Method Article

Характеристика, Количественное и соединение конкретных изотопный анализ пирогенного углерода с использованием Бензол поликарбоновых кислот (BPCA)

DOI:

10.3791/53922

⸱

May 16th, 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Geography, University of Zurich, 2Department of Earth and Ocean Sciences, University of South Carolina, 3Department of Earth Sciences, ETH Zurich, 4Laboratory of Ion Beam Physics, ETH Zurich, 5Department of Geological Sciences, Stockholm University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы представляем метод бензолполикарбоновой кислоты (BPCA) для оценки пирогенного углерода (PyC) в окружающей среде. Подход, ориентированный на конкретные соединения, позволяет получить уникальную одновременную информацию о характеристиках, количестве и изотопном составе (13C и 14C) PyC.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Огонь происхождения, пирогенного углерода (PyC), иногда называемый черный углерод (BC), является углеродистый твердый остаток биомассы и ископаемого топлива сгорания, таких как уголь и сажа. PyC повсеместно в окружающей среде из-за своей долгой настойчивости, и его численность может даже увеличиться с прогнозируемым увеличением глобальной активности лесных пожаров и продолжающегося сжигания ископаемого топлива. PyC также все чаще получают из промышленного пиролиза органических отходов, что дает обугленные поправки почвы (биоугля). К тому же, появление нанотехнологии также может привести к выбросу PyC-подобных соединений в окружающую среду. Таким образом, первоочередной задачей для надежного обнаружения, определения характеристик и количественной оценки этих обгоревшие материалов с целью изучения их экологических свойств и понять их роль в углеродном цикле.

Здесь мы представляем метод бензола поликарбоновой кислоты (BPCA), которая позволяет одновременно оценить characteri PYC вStics, количество и изотопный состав (13 С и 14 С) на молекулярном уровне. Метод применим к очень широкому спектру материалов проб окружающей среды и обнаруживает PYC в широком диапазоне континуума сгорания, т.е. он чувствителен к слегка обгоревшие биомассы, а также высокие температуры и чарсы сажу. Протокол BPCA представлены здесь просто использовать, легко воспроизводимым, а также легко расширяемый и модифицируемые к конкретным требованиям. Таким образом, он обеспечивает универсальный инструмент для исследования PyC в различных дисциплинах, начиная от археологии и окружающей среды судебно-медицинской экспертизы для биоугля и круговорота углерода исследования.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В полном процессе сжигания биомассы или ископаемого топлива превращается в CO 2, H 2 O и неорганических остатков (золы). Тем не менее, в местных или временных ограничений кислорода, сгорание становится неполным и происходит пиролиз, образуя твердый органический остаток , известный как полукокса 1. Эти обугленные остатки также называют пирогенного органического вещества (PyOM) и в основном состоят из пирогенного углерода (пиролитического углерода) или, синонимично, черный углерод (BC) 2-4. Обугливание процессы вездесущи и могут быть частью как природного и техногенного 5-6 сгорания. Wildfire является важным естественным процессом, присущие большинству экосистем, которая производит значительное количество PyC каждый 4,7-10 год. Кроме того , сжигание ископаемого топлива для производства энергии в промышленности и на транспорте представляет собой важный антропогенный источник PyC 11-13. Оба источника способствуют повсеместной PyC в окружающей среде: PyC присутствует ввоздух, в виде аэрозолей , 13-14, в воде в виде твердых частиц или растворенное органическое вещество 15-17, а также в кернах льда 18-19 почвы 20-21 и осадков в 22-24 размеры от м до нм (например, большой обугленный ствол дерева после лесного пожара или наноразмерных частиц сажи , которые экранируют выхлоп дизельный двигатель). Широкое распространение PyC в среде не только из - за больших объемов производства , но и к его длинной настойчивости и относительной устойчивости к деградации 25-26. Хотя точное время оборота до сих пор не установлены и могут зависеть от конкретных условий окружающей среды 27-28, представляется очевидным , что PyC менее легко разлагается на СО 2 , чем большинство других форм органического углерода 29-30. Это наблюдение имеет важные последствия для глобального цикла C: в качестве обугленные материалы магазина PyC в течение относительно длительного времени, они изолируют C в органических формах, которые иначе были бы быстро гespired как СО 2, тем самым снижая концентрации в атмосфере парниковых газов с течением времени 31-32.

Помимо аспекта климата смягчающее, символы имеют дополнительно соответствующие свойства окружающей среды. Их высокая пористость, большая площадь поверхности и отрицательный поверхностный заряд может обездвижить опасные соединения 33 и повышения плодородия почвы 34-35. Признание символов в качестве потенциально полезного почвоулучшителя привело к новой области так называемой технологии биоугля 36. Биоуголь, вероятно , будет производиться на больших масштабах в ближайшие годы , и , таким образом , значительно увеличить PYC изобилие в почвах 37. Кроме того, возникновение лесных пожаров и сжигание ископаемого топлива также прогнозируется, останутся высокими в течение 21 - го века, непрерывно способствуя большое количество PyC в окружающую среду 11,38-39. Еще более важным источником PyC, вероятно, будет нанотехнологию, которые также используютs PyC-подобные соединения 40-41. Поэтому крайне важно, чтобы обнаружить, характеризуют и точно определить количество этих пирогенных материалов с целью изучения их свойств и понять их роль в окружающей среде.

Здесь мы представляем использование сложного конкретного подхода внедренный для анализа PYC в различных образцах: самое последнее поколение способа 42 бензола поликарбоновой кислоты (BPCA). Этот метод широко применим в исследованиях пиролитического углерода , как он непосредственно нацелен на «хребет» PyC: его полициклические конденсированные структуры , которые образуются в процессе термической обработки 43-45 , и что, следовательно , присущи всем различным формам пиролитического углерода 5,46. Тем не менее, эти структуры не непосредственно обложению хроматографическими средствами, из-за их размеров и неоднородности. Для того, чтобы хроматографическим путем анализа таких пирогенных соединений, пиролитического углерода сначала переваривают с азотной кислотой при высокой температуре и давлении, которое разрушаеткрупные полициклические структуры вниз в свои строительные блоки, отдельные BPCAs (ср. рисунок 1). В BPCAs затем, через несколько стадий очистки, поддаются хроматографического анализа 20,42. Пиролитического углерода, таким образом , выдел ют и анализируют на молекулярном уровне , и может быть использован для количественного определения PYC изобилие в объектах окружающей среды 20,42. Метод BPCA дополнительно характеризует исследуемую PYC когда относительные выходы B3-, B4-, B5- и B6CA сравниваются (см рисунок 1): Соответствующая доля по- разному карбоксилированный BPCAs связана с размером исходных полициклических структур и поэтому показателем качества и температуры пиролиза PYC в 44,47-48. Кроме того, данный способ позволяет для определения изотопного состава C (13 С и 14 С) из PyC , поскольку индивидуум BPCAs, выводя непосредственно из чистых PYC структур, может быть изотопно анализировать после изоляции (см рис 1, шаги 5 и 6) 49. Соединение конкретного изотопный анализ PyC представляет большой интерес 50 , как он может быть использован, например, для различения между биомассой предшественника гольцов в тропических районах 51-52, чтобы получить возраст обугленных материалов 53-54 или проследить в PYC исследования велоспорта C с изотопной метки 26,55-56. Более подробную информацию о PyC а также метод BPCA истории, развития и применения , в частности , можно найти в Wiedemeier, 2014 57, из которых составлены часть вышеуказанных пунктов и части обсуждения.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Общие меры предосторожности и препараты

  1. Используйте только чистую, декальцированной (10% HCl) ванны и сжигается изделия из стекла (500 ° С в течение 5 часов), тщательно очищать инструменты и сверхчистого, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), сорт воды и растворителей для всей процедуры.
  2. Замораживание сухой и гомогенизировать образцы с безуглеродного шаровой мельнице 58 и определить их общее содержание органического углерода (TOC) содержание элементного анализа 59-60.
    Примечание: требования чистоты для химикатов и лабораторного оборудования особенно высоки для соединения конкретного анализа 14 С BPCAs. Включить пустые оценки 49 и проведите тесты 61 для мониторинга потенциальных источников загрязнения образца.

2. HNO 3 Переваривание

  1. Взвешивание подвергают сублимационной сушке и гомогенизированные образцы (ср. 1.2.) В кварцевые пробирками и крышкой от пыли с алюминиевой фольгой.
    1. Для PyC quantificatiна и характеристика целей, использовать образцы , содержащие> 1 мг TOC 42. Таким образом, в случае почв и отложений, используйте примерно в 200 - 400 мг , а в случае органических богатых образцов, таких как чисто углями, используйте примерно в 10 - 20 мг на пищеварении трубку.
    2. Для последующего соединения конкретного изотопного анализа PyC (13 С и 14 С), убедитесь , что образец содержит достаточно BPCA-C , чтобы удовлетворить пределы обнаружения масс - спектрометра частности изотопом отношения , которые будут использоваться после шага 6. Если есть нет априорной информации о количестве образца PyC доступного (например, от предыдущих измерений), сначала количественно его содержание PYC (шаги 1 - 5) и подготовить больше образца позже , если доходность BPCA-C являются слишком низкими для изотопного анализа.
      Примечание: Включить пустые и эталонных образцов с известными PyC и 13 С и 14 С содержанием (например, от "эталонных материалов черного углерода", результаты сравни как таковыефикция). Это позволит проверить воспроизводимости количественной оценки PyC и включить пустые расчеты коррекции измерений изотопных соединений конкретных после анализа.
  2. Добавляют 2 мл 65% HNO 3 в пробирками, использовать вихревой смеситель , чтобы помочь тщательное смачивание образца , а затем вставьте пробирками в камеру высокого давления. Закройте барокамеры в соответствии с инструкцией 62 и поместить их в предварительно разогретой печи при температуре 170 ° С в течение 8 часов.
    ВНИМАНИЕ: После переваривания, дайте камеры остыть в духовке, и только их открыть под вытяжкой после того, как они достигли комнатной температуры, так как вредные газы могут избежать.
  3. Фильтр образцов с водой в мерные колбы с использованием одноразового использования фильтры из стекловолокна (<0,7 мкм), например, в стеклянных шприцах, и регулировать объем до 25 мл. Разбавление необходимо, чтобы остановить дальнейшее пищеварение.
    Примечание: 25 мл растворы, содержащие BPCAs могут быть сохранены вхолодильник на срок до 2-х месяцев до дальнейшей обработки. Переваривание в принципе , может быть также осуществлен с использованием других приборов, например , с системой под давлением 16 СВЧ. В этом случае, тесты должны работать справочные материалы для проверки BPCA возмещений и метод воспроизводимости (см репрезентативные результаты раздел).

3. Удаление катионами

  1. Для каждого образца готовят две стеклянные колонки (мм высота 400, диаметр 15 мм) с 11 г катионообменной смолы на колонке. Condition смолы внутри колонн, последовательно прополоскнуть: 2 объемами колонки воды, 1 объемом колонки 2 М NaOH, 2 объемами колонки воды для нейтрализации рН, 1 объемом колонки 2 М HCl, и в конечном счете 2 объемами колонки воды ,
  2. Проверьте проводимость воды, которая промывается через смолу после его кондиционирования. Смола считается должным образом кондиционирован, когда проводимость ниже 2 мкСм см -1.
  3. Поместите одну половину образца (то есть, 12,5 мл, см шаг 2.3) на каждой колонке, полоскание последовательно 5 раз с помощью 10 мл воды и лиофильно высушить водный раствор впоследствии. Образец стабилен после сублимационной сушки и может храниться до недели перед дальнейшей обработкой, если он хранится в сухом темном и прохладном месте.
    Примечание: Используйте жидкий азот , чтобы заморозить образцы ( «привязок замораживания») , поскольку это позволяет избежать вымораживание HNO 3, что может привести к луже сильного решения незамерзающего кислоты. Убедитесь , что сублимационной сушилки кислота доказательство хорошей степени и испытанием для потенциального загрязнения паров вакуумного насоса , если соединение конкретного анализа 14 C из BPCAs предназначен.

4. Удаление аполярный соединений

  1. Выдержать картриджей твердофазной экстракции С18 в соответствии с инструкцией по эксплуатации завода - изготовителя, т.е. последовательно промойте их 2,5 мл метанола, 2,5 мл воды вН.Д. в конце концов, с 2,5 мл смеси метанол / вода (1: 1 об / об).
  2. Повторно растворить лиофилизированный остаток в 3 мл смеси метанол / вода (1: 1 об / об). Элюции каждую половину его (1,5 мл) в течение отдельного С18 картриджа твердофазной экстракцией в 2,5 мл пробирки. Промыть картриджи с еще 1 мл смеси метанол / вода (1: 1 об / об).
  3. Сушат пробирки с раствором образца, например с использованием вакуумного концентраторы, нагретый до 45 ° С и при вакууме примерно 50 мбар. Другие средства испарения также могут быть использованы, например , в продувочных систему с N 2 газа , как на шаге 6.
  4. Повторного растворения остатка в пробирке с 1 мл воды. Поддержка растворения с вихревым смесителем и передачи в 1,5 мл автосэмплера флаконов.
    Примечание: Образцы могут храниться в холодильнике до 3 -х месяцев на данном этапе 42.

5. Хроматография

  1. Готовят растворитель А путем смешивания 20 мл 85% -ной ортофосфорной кислоты с 980 мл воды и фильтруют, какие объектычерез способность по одноразовый фильтр из стекловолокна с использованием вакуума. Не подвергать растворитель А к ​​солнечному свету и использовать его в течение 24 часов, чтобы избежать роста водорослей. Используйте чистую ВЭЖХ ацетонитрила в качестве растворителя B.
  2. Подготовка стандартных растворов коммерчески доступного BPCAs (hemimellitic, тримеллитовой, Пиромеллитовая, pentacarboxylic и меллитовая кислота) для получения внешнего стандарта концентрации ряда (например, 6 флаконов , содержащих 5, 20, 60, 100, 150 и 250 мкг каждого BPCA смешивают друг с другом в 1 мл воды, соответственно).
  3. Проведение хроматографии с использованием параметров в таблице 1 и таблице 2 , и количественно определить содержание BPCA путем сравнения соответствующих пиков BPCA измерениям внешней стандартной серии 63.
  4. Экспресс выводы количества пиролитического углерода в BPCA-C / сухой вес образца [г / кг] или BPCA-С / ТОС [%]. Кроме того, качественные характеристики PyC в образцах можно описать с помощью пропорции IndividUAL BPCAs, например, доля B6CA (B6CA / BPCA [%]) указывает на степень ароматической конденсации PyC 44.

6. Влажные Окисление Очищенный BPCAs для последующей 13 C и 14 C Анализ

  1. Следующим шагом 5.3., Собирают отдельные BPCAs в достаточном количестве (например,> 30 мкг BPCA-C для современных ускорителей масс - спектрометров 49,64) с использованием коллектора фракций , соединенный с ВЭЖХ 49 , а затем удалить растворители путем стягивания фракций с нежный N 2 потока при нагревании их до 70 ° C. Только даже небольшое количество жидкой фосфорной кислоты, в том числе BPCAs, будет оставаться в ампуле.
  2. Подготовить окислителем путем растворения 2 г Na 2 S 2 O 8 в 50 мл воды, свежеприготовленных в течение 24 часов использования.
    Примечание: перекристаллизовывают персульфат натрия в два раза, чтобы улучшить его чистоту путем полного растворения нескольких граммовв горячей воде , а затем твердое вещество собирали после того, как вода остыла 65-66.
  3. Растворяться сгоревший вниз остатка (шаг 6.1) с 4 мл воды и переноса образца до 12 мл газонепроницаемой флаконе боросиликатного. Добавьте 1 мл окислителем и рядом со стандартной крышкой, содержащей бутилкаучука перегородку.
  4. Чистки газонепроницаемого флакон в том числе водный раствор с He в течение 8 мин для удаления CO 2 из флакона и раствора 66.
  5. Oxidize образцов в газонепроницаемых флаконах при их нагревании при температуре 100 ° С в течение 60 мин.
  6. Непосредственно анализировать CO 2 от окисления на масс - спектрометров изотопного соотношения для 13 содержания С 65-66 и ускоренных масс - спектрометров для содержания 14 C 67-68.
    Примечание: окисленные образцы могут храниться в течение не менее одной недели 66 до 13 ° С и / или 14 анализа C.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы рекомендуем протестировать метод настройку путем измерения набор хорошо описанных PYC материалов ( "черный углерод справочные материалы»), которые широко использовались для различных разработок и сравнений методов в литературе 44,48,69-77. Информация о справочных материалах можно получить в Университете Цюриха (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials).

Описанная методика позволяет базовой линии разделения всех целевых BPCA соединений с помощью ВЭЖХ. Хроматограммы «чернозема» справочные материалы (пылевато почвы со значительным содержанием PyC) и травы полукокса (сделанный из Oryza Sativa) показаны на рисунке 2. Путем регулировки параметров хроматографии в таблицах 1 и 2 (например, температура хроматографии,рН растворителя А или скорости потока и т.д.), разделение может быть дополнительно модифицирован для конкретных потребностей 42,63.

Количественный анализ хроматограмм справочных материалов "с внешними стандартами (шаг 5.3.) Должны давать значения ВПГ , изображенные на рисунке 3. Обратите внимание , что незначительные изменения в процедуре (например, пропуск шага 3 или 4 в конкретных случаях) может приводят к более высоким значениям ВПГ. Как правило, восстановление должно быть проверено с чистыми стандартами BPCA: подсыпали справочные материалы могут помочь обнаружить несоразмерные потери в шагах 3 и 4 , и получить информацию о выполнении хроматографии на этапе 5 42,63.

В таблице 3 приведены значения 13 С и 14 С, которые получаются , когда очищенный BPCAs справочных материалов анализируются на предмет их содержания углерода изотопного после шага 6. Длянадежные результаты, крайне важно , чтобы собрать достаточное количество BPCA-C (например,> 30 мкг BPCA-C для нынешних спектрометров ускорителя масс, см Рисунок 4) и принять все возможные меры по минимизации загрязнения образца посторонними C 49 ,

Помимо проверки метода установки с справочных материалов , как описано выше, крайне желательно подготовить и образцы измеряют в повторах, как для PyC количественной оценки (этап 5) и последующего соединения-специфических 13 C и 14 C анализ BPCAs (шаг 6 ).

figure-results-1
Рисунок 1:. Процедура анализа BPCA На стадии протокола 2, PYC полициклические ароматические конденсированные структуры перевариваются, создавая различные BPCAs, которые являются йан дальнейшей очистке (пункты 3 и 4) и хроматографически проанализированы и разделены (шаг 5). После мокрого окисления (стадия 6), очищенные BPCAs поддаются соединения конкретного изотопного анализа (13 С и 14 С) на масс - спектрометров изотопом отношения. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-2
Рис . 2: хроматограммы для BPCA разъединении Показаны черного углерода справочные материалы "чернозем" (а) ​​и "трава символ" (б). Исходный уровень разделения достигается для всех целевых соединений BPCA (B6CA; B5CA; 1,2,4,5- 1,2,3,5-, 1,2,3,4-B4CA;. 1,2,4-, 1,2,3-B3CA) 42. В формирование на черных справочных материалов углерода можно получить в Университете Цюриха (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). Эта цифра была изменена с Wiedemeier и др. 2013 42 и перепечатано с разрешения Elsevier. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-3
Рис . 3: Replicated PYC Измерения различных черных углеродистых справочные материалы Усы для лабораторных повторах меньше размера символа и коэффициент вариации в среднем 5% (мин: 1%, не более: 10%). Эта цифра была изменена с Wiedemeier и др и др. 2013 42 и перепечатано с разрешения Elsevier."Https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig3large.jpg" целевых = "_blank"> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

figure-results-4
Рисунок 4: Радиоуглеродный (14 C) Значения для B5CA и B6CA , выделенных из современных и ископаемое Чаре Данная ошибка состоит из поправок на инструментальной ускорительной масс - спектрометр фона и заготовки для мокрого окисления.. Сплошная серая линия представляет собой идеализированный линию для смеси реального F 14 C значение соответствующего образца и определяется средним внешнего загрязнения. Эта цифра была изменена с Gierga и др. 2014 49 и перепечатано с разрешения Elsevier. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию гоэто цифра.

мобильная фаза А 20 мл орто-фосфорной кислоты (85%) в 980 мл сверхчистой воды
подвижная фаза В ацетонитрил
колонка С18 с обращенной фазой (список материалов см для более подробной информации)
температура колонки 15 ° C
скорость потока 0,4 мл мин -1
идентификация время удерживания, УФ-поглощения при 216 нм
квантификация внешние стандарты BPCAs
давление около 120 бар

Таблица 1: Параметры хроматографии.

время подвижная фаза В
[Мин] [% По объему]
0 0,5
5 0,5
25,9 30
26 95
28 95
28,1 0,5
30 0,5

Таблица 2: Смешивание градиент подвижных фаз.

основная часть голец BPCA
δ 13 C [‰ против VPDB]
каштан голец -27,4 A -27,7 ± 0,8
символ кукурузы -12,9 ± 0,4 -13,0 ± 0,4
F 14 C [%]
современный символ 1,142 б ± 0,004 б 1.13 ± 0,013
ископаемое голец 0,003 б ± 0,001 б 0,014 ± 0,001

Таблица 3:. Углерод изотопные значения (δ 13 C и F 14 C) ссылочного Char материалов и соединение-Специфическая Изотопный Анализ соответствующих BPCAs Значения BPCA представляют B6CA и B5CA , которые были собраны одновременно на шаге 5. Howevэ-э, изотопный анализ отдельных BPCAs может быть достигнуто аналогично, когда BPCAs собираются отдельно. Серийные данные полукокс из Yarnes и др. (2011) 73 для каштановых полукокса (а) и от Gierga и др. (2014) 49 для ископаемых и современных полукокса (б). Ошибки для измерения δ 13 C являются стандартными ошибками из трех повторах в то время как ошибки для измерений F 14 C (сыпучий символ: ETH-50456, ETH-50458; BPCA: ETH-62324, ETH-62335) являются производными от распространения ошибки 64.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Метод BPCA имеет ряд важных преимуществ по сравнению с другими доступными методами PYC 78-79: I) он обнаруживает PyC в широком диапазоне континуума сгорания, то есть, она чувствительна к слегка обгоревшие биомассы, а также высокой температуры и гольцов сажи 42 , 70, II) , она может одновременно характеризовать 16,44,80-81, количественно 20,42 и изотопно анализа PyC 49-50,66,73,82-83, III) он применим к очень широкому диапазону окружающей среды образца материалы 42,70 и IV) его методология была интенсивно рассмотрена и может быть положен в последовательной основе с оценками других методов PYC 44,47,70,84-85. По всем этим причинам, подход BPCA, возможно, самый универсальный метод PyC доступны на сегодняшний день, чьи основные допущения хорошо ограничены и постоянно сопоставлена ​​с другими методами.

Выше протокол объединяет Strengths предыдущих методов BPCA в единую процедуру, хорошо воспроизводим, просто использовать и легко может быть расширен и изменен с конкретными требованиями. Например, когда хроматография проводится с рН градиентом вместо органического растворителя, он-лайн изотопного отношения мониторинг BPCAs возможно 42, отпадет необходимость в стадии мокрого окисления. Аналогичным образом , удаление катионов и / или неполярных соединений (этапы 3 и 4) могут быть пропущены , если известно , что отдельные образцы не содержат каких - либо таких соединений (например, в некоторых случаях в лабораторных условиях с производства символов).

Как и любой метод PyC, процедура BPCA имеет некоторые ограничения, тоже. В связи с этим важно отметить, что подход BPCA изначально занижает общее количество ВПГ в образцах: метод разрушает большую часть полициклических структур PYC с целью извлечения их BPCA строительные блоки, таким образом, не количественно восстанавливается все PYC в форме из BPCAs20,86. Коэффициенты пересчета были предложены в прошлом, чтобы перевести BPCA урожаи в полное содержание ВПГ. Тем не менее, найти один правильный коэффициент преобразования практически невозможно из - за неоднородной степени ароматической конденсации в большинстве символов 41,48,80,86. Во многих случаях PYC количества образцов сравниваются по отношению друг к другу 42,81,87-88. Затем мы рекомендуем не использовать какие - либо коэффициентов пересчета и просто представлять данные BPCA "как измерено" 48. В отдельных случаях, когда доходность BPCA берутся оценить абсолютные PYC величин 24,89-90, первоначально опубликованный коэффициент преобразования 20 2.27 кажется уместной , поскольку она преобразует BPCA приводит в консервативные оценки содержания PYC 86.

Еще одна трудность, связанная с методами PYC является то, что они являются потенциально чувствительными к мешающим, без PYC материалов и / или что PyC производится в ходе самого анализа, что приводит к завышениюфактическое содержание PyC в образцах 70. Подход BPCA очень устойчив против таких интерферирующих материалов 70, не производит PYC сам по себе 16,70,86 и консервативен по своей природе (см выше пункта). Даже графит, химически очень похожий материал PyC но петрогенными происхождения, не мешает измерения BPCA (Schneider, МОР неопубликованные результаты. Цюрих, (2013)). До сих пор единственным известным не-PYC помех для метода BPCA некоторые сгущенное, ароматические пигменты грибов 91, которые должны быть количественно незначительным для подавляющего большинства исследований 86. Метод BPCA с одновременным качественным, количественным и 13 С и 14 С изотопным информации таким образом , является отличным инструментом для исследования PyC в различных дисциплинах.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы благодарят за поддержку со стороны следующих источников финансирования: Приоритетная исследовательская программа Цюрихского университета "Глобальные изменения и биоразнообразие", проекты Швейцарского национального научного фонда 134452, 131922, 143891, 119950 и 134847, а также премия Deep Carbon Observatory - Deep Energy award 60040915.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
шаровая мельницаRetschN/Aшаровая мельница с безуглеродистыми размольными стаканами и шарами (Retsch MM 200 с агатовыми размольными стаканами и шарами) 
печь для сжиганияNaberthermN/Aпечь для сжигания/муфельная печь с температурой 500 °°; C (Nabertherm L40/11 или аналогичные)
бомбы высокого давления с камерами давления из ПТФЭ,
кварцевые трубки для сбраживания с кварцевыми крышками		Seif Aufschlusstechnik, Unterschleissheim, ГерманияN/AHelma U. Rudolf Seif Aufschlusstechnik
Fastlingerring 67
85716 Unterschleissheim
Германия
Тел: (+49) 89 3108181
вихревой смесительобщий лабораторный запасН/Д
печь& НБСП;Сушильный шкаф Thermo Scientific50051010с постоянной температурой (Thermo Scientific Heraeus или аналогичный)
вакуумная коллекторная система
с разъемами из ПТФЭ		Machery NagelChromabond
730151
730106 ftp://ftp.mn-net.com/english/Instruction_leaflets/Chromatography/SPE/CHROMABOND_VK_DE_EN.pdf
многоразовые стеклянные шприцы с одноразовыми стекловолоконными фильтрамиMachery Nagel 730172
730192		http://www.mn-net.com/SPEStart/SPEaccessories/EmptySPEcolumns/tabid/4285/language/en-US/Default.aspx
25 мл объемные стеклянные колбыобщего лабораторного расходаН/ДВ отличие от всей другой стеклянной посуды, не горят для обеспечения объемной точности. Вместо этого очистите в кислотной ванне, ультразвуком и сверхчистой водой.
хроматографические стеклянные колонны с запорным краном из фритты и ПТФЭ и стекловатойизготовленные на заказН/ДРазмеры стеклянных колонн:
ca. длиной 40 см, ca. 1,5  см в диаметре
катионитная смолаSigma Aldrich217514Dowex 50 WX8 400
Измеритель проводимостиWTW300243LF 320 Набор
конических колб 100 мл для сублимационной сушилкиобщего лабораторного снабжения Н/Д
жидкий азотобщий лабораторное оборудованиеН/Ддля мгновенной заморозки эквосодержащего раствора после удаления катионов
сублимационная сушилкаChristN/AAlpha 2 - 4 LD плюс
C18 твердофазные экстракционные картриджиSupelco52603-Uhttp://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/supelco/52603u?lang=de®ion=CH
стеклянными пробирками 2,5 млAgilent Technologies5022-6534http://www.chem.agilent.com/store/en_US/Prod-5022-6534/5022-6534?navAction=push&navCount=0
концентратор Eppendorf5305000.100
1,5 мл ВЭЖХ автосэмплер флаконыв зависимости от ВЭЖХN/A
мл фракционные коллекционные флаконыв зависимости от ВЭЖХN/A
чистоты N2 газобщее лабораторное оборудованиеN/A
12 мл боросиликатные газоплотные флаконыLabco538Whttp://www.labco.co.uk/europe/gas.htm#doublewad12ml
иглыB Braun4665643http://www.bbraun.ch/cps/rde/xchg/cw-bbraun-de-ch/hs.xsl/products.html?prid=PRID00000510
высокой чистоты He Общеелабораторное оборудованиеН/Д
HNO3 (65%) в годSigma Aldrich84378http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/84378?lang=de®ion=CH
2 М HClSigma Aldrich258148смешивать со сверхчистой водой для получения 2 М раствора
2 М NaOHSigma Aldrich71691смешивать со сверхчистой водой с 2 М раствором
метанолаSigma Aldrich34860http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34860?lang=de®ion=CH
водаMilli-QZ00QSV0WWТип 1 марки, оптимизированная для низкоуглеродистой
ортофосфорной кислотыSigma Aldrich79606http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/79606?lang=de®ion=CH
ацетонитрилаSigma Aldrich34851http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34851?lang=de®ion=CH
C18 колонка с обратной фазойAgilent Technologies685975-902Agilent Poroshell 120 SB-C18 (4,6 x 100 мм)
Na2S2O8, sodium persulfateSigma Aldrich71890http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/71890?lang=de®ion=CH
<строгие>стандарты BPCA
тримеллитовая кислотаSigma Aldrich92119http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/92119?lang=de®ion=CH
гемимеллитовая кислотаSigma Aldrich51520http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/51520?lang=de®ion=CH
пиромеллитовая кислотаSigma Aldrich83181http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search?
term=83181& interface=Все&
N=0& mode=match%20partialmax&
lang=de& region=CH& focus=product
бензолпентакарбоновая кислотаSigma AldrichS437107http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/s437107?lang=de®ion=CH
меллитиновая кислотаSigma AldrichM2705
http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/m2705?lang=de®ion=CH<>сильныеокислительные стандарты
фталевая кислотаSigma-Aldrich80010http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/80010?lang=de®ion=CH
сахарозойSigma-AldrichS7903http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s7903?lang=de®ion=CH
черным углеродомЦюрихский университет Н/Дhttp://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials
, 6 высокой

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Introduction to pyrolysis of biomass. Journal J. Anal. Appl. Pyrolysis. 3 (4), 283-305 (1982).">Shafizadeh, F. Introduction to pyrolysis of biomass. Journal J. Anal. Appl. Pyrolysis. 3 (4), 283-305 (1982).
  2. Organic matter of the trophosphere - III. Characterization and sources of petroleum and pyrogenic residues in aerosols over the western United States. Atmos. Environ. 18 (1), 51-67 (1984).">Simoneit, B. R. T. Organic matter of the trophosphere - III. Characterization and sources of petroleum and pyrogenic residues in aerosols over the western United States. Atmos. Environ. 18 (1), 51-67 (1984).
  3. Black carbon in the environment. , Wiley. (1985).">Goldberg, E. D. Black carbon in the environment. , Wiley. (1985).
  4. Black (pyrogenic) carbon: a synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions. Biogeosciences. 3 (4), 397-420 (2006).">Preston, C. M., Schmidt, M. W. I. Black (pyrogenic) carbon: a synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions. Biogeosciences. 3 (4), 397-420 (2006).
  5. Black carbon in soils and sediments: Analysis, distribution, implications, and current challenges. Global Global Biogeochem. Cycles. 14 (3), 777-793 (2000).">Schmidt, M. W. I., Noack, A. G. Black carbon in soils and sediments: Analysis, distribution, implications, and current challenges. Global Global Biogeochem. Cycles. 14 (3), 777-793 (2000).
  6. Fire on Earth: An Introduction. , Wiley. (2014).">Scott, A. C., Bowman, D. M. J. S., Bond, W. J., Pyne, S. J., Alexander, M. E. Fire on Earth: An Introduction. , Wiley. (2014).
  7. Long-term forest fire ecology and dynamics in southern Switzerland. J. Ecol. 87 (2), 273-289 (1999).">Tinner, W., Hubschmid, P., Wehrli, M., Ammann, B., Conedera, M. Long-term forest fire ecology and dynamics in southern Switzerland. J. Ecol. 87 (2), 273-289 (1999).
  8. Formation, transformation and transport of black carbon (charcoal) in terrestrial and aquatic ecosystems. Sci. Total Environ. 370 (1), 190-206 (2006).">Forbes, M. S., Raison, R. J., Skjemstad, J. O. Formation, transformation and transport of black carbon (charcoal) in terrestrial and aquatic ecosystems. Sci. Total Environ. 370 (1), 190-206 (2006).
  9. Fire in the Earth System. Science. 324 (5926), 481-484 (2009).">Bowman, D. M. J. S., et al. Fire in the Earth System. Science. 324 (5926), 481-484 (2009).
  10. Global pyrogeography: The current and future distribution of wildfire. PLoS ONE. 4 (4), (2009).">Krawchuk, M. A., Moritz, M. A., Parisien, M. A., Van Dorn, J., Hayhoe, K. Global pyrogeography: The current and future distribution of wildfire. PLoS ONE. 4 (4), (2009).
  11. A technology-based global inventory of black and organic carbon emissions from combustion. J. Geophys. Res.: Atmos. 109 (14), (2004).">Bond, T. C., et al. A technology-based global inventory of black and organic carbon emissions from combustion. J. Geophys. Res.: Atmos. 109 (14), (2004).
  12. Inventory of black carbon and organic carbon emissions from China. Atmos. Environ. 40 (34), 6516-6527 (2006).">Cao, G., Zhang, X., Zheng, F. Inventory of black carbon and organic carbon emissions from China. Atmos. Environ. 40 (34), 6516-6527 (2006).
  13. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment. J. Geophys. Res.: Atmos. 118 (11), 5380-5552 (2013).">Bond, T. C., et al. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment. J. Geophys. Res.: Atmos. 118 (11), 5380-5552 (2013).
  14. Global and regional climate changes due to black carbon. Nat. Geosci. 1 (4), 221-227 (2008).">Ramanathan, V., Carmichael, G. Global and regional climate changes due to black carbon. Nat. Geosci. 1 (4), 221-227 (2008).
  15. Thermogenic organic matter dissolved in the abyssal ocean. Mar. Chem. 102 (3-4), 208-217 (2006).">Dittmar, T., Koch, B. P. Thermogenic organic matter dissolved in the abyssal ocean. Mar. Chem. 102 (3-4), 208-217 (2006).
  16. The molecular level determination of black carbon in marine dissolved organic matter. Org. Geochem. 39 (4), 396-407 (2008).">Dittmar, T. The molecular level determination of black carbon in marine dissolved organic matter. Org. Geochem. 39 (4), 396-407 (2008).
  17. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), L16601(2010).">Ziolkowski, L., Druffel, E. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), L16601(2010).
  18. 20th-Century Industrial Black Carbon Emissions Altered Arctic Climate Forcing. Science. 317 (5843), 1381-1384 (2007).">McConnell, J. R., et al. 20th-Century Industrial Black Carbon Emissions Altered Arctic Climate Forcing. Science. 317 (5843), 1381-1384 (2007).
  19. Black carbon record based on a shallow Himalayan ice core and its climatic implications. Atmos. Chem. Phys. 8 (5), 1343-1352 (2008).">Ming, J., et al. Black carbon record based on a shallow Himalayan ice core and its climatic implications. Atmos. Chem. Phys. 8 (5), 1343-1352 (2008).
  20. Black carbon in soils: the use of benzenecarboxylic acids as specific markers. Org. Geochem. 29 (4), 811-819 (1998).">Glaser, B., Haumaier, L., Guggenberger, G., Zech, W. Black carbon in soils: the use of benzenecarboxylic acids as specific markers. Org. Geochem. 29 (4), 811-819 (1998).
  21. Pyrogenic organic matter in soil: Its origin and occurrence, its chemistry and survival in soil environments. Quat. Int. 243 (2), 251-263 (2011).">Knicker, H. Pyrogenic organic matter in soil: Its origin and occurrence, its chemistry and survival in soil environments. Quat. Int. 243 (2), 251-263 (2011).
  22. Black carbon in deep-sea sediments. Science. 280 (5371), 1911(1998).">Masiello, C. A., Druffel, E. R. M. Black carbon in deep-sea sediments. Science. 280 (5371), 1911(1998).
  23. Evaluation of a protocol for the quantification of black carbon in sediments. Global Biogeochem. Cycles. 15 (4), 881-890 (2001).">Gustafsson, Ö, et al. Evaluation of a protocol for the quantification of black carbon in sediments. Global Biogeochem. Cycles. 15 (4), 881-890 (2001).
  24. Different pools of black carbon in sediments from the Gulf of Cádiz (SW Spain): Method comparison and spatial distribution. Mar. Chem. 151, 13-22 (2013).">Sánchez-Garcìa, L., de Andrés, J. R., Gélinas, Y., Schmidt, M. W. I., Louchouarn, P. Different pools of black carbon in sediments from the Gulf of Cádiz (SW Spain): Method comparison and spatial distribution. Mar. Chem. 151, 13-22 (2013).
  25. How relevant is recalcitrance for the stabilization of organic matter in soils? J. Plant Nutr. Soil Sci. 171 (1), 91-110 (2008).">Marschner, B., et al. How relevant is recalcitrance for the stabilization of organic matter in soils? J. Plant Nutr. Soil Sci. 171 (1), 91-110 (2008).
  26. Black carbon decomposition and incorporation into soil microbial biomass estimated by 14C labeling. Soil Biol. Biochem. 41 (2), 210-219 (2009).">Kuzyakov, Y., Subbotina, I., Chen, H., Bogomolova, I., Xu, X. Black carbon decomposition and incorporation into soil microbial biomass estimated by 14C labeling. Soil Biol. Biochem. 41 (2), 210-219 (2009).
  27. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478 (7367), 49-56 (2011).">Schmidt, M. W. I., et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478 (7367), 49-56 (2011).
  28. Fire-derived organic carbon in soil turns over on a centennial scale. Biogeosciences. 9 (8), 2847-2857 (2012).">Singh, N., Abiven, S., Torn, M. S. Fire-derived organic carbon in soil turns over on a centennial scale. Biogeosciences. 9 (8), 2847-2857 (2012).
  29. Biological degradation of pyrogenic organic matter in temperate forest soils. Soil Biol. Biochem. 51, 115-124 (2012).">Santos, F., Torn, M. S., Bird, J. A. Biological degradation of pyrogenic organic matter in temperate forest soils. Soil Biol. Biochem. 51, 115-124 (2012).
  30. Biochar stability in soil: Decomposition during eight years and transformation as assessed by compound-specific 14C analysis. Soil Biol. Biochem. 70, 229-236 (2014).">Kuzyakov, Y., Bogomolova, I., Glaser, B. Biochar stability in soil: Decomposition during eight years and transformation as assessed by compound-specific 14C analysis. Soil Biol. Biochem. 70, 229-236 (2014).
  31. Black Carbon and the Carbon Cycle. Science. 280 (5371), 1903-1904 (1998).">Kuhlbusch, T. A. J. Black Carbon and the Carbon Cycle. Science. 280 (5371), 1903-1904 (1998).
  32. Stability of biomass-derived black carbon in soils. Geochim. Cosmochim. Acta. 72 (24), 6069-6078 (2008).">Liang, B., et al. Stability of biomass-derived black carbon in soils. Geochim. Cosmochim. Acta. 72 (24), 6069-6078 (2008).
  33. A review of biochars' potential role in the remediation, revegetation and restoration of contaminated soils. Environ. Pollut. 159 (12), 3269-3282 (2011).">Beesley, L., et al. A review of biochars' potential role in the remediation, revegetation and restoration of contaminated soils. Environ. Pollut. 159 (12), 3269-3282 (2011).
  34. Biochar and its effects on plant productivity and nutrient cycling: a meta-analysis. GCB Bioenergy. 5 (2), 202-214 (2013).">Biederman, L. A., Harpole, W. S. Biochar and its effects on plant productivity and nutrient cycling: a meta-analysis. GCB Bioenergy. 5 (2), 202-214 (2013).
  35. State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia (terra preta de ìndio). Geochim. Cosmochim. Acta. 82, 39-51 (2012).">Glaser, B., Birk, J. J. State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia (terra preta de ìndio). Geochim. Cosmochim. Acta. 82, 39-51 (2012).
  36. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).">Lehmann, J., Joseph, S. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).
  37. Putting the carbon back: Black is the new green. Nature. 442 (7103), 624-626 (2006).">Marris, E. Putting the carbon back: Black is the new green. Nature. 442 (7103), 624-626 (2006).
  38. Global wildland fire season severity in the 21st century. For. Ecol. Manage. 294, 54-61 (2013).">Flannigan, M., et al. Global wildland fire season severity in the 21st century. For. Ecol. Manage. 294, 54-61 (2013).
  39. Recent burning of boreal forests exceeds fire regime limits of the past 10,000 years. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (32), 13055-13060 (2013).">Kelly, R., et al. Recent burning of boreal forests exceeds fire regime limits of the past 10,000 years. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (32), 13055-13060 (2013).
  40. Nanoparticles - Known and unknown health risks. J. Nanobiotechnol. 2, (2004).">Hoet, P. H. M., Brüske-Hohlfeld, I., Salata, O. V. Nanoparticles - Known and unknown health risks. J. Nanobiotechnol. 2, (2004).
  41. The feasibility of isolation and detection of fullerenes and carbon nanotubes using the benzene polycarboxylic acid method. Mar. Pollut. Bull. 59 (4-7), 213-218 (2009).">Ziolkowski, L. A., Druffel, E. R. M. The feasibility of isolation and detection of fullerenes and carbon nanotubes using the benzene polycarboxylic acid method. Mar. Pollut. Bull. 59 (4-7), 213-218 (2009).
  42. Improved assessment of pyrogenic carbon quantity and quality in environmental samples by high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 1304, 246-250 (2013).">Wiedemeier, D. B., Hilf, M. D., Smittenberg, R. H., Haberle, S. G., Schmidt, M. W. I. Improved assessment of pyrogenic carbon quantity and quality in environmental samples by high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 1304, 246-250 (2013).
  43. Dynamic molecular structure of plant biomass-derived black carbon (biochar). Environ. Sci. Technol. 44 (4), 1247-1253 (2010).">Keiluweit, M., Nico, P. S., Johnson, M. G., Kleber, M. Dynamic molecular structure of plant biomass-derived black carbon (biochar). Environ. Sci. Technol. 44 (4), 1247-1253 (2010).
  44. Aromaticity and degree of aromatic condensation of char. Org. Geochem. 78, 135-143 (2015).">Wiedemeier, D. B., et al. Aromaticity and degree of aromatic condensation of char. Org. Geochem. 78, 135-143 (2015).
  45. Crystallite growth in graphitizing and non-graphitizing carbons. Proc. R. Soc. London, Ser. A. 209 (1097), 196-218 (1951).">Franklin, R. E. Crystallite growth in graphitizing and non-graphitizing carbons. Proc. R. Soc. London, Ser. A. 209 (1097), 196-218 (1951).
  46. New directions in black carbon organic geochemistry. Mar. Chem. 92 (1-4), 201-213 (2004).">Masiello, C. A. New directions in black carbon organic geochemistry. Mar. Chem. 92 (1-4), 201-213 (2004).
  47. Determination of the aromaticity and the degree of aromatic condensation of a thermosequence of wood charcoal using NMR. Org. Geochem. 42 (10), 1194-1202 (2011).">McBeath, A., Smernik, R., Plant, E. Determination of the aromaticity and the degree of aromatic condensation of a thermosequence of wood charcoal using NMR. Org. Geochem. 42 (10), 1194-1202 (2011).
  48. Comparison of gas with liquid chromatography for the determination of benzenepolycarboxylic acids as molecular tracers of black carbon. Org. Geochem. 42 (3), 275-282 (2011).">Schneider, M. P. W., Smittenberg, R., Dittmar, T., Schmidt, M. W. I. Comparison of gas with liquid chromatography for the determination of benzenepolycarboxylic acids as molecular tracers of black carbon. Org. Geochem. 42 (3), 275-282 (2011).
  49. Purification of fire-derived markers for µg scale isotope analysis (δ13C, Δ14C) using high-performance liquid chromatography (HPLC). Org. Geochem. 70, 1-9 (2014).">Gierga, M., et al. Purification of fire-derived markers for µg scale isotope analysis (δ13C, Δ14C) using high-performance liquid chromatography (HPLC). Org. Geochem. 70, 1-9 (2014).
  50. Isotopes in pyrogenic carbon: A review. Org. Geochem. 42 (12), 1529-1539 (2012).">Bird, M. I., Ascough, P. L. Isotopes in pyrogenic carbon: A review. Org. Geochem. 42 (12), 1529-1539 (2012).
  51. Soil organic matter dynamics in density and particle size fractions as revealed by the 13C/12C isotopic ratio in a Cerrado's oxisol. Geoderma. 104 (3-4), 185-202 (2001).">Roscoe, R., Buurman, P., Velthorst, E. J., Vasconcellos, C. A. Soil organic matter dynamics in density and particle size fractions as revealed by the 13C/12C isotopic ratio in a Cerrado's oxisol. Geoderma. 104 (3-4), 185-202 (2001).
  52. Stable forest-savanna mosaic in north-western Tanzania: local-scale evidence from δ13C signatures and 14C ages of soil fractions. J. Biogeogr. 39 (2), 247-257 (2012).">Wiedemeier, D. B., Bloesch, U., Hagedorn, F. Stable forest-savanna mosaic in north-western Tanzania: local-scale evidence from δ13C signatures and 14C ages of soil fractions. J. Biogeogr. 39 (2), 247-257 (2012).
  53. The use of carbon isotopes (13C,14C) in soil to evaluate vegetation changes during the holocene in Central Brazil. Radiocarbon. 38 (2), 191-201 (1996).">Pessenda, L. C. R., et al. The use of carbon isotopes (13C,14C) in soil to evaluate vegetation changes during the holocene in Central Brazil. Radiocarbon. 38 (2), 191-201 (1996).
  54. Radiocarbon dating of "old" charcoal using a wet oxidation, stepped-combustion procedure. Radiocarbon. 41 (2), 127-140 (1999).">Bird, M. I., et al. Radiocarbon dating of "old" charcoal using a wet oxidation, stepped-combustion procedure. Radiocarbon. 41 (2), 127-140 (1999).
  55. Biochar carbon stability in four contrasting soils. Eur. J. Soil Sci. 65 (1), 60-71 (2014).">Fang, Y., Singh, B., Singh, B. P., Krull, E. Biochar carbon stability in four contrasting soils. Eur. J. Soil Sci. 65 (1), 60-71 (2014).
  56. Ryegrass-derived pyrogenic organic matter changes organic carbon and nitrogen mineralization in a temperate forest soil. Soil Biol. Biochem. 69, 291-301 (2014).">Maestrini, B., Herrmann, A. M., Nannipieri, P., Schmidt, M. W. I., Abiven, S. Ryegrass-derived pyrogenic organic matter changes organic carbon and nitrogen mineralization in a temperate forest soil. Soil Biol. Biochem. 69, 291-301 (2014).
  57. New insights into pyrogenic carbon by an improved benzene polycarboxylic acid molecular marker method. , University of Zurich. (2014).">Wiedemeier, D. B. New insights into pyrogenic carbon by an improved benzene polycarboxylic acid molecular marker method. , University of Zurich. (2014).
  58. Qualilty Assurance in Environmental Monitoring. , Wiley. (2007).">Perttila, M., Pedersen, B. Qualilty Assurance in Environmental Monitoring. , Wiley. (2007).
  59. Chemical composition and bioavailability of thermally altered Pinus resinosa (Red pine) wood. Org. Geochem. 33 (9), 1093-1109 (2002).">Baldock, J., Smernik, R. Chemical composition and bioavailability of thermally altered Pinus resinosa (Red pine) wood. Org. Geochem. 33 (9), 1093-1109 (2002).
  60. SSSA Book Series. , (1996).">Nelson, D. W., Sommers, L. E. Methods of Soil Analysis: Part 3, Chemical methods. SSSA Book Series. , (1996).
  61. Tips and traps in the 14C bio-AMS preparation laboratory. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 172 (1-4), 404-408 (2000).">Buchholz, B. A., Freeman, S. P. H. T., Haack, K. W., Vogel, J. S. Tips and traps in the 14C bio-AMS preparation laboratory. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 172 (1-4), 404-408 (2000).
  62. Eine neue Apparatur zur Druckveraschung von biologischem Material. Fresenius' Z. Anal. Chem. 302 (1), 62-64 (1980).">Schramel, P., Wolf, A., Seif, R., Klose, B. J. Eine neue Apparatur zur Druckveraschung von biologischem Material. Fresenius' Z. Anal. Chem. 302 (1), 62-64 (1980).
  63. Practical High-Performance Liquid Chromatography. , Wiley. (2010).">Meyer, V. Practical High-Performance Liquid Chromatography. , Wiley. (2010).
  64. Ultra-microscale (5-25 µg C) analysis of individual lipids by 14C AMS: Assessment and correction for sample processing blanks. Radiocarbon. 49 (1), 69-82 (2007).">Shah, S. R., Pearson, A. Ultra-microscale (5-25 µg C) analysis of individual lipids by 14C AMS: Assessment and correction for sample processing blanks. Radiocarbon. 49 (1), 69-82 (2007).
  65. Isotopic (δ13C, Δ14C) analysis of organic acids in marine samples using wet chemical oxidation. Limnol. Oceanogr.: Methods. 11 (4), 161-175 (2013).">Lang, S. Q., Früh-Green, G. L., Bernasconi, S. M., Wacker, L. Isotopic (δ13C, Δ14C) analysis of organic acids in marine samples using wet chemical oxidation. Limnol. Oceanogr.: Methods. 11 (4), 161-175 (2013).
  66. Stable isotope analysis of organic carbon in small (µg C) samples and dissolved organic matter using a GasBench preparation device. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (1), 9-16 (2012).">Lang, S., Bernasconi, S., Früh-Green, G. Stable isotope analysis of organic carbon in small (µg C) samples and dissolved organic matter using a GasBench preparation device. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (1), 9-16 (2012).
  67. Micadas: Routine and high-precision radiocarbon dating. Radiocarbon. 52 (2), 252-262 (2010).">Wacker, L., et al. Micadas: Routine and high-precision radiocarbon dating. Radiocarbon. 52 (2), 252-262 (2010).
  68. A versatile gas interface for routine radiocarbon analysis with a gas ion source. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 294, 315-319 (2013).">Wacker, L., et al. A versatile gas interface for routine radiocarbon analysis with a gas ion source. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 294, 315-319 (2013).
  69. Synthesis and characterisation of laboratory-charred grass straw (Oryza saliva) and chestnut wood (Castanea sativa) as reference materials for black carbon quantification. Org. Geochem. 37 (11), 1629-1633 (2006).">Hammes, K., Smernik, R., Skjemstad, J., Herzog, A., Vogt, U. Synthesis and characterisation of laboratory-charred grass straw (Oryza saliva) and chestnut wood (Castanea sativa) as reference materials for black carbon quantification. Org. Geochem. 37 (11), 1629-1633 (2006).
  70. Comparison of quantification methods to measure fire-derived (black/elemental) carbon in soils and sediments using reference materials from soil, water, sediment and the atmosphere. Global Biogeochem. Cycles. 21 (3), GB3016(2007).">Hammes, K., et al. Comparison of quantification methods to measure fire-derived (black/elemental) carbon in soils and sediments using reference materials from soil, water, sediment and the atmosphere. Global Biogeochem. Cycles. 21 (3), GB3016(2007).
  71. Assessment of hydropyrolysis as a method for the quantification of black carbon using standard reference materials. Geochim. Cosmochim. Acta. 97, 131-147 (2012).">Meredith, W., et al. Assessment of hydropyrolysis as a method for the quantification of black carbon using standard reference materials. Geochim. Cosmochim. Acta. 97, 131-147 (2012).
  72. Rapid molecular screening of black carbon (biochar) thermosequences obtained from chestnut wood and rice straw: A pyrolysis-GC/MS study. Biomass Bioenergy. 45, 115-129 (2012).">Kaal, J., Schneider, M. P. W., Schmidt, M. W. I. Rapid molecular screening of black carbon (biochar) thermosequences obtained from chestnut wood and rice straw: A pyrolysis-GC/MS study. Biomass Bioenergy. 45, 115-129 (2012).
  73. Stable isotopic analysis of pyrogenic organic matter in soils by liquid chromatography-isotope-ratio mass spectrometry of benzene polycarboxylic acids. Rapid Commun. Mass Spectrom. 25 (24), 3723-3731 (2011).">Yarnes, C., et al. Stable isotopic analysis of pyrogenic organic matter in soils by liquid chromatography-isotope-ratio mass spectrometry of benzene polycarboxylic acids. Rapid Commun. Mass Spectrom. 25 (24), 3723-3731 (2011).
  74. Evaluation of the thermal/optical reflectance method for discrimination between char- and soot-EC. Chemosphere. 69, 569-574 (2007).">Han, Y. M., et al. Evaluation of the thermal/optical reflectance method for discrimination between char- and soot-EC. Chemosphere. 69, 569-574 (2007).
  75. Thermal stability of black carbon characterised by oxidative differential scanning calorimetry. Org. Geochem. 38 (1), 112-127 (2007).">Leifeld, J. Thermal stability of black carbon characterised by oxidative differential scanning calorimetry. Org. Geochem. 38 (1), 112-127 (2007).
  76. Differentiation of charcoal, soot and diagenetic carbon in soil: Method comparison and perspectives. Org. Geochem. 46, 66-75 (2012).">Roth, P. J., et al. Differentiation of charcoal, soot and diagenetic carbon in soil: Method comparison and perspectives. Org. Geochem. 46, 66-75 (2012).
  77. Final recommendations for reference materials in black carbon analysis. Eos. 84 (52), (2003).">Schmidt, M. W. I., Masiello, C. A., Skjemstad, J. O. Final recommendations for reference materials in black carbon analysis. Eos. 84 (52), (2003).
  78. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).">Bird, M. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).
  79. Fire Phenomena and the Earth System. , Wiley. (2013).">Hammes, K., Abiven, S. Fire Phenomena and the Earth System. , Wiley. (2013).
  80. The benzene polycarboxylic acid (BPCA) pattern of wood pyrolyzed between 200 °C and 1000 °C. Org. Geochem. 41 (10), 1082-1088 (2010).">Schneider, M. P. W., Hilf, M., Vogt, U. F., Schmidt, M. W. I. The benzene polycarboxylic acid (BPCA) pattern of wood pyrolyzed between 200 °C and 1000 °C. Org. Geochem. 41 (10), 1082-1088 (2010).
  81. Toward a "molecular thermometer" to estimate the charring temperature of wildland charcoals derived from different biomass sources. Environ. Sci. Technol. 47 (20), 11490-11495 (2013).">Schneider, M. P. W., et al. Toward a "molecular thermometer" to estimate the charring temperature of wildland charcoals derived from different biomass sources. Environ. Sci. Technol. 47 (20), 11490-11495 (2013).
  82. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), (2010).">Ziolkowski, L. A., Druffel, E. R. M. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), (2010).
  83. Aged black carbon in marine sediments and sinking particles. Geophys. Res. Lett. 41 (7), 2427-2433 (2014).">Coppola, A. I., Ziolkowski, L. A., Masiello, C. A., Druffel, E. R. M. Aged black carbon in marine sediments and sinking particles. Geophys. Res. Lett. 41 (7), 2427-2433 (2014).
  84. Quantifying the abundance and stable isotope composition of pyrogenic carbon using hydrogen pyrolysis. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (23), 2690-2696 (2012).">Wurster, C. M., Lloyd, J., Goodrick, I., Saiz, G., Bird, M. I. Quantifying the abundance and stable isotope composition of pyrogenic carbon using hydrogen pyrolysis. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (23), 2690-2696 (2012).
  85. Pyrogenic molecular markers: Linking PAH with BPCA analysis. Chemosphere. 119, 432-437 (2015).">Wiedemeier, D. B., Brodowski, S., Wiesenberg, G. L. B. Pyrogenic molecular markers: Linking PAH with BPCA analysis. Chemosphere. 119, 432-437 (2015).
  86. Revised black carbon assessment using benzene polycarboxylic acids. Org. Geochem. 36 (9), 1299-1310 (2005).">Brodowski, S., Rodionov, A., Haumaier, L., Glaser, B., Amelung, W. Revised black carbon assessment using benzene polycarboxylic acids. Org. Geochem. 36 (9), 1299-1310 (2005).
  87. Transformation and stabilization of pyrogenic organic matter in a temperate forest field experiment. GCB. 20 (5), 1629-1642 (2014).">Singh, N., et al. Transformation and stabilization of pyrogenic organic matter in a temperate forest field experiment. GCB. 20 (5), 1629-1642 (2014).
  88. Pyrogenic carbon soluble fraction is larger and more aromatic in aged charcoal than in fresh charcoal. Soil Biol. Biochem. 43 (7), 1615-1617 (2011).">Abiven, S., Hengartner, P., Schneider, M. P. W., Singh, N., Schmidt, M. W. I. Pyrogenic carbon soluble fraction is larger and more aromatic in aged charcoal than in fresh charcoal. Soil Biol. Biochem. 43 (7), 1615-1617 (2011).
  89. Industrial carbon input to arable soil since 1958. Org. Geochem. 80, 46-52 (2015).">Lehndorff, E., et al. Industrial carbon input to arable soil since 1958. Org. Geochem. 80, 46-52 (2015).
  90. Black carbon accrual during 2000 years of paddy-rice and non-paddy cropping in the Yangtze River Delta, China. GCB. 20 (6), 1968-1978 (2014).">Lehndorff, E., Roth, P. J., Cao, Z. H., Amelung, W. Black carbon accrual during 2000 years of paddy-rice and non-paddy cropping in the Yangtze River Delta, China. GCB. 20 (6), 1968-1978 (2014).
  91. Isotopic evidence for condensed aromatics from non-pyrogenic sources in soils - implications for current methods for quantifying soil black carbon. Rapid Commun. Mass Spectrom. 22 (7), 935-942 (2008).">Glaser, B., Knorr, K. H. Isotopic evidence for condensed aromatics from non-pyrogenic sources in soils - implications for current methods for quantifying soil black carbon. Rapid Commun. Mass Spectrom. 22 (7), 935-942 (2008).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Pyrogenic CarbonBenzene Polycarboxylic AcidsBPCA MethodCarbon Isotopic AnalysisSample PreparationSolid Phase ExtractionHigh Performance Liquid ChromatographyIsotope Ratio Mass SpectrometryAccelerated Mass SpectrometryEnvironmental Sample Analysis

Related Articles