Sedimentos Núcleo de corte e extração de Pore Waters sob condições anóxicas
7 de março de 2016
Um protocolo para seccionamento de testemunhos de sedimentos e extração de águas porosas sob condições anóxicas, a fim de permitir a análise de espécies sensíveis redox em sólidos e fluidos é apresentado.
O objetivo geral deste procedimento é seccionar núcleos de sedimentos e extrair águas porosas desses núcleos de sedimentos, mantendo o estado de oxidação original. Este método pode permitir que pesquisadores em campos geoquímicos examinem a especiação de metais em águas porosas e sedimentos de áreas sensíveis a redox, como lagos e pântanos. As principais vantagens dessa técnica são que ela é flexível e adaptável, portátil em campo, barata e não perturba as camadas de sedimentos.
Demonstrando o procedimento estará Rahul Sinha, um estudante de graduação do meu laboratório. Comece a preparar o laboratório de campo montando o porta-luvas. Primeiro, prenda a placa de orientação do núcleo a uma superfície de trabalho.
Posicione o orifício para o revestimento do núcleo que se estende na frente do balcão para garantir que esteja aberto. Em seguida, prenda o tanque de nitrogênio usando uma braçadeira de bancada. Em seguida, coloque o porta-luvas sobre a placa e passe a tubulação entre a bolsa e o regulador de gás.
Estenda cerca de oito polegadas de tubo no saco. Agora, sele a conexão da tubulação no saco com fita isolante e dentro do saco deslize uma braçadeira no tubo, mas deixe a braçadeira aberta. Em seguida, corte um X no fundo do saco sobre o orifício no prato e carregue o saco com os itens listados.
Verifique as listas, porque esquecer um item é muito inconveniente. A próxima tarefa é configurar o núcleo. Primeiro, coloque um macaco de laboratório no chão sob a superfície de trabalho.
O macaco de laboratório deve ter um pedaço de madeira compensada com um orifício no centro para estabilizar o núcleo. Em seguida, com o núcleo na posição vertical, empurre-o através da placa de orientação do núcleo e através do X no porta-luvas. Cerca de quatro a seis polegadas de núcleo devem se estender acima da placa.
Agora, enquanto uma pessoa apóia o núcleo, prenda o núcleo na bolsa ao redor do X com fita isolante. Em seguida, configure a extrusora principal. Primeiro insira a alça em um espaçador de PVC de seis polegadas de comprimento e duas polegadas de diâmetro, seguido por um acoplamento de três polegadas de comprimento e, em seguida, outro espaço e outro acoplamento e assim por diante até que a alça esteja completamente coberta.
Agora, coloque a extrusora de núcleo abaixo do núcleo e apoie-a com o macaco. O macaco deve ser acionado o mais baixo possível. Em seguida, com um estilete, corte cuidadosamente a parte inferior da tampa do núcleo.
Deixe um anel de tampa do núcleo ao redor do revestimento do núcleo e deixe um pedaço circular de tampa contra os materiais do núcleo. Agora, uma pessoa deve alcançar o porta-luvas para prender o núcleo enquanto a outra levanta o macaco. Mova gradualmente a extrusora de núcleo para o revestimento de núcleo, levantando o sedimento para cima.
Pode ser necessário mexer um pouco a extrusora. Continue elevando o núcleo até que o sedimento e a água sobreposta cheguem ao topo do revestimento do núcleo. A última tarefa é selar o saco.
Primeiro, verifique se tudo está lá. Em seguida, abra todos os objetos na bolsa que contenham ar preso. Agora, de preferência com a ajuda de outra pessoa, purgue a luva três vezes.
Primeiro, com o saco o mais vazio possível, sele a abertura principal com algumas cordas elásticas. Em seguida, com um assistente regulando o fluxo de nitrogênio a 50 psi, direcione o gás ao redor da bolsa, especialmente para fendas onde o ar pode ficar preso. Quando a bolsa estiver muito inflada, desligue o regulador ou feche a braçadeira para desligar o gás.
Em seguida, abra a abertura principal e retire o máximo de gás possível da bolsa. Repita o processo de encher o saco com nitrogênio, incluindo todas as fendas, e esvaziar o saco mais duas vezes. Depois de concluído, o porta-luvas deve conter níveis muito baixos de oxigênio.
Termine com uma quantidade confortável de gás no porta-luvas. Este procedimento é melhor executado enquanto se trabalha em pares. Para este procedimento, coloque um par de luvas descartáveis sobre as luvas embutidas na bolsa.
Troque essas luvas sempre que estiverem sujas ou rasgadas. Primeiro, remova toda a água parada do topo do núcleo usando uma seringa. Em seguida, filtre essa água através de um filtro de seringa de 0,45 mícron.
Em seguida, coloque um anel de corte do núcleo sobre a parte superior do revestimento do núcleo. Em seguida, levante o núcleo até que o sedimento encontre o topo do anel. Dentro da bolsa, prenda o revestimento do núcleo para que, quando o núcleo se mover, o forro não o faça.
Pode ser necessário que o operador que trabalha dentro do porta-luvas empurre ligeiramente para baixo o revestimento do núcleo para que o material do núcleo fique no topo do anel. Em seguida, empurre um cortador de núcleo entre a parte superior do revestimento e o anel para que a seção de sedimentos fique acima do fatiador. Esta é a primeira seção do núcleo.
Com colheres de plástico, mova a seção para um tubo cônico de 50 mililitros e tampe bem. Lave as ferramentas e repita o processo até que todo o núcleo seja seccionado e colocado em tubos. Durante o processo de seccionamento do núcleo, o macaco de laboratório pode ficar totalmente estendido.
Se isso ocorrer, segure o núcleo no lugar, abaixe o macaco e posicione as peças de PVC para estender a extrusora do núcleo. Em seguida, prenda o macaco de volta no lugar. Durante esse processo, a bolsa pode ficar muito vazia ou inflada.
Faça ajustes abrindo brevemente a válvula de gás nitrogênio ou abrindo brevemente a abertura da bolsa principal para liberar gás. Uma vez que o núcleo é seccionado e todo o sedimento está em tubos de centrífuga, esses tubos podem ser removidos do porta-luvas e o porta-luvas fechado. Em seguida, prepare os tubos coletados para centrifugação conforme explicado no protocolo de texto.
Em seguida, gire-os a 1.100 g ou mais rápido por 20 minutos. Após a centrifugação, retorne os tubos ao ambiente livre de oxigênio e introduza alguns tubos vazios para a coleta da amostra. O saco deve então ser purgado novamente duas a três vezes como antes.
Agora, abra um tubo centrifugado e remova a água dos poros usando uma seringa com tubo na extremidade. Em seguida, usando um filtro de seringa de 0,45 mícron, filtre a água em um tubo de coleta. O protocolo de texto explica como processar ainda mais as amostras.
Usando o protocolo descrito, um núcleo foi retirado de um pântano perto de Nova Orleans nove meses após o Projeto de Lei de Horizontes de Águas Profundas. Este pântano estava fortemente oleado. Usando um espectrofotômetro portátil Hach DR 2700, os dados mostraram concentrações de sulfeto extremamente altas.
As concentrações de ferro foram baixas e o ferro no estado de oxidação de três mais não foi detectado. Portanto, depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como purgar o oxigênio do porta-luvas, extrudar o núcleo dentro do porta-luvas para permitir o seccionamento e separar as águas dos poros dos sedimentos. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em uma a três horas por núcleo, dependendo do comprimento do núcleo.
Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de purgar bem o porta-luvas e ajustar a altura do núcleo lentamente. Seguindo este procedimento, métodos como especiação de ferro por ferrouso, especiação de arsênio por voltametria ou separação de coluna e separação de mitilmercúrio podem ser realizados para responder a perguntas sobre o estado redox do sistema. Não se esqueça de que trabalhar com gases comprimidos pode ser extremamente perigoso e proteger o tanque é essencial durante a execução deste procedimento.
Algumas amostras de sedimentos podem estar contaminadas com materiais perigosos e os devidos cuidados devem ser tomados.
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Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo para secionar núcleos de sedimento e extrair águas de poro sob condições anóxicas. O método permite a análise de espécies sensíveis ao redox tanto em sólidos quanto em fluidos, particularmente em pesquisas geoquímicas.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Geoquímica
- Ciência Ambiental
- Química de Redox
Fundo
- Compreender a especiação de metais em sedimentos é crucial para avaliações ambientais.
- Áreas sensíveis ao redox, como lagos e zonas úmidas, requerem técnicas de amostragem cuidadosas.
- Manter o estado de oxidação original durante a amostragem é essencial para uma análise precisa.
- Este método é projetado para ser portátil e econômico.
Propósito do Estudo
- Fornecer um protocolo confiável para secionar núcleos de sedimento.
- Facilitar a extração de águas de poro sem perturbar as camadas de sedimento.
- Permitir o estudo de espécies sensíveis ao redox em vários ambientes.
Métodos Usados
- Preparação de um laboratório de campo usando uma bolsa de luvas.
- Fixar a placa de orientação do núcleo em uma superfície de trabalho estável.
- Secionar núcleos de sedimento enquanto preserva seu estado de oxidação.
- Extrair águas de poro para análise subsequente.
Principais Resultados
- O protocolo mantém com sucesso o estado de oxidação dos núcleos de sedimento.
- Os pesquisadores podem analisar efetivamente a especiação de metais nas águas de poro.
- O método é adaptável a várias condições de campo.
- Demonstra flexibilidade e custo-efetividade para estudos geoquímicos.
Conclusões
- Este protocolo é uma ferramenta valiosa para pesquisadores que estudam ambientes sensíveis ao redox.
- Permite uma análise detalhada da química dos sedimentos e das águas de poro.
- As vantagens do método o tornam adequado para diversas aplicações geoquímicas.
Perguntas Frequentes
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.
