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 niniejszej procedury jest sekcjonowanie rdzeni osadów i ekstrakcja wód porowych z tych rdzeni przy jednoczesnym zachowaniu pierwotnego stanu utlenienia. Metoda ta umożliwia badaczom z zakresu geochemii analizę specjacji metali w wodach porowych i osadach z obszarów wrażliwych na procesy redoks, takich jak jeziora i tereny podmokłe. Głównymi zaletami tej techniki są jej elastyczność i możliwość adaptacji, przenośność terenowa, niski koszt oraz brak zaburzeń w strukturze warstw osadów.
Procedurę zaprezentuje Rahul Sinha, student studiów licencjackich z mojego laboratorium. Rozpocznij przygotowanie laboratorium polowego od ustawienia worka rękawiczkowego. Najpierw przymocuj płytę prowadzącą rdzeń do powierzchni roboczej za pomocą zacisków.
Ustaw otwór na wkładkę rdzeniową tak, aby wystawał przed blat, zapewniając jego drożność. Następnie przymocuj butlę z azotem za pomocą zacisku warsztatowego. Potem nałóż worek rękawicowy na płytkę i poprowadź rurki między workiem a regulatorem gazu.
Wsuń około ośmiu cali rurki do wnętrza worka. Następnie uszczelnij połączenie rurki z workiem za pomocą taśmy izolacyjnej, a wewnątrz worka nasuń zacisk na rurkę, pozostawiając go otwartym. Następnie wytnij w kształcie litery X otwór w dnie worka nad otworem w płytce, a następnie umieść w worku wymienione elementy.
Ponownie sprawdź listy, ponieważ pominięcie jakiegokolwiek elementu jest bardzo uciążliwe. Kolejnym zadaniem jest ustawienie rdzenia. Najpierw umieść podnośnik laboratoryjny na podłodze pod powierzchnią roboczą.
Podnośnik laboratoryjny powinien mieć na sobie kawałek sklejki z otworem w centrum, aby ustabilizować rdzeń. Następnie, trzymając rdzeń w pozycji pionowej, należy przesunąć go przez płytę prowadzącą rdzeń i przez otwór w kształcie litery X w worku rękawicowym. Około 10–15 cm rdzenia powinno wystawać ponad płytę.
Teraz, gdy jedna osoba podtrzymuje rdzeń, należy przymocować go do worka wokół znaku X za pomocą taśmy izolacyjnej. Następnie należy przygotować wytłaczarkę rdzenia. W pierwszej kolejności wsuń uchwyt w odstępnik z PVC o długości six-inch i średnicy two-inch, a następnie w złączkę o długości three-inch, po czym kolejny odstępnik, kolejną złączkę i tak dalej, aż uchwyt zostanie całkowicie zakryty.
Teraz umieść wytłaczarkę rdzenia pod rdzeniem i podeprzyj ją za pomocą podnośnika. Podnośnik powinien być opuszczony tak nisko, jak to możliwe. Następnie, używając noża segmentowego, ostrożnie przetnij obszar wokół dolnej części nakrętki rdzenia.
Pozostaw pierścień nakrętki wokół wkładki rdzenia oraz okrągły fragment nakrętki przylegający do materiałów rdzenia. Teraz jedna osoba musi sięgnąć do worka rękawiczka, aby zabezpieczyć rdzeń, podczas gdy druga podnosi podnośnik. Stopniowo wsuwaj wytłaczarkę rdzenia do wkładki rdzenia, przesuwając osad w górę.
Może być konieczne lekkie poruszanie ekstruderem. Należy kontynuować podnoszenie rdzenia, aż osad i znajdująca się nad nim woda dotrą do górnej krawędzi rurki rdzeniowej. Ostatnim krokiem jest zamknięcie worka.
Najpierw upewnij się dwukrotnie, że wszystko znajduje się wewnątrz. Następnie otwórz wszystkie obiekty w worku, w których uwięzione jest powietrze. Teraz, najlepiej z pomocą drugiej osoby, przeprowadź trzykrotne przedmuchanie rękawicy.
Najpierw, przy maksymalnie wypuszczonym powietrzu z worka, zamknij główny otwór za pomocą kilku linki bungee. Następnie, przy pomocy asystenta regulującego przepływ azotu do 50 psi, skieruj gaz wokół worka, szczególnie w zagłębienia, w których mogłoby zostać uwięzione powietrze. Gdy worek zostanie mocno napompowany, wyłącz regulator lub zamknij zacisk, aby odciąć dopływ gazu.
Następnie otwórz główny otwór i wypchnij z worka jak najwięcej gazu. Powtórz proces napełniania worka azotem, docierając do wszystkich szczelin, oraz opróżniania go jeszcze dwa razy. Po zakończeniu tej czynności w worku z rękawicami powinno znajdować się bardzo niskie stężenie tlenu.
Zakończ proces, pozostawiając w worku rękawiczkowym odpowiednią ilość gazu. Procedurę tę najlepiej przeprowadzać w parach. Przed przystąpieniem do czynności załóż jednorazowe rękawiczki na wbudowane rękawice w worku.
Wymieniaj te rękawiczki za każdym razem, gdy są brudne lub przerwane. Najpierw usuń za pomocą strzykawki całą stojącą wodę z górnej części rdzenia. Następnie przefiltruj tę wodę przez filtr strzykawkowy o wielkości porów 0,45 µm.
Następnie umieść pierścień do sekcjonowania rdzenia na górnej części rurki rdzeniowej. Po czym podnieś rdzeń, aż osad dotknie górnej krawędzi pierścienia. Wewnątrz worka przymocuj rurkę rdzeniową w taki sposób, aby nie przesuwała się ona podczas ruchu rdzenia.
Operator pracujący wewnątrz worka z rękawicami może poczuć potrzebę lekkiego dociśnięcia wkładki rdzenia, aby materiał rdzenia znajdował się na górnej krawędzi pierścienia. Następnie należy wsunąć przecinak do rdzenia pomiędzy górną część wkładki a pierścień w taki sposób, aby sekcja osadu znajdowała się nad przecinakiem. Jest to pierwsza sekcja rdzenia.
Za pomocą plastikowych łyżeczek przenieś sekcję do 50-mililitrowej probówki stożkowej i szczelnie ją zakręć. Umyj narzędzia i powtarzaj ten proces, aż cały rdzeń zostanie podzielony na sekcje i umieszczony w probówkach. Podczas procesu sekcjonowania rdzenia podnośnik laboratoryjny może zostać całkowicie wysunięty.
Jeśli tak się stanie, należy przytrzymać rdzeń w miejscu, opuścić podnośnik i ustawić elementy z PVC tak, aby wysunąć wytłaczarkę rdzenia. Następnie należy ponownie zabezpieczyć podnośnik. Podczas tego procesu torba może zostać zbyt mocno opróżniona lub napompowana.
Koryguj ciśnienie, krótko otwierając zawór z azotem lub krótko otwierając główny otwór worka, aby wypuścić gaz. Po pocięciu rdzenia i umieszczeniu całego osadu w probówkach do wirowania, można wyjąć probówki z worka rękawiczkowego i go zamknąć. Następnie przygotuj zebrane probówki do wirowania zgodnie z opisem w protokole tekstowym.
Następnie odwiruj je z prędkością 1 100 g lub większą przez 20 minut. Po wirowaniu przenieś probówki z powrotem do środowiska beztlenowego i wprowadź kilka pustych probówek do pobierania próbek. Worek należy następnie ponownie przepłukać dwa do trzech razy, tak jak wcześniej.
Następnie należy otworzyć probówkę po wirowaniu i usunąć wodę porową za pomocą strzykawki z przymocowaną do końcówki rurką. Następnie, używając filtra strzykawkowego o wielkości porów 0,45 µm, należy przefiltrować wodę do probówki zbiorczej. Protokół tekstowy wyjaśnia, jak dalej przetwarzać próbki.
Zgodnie z opisanym protokołem, pobrano rdzeń z obszaru mokradeł w pobliżu Nowego Orleanu dziewięć miesięcy po wycieku z Deepwater Horizon. Mokradła te były silnie zanieczyszczone ropą. Dane uzyskane przy użyciu przenośnego spektrofotometru Hach DR 2700 wykazały niezwykle wysokie stężenia siarczków.
Stężenia żelaza były niskie, a żelaza w stanie utlenienia +3 nie wykryto. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak usunąć tlen z worka z rękawicami, jak wycisnąć rdzeń wewnątrz worka w celu umożliwienia jego sekcjonowania oraz jak oddzielić wody porowe od osadów. Po opanowaniu tej techniki czas wykonania procedury wynosi od jednej do trzech godzin na rdzeń, w zależności od jego długości.
Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o dokładnym przepłukaniu worka rękawiczkowego oraz powolnej regulacji wysokości rdzenia. Po zastosowaniu tej procedury można przeprowadzić metody takie jak specjacja żelaza poprzez ferrousing, specjacja arsenu za pomocą woltamperometrii lub rozdział kolumnowy, a także rozdział metylortęci, aby odpowiedzieć na pytania dotyczące stanu redox układu. Należy pamiętać, że praca z gazami sprężonymi może być niezwykle niebezpieczna, dlatego podczas wykonywania tej procedury niezbędne jest odpowiednie zabezpieczenie butli.
Niektóre próbki osadów mogą być zanieczyszczone materiałami niebezpiecznymi, dlatego należy zachować odpowiednie środki ostrożności.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia protokół sekcjonowania rdzeni osadów i ekstrahowania wód porowych w warunkach anoksycznych. Metoda ta umożliwia analizę związków wrażliwych na utlenianie-redukcję zarówno w fazie stałej, jak i ciekłej, szczególnie w badaniach geochemicznych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Geochemia
- Nauki o środowisku
- Chemia redoks
Wprowadzenie
- Zrozumienie specjacji metali w osadach jest kluczowe dla ocen środowiskowych.
- Obszary wrażliwe na procesy redoks, takie jak jeziora i tereny podmokłe, wymagają zastosowania starannych technik pobierania próbek.
- Zachowanie pierwotnego stanu utlenienia podczas pobierania próbek jest niezbędne dla uzyskania dokładnych wyników analizy.
- Metoda ta została zaprojektowana tak, aby była przenośna w warunkach terenowych i efektywna kosztowo.
Cel badania
- Zapewnienie niezawodnego protokołu sekcjonowania rdzeni osadów.
- Umożliwienie ekstrakcji wód porowych bez naruszania warstw osadów.
- Umożliwienie badania gatunków wrażliwych na utlenianie i redukcję w różnych środowiskach.
Zastosowane metody
- Przygotowanie laboratorium polowego z wykorzystaniem worka rękawiczego.
- Zamocowanie płyty prowadzącej rdzenie do stabilnej powierzchni roboczej.
- Sekcjonowanie rdzeni osadów z zachowaniem ich stanu utlenienia.
- Ekstrakcja wód porowych do późniejszej analizy.
Główne wyniki
- Protokół skutecznie utrzymuje stan utlenienia rdzeni osadów.
- Badacze mogą efektywnie analizować specjację metali w wodach porowych.
- Metoda jest dostosowana do różnych warunków terenowych.
- Wykazuje ona elastyczność i efektywność kosztową w badaniach geochemicznych.
Wnioski
- Niniejszy protokół stanowi cenne narzędzie dla badaczy analizujących środowiska wrażliwe na procesy redoks.
- Umożliwia on szczegółową analizę składu chemicznego osadów i wody porowej.
- Zalety tej metody sprawiają, że jest ona odpowiednia do różnorodnych zastosowań geochemicznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Metoda ta wspiera badania i rozwój w sektorze biofarmaceutycznym, umożliwiając zachowanie analitów wrażliwych na utlenianie i redukcję w macierzach środowiskowych, co jest kluczowe dla mechanistycznego ograniczania ryzyka w badaniach toksykologicznych i farmakologii bezpieczeństwa. Dzięki utrzymaniu pierwotnego stanu utlenienia podczas przetwarzania próbek, technika ta zapewnia integralność danych dla późniejszej walidacji biomarkerów oraz modelowania predykcyjnego zachowania związków w złożonych układach biologicznych. Jej mobilność oraz niski koszt ułatwiają wczesne testowanie hipotez w układach istotnych dla przebiegu chorób, co zmniejsza niepewność w procesie identyfikacji wiodących kandydatów na leki oraz w przepływach pracy przedklinicznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie szlaków zależnych od redoks w modelach chorobowych poprzez zachowanie labilnych związków, takich jak siarczki i formy żelaza, co służy walidacji mechanistycznej celów terapeutycznych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia powtarzalny schemat izolowania wód porowych z rdzeni osadów, wspierając spójne przygotowanie próbek w testach toksykologicznych środowiska.
Przesiewy i rozwój testów
- Wartość naukowa: Pozwala na uzyskanie ilościowo wiarygodnych ekstraktów z wody porowej odpowiednich do standaryzacji testów, umożliwiając przesiewanie związków modulujących szlaki wrażliwe na utlenianie-redukcję.
- Wartość operacyjna: Ułatwia wysokowiernościową ekstrakcję próbek w warunkach anoksycznych, poprawiając powtarzalność testów i zmniejszając liczbę wyników fałszywie ujemnych w kampaniach przesiewania fenotypowego.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wspiera dostosowanie biomarkerów translacyjnych poprzez zachowanie gatunków wrażliwych na utlenianie-redukcję, które korelują z progresją choroby w modelach przedklinicznych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia ciągłość od etapu odkrycia do walidacji przedklinicznej poprzez utrzymanie integralności próbek na wszystkich etapach procesu, co zmniejsza zmienność w decyzjach dotyczących postępów skorygowanych o ryzyko.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w kontinuum odkryć, umożliwiając niezawodne przygotowanie próbek do testów z zakresu biologii redoks, co wspiera weryfikację hipotez na wczesnym etapie badań oraz dostarcza danych o zredukowanym ryzyku mechanistycznym, pomocnych w identyfikacji wiodących związków.
- Biologia odkryć: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków sygnałowych poprzez zachowanie analitycznych substancji wrażliwych na stopień utlenienia, które są kluczowe dla walidacji celów w obszarach chorób zależnych od procesów redox.
- Screening: Zwiększa gotowość i powtarzalność testów dzięki dostarczaniu próbek wody porowej z minimalną liczbą artefaktów utleniania, co umożliwia wiarygodną ocenę związków.
- Analityka: Dostarcza wyników ilościowych, takich jak pomiary specjacji siarczków i żelaza, które pozwalają zespołom porównywać warunki redox pomiędzy grupami eksperymentalnymi.
- Badania translacyjne: Zapewnia ciągłość przedkliniczną poprzez zachowanie biomarkerów stresu oksydacyjnego, wspierając decyzje skorygowane o ryzyko w walidacji modeli chorobowych.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Służy jako powtarzalna metoda dla zespołów zajmujących się toksykologią i ochroną środowiska, standaryzując obsługę próbek w różnych projektach i regionach.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Pewność prognostyczna dzięki zachowaniu gatunków wrażliwych na utlenianie i redukcję oraz zmniejszenie niejednoznaczności mechanistycznej w farmakologii bezpieczeństwa.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja, powtarzalność i skalowalność przetwarzania próbek w warunkach anoksycznych w terenie i w laboratorium.
- Wartość strategiczna: Lepsze decyzje typu go/no-go dzięki zmniejszeniu liczby wyników fałszywie dodatnich w testach zależnych od procesów redoks oraz efektywność kapitałowa we wczesnych etapach przesiewowych.
- Wpływ na portfolio: Priorytetyzacja związków skorygowana o ryzyko w oparciu o wiarygodne dane dotyczące biomarkerów redoks, co redukuje ryzyko biologiczne na późnych etapach badań.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagana wiedza naukowa w zakresie technik beztlenowych oraz chemii redoks.
- Wymagane oprzyrządowanie obejmuje systemy worków rękawicowych, regulatory gazu azotowego, wirówki oraz filtry strzykawkowe.
- Standaryzacja międzyzespołowa wymaga przeszkolenia z protokołów usuwania tlenu oraz podstawowych procedur obchodzenia się z rdzeniami.
- Kwestie adaptacyjne obejmują dostosowanie grubości sekcji rdzenia w zależności od jego średnicy oraz stopnia zagęszczenia osadów.
- Ograniczenia praktyczne obejmują konieczność przeprowadzenia analizy niezwłocznie po ekstrakcji, aby zapobiec stopniowemu utlenianiu, nawet w zoptymalizowanych warunkach.
