Name: Caracterização, quantificação e específicos do Composto isotópica Análise de Pirogênica carbono, usando Benzeno policarboxílicos Acids (BPCA) (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 12 s
Description: Aprenda a caracterizar, quantificar e analisar isotopicamente carbono pirogênico em amostras ambientais usando o método BPCA com cromatografia líquida e espectrometria de massa.

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Os autores agradecem o apoio das seguintes fontes de financiamento: o Programa de Prioridades de Pesquisa da Universidade de Zurique "mudança global e biodiversidade", os projetos da Fundação Nacional de Ciência da Suíça 134452, 131922, 143891, 119950 e 134847, e o prêmio Deep Carbon Observatory - Deep Energy 60040915.

1. Precauções Gerais e preparações <ol><li> Use somente limpo, descalcificadas (10% banho de HCl) e copos queimado (500 ° C durante 5 horas), as ferramentas cuidadosamente limpos e ultrapura, cromatografia líquida de alta pressão (HPLC) de água de grau e solventes para todo o procedimento. </li><li> Congelar seco e homogeneizar amostras com um moinho de esfera livre de carbono 58 e determinar o seu teor de carbono orgânico total (COT) por análise elementar 59-60. Nota: Os requisitos de pureza relativos a produtos químicos e equipamentos de laboratório, são particularmente elevados para a análise específica do composto 14 C de BPCAs. Incluir avaliações em branco 49 e furto testa 61 para monitorar fontes potenciais de contaminação da amostra. </li></ol> 2. Digestão HNO3 <ol><li> Pesar liofilizado e amostras homogeneizadas (cf. 1.2.) Em tubos de digestão de quartzo e cobrirem contra poeira com folha de alumínio. <ol><li> Para PyC quantificatie caracterização de efeitos, utilizar amostras contendo&gt; 1 mg de COT 42. Assim, no caso de solos e sedimentos, uso ca. 200-400 mg, e no caso de amostras-orgânicos ricos, tais como carvões puros, uso cerca de 10 - 20 mg por tubo de digestão. </li><li> Para posterior análise isotópica específica do composto de PyC (13 C e 14 C), certifique-se que a amostra contém o suficiente BPCA-C para atender aos limites de detecção do espectrômetro de massa específica da relação isotópica que serão utilizados após a etapa 6. Se houver nenhuma informação a priori sobre a quantidade PyC uma amostra disponível (por exemplo, a partir de medições anteriores), primeiro quantificar seu conteúdo PyC (passos 1-5) e preparar mais de amostra mais tarde, se os rendimentos BPCA-C são muito baixos para análise isotópica. Nota: Incluir amostras em branco e de referência com conhecido PyC e 13 C e 14 C de conteúdo (por exemplo, a partir dos &quot;materiais de referência carbono negro&quot;, os resultados cf. SEcção). Isto irá permitir que a verificar a reprodutibilidade da quantificação PyC e permitir cálculos de correcção em branco das medições isotópicas específicos de compostos após análise. </li></ol></li><li> Adicionar 2 ml de 65% HNO3 nos tubos digestivos, usar um misturador de vórtice para auxiliar humedecimento completo da amostra e, em seguida, inserir os tubos de digestão no interior da câmara de pressão. Fechar as câmaras de pressão de acordo com o manual 62 e colocá-los num forno pré-aquecido a 170 ° C durante 8 h. ATENÇÃO: Após a digestão, deixar as câmaras arrefecer no interior do forno e só abri-los sob o exaustor depois que chegaram à temperatura ambiente, pois os gases nocivos podem escapar. </li><li> Filtrar as amostras com água em balões volumétricos usando filtros de fibra de vidro descartável (&lt;0,7 micrómetros), por exemplo em seringas de vidro, e ajustar o volume para 25 ml. A diluição é necessária para parar a digestão. Nota: Os 25 ml de soluções contendo o BPCAs pode ser armazenado emgeladeira por até 2 meses antes de processar mais. A digestão pode, em princípio, também ser realizada usando outros instrumentos, por exemplo, com um sistema de microondas pressurizado 16. Nesse caso, os testes devem ser executados com materiais de referência para verificar recuperações BPCA e reprodutibilidade do método (cf. seção de resultados representativos). </li></ol> 3. A remoção de cátions <ol><li> Para cada amostra, preparar duas colunas de vidro (400 mm de altura, em 15 mm de diâmetro) com 11 g de resina de permuta catiónica por coluna. Condiciona-se a resina no interior das colunas, enxaguando-consecutivamente com: 2 volumes de coluna de água, um volume de coluna de NaOH 2 M, 2 volumes de coluna de água para o pH de neutralização, um volume de HCl 2 M em coluna, e, eventualmente, 2 volumes de coluna de água . </li><li> Verifique a condutividade da água, o qual é lavado através da resina, após o seu condicionamento. A resina é considerada como devidamente condicionados quando a condutividade é inferior a 2 microsiemens cm <sup&gt; -1. </li><li> Coloque uma metade da amostra (isto é, 12,5 ml, ver Passo 2.3) em cada coluna, lavar sequencialmente com 5 vezes 10 ml de água e liofilizar a solução aquosa depois. A amostra é estável depois da liofilização e pode ser armazenado até uma semana antes do processamento adicional, se for mantido a seco em um local escuro e fresco. Nota: O uso de azoto líquido para congelar as amostras ( &quot;pressão de congelação &#39;), uma vez que evita a congelação de HNO 3, o que pode resultar em uma poça de solução de ácido forte não-congelamento. Verifique se o secador por congelação é a prova de ácido para um bom grau e teste de potencial contaminação por fumaça de bomba de vácuo se a análise específica do composto 14 C de BPCAs se destina. </li></ol> 4. Remoção de compostos apoiares <ol><li> Acondicionar os cartuchos de extracção em fase sólida C18 de acordo com o manual de instruções do fabricante, isto é, consecutivamente, lavar com 2,5 ml de metanol, 2,5 ml de água pornd, eventualmente, com 2,5 ml de metanol / água (1: 1 v / v). </li><li> Redissolve-se o resíduo seco por congelação em 3 ml de metanol / água (1: 1 v / v). Elui-se cada metade (1,5 ml) ao longo de um cartucho C18 separado de extracção de fase sólida em 2,5 ml de tubos de ensaio. Lavar os cartuchos com mais 1 ml de metanol / água (1: 1 v / v). </li><li> Secam-se os tubos de ensaio com a solução da amostra, por exemplo, utilizando um concentrador de vácuo, aquecido a 45 ° C e com um vazio de cerca de 50 mbar. Outros meios de evaporação também pode ser usado, por exemplo, um sistema de sopro-se com N 2 gasoso como no passo 6. </li><li> Redissolve-se o resíduo no tubo de ensaio com água, 1 ml. dissolução apoio com misturador de vórtice e transferência para 1,5 ml frascos de amostrador automático. Nota: As amostras podem ser armazenadas no frigorífico durante até 3 meses nesta fase 42. </li></ol> 5. Cromatografia <ol><li> Prepare o dissolvente A, através da mistura de 20 ml de 85% ácido fosfórico em solução com 980 ml de água e filtrar a sOlution através de um filtro de fibra de vidro descartável usando vácuo. Não exponha o dissolvente A, a luz solar e usá-lo dentro de 24 horas, a fim de evitar o crescimento de algas. Utilizar acetonitrilo de grau HPLC puro como solvente B. </li><li> Prepare soluções padrão de disponíveis comercialmente BPCAs (hemimelítico, trimelítico, piromelítico, ácido pentacarboxylic e melítico) para produzir uma série de concentrações padrão externo (por exemplo, 6 frascos contendo 5, 20, 60, 100, 150 e 250 ug de cada BPCA misturados 1 ml de água, respectivamente). </li><li> Conduzir a cromatografia utilizando as definições na Tabela 1 e Tabela 2 e quantificar o conteúdo BPCA comparando as respectivas áreas de pico BPCA para as medições da série padrão externo 63. </li><li> Expresso descobertas de PyC quantidade em peso BPCA-C / seco da amostra [g / kg] ou BPCA-C / COT [%]. Além disso, as características qualitativas da PyC nas amostras pode ser descrito por meio de proporções de individUAL BPCAs, por exemplo, a proporção de B6CA (B6CA / BPCA [%]) indica o grau de condensação aromática do PyC 44. </li></ol> 6. Oxidação Wet Purificada BPCAs para posterior 13 C e Análise 14 C <ol><li> Seguindo o passo 5.3., Recolher os BPCAs individuais em quantidade suficiente (por exemplo,&gt; 30 ug BPCA-C para a corrente espectrômetros de massa acelerador 49,64) usando um colector de fracção ligada à HPLC 49 e em seguida, remover os solventes por soprando as frações com uma suave corrente de N2 enquanto aquecendo-os a 70 ° C. Apenas pequenas quantidades de ácido fosfórico líquido, incluindo o BPCAs, irá permanecer no recipiente. </li><li> Prepara-se o reagente de oxidante através da dissolução de 2 g de Na 2 S 2 O 8 em 50 ml de água, preparados dentro de 24 horas de utilização. Nota: Recristaliza-se o persulfato de sódio por duas vezes para melhorar a sua pureza dissolvendo completamente vários gramasem água quente e, em seguida, recolher o sólido depois que a água esfriou 65-66. </li><li> Redissolve-se o resíduo soprado para baixo (passo 6.1) com 4 ml de água e transferência das amostras para frasco de 12 mL de borosilicato à prova de gás. Adicionar 1 ml de reagente oxidante e fechar com tampa padrão contendo um septo de borracha butílica. </li><li> Purga-se o frasco estanque ao gás, incluindo a solução aquosa com ele durante 8 min para remover CO 2 a partir do frasco e a solução foi 66. </li><li> Oxidar amostras em frascos estanques ao gás aquecendo-os a 100 ° C durante 60 min. </li><li> Diretamente analisar o CO 2 a partir da oxidação em espectrômetros de massa de isótopos-ratio para 13 teor de C 65-66 e em espectrômetros de massa acelerados para conteúdo 14 C 67-68. Nota: As amostras oxidadas podem ser armazenadas durante pelo menos uma semana antes de 13 de 66 C e / ou análise de 14 C. </li></ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

O método BPCA tem várias vantagens importantes quando comparada com outros métodos disponíveis PYC 78-79: i) se detecta PyC sobre uma ampla gama de combustão do contínuo, ou seja, é sensível à carbonização ligeiramente biomassa, bem como caracteres de alta temperatura e de fuligem 42 , 70, ii) que pode, simultaneamente, caracterizar 16,44,80-81, quantificar 20,42 e isotopicamente analisar PyC 49-50,66,73,82-83, iii) é aplicável a uma gama muito ampla de amostra ambiental materiais 42,70, e iv) a sua metodologia tem sido intensamente analisado e pode ser colocado em uma estrutura consistente com as avaliações de outros métodos PyC 44,47,70,84-85. Por todas estas razões, a abordagem BPCA é sem dúvida o método PyC mais versátil disponível até à data, cujas premissas são bem limitado e têm sido continuamente testado contra outros métodos. O protocolo acima consolida os strengths de métodos BPCA anteriores em um único procedimento, é altamente reprodutível, simples de utilizar e pode ser facilmente estendido e modificado para requisitos específicos. Por exemplo, quando a cromatograf ia é realizada com um gradiente de pH em vez de um solvente orgânico, o controlo da relação isotópica em linha de BPCAs é possível 42, obviando a necessidade para a etapa de oxidação por via húmida. Da mesma forma, a remoção de catiões e / ou compostos apoiares (passos 3 e 4) pode ser ignorado quando se sabe que as amostras particulares não contêm qualquer um destes compostos (por exemplo, em alguns casos de caracteres produzidos em laboratório). Como todo método PyC, o procedimento BPCA tem algumas limitações também. A este respeito, é importante notar que a abordagem BPCA inerentemente subestima quantidade total PyC nas amostras: o método destrói grandes partes das estruturas policíclicas PYC, de modo a extrair os seus blocos de construção BPCA, portanto, não quantitativamente recuperar todos PyC na forma de BPCAs20,86. Os factores de conversão havia sido proposto no passado para traduzir rendimentos BPCA em teores de PYC. No entanto, encontrar um fator de conversão correto é praticamente impossível devido ao grau heterogêneo de condensação aromática na maioria dos caracteres 41,48,80,86. Em muitos casos, as quantidades de PYC amostras são comparados em relação ao outro 42,81,87-88. Nós, então, sugerir a não utilizar quaisquer factores de conversão e simplesmente relatar dados BPCA &quot;medida&quot; 48. Em casos particulares, quando os rendimentos BPCA são levados para estimar quantidades absolutas PyC 24,89-90, o fator de conversão originalmente publicado em 20 de 2,27 parece apropriado, pois converte a BPCA produz em estimativas conservadoras de conteúdos PyC 86. Outra dificuldade com os métodos de PYC é que eles são potencialmente sensível à interferência, materiais e / ou que PyC é produzido durante a análise propriamente dita, o que leva a uma sobreavaliação da não-PYCo conteúdo real em amostras PyC 70. A abordagem BPCA é muito robusto contra tais materiais interferentes 70, não produz qualquer PyC por si só 16,70,86 e é conservador na natureza (cf. parágrafo acima). Mesmo grafite, um material quimicamente muito semelhante ao PyC mas de origem petrogênica, não interferem com as medições BPCA (Schneider, MPW resultados não publicados. Zurique, (2013)). Até agora, os únicos conhecidos interferências não PyC para o método BPCA algumas condensada, pigmentos aromáticos de fungos 91, que deve ser quantitativamente insignificante para a grande maioria dos estudos 86. O método BPCA com a sua qualitativa simultânea, quantitativa e 13 C e 14 C informações isotópica é, portanto, uma excelente ferramenta para a investigação de PyC em várias disciplinas.

Em um processo de combustão completa, de biomassa ou de combustíveis fósseis é convertido em CO 2, H 2 O e os resíduos inorgânicos (cinzas). No entanto, sob as limitações locais ou temporais de oxigênio, a combustão torna-se incompleta e pirólise ocorre, produzindo um resíduo sólido orgânico conhecido como char 1. Estes resíduos carbonizados são também referidos matéria orgânica como pirogénica (PyOM) e consistem essencialmente em carbono pirogênico (PyC) ou, como sinónimos, carbono preto (BC) 2-4. Processos de carbonização são onipresentes e pode ser parte de ambos 5-6 combustão naturais e antropogénicas. Wildfire é um processo natural importante, intrínseca a maioria dos ecossistemas, que produz uma quantidade significativa de PyC cada ano 4,7-10. Da mesma forma, a queima de combustíveis fósseis para a produção de energia na indústria e nos transportes apresenta uma importante fonte antropogênica de PyC 11-13. Ambas as fontes contribuir para a onipresença da PyC no ambiente: PyC está presente emo ar, sob a forma de aerossóis 13-14, em água como partículas ou matéria orgânica dissolvida 15-17, bem como em amostras de gelo 18-19, 20-21, solos, sedimentos e 22-24 em tamanhos que variam de m nm (por exemplo, grande tronco de árvore carbonizada após um incêndio florestal ou partículas de fuligem escala nano que escapam a exaustão do motor diesel). A onipresença de PyC no ambiente não é apenas devido a grandes taxas de produção, mas também à sua longa persistência e relativa estabilidade contra a degradação 25-26. Embora os tempos volume de negócios exatas ainda não foram estabelecidas e pode depender das condições ambientais específicas 27-28, parece claro que PyC é menos facilmente decomposto em CO 2 do que a maioria das outras formas de carbono orgânico 29-30. Esta observação tem uma implicação importante para o ciclo global do C: como materiais carbonizados loja PyC por um tempo relativamente longo, eles sequestram C em formas orgânicas que seriam rapidamente respired como CO 2, reduzindo assim as concentrações de gases com efeito de estufa na atmosfera ao longo do tempo 31-32. Além do aspecto atenuante climáticas, caracteres têm propriedades na parte ambientalmente relevantes. A sua elevada porosidade, grande área de superfície e carga de superfície negativa pode imobilizar compostos perigosos 33 e melhorar a fertilidade do solo 34-35. O reconhecimento de caracteres como uma correção do solo potencialmente benéficos levou ao campo emergente da chamada tecnologia biochar 36. Biochar provavelmente será produzida em grandes escalas nos próximos anos e, assim, aumentar significativamente PyC abundância em solos 37. Além disso, a ocorrência de incêndios florestais e da queima de combustíveis fósseis são também deverá manter-se elevada ao longo do século 21 th, contribuindo continuamente grandes quantidades de PyC ao ambiente 11,38-39. Outra fonte cada vez mais importante de PyC é provável que seja nanotecnologia que também usars-PyC como compostos 40-41. Assim, é fundamental para detectar, caracterizar e quantificar esses pirogênios com precisão, a fim de investigar suas propriedades e compreender o seu papel no meio ambiente. Aqui, apresentamos o uso de uma abordagem específica do composto state-of-the-art para analisar PyC em várias amostras: a mais recente geração do método do ácido benzeno policarboxílico (BPCA) 42. Este método é amplamente aplicável na pesquisa PyC, uma vez que tem como alvo directamente o &quot;backbone&quot; de PyC: as suas estruturas condensadas policíclicos que se formam durante o tratamento térmico 43-45 e que são, portanto, inerente a todas as várias formas de PyC 5,46. No entanto, estas estruturas não são directamente avaliável por meio de cromatografia, devido ao seu tamanho e heterogeneidade. A fim de analisar tais compostos cromatograficamente pirogénicas, PyC é primeiro digerido com ácido nítrico sob a alta temperatura e pressão, o que quebra ograndes estruturas policíclicos baixo em seus blocos de construção, o indivíduo BPCAs (cf. Figura 1). Os BPCAs são, então, depois de alguns passos de purificação, passíveis de análise cromatográfica 20,42. PyC é assim isolado e analisados ​​em um nível molecular e pode ser usado para quantificar PyC abundância no meio ambiente 20,42. O método BPCA adicionalmente caracteriza a PyC investigado quando os rendimentos relativos de B3-, B4-, B5 e B6CA são comparados (cf. Figura 1): A respectiva proporção de BPCAs diferente carboxilado está ligado ao tamanho das estruturas policíclicos originais e é portanto indicativa de qualidade e de pirólise de PyC temperatura 44,47-48. Além disso, o método apresentado permite a determinação da composição isotópica C (13 C e 14 C) de PyC porque o BPCAs indivíduo, directamente proveniente estruturas PYC puros, pode ser isotopicamente analisadas após isolamento (cf. Figura 1, os passos 5 e 6) 49. Análises isotópicas-específica Composto de PyC é de grande interesse, uma vez que 50 podem ser utilizados, por exemplo, para distinguir entre a biomassa precursor de caracteres em regiões tropicais 51-52, para derivar a idade dos materiais carbonizados ou 53-54 para rastrear em PyC estudos de ciclagem de C com uma etiqueta isotópica 26,55-56. Outras informações sobre PyC assim como a história, desenvolvimento e aplicações, em particular do método BPCA pode ser encontrado em Wiedemeier de 2014 57, de onde parte um dos parágrafos acima e parte da discussão foram compilados.

<table><tbody><tr><td>moinho de bolas</td><td>Retsch</td><td>N/A</td><td>moinho de bolas com jarros e bolas de moagem sem carbono (Retsch MM 200 com jarros e bolas de moagem de ágata)&nbsp;</td></tr><tr><td>forno de combustão</td><td>Nabertherm</td><td>N/A</td><td>forno de combustão/mufla com uma temperatura de 500 &graus; C (Nabertherm L40/11 ou similar)</td></tr><tr><td>bombas de pressão com câmaras de pressão de PTFE, tubos de digestão de quartzo com tampas de quartzo</td><td>Seif Aufschlusstechnik, Unterschleissheim, Alemanha</td><td>N/A</td><td>Helma U. Rudolf Seif Aufschlusstechnik Fastlingerring 67 85716 Unterschleissheim Alemanha Tel: (+49) 89</td></tr><tr><td>3108181 misturador de vórtice</td><td>fornecimento de laboratório comum</td><td>Forno N/A</td><td></td></tr><tr><td>& nbsp;</td>Forno <td>de secagem de 50051010</td> <td>Thermo Scientific</td> com sistema de coletor de vácuo de <td>temperatura constante (Thermo Scientific Heraeus ou similar)</td></tr><tr><td> com conectores PTFE</td> Seringas de vidro <td>reutilizáveis Machery</td><td>Nagel</td><td>Chromabond 730151 730106</td></tr><tr><td>ftp://ftp.mn-net.com/english/Instruction_leaflets/Chromatography/SPE/CHROMABOND_VK_DE_EN.pdf com filtros descartáveis de fibra de vidro</td><td>Machery Nagel&nbsp;</td><td>730172 730192</td><td>http://www.mn-net.com/SPEStart/SPEaccessories/EmptySPEcolumns/tabid/4285/language/en-US/Default.aspx</td></tr><tr><td>frascos de vidro volumétricos de 25 ml</td><td>fornecimento de laboratório comum</td><td>N/A</td><td>Ao contrário de todos os outros artigos de vidro, não entre em combustão para garantir a precisão volumétrica. Em vez disso, limpe em banho de ácido, com ultrassom e com água ultrapura.</td></tr><tr><td>colunas de vidro cromatográficas com torneira de frita e PTFE e lã de vidro</td><td>N</td><td>/A</td> personalizadas <td>dimensões das colunas de vidro: ca. 40 cm de comprimento, ca. 1,5&nbsp; cm de diâmetro</td></tr> resina <tr><td>de troca catiônica</td><td>Sigma Aldrich</td><td>217514</td><td>Dowex 50 WX8 400</td></tr><tr><td>medidor de condutividade</td><td>WTW</td><td>300243</td><td>LF 320 Conjunto</td></tr> de <tr><td>frascos cônicos de 100 ml para liofilizador</td><td>fornecimento de laboratório comum&nbsp;</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>nitrogênio líquido</td><td>equipamento de laboratório comum</td><td>N/A</td><td>para congelamento instantâneo da solução aequous após a remoção de cátions</td></tr><tr><td>liofilizador</td><td>Christ</td><td>N/A</td><td>Alpha 2 - 4 LD mais</td></tr><tr><td>C18 cartuchos de extração em fase sólida</td><td>Supelco</td><td>52603-U</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/supelco/52603u?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>tubos de ensaio de vidro de 2,5 ml</td><td>Agilent Technologies</td><td>5022-6534</td><td>http://www.chem.agilent.com/store/en_US/Prod-5022-6534/5022-6534?navAction=push&navCount=0</td></tr><tr><td>concentrador&nbsp;</td><td>Eppendorf</td><td>5305000.100</td><td></td></tr><tr><td>Frascos de amostrador automático de HPLC de 1,5 ml</td>, <td>dependendo de HPLC</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Frascos coletores de frações de 6 ml</td>, <td>dependendo de HPLC</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>alta pureza N2 gás</td><td>equipamento de laboratório comum</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Frascos estanques a gás borossilicato de 12 ml</td><td>Labco</td><td>538W</td><td>http://www.labco.co.uk/europe/gas.htm#doublewad12ml</td></tr><tr><td>agulhas</td><td>B Braun</td><td>4665643</td><td>http://www.bbraun.ch/cps/rde/xchg/cw-bbraun-de-ch/hs.xsl/products.html?prid=PRID00000510</td></tr><tr><td>alta pureza He</td><td>gás equipamento de laboratório comum</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>HNO3 (65%) p.a.</td><td>Sigma Aldrich</td><td>84378</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/84378?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>2 M HCl</td><td>Sigma Aldrich</td><td>258148</td><td>misturar com água ultrapura para obter solução de 2</td></tr><tr><td>M 2 M NaOH</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71691</td><td>misturar com água ultrapura para obter solução de metanol de 2 M</td></tr><tr><td></td><td>Sigma Aldrich</td><td>34860</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34860?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>água</td><td>Milli-Q</td><td>Z00QSV0WW</td><td>Tipo 1, otimizada para</td></tr><tr><td>ácido ortofosfórico</td> de baixo carbono <td>Sigma Aldrich</td><td>79606</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/79606?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>acetonitrila</td><td>Sigma Aldrich</td><td>34851</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34851?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>coluna de fase reversa C18</td><td>Agilent Technologies</td><td>685975-902</td><td>Agilent Poroshell 120 SB-C18 (4,6 x 100 mm)</td></tr><tr><td>Na2S2O8, persulfato de sódio</td><td>Sigma Aldrich</td><td>71890</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/71890?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td><padrões > BPCA< / ácido ></td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>trimelítico</td> forte <td>Sigma Aldrich</td><td>92119</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/92119?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>ácido hemamelítico</td><td>Sigma Aldrich</td><td>51520</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/51520?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>ácido</td> <td>piromelíticoSigma Aldrich</td><td>83181</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search? 
termo = 83181 & interface=Todos& N=0& modo=correspondência%20parcialmax& lang=de& região = CH & foco=produto</td></tr><tr><td>ácido benzenopentacarboxílico</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S437107</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/s437107?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>ácido melítico</td><td>Sigma Aldrich</td><td>M2705</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/m2705?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td><padrões de oxidação >forte</forte></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ácido ftálico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>80010</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/80010?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>sacarose</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S7903</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s7903?lang=de&region=CH</td></tr><tr><td>materiais de referência de carbono negro</td><td>Universidade de Zurique</td><td>N/A</td><td>http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials</td></tr></tbody></table>

caracterização, quantificação e específicos do composto isotópica análise de pirogênica carbono, usando benzeno policarboxílicos acids (bpca)

Characterization, Quantification and Compound-specific Isotopic Analysis of Pyrogenic Carbon Using Benzene Polycarboxylic Acids (BPCA)

derivados de fogo, de carbono pirogênico (PyC), às vezes chamado de negro de carbono (BC), é o resíduo sólido carbonáceo de biomassa e combustíveis fósseis de combustão, tais como carvão e fuligem. PyC é onipresente no ambiente devido à sua longa persistência, e sua abundância pode até aumentar com o aumento previsto da actividade incêndio florestal global e a queima continuada de combustíveis fósseis. PyC também é cada vez mais produzidos a partir da pirólise industrial de resíduos orgânicos, que produz alterações do solo carbonizados (biochar). Além disso, o aparecimento de nanotecnologia também pode resultar na libertação de compostos PyC-como para o meio ambiente. É, portanto, uma alta prioridade para detectar de maneira confiável, caracterizar e quantificar esses materiais carbonizados, a fim de investigar suas propriedades ambientais e de compreender o seu papel no ciclo do carbono. Aqui, apresentamos o método do ácido benzeno policarboxílico (BPCA), que permite a avaliação simultânea de caracteri de PyCos paus, quantidade e da composição isotópica (13 C e 14 C) a um nível molecular. O método é aplicável a uma gama muito ampla de materiais de amostra e detecta ambientais PyC sobre uma ampla gama de combustão do contínuo, ou seja, é sensível à carbonização ligeiramente biomassa, bem como caracteres de alta temperatura e fuligem. O protocolo BPCA apresentado aqui é simples de utilizar, altamente reprodutível, bem como facilmente expansível e modificável com requisitos específicos. Assim, fornece uma ferramenta versátil para a investigação de PyC em várias disciplinas, que vão desde a arqueologia forense e ambientais para biochar e ciclagem de carbono pesquisa.

Recomendamos para testar o método set-up, medindo um conjunto de materiais PyC bem descritos ( &quot;materiais de referência de carbono preto&quot;), que têm sido amplamente utilizados para vários desenvolvimentos de métodos e comparações na literatura 44,48,69-77. As informações sobre os materiais de referência está disponível a partir da Universidade de Zurique (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). O procedimento descrito permite a separação de linha de base de todos os compostos alvo BPCA por HPLC. Os cromatogramas de chernozem &#39;&#39; os materiais de referência (solo lodoso com um teor significativo PyC) e carvão animal grama (feita a partir de Oryza sativa) são mostrados na Figura 2. Ao ajustar os parâmetros de cromatografia em Tabelas 1 e 2 (por exemplo, temperatura de cromatografia,Um pH de solvente ou taxa de fluxo, etc), a separação pode ser ainda modificado para as necessidades específicas 42,63. A análise quantitativa dos cromatogramas os materiais de referência &quot;com padrões externos (passo 5.3.) Deve produzir os valores PyC representadas na Figura 3. Por favor, note que pequenas mudanças no procedimento (por exemplo, a omissão do passo 3 ou 4, em casos específicos), pode levar a valores superiores PyC. Geralmente, as recuperações devem ser verificadas com as normas BPCA puros: materiais de referência cravado pode ajudar a detectar perdas desproporcionais nas etapas 3 e 4 e deu informações sobre o desempenho cromatografia no passo 5 42,63. A Tabela 3 mostra os valores de 13 C e 14 C, que são obtidos quando purificado BPCAs de materiais de referência são analisadas quanto ao seu conteúdo de isótopos de carbono após o passo 6. Pararesultados confiáveis, é imperativo para coletar uma quantidade suficiente de BPCA-C (por exemplo,&gt; 30 ug BPCA-C para espectrômetros de massa acelerador atuais, cf. Figura 4) ea tomar todas as medidas possíveis para minimizar a contaminação da amostra pela estranha C 49 . Além de verificar o método definir-se com materiais de referência tal como acima descrito, é altamente aconselhável preparar e medir amostras em replicados, tanto para PyC quantificação (passo 5) e subsequente específicos do composto 13 C e 14 C análises de BPCAs (passo 6 ). <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig1.jpg" /> Figura 1:. O Procedimento de análise BPCA No passo protocolo 2, as estruturas condensadas aromáticos policíclicos PYC são digeridos, produzindo o BPCAs diferente, que são then mais limpo (passos 3 e 4) e analisados ​​por cromatograf ia e separados (passo 5). Depois de oxidação por via húmida (passo 6), os BPCAs purificadas são passíveis de análise específica do composto isotópica (13 C e 14 C) em espectrômetros de massa de isótopos de razão. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig2.jpg" /> Figura 2:. Cromatogramas para BPCA separação são mostrados os materiais de referência carbono negro &quot;chernozem&quot; (a) e &quot;char grama&quot; (b). separação da linha de base é conseguido por todos os compostos alvo (BPCA B6CA; B5CA; 1,2,4,5- 1,2,3,5-, 1,2,3,4- B4CA;. 1,2,4, 1,2,3-B3CA) 42. Dentro<html> formação sobre os materiais de referência negro de carbono está disponível a partir da Universidade de Zurique (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). Este valor foi modificado a partir Wiedemeier et al. 2013 42 e é reproduzido com permissão de Elsevier. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig3.jpg" /> Figura 3:. As medições replicadas PYC de diferentes de negro de fumo Materiais de Referência As barras de erro para repetições de laboratório são menores do que o tamanho do símbolo e o coeficiente de variação média de 5% (min: 1%, no máximo: 10%). Esta figura foi modificado a partir do Wiedemeier et al. 2013 42 e é reproduzido com permissão de Elsevier.&quot;Https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig3large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53922/53922fig4.jpg" /> Figura 4: radiocarbono (14 C) Os valores para B5CA e B6CA isolada a partir de uma moderna e uma Char Fossil O erro apresentado é composto de correções para acelerador instrumental fundo espectrômetro de massa e do branco para oxidação por via húmida.. A linha cinzenta sólida representa uma linha idealizada para a mistura do F 14 C valor real da respectiva amostra e a contaminação externa médio determinado. Este valor foi modificado a partir Gierga et al. 2014 49 e é reproduzido com permissão de Elsevier. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig4large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior do th</a>é figura. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> A fase móvel </td><td> 20 ml de orto ácido fosfórico (85%) em 980 ml de água ultrapura </td></tr><tr><td> fase móvel B </td><td> acetonitrilo </td></tr><tr><td> coluna </td><td> C18 de fase reversa (cf. lista de materiais para mais detalhes) </td></tr><tr><td> temperatura da coluna </td><td> 15 ° C </td></tr><tr><td> quociente de vazão </td><td> 0,4 ml min -1 </td></tr><tr><td> identificação </td><td> tempo de retenção, absorção de UV a 216 nm </td></tr><tr><td> quantificação </td><td> padrões externos de BPCAs </td></tr><tr><td> pressão </td><td> ca. 120 bar </td></tr></tbody></table> Tabela 1: Configurações de cromatografia. <table border="1" fo:keep-together.within-page=&quot;1&quot; fo: manter-com-next.within-page = &quot;always&quot;&gt; <tbody><tr><td> Tempo </td><td> fase móvel B </td></tr><tr><td> [Min] </td><td> [Vol%] </td></tr><tr><td> 0 </td><td> 0,5 </td></tr><tr><td> 5 </td><td> 0,5 </td></tr><tr><td> 25,9 </td><td> 30 </td></tr><tr><td> 26 </td><td> 95 </td></tr><tr><td> 28 </td><td> 95 </td></tr><tr><td> 28.1 </td><td> 0,5 </td></tr><tr><td> 30 </td><td> 0,5 </td></tr></tbody></table> Tabela 2: Misturar gradiente de Fases Móveis. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td></td><td colspan="2"> carvão a granel </td><td colspan="2"> BPCA </td></tr><tr><td></td><td colspan="4"> δ 13 C [‰ vs. VPDB] </td></tr><tr><td> castanha de char </td><td> -27,4 uma </td><td&gt; ± 0,4 um </td><td> -27,7 </td><td> ± 0,8 </td></tr><tr><td> caractere de milho </td><td> -12.9 </td><td> ± 0,4 </td><td> -13.0 </td><td> ± 0,4 </td></tr><tr><td></td><td colspan="4"> F 14 C [%] </td></tr><tr><td> carvão moderna </td><td> 1.142 b </td><td> ± 0,004 b </td><td> 1.13 </td><td> ± 0,013 </td></tr><tr><td> carvão fóssil </td><td> 0,003 b </td><td> ± 0,001 b </td><td> 0,014 </td><td> ± 0,001 </td></tr></tbody></table> Tabela 3:. Valores carbono isotópicas (δ 13 C e F 14 C) de materiais de referência Char e Composto Específico análise isotópica dos BPCAs Correspondente Os valores BPCA representam B6CA e B5CA que foram coletadas simultaneamente na etapa 5. However, as análises isotópicas dos BPCAs individuais podem ser alcançados de forma análoga ao BPCAs são recolhidos separadamente. De dados char em massa é de Yarnes et al. (2011) 73 para o caractere castanha (a) e de Gierga et al. (2014) 49 para o fósseis e carvão moderna (b). Erros para as medições δ 13 C são erros padrão de triplicados enquanto os erros para os F 14 medições C (char granel: ETH-50456, ETH-50458; BPCA: ETH-62324, ETH-62335) são derivados de erro de propagação 64.

Apresentamos o método do ácido benzeno policarboxílico (BPCA) para avaliação do carbono pirogênico (PyC) no meio ambiente. A abordagem específica do composto fornece informações simultâneas sobre as características, quantidade e composição isotópica (13C e 14C) do PyC.

Caracterização, quantificação e específicos do Composto isotópica Análise de Pirogênica carbono, usando Benzeno policarboxílicos Acids (BPCA)

Fire-derived, pyrogenic carbon (PyC), sometimes called black carbon (BC), is the carbonaceous solid residue of biomass and fossil fuel combustion, such as ...

O objetivo geral deste método com marcadores moleculares é caracterizar, quantificar e analisar isotopicamente a fração de Carbono pirogênico em amostras ambientais. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais em diversas áreas, desde arqueologia e perícia ambiental até pesquisas sobre biochar e ciclagem do Carbono. As principais vantagens dessa técnica são a detecção de Carbono pirogênico ao longo de uma ampla faixa do espectro de combustão.Caracterização, quantificação e análise isotópica simultâneas de carbono pirogênico. E aplicabilidade a uma ampla gama de materiais ambientais de amostras. A preparação da amostra e a cromatografia serão demonstradas por Ulrich Hanke, um estudante de pós-graduação do nosso laboratório.A análise isotópica subsequente dos compostos-alvo purificados será demonstrada por Negar Haghipour, coordenadora do laboratório na ETH Zurich. Para iniciar este procedimento, pese amostras previamente liofilizadas e homogeneizadas em tubos de quartzo para digestão e cubra-as contra poeira com folha de alumínio. Utilize somente vidraria limpa, descalcificada e combastic, ferramentas completamente limpas e água e solventes de grau cromatográfico ultrapuro durante todo o procedimento.Adicione dois mililitros de ácido nítrico 65% nos tubos de digestão. Utilize um misturador de vórtice para auxiliar na umidificação completa de cada amostra. Em seguida, insira os tubos de digestão em uma câmara de pressão.Feche a câmara de pressão conforme o manual e coloque-a em um forno preaquecido a 170 graus Celsius por oito horas. Após remover os tubos de digestão da câmara de pressão resfriada, filtre as amostras com água em frascos volumétricos, utilizando filtros descartáveis de fibra de vidro. Em seguida, ajuste o volume para 25 mililitros com água.Para cada amostra, prepare duas colunas de vidro com 11 gramas de resina de troca catiônica por coluna. Condicione a resina dentro das colunas lavando-as consecutivamente com água, hidróxido de sódio dois molar e ácido clorídrico dois molar. Verifique a condutividade da água.Que é lavado através da resina após seu condicionamento. Em seguida, transfira metade da amostra para cada coluna, lavando sequencialmente cinco vezes com 10 mililitros de água. Depois, liofilize as soluções aquosas posteriormente.Condicione cartuchos de extração em fase sólida C18 de acordo com o manual de instruções do fabricante. Em seguida, reconstitua cada resíduo liofilizado em três mililitros de metanol e água. Elua cada metade da amostra separadamente em cartuchos de extração em fase sólida C18 distintos, coletando em tubos de ensaio de 2,5 mililitro.Em seguida, lave as cartelas com um mililitro de metanol e água. Seque os tubos de ensaio com as soluções amostrais utilizando um concentrador a vácuo aquecido a 45 graus Celsius e com vácuo de aproximadamente 50 milibares. Após a secagem, reconstitua cada resíduo com um mililitro de água e homogeneize com um misturador de vórtice.Em seguida, transfira as soluções para frascos de amostragem automática de 1,5 mililitro. Para a análise cromatográfica, prepare o solvente A misturando 20 mililitros de ácido ortofosfórico a 85% com 980 mililitros de água e filtre a solução através de um filtro descartável de fibra de vidro utilizando vácuo. Prepare soluções padrão de ácidos benzopolicarboxílicos comercialmente disponíveis, BPCAs, para produzir uma série de concentração padrão externa.Realize a cromatografia e quantifique os teores de BPCA comparando as respectivas áreas dos picos de BPCA com as medidas de uma série de padrões externos. Os requisitos de pureza para produtos químicos e equipamentos de laboratório são especialmente rigorosos na análise específica de compostos de Carbono-14 dos BPCA. A avaliação de brancos e os testes com swab são importantes para monitorar possíveis fontes de contaminação das amostras.Se forem pretendidas análises específicas do composto de Carbono-13 e Carbono-14 da fração de carbono pirogênico, repita a cromatografia várias vezes para cada amostra e colete os BPCA individuais em quantidade suficiente utilizando um coletor de frações conectado ao CLAE. Remova o solvente, evaporando as frações com um fluxo suave de nitrogênio, enquanto as aquece a 70 graus Celsius. Em seguida, prepare o reagente oxidante dissolvendo dois gramas de persulfato de sódio em 15 mililitros de água.Reconstitua cada resíduo com quatro mililitros de água e transfira as amostras para frascos de 12 mililitros, herméticos e de borossilicato. Em seguida, adicione um mililitro do reagente oxidante e feche cada frasco com uma tampa padrão contendo septo de borracha de butila. Purgue os frascos herméticos contendo as soluções aquosas com hélio durante oito minutos para remover o dióxido de carbono do frasco e da solução.Em seguida, oxide as amostras em vials herméticos aquecendo-as a 100 graus Celsius por 60 minutos. Após permitir que as amostras esfriem à temperatura ambiente, analise diretamente o dióxido de carbono proveniente da oxidação em um espectrômetro de razão isotópica para determinação do teor de carbono-13 e em um espectrômetro de massa acelerado para determinação do teor de carbono-14. O procedimento descrito permite a separação basal de todos os compostos-alvo de BPCA por CLAE, e cromatogramas dos materiais de referência tramazem e grass-char são apresentados aqui.Ajustando os parâmetros da cromatografia, a separação pode ser modificada ainda mais conforme necessidades específicas. A análise quantitativa dos cromatogramas dos materiais de referência com padrões externos deve fornecer os valores de carbono pirogênico aqui apresentados. Os valores de Carbono-13 e Carbono-14 obtidos quando BPCAs purificados de materiais de referência são analisados quanto ao seu conteúdo isotópico de carbono estão listados aqui.Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em três dias úteis. Portanto, a produtividade da amostra depende da quantidade de amostras processadas simultaneamente. Medir uma dúzia de amostras por semana em duplicatas e com informações isotópicas é facilmente alcançável.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como realizar os passos inequívocos para a análise bem-sucedida de carbono pirogênico no nível específico do composto.

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Caracterização, quantificação e específicos do Composto isotópica Análise de Pirogênica carbono, usando Benzeno policarboxílicos Acids (BPCA) (Vídeo) | JoVE Journal

Caracterização, quantificação e específicos do Composto isotópica Análise de Pirogênica carbono, usando Benzeno policarboxílicos Acids (BPCA)

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