Pobieranie próbek rozpuszczonej substancji rozpuszczonej na tlenowo-beztlenowym granicy faz gleba-woda przy użyciu profilerów mikrodializ

Jako gleboznawca zawsze musimy brać wodę w proszku glebowym do analizy. Nie jest to jednak łatwe, zwłaszcza gdy chemikalia w wodzie w proszku są bardzo wrażliwe na tlen. To nowa technologia.

Nazywamy to próbnikiem API. Za pomocą próbnika możemy pobierać proszek glebowy co dwa mililitry z rzeczywistym zakłóceniem obciążenia gleby. Moi studenci Zhang Sha, Yujia, Liu Ziyan i Liu Hao zademonstrują, jak zbudować próbnik i użyć go do pobrania wody w proszku glebowego.

Zacznij od dokładnego pocięcia nieskazitelnych rurek z nanomembraną na 33 krótkie rurki o długości 58 milimetrów. Następnie przetnij rurkę z politetrafluoroetylenu lub PTFE na 66 rur o długości 180 milimetrów za pomocą noża ceramicznego. Następnie całkowicie wymieszaj dwie części kleju epoksydowego AB na dowolnej czystej plastikowej płytce i odstaw na 30 minut, aż stanie się lepki, zanim nałożysz go na zewnętrzną powierzchnię górnej części rury PTFE.

Upewnij się, że klej epoksydowy AB pokrywa tylko cztery milimetry rurki i że nie ma dodatkowego kleju blokującego rurki. Połącz dwie rurki PTFE z każdą rurką z nanomembraną, delikatnie wkręcając rurki PTFE w rurkę z nanomembraną, aby w pełni zmontować wszystkie 33 nieskazitelne próbniki do mikrodializy. Pozostaw zmontowane próbniki na noc, aby zapewnić całkowite utwardzenie i stabilizację kleju.

Aby zwiększyć hydrofilowość i oczyścić próbniki do mikrodializy, namocz je w etanolu na jedną godzinę, a następnie wyczyść ultradźwiękowo 2% rozcieńczonym kwasem azotowym i ultraczystą wodą przez 15 minut każdy. Sprawdź drożność i szczelność próbnika do mikrodializy, bulgocząc w wodzie za pomocą pięciomililitrowej strzykawki. Aby zmontować profiler do mikrodializy, użyj pliku CAD, aby wydrukować wstępnie zaprojektowany szkielet przy użyciu materiału nylonowego.

Następnie wydrąż pojemnik z PVC umyty kwasem z dwoma równoległymi szczelinami w odstępach pięciu centymetrów, aby dopasować rozmiar szkieletu. Użyj modułu grawerowania w drukarce 3D do dłutowania. Zbuduj łącznik jeden-do-wielu, stabilizując klej epoksydowy w kształcie 50-milimetrowej nasadki probówki wirówkowej.

Następnie włóż 33 silikonowe nakrętki o długości jednego centymetra do kleju epoksydowego przed utwardzeniem i odstaw na noc. Następnie wyjmij łącznik jeden-do-wielu z nasadki rurki i odetnij klej epoksydowy za pomocą noża ceramicznego, tak aby wszystkie końce silikonowej nasadki były drożne. Dokładnie wypłucz złącze jeden-do-wielu rozcieńczonym 2% kwasem azotowym i ultraczystą wodą przez 15 minut każdy i wysusz w warunkach otoczenia.

Po wysuszeniu podłącz zawór trójdrogowy do dolnej części rurki, aby służył jako pojemnik buforowy. Zmontuj pojemnik buforowy, instalując łącznik jeden do wielu do 50-mililitrowej rurki strzykawkowej za pomocą kleju epoksydowego AB Zmontuj poszczególne próbniki do mikrodializy na szkielecie za pomocą kleju na gorąco, upewniając się, że każdy próbnik jest równoległy do górnej lub dolnej krawędzi szkieletu. Zainstalować wszystkie 33 próbniki do mikrodializy na szkielecie, upewniając się, że 33 próbniki po obu stronach przechodzą przez szczeliny PVC.

Uszczelnij szczeliny w połączeniach szkieletu i szczelinach za pomocą kleju epoksydowego AB. Następnie podłącz wszystkie próbniki po jednej stronie szkieletu do pojemnika buforowego za pomocą zaworu łączącego jeden do wielu, wstępnie zainstalowanego w 50-mililitrowej probówce wirówkowej. Następnie podłącz medyczny worek infuzyjny wstępnie napełniony wodą o stężeniu 18,3 milioma do pojemnika buforowego przez zawór trójdrogowy.

Zamknąć wszystkie próbniki po stronie pobierania próbek za pomocą silikonowych nasadek. Dokładnie sprawdzić drożność i szczelność każdego próbnika do mikrodializy, obracając zawór trójdrogowy, umożliwiając przepływ wody z worka infuzyjnego do próbnika. Następnie zamknij i wyłącz wszystkie próbniki i zawór na zbiorniku buforowym.

Przed inkubacją zalanej gleby usuń tlen, odgazowując wodę w medycznym worku infuzyjnym. Pęcherzyk azotu gazowego przez noc na drodze linii azotu o wysokiej czystości do medycznego worka infuzyjnego. Za pomocą zaworu trójdrogowego zamknij połączenie między profilerem a odgazowanym workiem.

Następnie dodaj 450 gramów przesianej, wysuszonej powietrzem gleby do pojemnika z PVC, upewniając się, że pięć próbników do mikrodializy pozostaje nad powierzchnią gleby. Przykryj powierzchnię gleby tkanką przed zalaniem gleby ultraczystą wodą. Gdy gleba zostanie zalana pięć centymetrów nad powierzchnią gleby, usuń tkankę.

Po zainicjowaniu inkubacji gleby należy natychmiast oczyścić system wstępnie załadowanym roztworem. Następnie przepłukać układ pobierania próbek, włączając połączenie między workiem beztlenowym a próbnikiem do dializy. Użyć dziesięciokrotnej całkowitej objętości próbnika podczas przedmuchiwania każdego próbnika wodą.

Po zakończeniu oczyszczania jednego próbnika należy go przykryć czystą silikonową nasadką przed oczyszczeniem każdego próbnika w celu utworzenia jednego systemu inkubacji i pobierania próbek z zalanej gleby. Następnie dostosuj worek anaerobowy do wysokości powierzchni wody, upewniając się, że wszystkie rurki są pełne wody. Jeśli nie, zdejmij nakrętkę i opuść górną część rurki, umożliwiając przepływ wody z worka beztlenowego.

Zamknąć nakrętki i zawory i inkubować przez siedem dni przy wyłączonym połączeniu między workiem beztlenowym a próbnikiem do dializy. Przed pobraniem próbek należy dostosować poziom wody w pojemniku na glebę, blatach do pobierania próbek i worku beztlenowym do podobnej wysokości, aby uniknąć znacznych różnic w potencjale wodnym. Następnie włącz połączenie między workiem beztlenowym a pojemnikiem buforowym.

Zdejmij nasadkę pierwszego próbnika od góry do dołu. Za pomocą pipety przenieść 133 mikrolitry próbki z próbnika do fiolki o pojemności 0,6 mililitra, wstępnie załadowanej 133 mikrolitrami 2% kwasu azotowego w celu konserwacji. Podczas pobierania próbek należy obserwować powolny, ale równomierny przepływ kropelek wody w kierunku próbnika do mikrodializy w komorze obserwacyjnej w worku beztlenowym.

Zamknij górną część probówki silikonową nasadką przed przejściem do następnej probówki do pobierania próbek. Powtórzyć tę czynność dla wszystkich 33 próbek przed wyłączeniem połączenia między workiem beztlenowym a pojemnikiem buforowym. Uzupełnić zalaną wodę szóstego dnia po pobraniu próbki.

Obliczyć odzysk objętości próbki, ważąc fiolkę z próbką przed i po przeniesieniu próbki ubogiej wody. Następnie zmierz całkowite stężenia rozpuszczonych pierwiastków w ubogiej wodzie za pomocą spektrometrii mas ze wzbudzeniem w plazmie sprzężonej indukcyjnie lub ICPMS. Procent odzysku objętości próbki wynosił średnio 101,4% i wahał się od 100,2% do 103,6%Nieco wyższy odzysk objętości próbki wskazywał na różnicę poziomu wody między workiem beztlenowym a górną częścią probówki do pobierania próbek.

Korzystając z próbek z granicy faz glebowo-wodnych pobranych szóstego i siódmego dnia, określono całkowite stężenia rozpuszczonego żelaza, manganu, arsenu, kadmu, miedzi, ołowiu, niklu i w ubogiej wodzie. Szóstego dnia stężenia rozpuszczonego manganu, żelaza i arsenu wzrastały wraz z głębokością gleby, podczas gdy stężenia miedzi i ołowiu zmniejszały się wraz ze wzrostem głębokości gleby. Jednak w przypadku kadmu, niklu i profile głębokości stężeń wskazywały na inny wzorzec, ponieważ rozpuszczone stężenia wzrosły z minus 20 milimetrów do głębszych miejsc.

Profile głębokości stężeń żelaza i arsenu na głębokości minus 12 milimetrów szóstego dnia były znacznie wyższe niż poziomy siódmego dnia. Jednak stężenia żelaza i arsenu były znacznie wyższe od głębokości od minus 18 do minus 50 milimetrów. Dla większości oznaczanych pierwiastków, z wyjątkiem manganu, stężenia rozpuszczone w wodach powierzchniowych i równym glebie powierzchniowej na głębokości minus 15 milimetrów były znacznie niższe po tlenowym uzupełnieniu wody.

Szczyt stężenia ołowiu w siódmym dniu na głębokości około minus 10 milimetrów wykazał kontrastujący wzór z szóstym dniem. Technika ta jest szczególnie przydatna dla badaczy, którzy badali biogeochemiczne procesy mikrointerfejsu. Może zawęzić medyczne czynniki zakłócające.

Procedura ta jest stosowana do spłaszczonej gleby, co oznacza, że wyciek lub intruzja tlenu znacząco zmieni nieoczekiwane procesy chemiczne, upewnij się, że wszystkie połączenia są szczelne, a odgazowanie wody jest wystarczające. Po tej procedurze można przeprowadzić inne metody, takie jak chromatografia cieczowa nadgarstka i chromatografia masowa oraz analiza mikrobiologiczna o specjalnej rozdzielczości, aby połączyć procesy chemiczne i biologiczne. Technika ta utorowała naukowcom drogę do zbadania nowych pytań dotyczących tego, w jaki sposób perturbacje wirusów wpływają na zachowanie zredagowanego elementu czujnika w zmieniającym się środowisku.