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 testemunhas de sedimento e extrair águas intersticiais dessas testemunhas, mantendo o estado de oxidação original. Este método pode permitir que pesquisadores na área de geoquímica examinem a especiação de metais nas águas intersticiais e nos sedimentos de áreas sensíveis à redox, como lagos e zonas úmidas. As principais vantagens desta técnica são sua flexibilidade e adaptabilidade, portabilidade para campo, baixo custo e a preservação das camadas de sedimento.
Demonstrará o procedimento Rahul Sinha, um aluno de graduação do meu laboratório. Comece preparando o laboratório de campo montando o saco de luvas. Primeiro, fixe a placa de orientação do núcleo à superfície de trabalho.
Posicione o orifício para o revestimento do núcleo estendendo-se à frente do balcão para garantir que esteja aberto. Em seguida, fixe o tanque de nitrogênio usando um grampo de bancada. Depois, coloque a bolsa de luvas sobre a placa e passe a tubulação entre a bolsa e o regulador de gás.
Estenda cerca de oito polegadas de tubo para dentro da bolsa. Agora, vede a conexão do tubo na bolsa com fita isolante e, dentro da bolsa, deslize um grampo para o tubo, mas mantenha o grampo aberto. Em seguida, corte um X na parte inferior da bolsa, sobre o orifício na placa, e depois carregue a bolsa com os itens listados.
Verifique novamente as listas, pois esquecer um item é muito inconveniente. A próxima tarefa é montar o núcleo. Primeiro, coloque um macaco de laboratório no chão sob a superfície de trabalho.
O macaco de laboratório deve ter uma tábua de madeira compensada com um orifício no centro para estabilizar o testemunho. Em seguida, mantendo o testemunho na posição vertical, empurre-o através da placa de orientação do testemunho e através do X da câmara de luvas. Cerca de dez a quinze centímetros do testemunho devem se projetar acima da placa.
Agora, enquanto uma pessoa segura o núcleo, prenda o núcleo ao saco em torno do X com fita isolante. Em seguida, monte o extrusor de núcleo. Primeiro, insira o cabo em um espaçador de PVC de seis polegadas de comprimento e duas polegadas de diâmetro, seguido por um acoplador de três polegadas de comprimento e depois outro espaçador e outro acoplador, e assim por diante, até que o cabo esteja completamente coberto.
Agora, posicione o extrusor de núcleo abaixo do núcleo e apoie-o com o macaco. O macaco deve ser girado para a posição mais baixa possível. Em seguida, com um estilete, corte cuidadosamente ao redor da base da tampa do núcleo.
Deixe um anel do tampão central ao redor do revestimento do testemunho e mantenha um pedaço circular do tampão encostado aos materiais do testemunho. Agora, uma pessoa deve colocar a mão dentro da câmara de luvas para segurar o testemunho enquanto a outra levanta o macaco. Mova gradualmente o extrator de testemunhos para dentro do revestimento do testemunho, elevando o sedimento para cima.
Pode ser necessário mover um pouco o extrator. Continue levantando o testemunho até que o sedimento e a água sobrejacente alcancem o topo do revestimento do testemunho. A última tarefa é selar o saco.
Primeiro, verifique cuidadosamente se tudo está presente. Em seguida, abra todos os objetos no saco que contenham ar aprisionado. Agora, idealmente com a ajuda de outra pessoa, purifique a luva três vezes.
Primeiro, com o saco o mais desinflado possível, feche a abertura principal com alguns elásticos. Em seguida, com um assistente regulando o fluxo de nitrogênio a 50 psi, direcione o gás ao redor do saco, especialmente em frestas onde o ar poderia ficar aprisionado. Quando o saco estiver altamente inflado, desligue o regulador ou feche o grampo para interromper o gás.
Em seguida, abra a abertura principal e retire o máximo de gás possível do saco. Repita o processo de preenchimento do saco com nitrogênio, incluindo todos os espaços e dobras, e esvaziamento do saco mais duas vezes. Após a conclusão desse procedimento, o saco de luvas deve conter níveis muito baixos de oxigênio.
Termine com uma quantidade confortável de gás no globo de luvas. Este procedimento é melhor realizado trabalhando em pares. Para este procedimento, coloque um par de luvas descartáveis por cima das luvas embutidas no globo.
Troque estas luvas sempre que estiverem sujas ou rasgadas. Primeiro, remova toda a água parada do topo do testemunho usando uma seringa. Em seguida, filtre esta água por meio de um filtro de seringa de 0,45 mícron.
Em seguida, coloque um anel seccionador no topo do revestimento do testemunho. Depois, levante o testemunho até que o sedimento atinja o topo do anel. Dentro do saco, fixe o revestimento do testemunho para que, quando o testemunho se mover, o revestimento permaneça fixo.
Pode ser necessário que o operador que trabalha dentro do globo de luvas pressione levemente para baixo o revestimento do testemunho, de modo que o material do testemunho fique na parte superior do anel. Em seguida, insira um cortador de testemunho entre a parte superior do revestimento e o anel, de forma que a seção de sedimento fique acima do cortador. Esta é a primeira seção do testemunho.
Com colheres de plástico, transfira a seção para um tubo cônico de 50 mililitros e tampe-o firmemente. Lave as ferramentas e repita o processo até que todo o núcleo seja seccionado e colocado nos tubos. Durante o processo de seccionamento do núcleo, o macaco hidráulico pode ficar totalmente estendido.
Se isso ocorrer, segure o núcleo no lugar, abaixe o macaco e posicione os pedaços de PVC para prolongar o extrusor de núcleos. Em seguida, fixe novamente o macaco em sua posição. Durante esse processo, o saco pode ficar excessivamente desinflado ou inflado.
Faça ajustes abrindo brevemente a válvula de gás nitrogênio ou abrindo brevemente a abertura principal do saco para liberar o gás. Uma vez que o testemunho é seccionado e todo o sedimento está nos tubos de centrífuga, esses tubos podem ser removidos do saco de luvas e o saco fechado. Em seguida, prepare os tubos coletados para centrifugação conforme explicado no protocolo textual.
Em seguida, centrifugue-os a 1.100 g ou mais por 20 minutos. Após a centrifugação, retorne os tubos ao ambiente livre de oxigênio e introduza alguns tubos vazios para a coleta da amostra. Em seguida, o saco deve 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 ponta. Em seguida, utilizando um filtro de seringa de 0,45 mícrons, filtre a água para um tubo de coleta. O protocolo textual explica como processar ainda mais as amostras.
Utilizando o protocolo descrito, um testemunho foi coletado de uma área úmida próxima a Nova Orleans nove meses após o derramamento do Deep Water Horizons. Essa área úmida estava fortemente contaminada por óleo. Usando um espectrofotômetro portátil Hach DR 2700, os dados mostraram concentrações extremamente altas de sulfeto.
As concentrações de ferro foram baixas e não foi detectado ferro no estado de oxidação três mais. Assim, após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como remover o oxigênio da câmara de luvas, extrudir o testemunho dentro da câmara de luvas para permitir o seu seccionamento e separar as águas dos poros dos sedimentos. Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em uma a três horas por testemunho, dependendo do comprimento do testemunho.
Ao realizar este procedimento, é importante lembrar de purgar completamente a câmara de luvas e ajustar lentamente a altura do núcleo. Após este procedimento, métodos como a especiação de ferro por ferroso, especiação de arsênio por voltametria ou separação em coluna e separação de metilmercúrio podem ser realizados para responder perguntas sobre o estado redox do sistema. Não se esqueça de que trabalhar com gases comprimidos pode ser extremamente perigoso e que fixar o tanque é essencial ao realizar este procedimento.
Algumas amostras de sedimento podem estar contaminadas com materiais perigosos e precauções apropriadas devem ser tomadas.
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Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo para seccionar testemunhas de sedimentos e extrair águas dos poros em condições anóxicas. O método permite a análise de espécies sensíveis à oxirredução em sólidos e fluidos, particularmente na pesquisa geoquímica.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Geoquímica
- Ciência Ambiental
- Química Redox
Contexto
- Compreender a especiação de metais em sedimentos é fundamental para avaliações ambientais.
- Áreas sensíveis à redox, como lagos e zonas úmidas, exigem técnicas cuidadosas de amostragem.
- Manter o estado de oxidação original durante a amostragem é essencial para uma análise precisa.
- Este método foi desenvolvido para ser portátil em campo e economicamente viável.
Objetivo do Estudo
- Fornecer um protocolo confiável para o seccionamento de testemunhos de sedimento.
- Facilitar a extração de águas intersticiais sem perturbar as camadas de sedimento.
- Permitir o estudo de espécies sensíveis à redox em diversos ambientes.
Métodos Utilizados
- Preparação de um laboratório de campo utilizando uma câmara de luvas.
- Fixação da placa de orientação do testemunho a uma superfície de trabalho estável.
- Seccionamento de testemunhos de sedimento preservando seu estado de oxidação.
- Extração das águas intersticiais para análises subsequentes.
Resultados Principais
- O protocolo mantém com sucesso o estado de oxidação de testemunhos de sedimento.
- Os pesquisadores podem analisar eficazmente a especiação de metais nas águas intersticiais.
- O método é adaptável a diversas condições de campo.
- Ele demonstra flexibilidade e custo-efetividade para estudos geoquímicos.
Conclusões
- Este protocolo é uma ferramenta valiosa para pesquisadores que estudam ambientes sensíveis à oxirredução.
- Permite a análise detalhada da química de sedimentos e águas intersticiais.
- As vantagens do método o tornam adequado para diversas aplicações geoquímicas.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Este método apoia a pesquisa e desenvolvimento em biofarmacêuticos ao permitir a preservação de analitos sensíveis ao estado redox em matrizes ambientais, o que é essencial para a desmistificação mecanicista em estudos de toxicologia e farmacologia de segurança. Ao manter o estado de oxidação original durante o processamento da amostra, a técnica garante a integridade dos dados para a validação de biomarcadores e modelagem preditiva do comportamento de compostos em sistemas biológicos complexos. A portabilidade do método e seu baixo custo facilitam testes iniciais de hipóteses em sistemas relevantes para doenças, reduzindo a incerteza na identificação de compostos promissores e nos fluxos de trabalho pré-clínicos.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de vias dependentes de oxirredução em modelos de doenças ao preservar espécies lábeis, como sulfetos e formas de ferro, para a validação mecanicista de alvos.
- Valor Operacional: Fornece um fluxo de trabalho reprodutível para o isolamento de águas intersticiais de testemunhos de sedimento, apoiando a preparação consistente de amostras em ensaios de toxicologia ambiental.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Fornece extratos de água de poros quantitativamente confiáveis adequados para padronização de ensaios, permitindo a triagem de compostos que modulam vias sensíveis à redox.
- Valor Operacional: Facilita a extração de amostras com alta fidelidade em condições anóxicas, melhorando a reprodutibilidade dos ensaios e reduzindo falsos negativos em campanhas de triagem fenotípica.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Apoia o alinhamento translacional de biomarcadores ao preservar espécies sensíveis ao estado redox que se correlacionam com a progressão da doença em modelos pré-clínicos.
- Valor Operacional: Garante a continuidade do descobrimento à validação pré-clínica ao manter a integridade das amostras em todas as etapas do fluxo de trabalho, reduzindo a variabilidade nas decisões de avanço ajustadas ao risco.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se integra ao continuum de descoberta ao permitir o preparo confiável de amostras para ensaios de biologia redox, apoiando a verificação de hipóteses na fase inicial de descoberta e orientando a identificação de compostos promissores por meio de dados com riscos mecanicísticos reduzidos.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses e a elucidação de vias ao preservar analitos sensíveis ao estado de oxidação, essenciais para a validação de alvos em áreas de doenças com atividade redox.
- Triagem: Melhora a prontidão e reprodutibilidade de ensaios ao fornecer amostras de água intersticial com mínimos artefatos de oxidação, permitindo avaliação confiável de compostos.
- Análises: Fornece resultados quantitativos, como medições de especiação de sulfeto e ferro, que permitem às equipes comparar condições redox entre grupos experimentais.
- Pesquisa Translacional: Conecta-se à continuidade pré-clínica ao preservar biomarcadores de estresse redox, apoiando decisões ajustadas ao risco na validação de modelos de doenças.
- Reutilização Corporativa: Funciona como uma capacidade reutilizável para equipes de meio ambiente e toxicologia, padronizando o manuseio de amostras em diferentes projetos e regiões geográficas.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Confiança preditiva por meio da preservação de espécies sensíveis à oxirredução e redução da ambiguidade mecanicista na farmacologia de segurança.
- Valor Operacional: Padronização, reprodutibilidade e escalabilidade do processamento de amostras anóxicas em ambientes de campo e laboratoriais.
- Valor Estratégico: Tomadas de decisão mais eficazes sobre avançar ou não avançar com base na redução de falsos positivos em ensaios dependentes de oxirredução e na eficiência do capital em triagens iniciais.
- Impacto sobre o Portfólio: Priorização ajustada ao risco de compostos com base em dados confiáveis de biomarcadores redox, reduzindo riscos biológicos em estágios avançados.
Considerações sobre a Implementação
- Expertise científica necessária em técnicas anaeróbicas e química redox.
- Os equipamentos necessários incluem sistemas de bolsa com atmosfera inerte, reguladores de gás nitrogênio, centrífugas e filtros de seringa.
- A padronização entre equipes exige treinamento em protocolos de purga de oxigênio e procedimentos de manuseio de testemunhos.
- As considerações para adaptação incluem o ajuste da espessura do corte dos testemunhos com base no diâmetro e na compactação do sedimento.
- As limitações práticas incluem a necessidade de análise imediata após a extração para evitar oxidação gradual, mesmo sob condições otimizadas.
