><td>Drażniący, niebezpieczny dla środowiska</td></tr><tr><td>chlorek ołowiu (II)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>268690-250G</td><td>Toksyczny, niebezpieczny dla środowiska</td></tr><tr><td>Dihydrat dwuchromianu sodu&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>398063-100G</td><td>Utleniający, wysoce toksyczny, niebezpieczny dla środowiska sześciowodny</td></tr><tr><td>chlorek kobaltu (II)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>255599-100G</td><td>Toksyczny, niebezpieczny dla środowiska</td></tr><tr><td>sześciowodny chlorek niklu (II)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>223387-500G</td><td>Toksyczny, niebezpieczny dla środowiska</td></tr><tr><td>(meta) arsenin sodu&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>71287</td><td>Toksyczny, niebezpieczny dla środowiska</td></tr><tr><td>chlorek kadmu&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>202908-10G</td><td>Wysoce toksyczny, niebezpieczny dla środowiska</td></tr><tr><td>chlorek rtęci (II)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>215465-100G</td><td>Toksyczny, niebezpieczny dla środowiska</td></tr><tr><td>dwuwodny chlorek cyny (II)</td><td>Fisher Scientific</td><td>T142-500</td><td>. Nadaje się do analizy Hg. Bardzo niebezpieczne.</td></tr><tr><td>Tetrahydrat chlorku manganu</td><td>Fisher Scientific</td><td>M87-500</td><td></td></tr><tr><td>Tlenek wanadu (V)</td><td>Acros Organics</td><td>206422500</td><td>Niebezpieczny dla środowiska</td></tr><tr><td>Dwutlenek węgla&nbsp;</td><td>Air Liquide</td><td>I2301S-1</td><td>Sprężony</td></tr><tr><td>nadtlenek wodoru</td><td>H325-500</td><td>Fisher Scientific</td><td>30% w wodzie</td></tr><tr><td>Norma ICP-MS</td><td>ICP-MS-6020</td><td>Standardy</td><td></td>wysokiej czystości</tr><tr><td>Standard rtęci</td><td>CGHG1-1</td><td>Nieorganiczne Ventures</td><td>1000&plusmn; 6 &mikro; g / ml w 5% kwasie azotowym</td></tr><tr><td>Argon</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>Sprężony</td></tr><tr><td>hel</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>Sprężony, ultra wysokiej czystości</td></tr><tr><td>Wodór</td><td>Air Liquide</td><td></td><td>Sprężony, ultra wysokiej czystości</td></tr><tr><td>Kwas azotowy</td><td>Fisher Scientific</td><td>A509-P212</td><td>67-70% kwas azotowy, klasa metalu śladowego. Uwaga: manipulować pod wyciągiem.</td></tr><tr><td>Kwas solny</td><td>Fisher Scientific</td><td>A508-P212</td><td>35% kwas solny, klasa metali śladowych. Uwaga: manipulować pod wyciągiem.</td></tr><tr><td>Wyposażenie</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Naukowy sterylizator wstępny</td><td>Steris</td><td>31626A</td><td>SV-120</td></tr><tr><td>Wirówka</td><td>Thermo Fisher</td><td>46910</td><td>RC-6 Plus</td></tr><tr><td>Spektrofotometr</td><td>Shimadzu</td><td>1867</td><td>UV-1800</td></tr><tr><td>Kontroler pH</td><td>Hanna</td><td>BL981411</td><td>X4</td></tr><tr><td>, X5</td><td>Dwyer</td><td>RMA-151-SSV</td><td>T31Y</td></tr><tr><td>Rotometr, X5</td><td>Dwyer</td><td>RMA-26-SSV</td><td>T35Y</td></tr><tr><td>Cyrkulator kąpieli wodnej</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-873-45A Kompaktowy</td><td></td></tr><tr><td>agregat chłodniczy</td><td>VWR</td><td>13270-120</td><td></td></tr><tr><td>Liofilizator</td><td>Labconco</td><td>7752020</td><td></td></tr><tr><td>Płytka mieszająca</td><td>Fisher Scientific</td><td>11-100-49S Elektroda laboratoryjna</td><td></td></tr><tr><td>pH</td><td>Phidgets Inc</td><td>3550</td><td></td></tr><tr><td>Spektrometr masowy z plazmą sprzężoną indukcyjnie</td><td>Agilent Technologies</td><td>Seria 7700 ICP-MS</td><td>Dołączony do automatycznego podajnika próbek CETAC ASX-520</td></tr><tr><td>FIAS 100</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>B0506520</td><td></td></tr><tr><td>Spektrometr absorpcji atomowej</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>AAnalyst 800</td><td></td></tr><tr><td>Podgrzewacz komórek (kwarcowy)</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>B3120397</td><td></td></tr><tr><td>Programowalny mikrofalowy</td><td>Milestone</td><td></td>, <td>maksymalna moc 1 200 W</td></tr><tr><td>Wirnik mikrofalowy</td><td>Milestone</td><td></td><td>Rotor z naczyniami teflonowymi o pojemności 24-75 ml do mineralizacji mikrofalowej w zamkniętym naczyniu.</td></tr><tr><td>Materiały</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>0.2 &#956; m filtr strzykawkowy</td><td>Whatman</td><td>6713-0425</td><td></td></tr><tr><td>0,2 &#956; m filtr strzykawkowy</td><td>Whatman</td><td>6713-1650</td><td></td></tr><tr><td>0,45 &#956; m filtr strzykawkowy</td><td>Thermo Fisher</td><td>F2500-3</td><td></td></tr><tr><td>Rurki polistyrenowe</td><td>Evergreen</td><td>222-2094-050</td><td>17 x 100 mm z nakrętką, 16 ml, polistyren</td></tr><tr><td>Oktonowy magnetyczny&nbsp; Mieszanie&nbsp; </td><td>pręty Fisher scientific</td><td>14-513-60</td><td>Magnesy zamknięte w fluoropolimerze PTFE</td></tr></tbody></table>

kwantyfikacja metali ciężkich i innych zanieczyszczeń nieorganicznych na produktywność mikroglonów

Quantification of Heavy Metals and Other Inorganic Contaminants on the Productivity of Microalgae

Rosnące zapotrzebowanie na paliwa odnawialne skłoniło badaczy do zbadania możliwości alternatywnych surowców, takich jak mikroalgi. Nieodłącznymi zaletami są wysoki potencjalny plon, wykorzystanie gruntów nieornych i integracja ze strumieniami odpadów. Zapotrzebowanie na składniki odżywcze w systemie produkcji mikroalg na dużą skalę będzie wymagało sprzężenia systemów uprawy z zasobami odpadów przemysłowych, takimi jak dwutlenek węgla ze spalin i składniki odżywcze ze ścieków. Zanieczyszczenia nieorganiczne obecne w tych odpadach mogą potencjalnie prowadzić do bioakumulacji w biomasie mikroalg, negatywnie wpływać na wydajność i ograniczać końcowe wykorzystanie. Niniejsze badanie koncentruje się na eksperymentalnej ocenie wpływu i losów 14 zanieczyszczeń nieorganicznych (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V i Zn) na wzrost Nannochloropsis salina. Mikroalgi hodowano w fotobioreaktorach oświetlonych światłem 984 μmol m-2 sec-1 i utrzymywanych na poziomie pH 7 w pożywce wzrostowej zanieczyszczonej zanieczyszczeniami nieorganicznymi na poziomach oczekiwanych na podstawie składu występującego w komercyjnych systemach spalin węglowych. Zanieczyszczenia obecne w biomasie i pożywce pod koniec 7-dniowego okresu wzrostu określono analitycznie ilościowo za pomocą spektrometrii absorpcji atomowej zimnej pary dla Hg oraz za pomocą spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie dla As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, V i Zn. Wyniki pokazują, że N. salina jest szczepem wrażliwym na środowisko wielometaliczne ze statystycznym spadkiem plonu biomasy wraz z wprowadzeniem tych zanieczyszczeń. Przedstawione tutaj techniki są odpowiednie do ilościowego określenia wzrostu glonów i określenia losu zanieczyszczeń nieorganicznych.

Wydajność biomasy
Produkcja N. salina w systemie PBR zastosowanym w niniejszym badaniu wzrosła z 1 g/L-1 do 8,5 ± 0,19 g/L-1 (N = 12) dla reaktorów kontrolnych oraz do 4,0 ± 0,3 g/L-1 (N = 12) dla reaktorów z zanieczyszczeniem wielometalowym w ciągu 7 dni. Eksperymenty dostarczyły powtarzalnych danych w trzech powtórzonych reaktorach i wielu seriach. Rysunek 2A przedstawia średnią gęstość kultury z bardzo małym błędem standardowym, obl...

Integracja hodowli mikroalg z przemysłowymi gazami spalinowymi ostatecznie wprowadzi metale ciężkie i inne związki nieorganiczne do podłoża wzrostowego. W pracy przedstawiono procedurę zastosowaną do określenia końcowego losu i wpływu metali ciężkich i zanieczyszczeń nieorganicznych na wzrost Nannochloropsis salina hodowanych w fotobioreaktorach.

Kwantyfikacja metali ciężkich i innych zanieczyszczeń nieorganicznych na produktywność mikroglonów

Increasing demand for renewable fuels has researchers investigating the feasibility of alternative feedstocks, such as microalgae. Inherent advantages ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest ilościowe określenie wpływu i końcowego przeznaczenia metali ciężkich wprowadzonych do systemów hodowli mikroalg w wyniku wykorzystania dwutlenku węgla z elektrowni węglowych jako źródła węgla do wzrostu. Osiąga się to poprzez uprzednie zrozumienie potencjalnych poziomów zanieczyszczeń w oparciu o integrację węgla i gazów spalinowych. W przypadku hodowli mikroalg poziomy te są wykorzystywane jako bazowe zanieczyszczenie i przygotowuje się na ich podstawie zapasy.Następnie hoduje się wymaganą szczepionkę i przygotowuje platformę do hodowli w dużej skali. Potem następuje inokulacja systemu i okresowe pobieranie próbek do dalszej analizy. Na koniec izoluje się biomasę i określa końcowy los zanieczyszczeń.Ostatecznie, do oznaczenia metali absorbowanych przez biomasę wykorzystuje się spektrometrię mas z jonizacją w plazmie indukcyjnie sprzężonej (I-C-P-M-S), co w połączeniu z pomiarami gęstości optycznej pozwala zrozumieć wpływ zanieczyszczeń na system. Główną zaletą tej techniki w stosunku do istniejących metod jest możliwość bezpośredniego ilościowego określenia końcowego losu w systemie wielometrowym. Dzięki temu metoda ta pozwala uzyskać wgląd w wpływ metali ciężkich pochodzących ze spalin.Metodę tę można zastosować również w innych systemach. Może ona pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie mikroalg, takie jak wpływ metali ciężkich na produktywność oraz zdolność mikroalg do wykorzystania w bioremediacji. Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą napotykają trudności ze względu na ryzyko kontaminacji oraz wymaganą precyzję.Podczas przygotowywania próbek i przeprowadzania analiz przy użyciu IC PMS, najpierw opracowaliśmy koncepcję tej metody. Staraliśmy się zrozumieć potencjalny wpływ metali i alg wynikający z integracji gazów wylotowych. Stało się to w wyniku dyskusji z innymi badaczami w laboratorium badań nad wodą.Zostaliśmy poinformowani o tej metodzie. Po zbudowaniu eksperymentalnego systemu wzrostu mikroalg i przygotowaniu sprzętu laboratoryjnego zgodnie z protokołem tekstowym, należy częściowo wypełnić 20-litrowy pojemnik autoklawowalny wodą dejonizowaną i włożyć magnetyczny mieszadło. Pojemnik należy umieścić na mieszalce magnetycznej. Następnie należy pojedynczo dodawać wskazane tutaj odczynniki chemiczne, pozwalając każdemu z nich na całkowite rozpuszczenie przed dodaniem kolejnego. Po autoklawowaniu pożywki w temperaturze 120 °C przez 30 minut, należy pozwolić jej ostygnąć do temperatury pokojowej przed dodaniem witamin.Aby przygotować roztwory zapasowe nieorganicznych zanieczyszczeń w wodzie destylowanej, należy częściowo napełnić kolby miarowe i dodać poszczególne sole wymienione w tym miejscu. Następnie doprowadzić poziom wody destylowanej do wymaganej objętości i dokładnie wymieszać. Roztwory zapasowe nieorganicznych zanieczyszczeń należy wysterylizować, przepuszczając je przez sterylny filtr strzykawkowy o rozmiarze 0,2 µm, a następnie zebrać filtraty do sterylnych probówek. W celu przygotowania inokulum Salina, po wyhodowaniu kolonii na sterylnych szalkach Petriego zgodnie z protokołem tekstowym, należy zaszczepić kolonie Salina do 200 mililitrów wcześniej przygotowanej, bogatej w składniki odżywcze pożywki w kolbach Erlenmeyera z przegrodami i inkubować je na stołach wstrząsowych z oświetleniem.Pozostaw kulturę do momentu, aż medium zabarwi się na zielono. Przenieś mikroalgi do sterylnego fotobioreaktora (PBR) o pojemności 1,1 litra. Umieść PBR w kąpieli wodnej dla inokulum. Oświetlaj kulturę lampami fluorescencyjnymi T8 z natężeniem 200 micromoles per meter square per second, stosując chłodziarkę recyrkulacyjną oraz automatyczny system sterowania ogrzewaniem kąpieli wodnej w celu utrzymania temperatury 23 degrees Celsius.Ustaw rotametry powietrza i dwutlenku węgla na odpowiednio 2,5 litra na minutę oraz 25 centymetrów sześciennych na minutę. Wyhoduj i zbierz mikroalgi zgodnie z protokołem tekstowym. Skalibruj pH-metr i kontroler pH, używając 70% etanolu.Zdezynfekuj skalibrowany pH-metr przed każdym z wcześniej przygotowanych PBR. Dodaj jeden mililitr każdego ze sterylnych roztworów zapasowych nieorganicznych zanieczyszczeń, aby osiągnąć stężenie końcowe wskazane w tej tabeli. Następnie dodaj skoncentrowany inokulum mikroalg do eksperymentalnych PBR, aby uzyskać początkową gęstość hodowli wynoszącą jeden gram na litr.Następnie włącz oświetlenie o wysokim natężeniu oraz kontrolery pH i ustaw przepływ dwutlenku węgla na 30 cm³ na minutę. Po hodowli kultur przez siedem dni, zgodnie z protokołem tekstowym, zbierz biomasę poprzez wirowanie przy 9 936 ×g. Zbierz zarówno biomasę, jak i supernatant pożywki, a następnie przechowuj w temperaturze -80 °C. Następnie liofilizuj biomasę przez noc w ciśnieniu 0,1 mbar i temperaturze -50 °C.Użyj szpatułki wewnątrz probówki do wirowania, aby rozetrzeć biomasę na proszek w celu przygotowania próbek do spektrometrii mas z plazmą wzbudzaną indukcyjnie (ICP-MS). Rozpocznij od umycia teflonowych naczyń do mineralizacji mikrofalowej za pomocą mydła i wody, a następnie pozostaw je do wyschnięcia na powietrzu. Po usunięciu śladowych ilości metali, zgodnie z protokołem tekstowym, aby zmineralizować biomasę, dodaj 50 mg liofilizowanej biomasy do naczyń do mineralizacji mikrofalowej.Do kontroli jakości. Przygotuj dwie fiolki z laboratoryjnie wzbogaconą próbą ślepą (LFB), zawierające albo 5 ml wzorca I-C-P-M-S poziomu siedem, albo 5 ml wzorca do spektrometrii absorpcyjnej z zimną parą rtęci (CVAS) poziomu siedem. Pozostaw kolejną fiolkę pustą, aby służyła jako laboratoryjna próba ślepa z odczynnikiem (LRB).Do każdej probówki dodaj siedem mililitrów stężonego kwasu azotowego klasy trace metal oraz trzy mililitry nadtlenku wodoru. Następnie wymieszaj roztwór przez delikatne potrząsanie w celu homogenizacji przed mineralizacją zawartości każdej probówki i analizą zgodnie z protokołem tekstowym. Ten wykres przedstawia średnie gęstości siedmiodniowych kultur Lina dla reaktorów kontrolnych oraz reaktorów zanieczyszczonych wieloma metalami, z bardzo małym błędem standardowym na podstawie prób pobranych z trzech niezależnych PBR.Aby upewnić się, że nie był to wynik jednostkowy, wyhodowano trzy kolejne serie, a połączone wyniki dla wszystkich czterech serii przedstawiono tutaj. Badanie to wykazuje, że od drugiego dnia zanieczyszczenia nieorganiczne mają statystycznie istotny i negatywny wpływ na produkcję Lina w porównaniu z grupami kontrolnymi. 12 z 14 analizowanych pierwiastków zostało w pełni odzyskanych po mineralizacji, co potwierdza procent LFB, R, gdzie wartość procentowa R bliska 100% wskazuje na brak strat, przyrostów oraz zanieczyszczeń krzyżowych analitów podczas mineralizacji.Przedstawiono tutaj stężenia zanieczyszczeń ciężkich i nieorganicznych znalezionych w biomasie dla 12 analizowanych pierwiastków. Połączenie danych z trzech powtórzeń w fotobioreaktorach (PBR) dla czterech partii konsekwentnie wykazuje obecność zanieczyszczeń nieorganicznych w biomasie. Wyniki z trzech powtórzeń w PBR dla partii numer jeden wskazują, że większość zanieczyszczeń była zlokalizowana w biomasie, a nie w nadsączu.Z kilkoma stężeniami próbek bliskimi MRL urządzenia. Tutaj przedstawiono wyniki dla wszystkich czterech partii. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby pamiętać o skrupulatnym dbaniu o czystość układu, ponieważ zanieczyszczenia mogą negatywnie wpłynąć na wyniki. Wyniki uzyskane po zastosowaniu tej procedury. Można przeprowadzić inne eksperymenty dotyczące wzrostu, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak wpływ składników odżywczych w układzie drabinowym na systemy wzrostu zanieczyszczone metalami ciężkimi lub potencjał wykorzystania mikroalg do bioremediacji.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś posiadać gruntowną wiedzę nie tylko na temat hodowli alg, ale także przygotowania próbek do analizy I-C-P-M-S. Pamiętaj, że praca z metalami ciężkimi może być niezwykle niebezpieczna, dlatego podczas wykonywania tej procedury należy stosować środki ostrożności, takie jak rękawice, ochrona oczu oraz praca w dygestorium.

quantification-heavy-metals-other-inorganic-contaminants-on

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Opisano metodę oznaczania zawartości i składu kwasów tłuszczowych w mikroalgach na podstawie mechanicznego rozbijania komórek, ekstrakcji lipidów na bazie rozpuszczalnika, transestryfikacji oraz kwantyfikacji i identyfikacji kwasów tłuszczowych za pomocą chromatografii gazowej. Wewnętrzny wzorzec tripentadekaniny służy do kompensacji ewentualnych strat podczas ekstrakcji i niepełnej transestryfikacji.

Analiza zawartości i składu kwasów tłuszczowych w mikroalgach

Przedstawiono eksperymentalną metodologię porównywania wydajności małych (100 L) i dużych (1000 L) reaktorów przeznaczonych do remediacji glonów w ściekach składowiskowych. Charakterystykę systemu, w tym stosunek powierzchni do objętości, czas retencji, gęstość biomasy i stężenie ścieków, można dostosować w zależności od zastosowania.

Porównanie skali w systemie reaktora fotosyntetycznego do remediacji ścieków z glonów

Uprawa akseniczna na skalę laboratoryjną ułatwia charakterystykę mikroglonów i optymalizację produktywności przed kolejnym zwiększeniem skali procesu. Fotobioreaktory zapewniają niezbędną kontrolę dla wiarygodnych i powtarzalnych eksperymentów z mikroalgami i mogą być przystosowane do bezpiecznej hodowli mikroalg z gazami korozyjnymi (CO2, SO2, NO2) z emisji ze spalania komunalnego lub przemysłowego.

Uprawa mikroalg i kwantyfikacja biomasy w fotobioreaktorze laboratoryjnym z korozyjnymi gazami spalinowymi

Pokazujemy testy toksyczności glonów dla trudnych substancji (np. substancji kolorowych lub nanomateriałów) za pomocą zestawu oświetlonego pionowo diodą LED.

Zestaw na małą skalę do badania toksyczności glonów nanomateriałów i innych trudnych substancji

Opisano protokół wykorzystania dwutlenku węgla z gazów spalinowych elektrowni na gaz ziemny do hodowli mikroalg w otwartych stawach torowych. Wtryskiwanie spalin jest kontrolowane za pomocą czujnika pH, a wzrost mikroalg jest monitorowany za pomocą pomiarów gęstości optycznej w czasie rzeczywistym.

Sprzężenie wychwytywania dwutlenku węgla z elektrowni z półautomatycznymi otwartymi stawami torowymi do uprawy mikroalg

Ten protokół demonstruje użycie platformy technologicznej mikromacierzy fenotypowej (PM) do zdefiniowania wymagań metabolicznych Chlamydomonas reinhardtii, zielonej mikroalgi, i udoskonalenia istniejącego modelu sieci metabolicznej.

Wysokoprzepustowe profilowanie metaboliczne w celu udoskonalenia modelu mikroalg

Ta publikacja opisuje projekt laboratoryjnych fotobioreaktorów (PBR) z konfigurowalnymi reżimami oświetlenia. Wzrost sinic lub mikroalg, wykorzystujących wodorowęglan jako źródło węgla, jest stale monitorowany poprzez pomiar objętościowej produkcji tlenu. Te PBR ułatwiają szybkie, powtarzalne porównania wzrostu laboratoryjnego przy niewielkiej interwencji użytkownika podczas eksperymentów.

Obsługa fotobioreaktorów laboratoryjnych z pomiarami wzrostu online i konfigurowalnymi reżimami oświetlenia

Zanieczyszczenie powietrza wpływa na jakość życia wszystkich organizmów. W tym miejscu opisujemy zastosowanie biotechnologii mikroalg do oczyszczania biogazu (jednoczesne usuwanie dwutlenku węgla i siarkowodoru) oraz produkcji biometanu poprzez półprzemysłowe otwarte stawy glonów o wysokiej szybkości, a następnie analizę skuteczności oczyszczania, pH, rozpuszczonego tlenu i wzrostu mikroalg.

Oczyszczanie biogazu poprzez zastosowanie systemu mikroalgo-bakteryjnego w półprzemysłowych stawach z glonami o wysokiej zawartości

Niniejsze badanie podkreśla zalety stosowania metody opracowanej przez Jeffreya i Humphreya do ekstrakcji i ilościowego oznaczania rozpuszczalnych w tłuszczach pigmentów z mikroalg. Metoda ta służy jako cenne narzędzie do oceny wpływu czynników wzrostu na produkcję chlorofilu i zawartość komórkową w tych organizmach.

Ocena wpływu czynników wzrostu na produkcję chlorofilów a i b z mikroalg

Spaliny z elektrowni są tanim źródłem CO2 dla wzrostu glonów. Zbudowaliśmy prototypowe systemy "od gazów spalinowych do hodowli glonów" i opisaliśmy, jak zwiększyć skalę procesu hodowli glonów. Wykazaliśmy zastosowanie modelu bioreakcji z przeniesieniem masy do symulacji i zaprojektowania optymalnej pracy gazów spalinowych do wzrostu Chlorella sp. w fotobioreaktorach glonów.

Optymalizacja ustawień spalin w celu promowania wzrostu mikroalg w fotobioreaktorach za pomocą symulacji komputerowych

Poznaj metodę kwantyfikacji wpływu metali ciężkich na produktywność mikroglonów Nannochloropsis salina w warunkach symulujących integrację z gazem spalinowym. Technika ta umożliwia ocenę bezpieczeństwa produkcji biopaliw.

Kwantyfikacja metali ciężkich i innych zanieczyszczeń nieorganicznych na produktywność mikroglonów

Przeglądaj więcej filmów