堆積物から脂質バイオ マーカーのソックスレー抽出法

Earth Science

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Overview

ソース: ジェフ Salacup - マサチューセッツ大学アマースト校講座

すべてのラボ、精度、パフォーマンスを追跡する標準が必要し、今日作った測定を確保するため時間の経過とともに、機器の精度が今から年間測定と同じ (図 1)。基準は、長い期間にわたって楽器のパフォーマンスをテストする必要があります、ために、基準の大ボリュームも少なくありません。化学の多くの規格は、シグマ アルドリッチとフィッシャーのような小売科学的な会社から購入できます。ただし、いくつかの化合物が自然界に発生して古気候研究に関連し、まだ分離して購入の精製。したがって、これらの化合物は、天然試料から抽出する必要があり、大量に必要な標準のため大量の土砂は、抽出される必要があります。溶媒抽出の高速化 (型) と超音波抽出はこのような大規模な土砂ボリュームの抽出のために適切ではありません。このような状況は、ソックスレー抽出を使用しています。

Figure 1
図 1。化学の標準的な時間を楽器のパフォーマンスを追跡する方法を描いた模式図。点線は受け入れられ、(計測器) で測定される 1:1 の関係変数の値。それぞれの星は、化学の標準の毎週の測定値です。緑の星は、正確な標準を表します。赤い星は反映がない正確な楽器が保守を必要とすることを示すものです。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 地球科学の本質. 堆積物から脂質バイオ マーカーのソックスレー抽出法. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

ソックスレー抽出法は有機物の抽出の最も古い形態が。メソポタミアから考古学的な証拠は、3,500 〜 紀元前1, 2にお湯を活用したソックスレーのようなデバイスの使用を配置します。現代 Soxhlets は、この「連続」抽出法 (図 2) でコンデンサーの高度な吹きガラスと有機溶剤を使用します。溶剤は、循環の冷水コイルとコンデンサーに上向き丸底フラスコから還流です。ガス溶媒コイルに接続したときのサンプル保持ガラス繊維シンブルでチャンバーにまとめられます。このチャンバーは、recirculator 入り、一定量 (一般的に十分なサンプル全体が水没する大規模なボリューム) に達すると、商工会議所は、丸底フラスコ組み込みサイフォンを介して脂質エキスが次のサイクルの一部となる溶媒中を蓄積する場所にフラッシュされます。したがって、用語「連続」抽出。ソックスレー抽出のより大きいの抽出に用いられる (> 10 g) のサンプル。

Figure 2
図 2。ソックスレー抽出装置。

ソックスレー抽出法は、比較的少量の有機溶媒を固体材料の大きい量からの脂質などの化合物を分離する方法です。

古気候研究に関連する化合物の多くは小売科学企業から購入可能ではありません。これらの化合物の基準は、天然試料したがって準備しなければなりません。

標準の大量の時間をかけて計測器の性能を評価するために必要です。標準的な準備のためのバイオ マーカーの適切な量を得るためには、大量の土砂を抽出しなければなりません。

フランツ ・ フォン ・ ソックスレーによって 1870 年代に発明された、ソックスレー抽出器により自動、ソリッドからバッチ抽出溶媒の少量を使用している間全体的な効率を向上します。

このビデオは、脂質の抽出・精製・分析堆積物からのシリーズの一部です。Paleothermometry で使用するための海底堆積物から脂質バイオ マーカーのソックスレー抽出法を説明し、ソックスレー抽出と地球科学と化学のいくつかの他のアプリケーションを紹介します。

代表的なアセンブリは、丸底フラスコ、冷たい水コンデンサーとソックスレー抽出装置自体を使用します。抽出する固体は装置の中央の部屋でシンブルに配置されます。抽出は、還流として知られている、熱の形でエネルギーの付加によって支援されています。溶剤蒸気はコンデンサーにソックスレー抽出装置で蒸留パスを介して上昇します。結露しないこと、時に溶媒をシンブルの有機材料の一部を溶解室で収集します。部屋いっぱいになると同様、サイフォンを塗りつぶします。サイフォンが完全なとき、ソリューションはフラスコに戻って流れます。ソリューション レベル固体フラスコ内に入らないので、シンブルの上を超えることはありません。

脂質抽出物は、溶媒抽出の次のサイクルの一部となるに対し、フラスコ内で継続的に収集します。したがって、サイクルは、溶剤の損失することがなく無期限に繰り返すことができます。

溶剤、抽出、および大規模なサンプル サイズに対応する能力の継続的な自然の保全になりますソックスレー抽出不溶性物質の大部分から有機化合物を分離するために理想的です。

ソックスレー抽出法の原理を理解することは、堆積物から脂質バイオ マーカーのソックスレー抽出手順を行ってみましょう。

この実験では、過剰な海底掘削遠征からのサンプルを使用します。サンプルが凍結乾燥、破砕と均質化します。詳細については、超音波による抽出でこのコレクションのビデオを参照してください。

抽出を準備するためまずメタノールにジクロロ メタン 9:1 溶液を作ります。このソリューションは、抽出溶媒とガラス、理化学器械を洗浄する使用されます。

有機汚染物質、燃焼丸底フラスコ、ソックスレー抽出装置、ガラス繊維指ぬき、550 ° C で 6 h の缶の重さを削除するには丸底フラスコ DCM メタノール ソリューションを洗ってください。一度抽出を設定する準備ができて、研究室へらと 5 ~ 10 DCM メタノール溶液を沸騰チップをすすいでください。

抽出アセンブリを構築するには、ヒューム フードの加熱マントルを設定します。コンデンサー、丸底フラスコとソックスレー抽出装置を保護するサポート スタンドを入手します。

錫の重量を量る燃焼を風袋します。溶剤洗浄ヘラでサンプルの約 50 g を計量の錫に転送し、質量を記録します。燃焼ガラス繊維指ぬきに素材を読み込みます。

次に、DCM メタノール溶液の半分よりわずかにもっと完全燃焼とすすぎ丸底フラスコを入力します。洗浄沸騰チップを追加し、丸底フラスコを加熱マントルに配置します。

その後、ソックスレー抽出装置のチャンバー内をサンプル指ぬきオープン端を置きます。丸底フラスコに装置を接続し、場所に装置をクランプします。

ソックスレー抽出装置の上にコンデンサーを固定します。ホース クランプまたは郵便ネクタイと冷水ラインをコンデンサーの下側のポートに接続します。コンデンサーの上部のポートにアウトレット線を接続し、ドレインにルーティングします。

コンデンサーに水をオンにし、流路を確認します。暖房マントルをオンにし、逆流する溶媒を加熱します。

溶媒の凝縮が開始されると、商工会議所に凝縮を滴下する丸底フラスコに、エキスを吸いことを確認します。溶媒抽出を通して低沸騰に滞在してください。

モニター抽出プロセスとコンデンサー水の流れの抽出までを完了します。その後、加熱マントル切ることによって抽出を停止します。抽出物が冷却すると、一度は、コンデンサーとソックスレー抽出装置を取り外します。最後に、総脂質抽出物を含む丸底フラスコを密封し、さらに処理を格納します。

ソックスレー抽出法は固体試料の化学分析に用いられる、試薬調製および精製にも使用できます。

ソックスレー抽出法は、環境の Pcb、ポリ塩化ビフェニル化合物の存在を検出する使用できます。人間への健康リスクについての詳細を得るために獲物の魚から捕食者の魚には、Pcb の転送効率を測定し、野生動物を食べることから汚染された魚。魚肉のソックスレー抽出法では、ガス ・ クロマトグラフィーと質量分析計用試料の調製をことができます。

大量に環境に導入される化合物は、有機の熱分解の副産物関係、土壌、土壌の質の向上および汚染物質を取る可能性がありますに追加されたときは、Biochar pcb の有無を分析します。広範囲にわたって biochar 生産方法の検証には、ソックスレー抽出ガスクロマトグラフィーによる Pcb の有無をテストするのにが含まれています。

ソックスレー抽出法は、不要な化合物の抽出法による固体を浄化するために使用できます。長鎖脂肪酸はワックス無料トマト キューティクルを生成する段階的抽出によるトマトの皮から選択的に削除されました。連続でさまざまな極性の複数の溶剤を段階の抽出を行った。これはトマトの皮から包括的なワックスの除去を提供だけでなく、溶解度特性に基づく個々 のワックス部分の分離を許可しました。

アーカイブは地質学的堆積物からソックスレー抽出脂質バイオ マーカーのゼウスの紹介を見てきただけ。ソックスレー抽出法の背後にある原理、ソックスレー抽出法における底質試料の分析目的のため、ソックスレー抽出を使用する方法の例をいくつかの手順に精通している必要がありますできます。

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Procedure

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1. セットアップと材料の準備

  1. 冷凍、凍結乾燥、粉砕、均質化の海洋堆積物のサンプルを収集します。このようなサンプルには、標準に必要な化合物の多くが含まれています。
    1. 基準よく掘削遠征または分析の後が残っている堆積物から作られています。たとえば、この実験では、ケープコッドの真南に位置する '泥パッチ' から得られた堆積物が抽出されます。この沈殿物はコアリングの遠征の一部として撮影されたが、科学的な質問に答えるには使用されません。我々 したがって標準にそれを使用できます。
    2. それはでフリーズするので、冷凍庫に一晩堆積物の ~ 100 g チャンクを配置します。
    3. 堆積物、完全に凍結、一度オンに凍結乾燥機 (多くの利用可能な科学機器小売業者を好むフィッシャー)、コンデンサーが規定値に達するまで待ちます (しばしば 〜-30 ° C)。
    4. 凍結乾燥機に堆積物サンプルをロードし、サンプルに真空引き作業を開始するパージを閉じます。
    5. 底質中の水の量は、サンプルのサイズによっては、数日間乾燥するサンプルをかかることがあります。
    6. サンプルが乾燥して、凍結乾燥機、ベントをオフにしてサンプルを削除します。
    7. 溶媒リンス乳鉢と乳棒を用いて粉に挽くにサンプルを配置します。抽出する準備ができるまでサンプル全体と冷凍庫にガラスの瓶にストアにこれを行います。
  2. サンプルのサイズに応じて 4 60 mL に至るボリュームでバイアルを使用します。この実験では、ホウケイ酸ガラスの瓶 (40 mL) と溶剤の安全キャップを使用します。燃焼バイアル、ホウケイ酸ガラス ピペット、および可能な有機汚染物質の除去を確保する前に 6 時間 550 ° C で計量缶。
  3. ジクロロ メタンおよびメタノール (両方は、一般的なほとんどの有機性地球化学研究所)、取得、実験室のツールと使用前にガラスを洗浄するそれらを個別に使用します。多くのラボでメタノール (メタノール; 9:1) (DCM) ジクロロ メタンの混合物を使用することで、極性の広い範囲でバイオ マーカーを効率的に抽出します。溶剤は、有機汚染物質の無料する必要があります。
  4. ソックスレー抽出装置 (これらは fisher Scientific 社または他の科学の小売業者から購入することができます) この実験で使用するを取得し、洗浄、燃焼使用前に h 6 550 ° C でそれ。
  5. ガラス繊維指ぬき (ワットマンから購入することができます) と燃焼を取得使用する前に h 6 550 ° C でそれら。

2. サンプルの調製

  1. ラボ ・風袋錫の重量を量る燃焼を配置します。
  2. 洗浄溶剤、ラボへら計量錫に適切なサンプル量を転送するためにそれを使用し、質量を記録します。
    1. 試料の質量は、その有機物の含有量によって異なります。有機物豊富な材料 (葉組織) が、はるかに少ない必要ですが、比較的有機物の無駄のない材料 (海泥) は数グラムを必要があります。
  3. 燃焼ガラス繊維指ぬきにすべての計量のブリキ缶に材料を転送します。

3. 抽出

  1. 丸底フラスコに DCM:MeOH (9:1) 混合物の ~ 400 mL を転送 (フラスコを半分以上にする必要があります) 加熱マントルを入れて。いくつか (5-10) 溶剤洗浄沸騰チップを追加します。
  2. サンプルの指ぬきは、ソックスレー抽出装置の目玉に、オープン エンドを配置します。
  3. 丸底フラスコの上に目玉を入れ、ガラスのクランプで固定します。
  4. ソックスレーの目玉の上にコンデンサーを取り付け、ガラス クランプします。
  5. ホースのクランプを使用してフードで冷たい水のラインにコンデンサーから冷たい水ラインの 1 つを接続します。ドレインに他をルーティングします。
  6. 適切な循環と排水のように水を入れます。
  7. 加熱マントルに切り、丸底フラスコに溶媒が軽く沸騰するまで温度を調整します。
  8. 次の 1 時間で数回抽出を監視します。
    1. 温度が低い沸騰で正しく設定されて、溶媒はコンデンサーで凝縮、センター ピースに滴下、センター ピースは充填と適切に空にしてフード ドレインに水切り適切かどうかを確認してください。
  9. 次の 36 h 以上抽出を監視します。
    1. 温度が低い沸騰で正しく設定されて、溶媒はコンデンサーで凝縮とセンター ピースに滴下、センター ピースがいっぱいと正しくを空にした水が正しくフード ドレインに流出させると丸底フラスコに溶媒のレベルはまだ半分程度。
  10. 36 時間後に、加熱マントルをオフに抽出を停止します。
  11. フラスコ「TLE」ラベルを付けます。

Results

抽出の最後に、サンプルの総脂質抽出 (TLE) が生成されます。丸底フラスコには、底質試料から抽出される有機物が含まれています。この TLE を分析するようになりましたし、その成分を識別して定量化します。

Applications and Summary

海洋泥からの抽出物には、アルケノン古海洋学で使用されると呼ばれる化合物が含まれています。アルケノンは長い鎖アルキル ケトン太陽に照らされた表面の海3 (図 3) に住んでいるハプト藻藻の特定のクラスによって生成されます。2 つの最も一般的なアルケノン長い 37 炭素原子、それらの 2 つまたは 3 つの二重結合を持っています。Haptophytes は、彼らに住んでいる水の温度によると彼らの細胞でこれらの 2 つのアルケノンの比を調整します。2 つのアルケノンの比率定義 Uk'37比。

式 1)Uk'37 = (C37:2)/(C37:2 + C37: 3) 4, 5

文化6, 7とコア上部堆積物8校正研究が U の開発につながったk'37定量的 SST プロキシとしてインデックス。この作品で我々 を使用します。

式 2)Uk'37 = 0.034(SST) + 0.039;±1.4 ° C 0 から 28 ° C [文化ベース7]

9前期始新世 (5600 万年前) までさかのぼる堆積物中のアルケノンは保持されます。時間を介して堆積物コア中のアルケノンの分布を知ることと、その場所の表面海水温度の進化に関する情報が関連しています。ただし、まず楽器正確にかつ正確に 2 つのアルケノンの比率を測定し、基準が必要なぜであることを確認する必要があります。

Figure 3

図 3。アルケノン 2 (C37:2) と 3 (C37:3) 二重結合 (左)、(右) 太陽に照らされた海洋の表層に住む特定のハプト藻藻類によって生成される。(写真提供ティム I. エグリントン、森穴ウッズホール海洋研究所)

References

  1. Jensen, W. B. The Origin of the Soxhlet Extractor J Chem Ed. 84, 1913-1914, (2007).
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  4. Brassell, S. C., Eglinton, G., Marlowe, I. T., Pflaumann, U., Sarnthein, M. Molecular Stratigraphy - a New Tool for Climatic Assessment, Nature320 (6058), 129-133 (1986).
  5. Herbert, T. D. Alkenone paleotemperature determinations, in Treatise in Marine Geochemistry, edited by H. Elderfield, Elsevier 391-432 (2003).
  6. Prahl, F. G., Wakeham S. G., Calibration of Unsaturation Patterns in Long-Chain Ketone Compositions for Paleotemperature Assessment, Nature330(6146), 367-369 (1987).
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  8. Müller, P. J. et al. Calibration of the alkenone paleotemperature index U37K′ based on core-tops from the eastern South Atlantic and the global ocean (60°N-60°S), Geochimica et Cosmochimica Acta62(10), 1757-1772 (1998).
  9. Marlowe, I. T. et al. Long-chain Alkenones and Alkyl Alkenoates and the Fossil Coccolith Record of Marine-sediments, Chem Geol88(3-4), 349-375 (1990).
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1. セットアップと材料の準備

  1. 冷凍、凍結乾燥、粉砕、均質化の海洋堆積物のサンプルを収集します。このようなサンプルには、標準に必要な化合物の多くが含まれています。
    1. 基準よく掘削遠征または分析の後が残っている堆積物から作られています。たとえば、この実験では、ケープコッドの真南に位置する '泥パッチ' から得られた堆積物が抽出されます。この沈殿物はコアリングの遠征の一部として撮影されたが、科学的な質問に答えるには使用されません。我々 したがって標準にそれを使用できます。
    2. それはでフリーズするので、冷凍庫に一晩堆積物の ~ 100 g チャンクを配置します。
    3. 堆積物、完全に凍結、一度オンに凍結乾燥機 (多くの利用可能な科学機器小売業者を好むフィッシャー)、コンデンサーが規定値に達するまで待ちます (しばしば 〜-30 ° C)。
    4. 凍結乾燥機に堆積物サンプルをロードし、サンプルに真空引き作業を開始するパージを閉じます。
    5. 底質中の水の量は、サンプルのサイズによっては、数日間乾燥するサンプルをかかることがあります。
    6. サンプルが乾燥して、凍結乾燥機、ベントをオフにしてサンプルを削除します。
    7. 溶媒リンス乳鉢と乳棒を用いて粉に挽くにサンプルを配置します。抽出する準備ができるまでサンプル全体と冷凍庫にガラスの瓶にストアにこれを行います。
  2. サンプルのサイズに応じて 4 60 mL に至るボリュームでバイアルを使用します。この実験では、ホウケイ酸ガラスの瓶 (40 mL) と溶剤の安全キャップを使用します。燃焼バイアル、ホウケイ酸ガラス ピペット、および可能な有機汚染物質の除去を確保する前に 6 時間 550 ° C で計量缶。
  3. ジクロロ メタンおよびメタノール (両方は、一般的なほとんどの有機性地球化学研究所)、取得、実験室のツールと使用前にガラスを洗浄するそれらを個別に使用します。多くのラボでメタノール (メタノール; 9:1) (DCM) ジクロロ メタンの混合物を使用することで、極性の広い範囲でバイオ マーカーを効率的に抽出します。溶剤は、有機汚染物質の無料する必要があります。
  4. ソックスレー抽出装置 (これらは fisher Scientific 社または他の科学の小売業者から購入することができます) この実験で使用するを取得し、洗浄、燃焼使用前に h 6 550 ° C でそれ。
  5. ガラス繊維指ぬき (ワットマンから購入することができます) と燃焼を取得使用する前に h 6 550 ° C でそれら。

2. サンプルの調製

  1. ラボ ・風袋錫の重量を量る燃焼を配置します。
  2. 洗浄溶剤、ラボへら計量錫に適切なサンプル量を転送するためにそれを使用し、質量を記録します。
    1. 試料の質量は、その有機物の含有量によって異なります。有機物豊富な材料 (葉組織) が、はるかに少ない必要ですが、比較的有機物の無駄のない材料 (海泥) は数グラムを必要があります。
  3. 燃焼ガラス繊維指ぬきにすべての計量のブリキ缶に材料を転送します。

3. 抽出

  1. 丸底フラスコに DCM:MeOH (9:1) 混合物の ~ 400 mL を転送 (フラスコを半分以上にする必要があります) 加熱マントルを入れて。いくつか (5-10) 溶剤洗浄沸騰チップを追加します。
  2. サンプルの指ぬきは、ソックスレー抽出装置の目玉に、オープン エンドを配置します。
  3. 丸底フラスコの上に目玉を入れ、ガラスのクランプで固定します。
  4. ソックスレーの目玉の上にコンデンサーを取り付け、ガラス クランプします。
  5. ホースのクランプを使用してフードで冷たい水のラインにコンデンサーから冷たい水ラインの 1 つを接続します。ドレインに他をルーティングします。
  6. 適切な循環と排水のように水を入れます。
  7. 加熱マントルに切り、丸底フラスコに溶媒が軽く沸騰するまで温度を調整します。
  8. 次の 1 時間で数回抽出を監視します。
    1. 温度が低い沸騰で正しく設定されて、溶媒はコンデンサーで凝縮、センター ピースに滴下、センター ピースは充填と適切に空にしてフード ドレインに水切り適切かどうかを確認してください。
  9. 次の 36 h 以上抽出を監視します。
    1. 温度が低い沸騰で正しく設定されて、溶媒はコンデンサーで凝縮とセンター ピースに滴下、センター ピースがいっぱいと正しくを空にした水が正しくフード ドレインに流出させると丸底フラスコに溶媒のレベルはまだ半分程度。
  10. 36 時間後に、加熱マントルをオフに抽出を停止します。
  11. フラスコ「TLE」ラベルを付けます。

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