Cięcie rdzenia osadowego i ekstrakcja wód porowych w warunkach beztlenowych
7 marca 2016
Przedstawiono protokół podziału rdzeni osadów i wydobywania wód porowych w warunkach beztlenowych, aby umożliwić analizę wrażliwych na redoks gatunków zarówno w ciałach stałych, jak i płynach.
Ogólnym celem tej procedury jest przecięcie rdzeni osadów i wydobycie wód porowych z tych rdzeni osadowych przy zachowaniu pierwotnego stanu utlenienia. Metoda ta może pozwolić naukowcom zajmującym się geochemią na zbadanie specjacji metali w wodach porowych i osadach z obszarów wrażliwych na redoks, takich jak jeziora i tereny podmokłe. Głównymi zaletami tej techniki jest to, że jest elastyczna i adaptowalna, przenośna w terenie, niedroga i nie narusza warstw osadów.
Procedurę zademonstruje Rahul Sinha, student z mojego laboratorium. Rozpocznij przygotowanie laboratorium terenowego od ustawienia torby na rękawice. Najpierw przymocuj płytkę prowadzącą rdzeń do powierzchni roboczej.
Umieść otwór na wkładkę rdzeniową wystający przed blat, aby upewnić się, że jest otwarty. Następnie zabezpiecz zbiornik azotu za pomocą zacisku stołowego. Następnie umieść worek na rękawiczki nad płytą i poprowadź rurkę między workiem a regulatorem gazu.
Wsuń około ośmiu cali rurki do torby. Teraz uszczelnij połączenie rurki w torbie taśmą izolacyjną i wewnątrz torby wsuń zacisk na rurkę, ale pozostaw zacisk otwarty. Następnie wytnij X na dnie torby nad otworem w talerzu, a następnie załaduj torbę wymienionymi przedmiotami.
Dokładnie sprawdź listy, ponieważ zapomnienie o przedmiocie jest bardzo niewygodne. Następnym zadaniem jest skonfigurowanie rdzenia. Najpierw połóż podnośnik laboratoryjny na podłodze pod powierzchnią roboczą.
Podnośnik laboratoryjny powinien mieć na sobie kawałek sklejki z otworem pośrodku, aby ustabilizować rdzeń. Następnie, trzymając rdzeń w pozycji pionowej, przepchnij go przez płytkę prowadzącą rdzenia i przez X w torbie na rękawice. Około czterech do sześciu cali rdzenia powinno wystawać ponad płytę.
Teraz, gdy jedna osoba podtrzymuje rdzeń, przyklej rdzeń do torby wokół X za pomocą taśmy izolacyjnej. Następnie należy skonfigurować ekstruder rdzeniowy. Najpierw włóż uchwyt do podkładki dystansowej z PVC o długości sześciu cali i średnicy dwóch cali, a następnie złączki o długości trzech cali, a następnie kolejnej przestrzeni i kolejnego łącznika i tak dalej, aż uchwyt zostanie całkowicie zakryty.
Teraz umieść wytłaczarkę rdzeniową poniżej rdzenia i podeprzyj ją podnośnikiem. Podnośnik powinien być wykorbowany tak nisko, jak to możliwe. Następnie za pomocą noża do pudełek ostrożnie przeciąć dolną część nasadki rdzenia.
Pozostaw pierścień nasadki rdzenia wokół wkładki rdzenia i pozostaw okrągły kawałek nasadki na materiałach rdzenia. Teraz jedna osoba musi sięgnąć do torby na rękawice, aby zabezpieczyć rdzeń, podczas gdy druga podnosi podnośnik. Stopniowo przesuwaj wytłaczarkę rdzenia do wkładki rdzeniowej, podnosząc osad do góry.
Może być konieczne lekkie poruszenie ekstruderem. Kontynuuj podnoszenie rdzenia, aż osad i leżąca nad nim woda dotrą do górnej części wkładki rdzenia. Ostatnim zadaniem jest zapieczętowanie torby.
Najpierw dokładnie sprawdź, czy wszystko tam jest. Następnie otwórz wszystkie przedmioty w torbie, które zawierają uwięzione powietrze. Teraz, najlepiej z pomocą innej osoby, wyczyść rękawicę trzy razy.
Najpierw, gdy torba jest jak najbardziej opróżniona, uszczelnij główny otwór kilkoma linkami bungee. Następnie, za pomocą asystenta regulującego przepływ azotu przy ciśnieniu 50 psi, skieruj gaz wokół worka, szczególnie do szczelin, w których może zostać uwięzione powietrze. Gdy worek jest mocno napompowany, wyłącz regulator lub zamknij zacisk, aby odciąć dopływ gazu.
Następnie otwórz główny otwór i wypchnij jak najwięcej gazu z worka. Powtórz proces napełniania worka azotem, w tym wszystkich szczelin, i opróżniania worka jeszcze dwa razy. Po wykonaniu tej czynności worek rękawicowy powinien zawierać bardzo niski poziom tlenu.
Na koniec wlej wygodną ilość gazu do torby na rękawice. Tę procedurę najlepiej wykonywać podczas pracy w parach. W celu wykonania tej procedury umieść parę jednorazowych rękawiczek na wbudowanych rękawiczkach w torbie.
Zmieniaj te rękawice, gdy są brudne lub podarte. Najpierw usuń całą stojącą wodę z górnej części rdzenia za pomocą strzykawki. Następnie przefiltruj tę wodę przez filtr strzykawkowy o grubości 0,45 mikrona.
Następnie umieść pierścień do cięcia rdzenia na górze wkładki rdzenia. Następnie podnieś rdzeń, aż osad spotka się z górną częścią pierścienia. Wewnątrz torby zabezpiecz wkładkę rdzenia, aby wkładka nie poruszała się, gdy rdzeń się porusza
.Może być konieczne, aby operator pracujący wewnątrz worka na rękawice lekko docisnął wkładkę rdzenia, tak aby materiał rdzenia znalazł się w górnej części pierścienia. Następnie wepchnij krajalnicę rdzeniową między górną część wkładki a pierścień, tak aby sekcja osadu znajdowała się nad krajalnicą. To jest pierwsza sekcja rdzenia.
Za pomocą plastikowych łyżek przenieś sekcję do stożkowej rurki o pojemności 50 mililitrów i szczelnie ją przykryj. Umyj narzędzia i powtarzaj proces, aż cały rdzeń zostanie podzielony na części i umieszczony w rurkach. Podczas procesu cięcia rdzenia podnośnik laboratoryjny może zostać całkowicie wysunięty.
W takim przypadku przytrzymaj rdzeń na miejscu, opuść podnośnik i ustaw kawałki PVC, aby wysunąć wytłaczarkę rdzenia. Następnie zabezpiecz podnośnik z powrotem na miejscu. Podczas tego procesu worek może zostać zbyt opróżniony lub napompowany.
Dokonaj regulacji, otwierając na krótko zawór gazowy azotu lub na krótko otwierając główny otwór worka, aby uwolnić gaz. Po pocięciu rdzenia i umieszczeniu całego osadu w probówkach wirówkowych, probówki te można wyjąć z worka na rękawice i zamknąć worek na rękawice. Następnie przygotuj zebrane probówki do odwirowania, jak wyjaśniono w protokole tekstowym.
Następnie wiruj je z prędkością 1, 100 g lub większą przez 20 minut. Po odwirowaniu należy umieścić probówki z powrotem w środowisku beztlenowym i wprowadzić kilka pustych probówek do pobrania próbki. Następnie worek należy ponownie przeczyścić dwa do trzech razy, tak jak poprzednio.
Teraz otwórz odwirowaną probówkę i usuń porów za pomocą strzykawki z rurką na końcu. Następnie, za pomocą filtra strzykawkowego o średnicy 0,45 mikrona, przefiltruj wodę do probówki zbiorczej. Protokół tekstowy wyjaśnia, w jaki sposób należy dalej przetwarzać próbki.
Korzystając z opisanego protokołu, rdzeń został pobrany z mokradeł w pobliżu Nowego Orleanu dziewięć miesięcy po Deep Water Horizons Bill. Teren ten był mocno naoliwiony. Korzystając z przenośnego spektrafotometru DR 2700 firmy Hach, uzyskano dane wskazujące na wyjątkowo wysokie stężenia siarczków.
Stężenie żelaza było niskie, a żelazo na trzecim stopniu utlenienia plus nie zostało wykryte. Dlatego po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak oczyścić worek rękawicowy z tlenu, wytłoczyć rdzeń wewnątrz worka na rękawice, aby umożliwić sekcję, i oddzielić pory od osadów. Po opanowaniu tej techniki można wykonać w ciągu jednej do trzech godzin na rdzeń, w zależności od długości rdzenia.
Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o dokładnym oczyszczeniu worka na rękawice i powolnej regulacji wysokości rdzenia. Zgodnie z tą procedurą można przeprowadzić takie metody, jak specjacja żelaza przez żelazo, specjacja arsenu za pomocą woltamperometrii lub separacji kolumnowej oraz separacja mitylortęci, aby odpowiedzieć na pytania dotyczące stanu redoks systemu. Nie zapominaj, że praca ze sprężonymi gazami może być niezwykle niebezpieczna, a zabezpieczenie zbiornika jest niezbędne podczas wykonywania tej procedury.
Niektóre próbki osadów mogą być zanieczyszczone materiałami niebezpiecznymi i należy zachować odpowiednie środki ostrożności.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten artykuł przedstawia protokół dotyczący sekcji rdzeni osadów i ekstrakcji wód porowych w warunkach beztlenowych. Metoda ta pozwala na analizę gatunków czułych na warunki redoks zarówno w części stałej, jak i w cieczach, szczególnie w badaniach geochemicznych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Geochemia
- Nauki o środowisku
- Chemia redoks
Tło
- Rozumienie speciacji metali w osadach jest kluczowe dla ocen środowiskowych.
- Obszary czułe na warunki redoks, takie jak jeziora i tereny bagienne, wymagają starannej techniki pobierania próbek.
- Zachowanie pierwotnego stopnia utlenienia podczas pobierania próbek jest niezbędne do dokładnej analizy.
- Ten protokół jest zaprojektowany tak, aby był przenośny i opłacalny w warunkach terenowych.
Cel badania
- Dostarczyć niezawodny protokół sekcji rdzeni osadów.
- Ułatwić ekstrakcję wód porowych bez zakłócania warstw osadów.
- Umożliwić badanie gatunków czułych na warunki redoks w różnych środowiskach.
Zastosowane metody
- Przygotowanie laboratorium terenowego za pomocą worka rękawicowego.
- Zamocowanie płyty prowadzącej rdzeni do stabilnej powierzchni roboczej.
- Sekcja rdzeni osadów przy zachowaniu ich stopnia utlenienia.
- Ekstrakcja wód porowych do dalszej analizy.
Główne wyniki
- Protokół skutecznie utrzymuje stopień utlenienia rdzeni osadów.
- Badacze mogą efektywnie analizować speciację metali w wodach porowych.
- Metoda jest przystosowana do różnych warunków terenowych.
- Wykazuje elastyczność i opłacalność dla badań geochemicznych.
Wnioski
- Ten protokół jest cennym narzędziem dla badaczy zajmujących się środowiskami czułymi na warunki redoks.
- Umożliwia szczegółową analizę chemii osadów i wód porowych.
- Zalety metody czynią ją odpowiednią do różnorodnych zastosowań geochemicznych.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
This method supports biopharma R&D by enabling the preservation of redox-sensitive analytes in environmental matrices, which is critical for mechanistic de-risking in toxicology and safety pharmacology studies. By maintaining the original oxidation state during sample processing, the technique ensures data integrity for downstream biomarker validation and predictive modeling of compound behavior in complex biological systems. Its field portability and low cost facilitate early-stage hypothesis testing in disease-relevant systems, reducing uncertainty in lead identification and preclinical workflows.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of redox-dependent pathways in disease models by preserving labile species such as sulfide and iron speciation for mechanistic target validation.
- Operational Value: Provides a reproducible workflow for isolating pore waters from sediment cores, supporting consistent sample preparation in environmental toxicology assays.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Delivers quantitatively reliable pore water extracts suitable for assay standardization, enabling screening of compounds that modulate redox-sensitive pathways.
- Operational Value: Facilitates high-fidelity sample extraction under anoxic conditions, improving assay reproducibility and reducing false negatives in phenotypic screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports translational biomarker alignment by preserving redox-sensitive species that correlate with disease progression in preclinical models.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery to preclinical validation by maintaining sample integrity across workflow stages, reducing variability in risk-adjusted advancement decisions.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum by enabling reliable sample preparation for redox biology assays, supporting hypothesis testing in early discovery and informing lead identification through mechanistically de-risked data.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by preserving oxidation-state-sensitive analytes critical for target validation in redox-active disease areas.
- Screening: Enhances assay readiness and reproducibility by delivering pore water samples with minimal oxidation artifacts, enabling reliable compound evaluation.
- Analytics: Provides quantitative outputs such as sulfide and iron speciation measurements that allow teams to compare redox conditions across experimental groups.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by preserving biomarkers of redox stress, supporting risk-adjusted decisions in disease model validation.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability for environmental and toxicology teams, standardizing sample handling across projects and geographies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence through preservation of redox-sensitive species, reduction of mechanistic ambiguity in safety pharmacology.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of anoxic sample processing across field and laboratory settings.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions via reduced false positives in redox-dependent assays, capital efficiency in early screening.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of compounds based on reliable redox biomarker data, reducing late-stage biological risk.
Implementation Considerations
- Required scientific expertise in anaerobic techniques and redox chemistry.
- Instrumentation needs include glove bag systems, nitrogen gas regulators, centrifuges, and syringe filters.
- Cross-team standardization requires training on oxygen purging protocols and core handling procedures.
- Adaptation considerations include adjusting core sectioning thickness based on diameter and sediment compaction.
- Practical limitations include the need for timely analysis post-extraction to prevent gradual oxidation, even under optimized conditions.
