Отложения Ядро секционирования и Добыча поровых вод в бескислородных условиях
7 марта 2016 г.
Представлен протокол для секционирования осадочных кернов и извлечения поровых вод в бескислородных условиях, чтобы обеспечить анализ чувствительных к окислительно-восстановительным средам веществ как в твердых веществах, так и в жидкостях.
Общая цель данной процедуры заключается в секционировании кернов осадочных пород и экстракции поровых вод из этих кернов с сохранением исходного окислительного состояния. Этот метод позволяет исследователям в области геохимии изучать формы нахождения металлов в поровых водах и осадках из редокс-чувствительных зон, таких как озера и водно-болотные угодья. Основными преимуществами данной методики являются ее гибкость и адаптивность, портативность в полевых условиях, низкая стоимость и отсутствие нарушения слоев осадка.
Процедуру продемонстрирует Рахул Синха, студент бакалавриата из моей лаборатории. Начните подготовку полевой лаборатории с установки перчаточного бокса. Сначала закрепите направляющую пластину керна на рабочей поверхности.
Расположите отверстие для вставки сердечника так, чтобы оно выступало перед столешницей, обеспечивая его доступность. Затем закрепите баллон с азотом с помощью лабораторного зажима. После этого накройте пластину перчаточным пакетом и проложите трубку между пакетом и газовым регулятором.
Вставьте примерно восемь дюймов трубки в пакет. Теперь загерметизируйте соединение трубки с пакетом с помощью изоленты, а внутри пакета наденьте на трубку зажим, оставив его открытым. Затем прорежьте в нижней части пакета отверстие в форме буквы X над отверстием в пластине, после чего поместите в пакет перечисленные предметы.
Еще раз проверьте списки, так как забытый предмет создаст большие неудобства. Следующая задача — установка керна. Сначала поместите лабораторный домкрат на пол под рабочую поверхность.
На лабораторном домкрате должен находиться лист фанеры с отверстием в центре для стабилизации керна. Затем, удерживая керн в вертикальном положении, просуньте его через направляющую пластину и через X-образное отверстие в перчаточном боксе. Примерно 10–15 см керна должны выступать над пластиной.
Теперь, пока один человек придерживает сердечник, прикрепите его к пакету в области, отмеченной X, с помощью изоленты. Затем подготовьте экструдер сердечника. Сначала вставьте ручку в ПВХ-проставку длиной 6 дюймов и диаметром 2 дюйма, затем в соединительную муфту длиной 3 дюйма, затем снова в проставку, затем в муфту и так далее, пока ручка не будет полностью закрыта.
Теперь поместите экструдер сердечника под сердечник и зафиксируйте его с помощью домкрата. Домкрат должен быть опущен максимально низко. Затем с помощью канцелярского ножа осторожно сделайте надрез вокруг нижней части колпачка сердечника.
Оставьте кольцо из крышки керноприемника вокруг лайнера керна и приложите круглый фрагмент крышки к материалам керна. Теперь один человек должен просунуть руку в перчаточный пакет, чтобы зафиксировать керн, в то время как другой поднимает домкрат. Постепенно перемещайте экстрактор керна в лайнер керна, поднимая осадок вверх.
Возможно, потребуется слегка покачать экструдер. Продолжайте поднимать керн до тех пор, пока осадок и перекрывающая его вода не достигнут верхней части трубки керноотборника. Последним этапом является герметизация пакета.
Сначала дважды проверьте наличие всех необходимых компонентов. Затем откройте все объекты в пакете, в которых мог скопиться воздух. Теперь, желательно с помощью другого человека, трижды продуйте перчатку.
Сначала, при максимально сдутом состоянии пакета, перекройте основное отверстие несколькими эластичными шнурами. Затем, при помощи ассистента, регулирующего поток азота на уровне 50 psi, направьте газ вокруг пакета, особенно в складки, где мог бы остаться воздух. Когда пакет будет полностью раздут, выключите регулятор или закройте зажим, чтобы прекратить подачу газа.
Затем откройте основное отверстие и вытолкните из пакета как можно больше газа. Повторите процесс заполнения пакета азотом (включая все складки) и его опорожнения еще дважды. После завершения этой процедуры уровень кислорода в перчаточном пакете должен стать очень низким.
Завершите процесс так, чтобы в перчаточном боксе остался достаточный объем газа. Данную процедуру рекомендуется выполнять в паре. Для выполнения этой процедуры наденьте одноразовые перчатки поверх встроенных перчаток бокса.
Меняйте эти перчатки каждый раз, когда они загрязняются или рвутся. Сначала удалите всю стоячую воду с поверхности керна с помощью шприца. Затем профильтруйте эту воду через шприцевой фильтр с порами 0.45 µm.
Затем поместите кольцо для секционирования керна на верхнюю часть лайнера. После этого поднимите керн так, чтобы осадок достиг верхней части кольца. Зафиксируйте лайнер внутри пакета таким образом, чтобы при перемещении керна лайнер оставался неподвижным.
Возможно, оператору, работающему внутри перчаточного бокса, потребуется слегка надавить на внутреннюю оболочку керна, чтобы керновый материал оказался в верхней части кольца. Затем вставьте срезчик керна между верхней частью оболочки и кольцом так, чтобы секция осадка находилась над срезчиком. Это первая секция керна.
С помощью пластиковых ложек переместите секцию в 50-миллилитровый конический тубус и плотно закройте его крышкой. Промойте инструменты и повторите процесс до тех пор, пока весь керн не будет разделен на секции и помещен в тубусы. В процессе секционирования керна лабораторный домкрат может быть полностью выдвинут.
Если это произойдет, удерживайте сердечник на месте, опустите домкрат и расположите детали из ПВХ так, чтобы выдвинуть экструдер сердечника. Затем снова зафиксируйте домкрат на месте. В ходе этого процесса пакет может слишком сильно сдуться или раздуться.
Внесите коррективы, кратковременно открывая клапан подачи газообразного азота или основное отверстие пакета для выпуска газа. После того как керн будет разделен на секции и весь осадок помещен в центрифужные пробирки, пробирки можно извлечь из перчаточного пакета, после чего пакет следует закрыть. Затем подготовьте собранные пробирки к центрифугированию согласно текстовому протоколу.
Затем центрифугируйте их при 1 100 g или выше в течение 20 минут. После центрифугирования верните пробирки в безкислородную среду и введите несколько пустых пробирок для сбора образцов. После этого пакет следует снова продуть два-три раза, как и раньше.
Теперь откройте центрифугированную пробирку и удалите поровое водный экстракт с помощью шприца с трубкой на конце. Затем, используя шприцевой фильтр с порами 0,45 мкм, отфильтруйте воду в пробирку для сбора. В текстовом протоколе объясняется, как проводить дальнейшую обработку образцов.
С использованием описанного протокола был отобран керн из водно-болотных угодий вблизи Нового Орлеана через девять месяцев после аварии на платформе Deepwater Horizon. Эти угодья были сильно загрязнены нефтью. Данные, полученные с помощью портативного спектрофотометра Hach DR 2700, показали крайне высокие концентрации сульфидов.
Концентрации железа были низкими, а железо в степени окисления +3 обнаружено не было. Таким образом, после просмотра этого видео вы должны хорошо понимать, как удалять кислород из перчаточного пакета, выталкивать керн внутри пакета для последующего распила и отделять поровые воды от осадков. При должном навыке выполнение этой процедуры занимает от одного до трех часов на один керн, в зависимости от его длины.
При выполнении данной процедуры важно помнить о необходимости тщательной продувки перчаточного пакета и медленной регулировки высоты керна. После выполнения этой процедуры можно провести такие методы, как определение форм железа методом восстановления Fe(III) до Fe(II), определение форм мышьяка методом вольтамперометрии или колоночного разделения, а также выделение метилртути, чтобы ответить на вопросы о редокс-состоянии системы. Не забывайте, что работа со сжатыми газами может быть крайне опасной, поэтому надежное закрепление баллона при выполнении данной процедуры является обязательным.
Некоторые образцы осадка могут быть загрязнены опасными материалами, в связи с чем следует соблюдать соответствующие меры предосторожности.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен протокол распила кернов донных отложений и извлечения поровых вод в аноксических условиях. Данный метод позволяет проводить анализ окислительно-восстановительно чувствительных компонентов как в твердой, так и в жидкой фазах, что особенно важно для геохимических исследований.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Геохимия
- Экология
- Окислительно-восстановительная химия
Теоретическая база
- Понимание форм распределения металлов в донных отложениях имеет решающее значение для проведения экологических оценок.
- Районы, чувствительные к окислительно-восстановительным процессам, такие как озера и водно-болотные угодья, требуют применения тщательных методов отбора проб.
- Для получения точных результатов анализа необходимо сохранять исходное состояние окисления в процессе отбора проб.
- Данный метод разработан с целью обеспечения портативности для полевых условий и экономической эффективности.
Цель исследования
- Предоставить надежный протокол секционирования керна донных отложений.
- Обеспечить извлечение поровых вод без нарушения структуры слоев осадка.
- Создать условия для изучения окислительно-восстановительно-чувствительных соединений в различных средах.
Используемые методы
- Подготовка полевой лаборатории с использованием перчаточного бокса.
- Закрепление направляющей пластины для керна на устойчивой рабочей поверхности.
- Разрезание осадочных кернов с сохранением их степени окисления.
- Экстракция поровых вод для последующего анализа.
Основные результаты
- Данный протокол позволяет успешно поддерживать степень окисления кернов донных отложений.
- Исследователи могут эффективно анализировать формы распределения металлов в поровых водах.
- Метод адаптируем к различным полевым условиям.
- Он демонстрирует гибкость и экономическую эффективность для геохимических исследований.
Выводы
- Данный протокол является ценным инструментом для исследователей, изучающих чувствительные к окислительно-восстановительным процессам среды.
- Он позволяет проводить детальный анализ химического состава осадков и поровых вод.
- Преимущества данного метода делают его подходящим для различных геохимических приложений.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Данный метод поддерживает исследования и разработки в области биофармацевтики, обеспечивая сохранность чувствительных к окислительно-восстановительным процессам аналитов в объектах окружающей среды, что имеет решающее значение для механистического снижения рисков в исследованиях по токсикологии и фармакологии безопасности. Благодаря сохранению исходного состояния окисления в процессе обработки образцов, данный метод гарантирует целостность данных для последующей валидации биомаркеров и прогностического моделирования поведения соединений в сложных биологических системах. Возможность применения метода в полевых условиях и его низкая стоимость облегчают проверку гипотез на ранних этапах в системах, релевантных конкретным заболеваниям, что снижает неопределенность при идентификации ведущих соединений и в ходе доклинических исследований.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишеней
- Научная ценность: позволяет исследовать окислительно-восстановительные пути в моделях заболеваний за счет сохранения лабильных соединений, таких как сульфиды и формы распределения железа, для механистической валидации мишеней.
- Практическая ценность: обеспечивает воспроизводимый рабочий процесс выделения поровых вод из кернов осадочных пород, что способствует единообразному приготовлению проб для анализов в области экологической токсикологии.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: обеспечивает получение количественно надежных экстрактов поровой воды, пригодных для стандартизации анализа, что позволяет проводить скрининг соединений, модулирующих редокс-чувствительные пути.
- Практическая ценность: облегчает высокоточную экстракцию образцов в аноксических условиях, повышая воспроизводимость анализа и сокращая количество ложноотрицательных результатов в кампаниях по фенотипическому скринингу.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: способствует согласованию трансляционных биомаркеров за счет сохранения окислительно-восстановительно-чувствительных соединений, которые коррелируют с прогрессированием заболевания в доклинических моделях.
- Операционная ценность: обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска до доклинической валидации путем поддержания целостности образцов на всех стадиях рабочего процесса, что снижает вариабельность при принятии решений о продвижении проекта с учетом рисков.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод встраивается в процесс научных открытий, обеспечивая надежную подготовку образцов для анализов в области редокс-биологии, что позволяет проверять гипотезы на ранних этапах исследований и способствует идентификации перспективных соединений-лидеров на основе данных с подтвержденным механизмом действия.
- Открывающая биология: способствует проверке гипотез и уточнению путей метаболизма за счет сохранения аналитов, чувствительных к степени окисления, что имеет решающее значение для валидации мишеней при заболеваниях, связанных с окислительно-восстановительными процессами.
- Скрининг: повышает готовность и воспроизводимость анализов за счет получения проб поровой воды с минимальными артефактами окисления, что обеспечивает надежную оценку соединений.
- Аналитика: предоставляет количественные данные, такие как результаты определения форм сульфидов и железа, что позволяет сравнивать окислительно-восстановительные условия в различных экспериментальных группах.
- Трансляционные исследования: обеспечивают преемственность с доклиническим этапом за счет сохранения биомаркеров окислительного стресса, поддерживая принятие решений с учетом рисков при валидации моделей заболеваний.
- Корпоративное повторное использование: функционирует как универсальный инструмент для групп экологического мониторинга и токсикологии, стандартизируя правила обращения с образцами в различных проектах и регионах.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышение достоверности прогнозов за счет сохранения окислительно-восстановительно-чувствительных соединений, уменьшение механистической неопределенности в фармакологии безопасности.
- Операционная ценность: стандартизация, воспроизводимость и масштабируемость обработки аноксических проб в полевых и лабораторных условиях.
- Стратегическая ценность: принятие более обоснованных решений о продолжении или прекращении разработки за счет снижения количества ложноположительных результатов в окислительно-восстановительно-зависимых анализах, эффективность использования капитала на этапе первичного скрининга.
- Влияние на портфель: приоритизация соединений с учетом рисков на основе надежных данных о редокс-биомаркерах, что снижает биологические риски на поздних стадиях разработки.
Особенности реализации
- Требуется научный опыт работы с анаэробными методами и химией окислительно-восстановительных процессов.
- Необходимое оборудование включает системы перчаточных боксов, регуляторы азота, центрифуги и шприцевые фильтры.
- Стандартизация между группами требует обучения протоколам продувки кислорода и основным процедурам работы с керном.
- При адаптации метода следует учитывать необходимость корректировки толщины срезов керна в зависимости от его диаметра и степени уплотнения осадка.
- Практические ограничения включают необходимость проведения анализа в кратчайшие сроки после экстракции для предотвращения постепенного окисления даже в оптимизированных условиях.
