超声提取沉积物的脂类生物标志物

Earth Science

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Overview

资料来源: 实验室的杰夫卡普-马萨诸塞大学阿默斯特

这种材料组成的生活"有机"人分享任何生态系统 (叶子,真菌,树皮,组织;图 1)从根本上有别于非生物无机化合物份额 (岩石和其组成矿物、 氧气、 水、 金属) 的材料。有机材料包含链接到一系列其他碳和氢分子 (图 2),有别于无机材料的碳。碳的宽价范围 (3:56 上午) 允许它形成最多四个单独的共价键与相邻原子、 通常 C、 H、 O、 N、 S 和体育它还可以与单个共享三个共价键其他原子,如经常有毒氰化物或腈,组中的三键。在过去的 46 亿年,这种灵活性导致了惊人数组的大小、 复杂程度、 极性、 形状和功能各不相同的化学结构。科学领域的有机地球化学关切的分离鉴定及其探测有机化合物,称为生物标志物,由生活在这个星球上,以及其他人,通过地质时间的整个范围。

Figure 1
图 1。有机材料,如树木、 树叶和苔藓,是化学上和视觉上不同于无机材料,路面等。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 地球科学精要. 超声提取沉积物的脂类生物标志物. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

通过超声波提取是获取总脂提取 (TLE) 从给定的样本,最简单、 最便宜的方法,与此方法关联的复苏是与其他更先进的技术。它使用超声波浴来鼓动在有机溶剂中有一小瓶中的样品。示例中包含的生物标志物溶于水中基于规则的溶解度,这与有机化合物,主要受生物标志物和溶剂的极性有机相。这总结的所谓 '喜欢溶解' 规则,藉以相对无极性生物标志物 (那些含有完全 C 和 H; 异戊二烯) 溶于非极性溶剂 (如正己烷,极性 = 0.1) 和更多极地生物标志物 (那些含有 O,N,S,P; 甘油二烷基甘油-tetraethers (GDGT)) 在更多的极性溶剂中溶解 (如: 甲醇、 二氯甲烷、 极性 = 5.1 和 3.1)。事实上,这是的第一步在不同的生物标志物的分离可以达到通过一系列的溶剂,介绍从非极性到极坐标,每个从样品中提取更多的极性化合物。因此可以单独分析或组合以形成可以稍后纯化总脂提取物 (TLE) 目标泥沙顺序提取溶剂。

古气候学的第一步是收集或提取物,他们发现,在沉积物的生物标志物。环境样品由非有机成分,如矿物、 水和金属和由活的生物体,在该地区的有机组分组成。科学家们可以使用这些有机组分,澄清关于过去的信息之前,他们必须从他们的环境。超声处理,利用超声波,是最简单,最便宜的这些技术。

这个视频是一系列对脂质提取、 纯化及分析沉积物的一部分。它将说明脂质提取超声和目前几种应用方法。

具有广泛的生物标志物,优化中提取所有的他们没有单一溶剂。这总结的所谓 '喜欢溶解' 规则,藉以相对非极性分子溶于非极性溶剂,如二氯甲烷,和更多的极性分子在更多的极性溶剂,如甲醇中溶解。具体脂类或群体的脂类提取溶剂混合物一般实证进行了优化。

为加速提取,增加产量,超声系统用于应用超声-波的频率大于 20 kHz,结合混合溶剂。当这些波接触液体有机相时,他们造成短暂微泡造影剂的溶剂蒸气迅速成长和折叠的形成。崩溃,这些气泡作为机械剪板机,促进脂质增溶作用,大大提高萃取效率释放大量的能量。

超声辅助溶剂萃取过程后,其结果是原油提取制备,称为总脂提取物,是遭受进一步纯化,允许的脂质签名的定性和定量检查。既然您了解一些脂质提取背后的主要原则由超声处理,让我们看看程序如何进行的一种协议。

从选位置收集必要的样品材料。一些例子是湖泊和海洋沉积物、 陆地土壤、 微生物培养物,或植物的叶子。收集的材料是一夜之间被冻结。在此之后它是冻干在冷冻干燥机为 2 至 3 天。粉碎和均质前萃取溶剂冲洗迫击炮和杵对冻干的样品。去除有机污染物,燃烧所需的高硼硅玻璃吸液管、 小瓶和称重罐在烤箱中。玻璃器皿在烤箱里冷却后,冲洗与二氯甲烷和甲醇的混合物的金属工具。一旦准备好的样品和玻璃器皿,超声处理程序可以开始。

从这一步上,所有容器和玻璃器皿都应使用前的燃烧。称重锡对规模和皮重的地方。冲洗实验室刮刀与溶剂的混合物,然后用它来将适当质量的冻干、 匀浆的样品转移到称重锡和记录质量。仔细地将加权的样本转移到一个标记的小瓶。用喷瓶的 DCM:MeOH,添加足够的样品由 1 到 2 厘米的溶剂,和盖小瓶。将小瓶放防水的机架,现在准备超声。地方直接入超声波浴架。检查水位在超声波浴是只够深,淹没到顶部的萃取溶剂样品瓶。超声波在室温 30 分钟几。超声处理后删除 sonicator 机架。让坐,使泥沙沉降发生的小瓶子。

从萃取瓶用移液管和灯泡,删除二氯甲烷-甲醇上游阶段并转移到另一个预先称量和标记的小瓶。对每个样本重复超声过程共三次。收集到一整瓶特效中提取。允许提取的样品干燥在小瓶子,瓶盖,和遮光罩,松散覆盖着一块铝箔。标签为 '提取残渣' 并将存储在萃取溶剂。现在,提取了生物标志物,他们必须被净化,才能进行分析。

超声波加速了几种溶剂萃取工艺,广泛应用于地球化学研究。许多考古学家与地球化学家合作,以重建的环境和文化的情况下,早期的人类文明生活。陶器,其中一个最古老的人类发明,出土时可以被发现含有残余分子化石从酒、 米饭或一次存储内的其他内容。

挖掘化学证据的物质的吸收表面,小样本的陶器造影在有机溶剂和提取的化合物可到后来下游光谱方法鉴定。这种分析有助于考古学家检测的各种资源,并提供给古代人口与重构它们的栖息地的条件。

光合微藻被发现在海洋和淡水生态系统。因为他们在基于海水介质中成长,他们的文化地位显著较小的区域,他们现在正在广泛研究作为陆生植物生产的生物燃料的替代途径。

从微藻生物量中提取油脂,这些研究者们描述了超声波辅助溶剂萃取。在超声波的声空化有效地扰乱刚性微藻细胞壁以解放血脂。这种技术援助的表征新微藻从非石油能源的生产环境。

你刚看了朱庇特的简介 Sonication-Assisted 提取的生物标志物沉积物。以下视频将解释如何提取物进一步纯化分析。

谢谢观赏 !

Procedure

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1.收集必要的材料

  1. 样本 (叶、 污垢、 真菌、 树皮、 组织),通常冻结、 冻干、 压碎,和均质前提取,提取组将效率最大化。抽取三个样本。
  2. 根据样本的大小,可以使用与从 4 60 毫升的容量瓶。对于这个实验中,使用了高硼硅玻璃小瓶 (40 毫升) 和溶剂的安全上限。小瓶、 高硼硅玻璃吸管和称重罐应该是 6 小时前,以确保可能的有机污染物去除,550 ℃ 燃烧。
  3. 二氯甲烷、 甲醇在大多数有机地球化学实验室都是常见的。它们分别用于冲洗实验室工具和使用前的玻璃器皿。二氯甲烷 (DCM) 到甲醇 (甲醇; 9:1) 混合在许多实验室用于有效地提取生物标志物与广泛的极性。溶剂应能自由的有机污染物。
  4. 在室温下使用超声波水浴。一系列的 sonicator 大小和超声有或没有热索取主要科学设备零售商。
  5. 小瓶架、 应该是防水的将放置在超声波浴。
  6. 溶剂批准化学罩。

2.样品的制备

  1. 将称重锡对实验室规模,然后皮重燃烧。
  2. 冲洗实验室铲用溶剂,然后用它来将适当质量的样品转移到称重锡,并记录质量。
    1. 试样的质量取决于其有机质含量。相对有机物质精益材料 (海泥) 可能需要几克,而有机质丰富的材料 (叶片组织) 可能需要少得多。
  3. 将所有的材料中称重锡转移到燃烧,预先称量,并贴有标签的小瓶。盖小瓶,然后弃掉称重锡。
  4. 执行步骤 2.1-2.3 为每个样品要提取。

3.萃取

  1. 使用预燃烧移液管和灯泡,转移 ~ 20 毫升的 DCM:MeOH (9:1) 混合入每个小瓶 (小瓶应该是大约半满)。移动到下一个样本,所以并不蒸发溶剂的挥发前重述小瓶。
    1. DCM 和甲醇的波动率是不同的。由于无上限的样品瓶的萃取溶剂的蒸发有能力改变其极性,进而提取。
  2. 将样品瓶放入一个防水的小瓶架。
  3. 检查超声波浴中的水位是只够深,淹没到顶部的萃取溶剂样品瓶。太多的水可能会导致小瓶浮动;水太少可能会停止从被正确地搅动样品。
  4. 放在与样品瓶架在它直接超声波浴。
  5. 超声波在室温 30 分钟几。
  6. 从 sonicator 中删除样品架。如果提取沉积物,让它设置为 30 分钟,使沉淀发生。如果提取样品的另一组,把放在 sonicator 这个时候。
  7. 从萃取瓶,使用前燃烧移液管和灯泡,删除 DCM:MeOH 混合物和插入到另一个预秤一秤,pre-燃烧,并标记为 40 毫升小瓶。
  8. 重复 3.1-3.7 3 x 对所有样本来说。
  9. 允许提取的样品干燥在小瓶子,瓶盖,和遮光罩,松散覆盖着一块铝箔。标签为 '提取残渣' 和存储。
  10. 作为 'TLE' 标签合并的提取物每个样本。

Results

最后提取,为每个样品的总脂提取物 (TLE) 显而易见。每个小瓶包含从沉积物、 土壤或植物组织,可溶有机质。现在可以分析这些抽和它们的化学成分确定和量化。

Applications and Summary

不同种类的生物标志物传授具体方面对地球系统的信息。例如,在起步阶段,形成、 迁移和变更的石油,主要涉及有机地球化学和许多有机地球化学工作者使用今天的化学工具基于这些初步的调查。它是通过对一类的化合物称为类异戎二的调查,有重复五碳模式 (图 2),该科学家发现的石油组成化学蚀变的遗骸的古代的初级生产者,如海洋 (将转换为油,图 3) 或 (煤,图 4) 土地上的泥炭沼泽中的浮游生物。在大油公司的化学家使用多种化合物的比率,每自己已知率为蚀变,估计怎么老石油人,哪里来的和它是否具有开发利用价值。今天,新的生物标记物者被发现,识别和特征在现代和古代的样品,在世界各地的有机地球化学实验室分析。很多当今的应用程序寻求提取生物标志物在现代的样品 (树叶、 土壤、 微生物、 水样品等) 以扩展到古代沉积物的生物标志物实用程序在重建气候、 环境和生态系统的过去的努力中获得环境信息。例如,对一组称为甘油二烷基甘油-tetraethers (简称 GDGTs),由一套古菌和细菌,产生的生物标志物的分布发现在现代沉积物中的空气或水的温度响应可预测的方式更改。因此可以使用这些生物标记物古代沉积物中的分布,或通过一系列的已知年龄的沉积物,重建空气和水温度回几百万年。

Figure 2
图 2。异戊二烯包括五个碳原子和两个双键。当加在一起在生物合成反应中,它们可以形成复杂的分子诊断为生命的存在。例如,2,6,10,15,19-pentamethyleicosane,常见于蓝藻藻垫。

Figure 3
图 3。浮游生物在马尔代夫照明。版权所有 PawelG 照片。

Figure 4
图 4。在厄瓜多尔安第斯山脉海拔 4 500 平方米的泥炭沼泽。版权所有博士莫利读

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1.收集必要的材料

  1. 样本 (叶、 污垢、 真菌、 树皮、 组织),通常冻结、 冻干、 压碎,和均质前提取,提取组将效率最大化。抽取三个样本。
  2. 根据样本的大小,可以使用与从 4 60 毫升的容量瓶。对于这个实验中,使用了高硼硅玻璃小瓶 (40 毫升) 和溶剂的安全上限。小瓶、 高硼硅玻璃吸管和称重罐应该是 6 小时前,以确保可能的有机污染物去除,550 ℃ 燃烧。
  3. 二氯甲烷、 甲醇在大多数有机地球化学实验室都是常见的。它们分别用于冲洗实验室工具和使用前的玻璃器皿。二氯甲烷 (DCM) 到甲醇 (甲醇; 9:1) 混合在许多实验室用于有效地提取生物标志物与广泛的极性。溶剂应能自由的有机污染物。
  4. 在室温下使用超声波水浴。一系列的 sonicator 大小和超声有或没有热索取主要科学设备零售商。
  5. 小瓶架、 应该是防水的将放置在超声波浴。
  6. 溶剂批准化学罩。

2.样品的制备

  1. 将称重锡对实验室规模,然后皮重燃烧。
  2. 冲洗实验室铲用溶剂,然后用它来将适当质量的样品转移到称重锡,并记录质量。
    1. 试样的质量取决于其有机质含量。相对有机物质精益材料 (海泥) 可能需要几克,而有机质丰富的材料 (叶片组织) 可能需要少得多。
  3. 将所有的材料中称重锡转移到燃烧,预先称量,并贴有标签的小瓶。盖小瓶,然后弃掉称重锡。
  4. 执行步骤 2.1-2.3 为每个样品要提取。

3.萃取

  1. 使用预燃烧移液管和灯泡,转移 ~ 20 毫升的 DCM:MeOH (9:1) 混合入每个小瓶 (小瓶应该是大约半满)。移动到下一个样本,所以并不蒸发溶剂的挥发前重述小瓶。
    1. DCM 和甲醇的波动率是不同的。由于无上限的样品瓶的萃取溶剂的蒸发有能力改变其极性,进而提取。
  2. 将样品瓶放入一个防水的小瓶架。
  3. 检查超声波浴中的水位是只够深,淹没到顶部的萃取溶剂样品瓶。太多的水可能会导致小瓶浮动;水太少可能会停止从被正确地搅动样品。
  4. 放在与样品瓶架在它直接超声波浴。
  5. 超声波在室温 30 分钟几。
  6. 从 sonicator 中删除样品架。如果提取沉积物,让它设置为 30 分钟,使沉淀发生。如果提取样品的另一组,把放在 sonicator 这个时候。
  7. 从萃取瓶,使用前燃烧移液管和灯泡,删除 DCM:MeOH 混合物和插入到另一个预秤一秤,pre-燃烧,并标记为 40 毫升小瓶。
  8. 重复 3.1-3.7 3 x 对所有样本来说。
  9. 允许提取的样品干燥在小瓶子,瓶盖,和遮光罩,松散覆盖着一块铝箔。标签为 '提取残渣' 和存储。
  10. 作为 'TLE' 标签合并的提取物每个样本。

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