生物标志物提取沉积物-加速溶剂萃取

Earth Science
 

Overview

资料来源: 实验室的杰夫卡普-马萨诸塞大学阿默斯特

分布的一组称为甘油二烷基甘油-tetraethers (GDGTs),由一套古菌和细菌,产生的有机生物标志物的发现在现代沉积物在回应空气可预测的方式更改或水温度1,2。因此,这些生物标志物在一个序列已知年龄的沉积物的分布可以用于重建的沿革空气和/或水温度对到千禧年代际时间尺度 (图 1)。长高分辨率记录的过去的气候,被称为古气候学,生产取决于数以百计,可能数以千计的样品的快速分析。年长的萃取技术,如超声波或索氏,是太慢。然而,更新的加速溶剂萃取技术的设计与效益就是生命。

Figure 1
图 1。在过去显示在地中海东部的海表温度 (SST) 的变化的古气候记录的示例 ~ 27,000 年3.此记录包括 ~ 115 样品和基于 isoprenoidal GDGT 基于 TEX86 SST 代理。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 地球科学精要. 生物标志物提取沉积物-加速溶剂萃取. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

加速溶剂萃取是抽取的利用高温 (~ 100 ° C) 和压力 (~ 1,200 psi) 来提高萃取过程的动力学商标 (热科学 Dionex) 方法。萃取设备,称为加速溶剂萃取或 ASE (图 2),可容纳达 24 个别样品。一旦加载 ASE 并将其设置为运行,它是完全自动的。ASE 允许电子控制的整个提取过程: 萃取温度、 压力、 溶剂量、 混合溶剂、 持续时间、 冲洗和重复是从样本均可调节。大多数有机地球化学实验室现在使用 ASE 作为溶剂萃取的标准方法。

Figure 2
图 2。加速溶剂萃取 (ASE)。

加速溶剂萃取是一种用于从大量的地质沉积物样品分离有机生物标志物的快速、 高效和高吞吐量的技术。

传统上,如超声或索氏萃取方法,然而,这些协议的缺点就是太慢而无法处理足够详细的古气候重建的材料。较新的技术,加速溶剂萃取或放大自发辐射方法,开发了效率和高吞吐量的头脑。

ASE 方法使用高温和高压的组合来抽取样本和可以进行多个样品,在一个单一、 较快运行的准备。

这个视频是详细介绍如何从沉积物中提取的生物标记物的系列的第三。它将覆盖程序和洞察 ASE 超声或索氏提取法的优点。

加速溶剂萃取,样品被加载到钢的单元格,然后装到旋转木马。收集瓶每个样本单元格也会加载到单独的旋转木马上。该仪器进烤箱内部加载样品的单元格。溶剂被抽水从溶剂瓶通过一系列阀门,直到达到足够的压力。

这种压力是举行的时间取决于样品和分析物的量。然后,溶剂从样本细胞通过钢线刷新到相应的收集瓶。这个过程可以重复的次数。温度、 压力和持续时间可以定制所有的样品。

高温用增加的萃取动力学,而高压力防止溶剂挥发进入。收集小瓶现在包含总脂提取物,和样品池里还剩下什么所谓的残留物。它包括非有机材料,以及不是溶剂萃取,称为干酪根的有机材料。

现在,我们都熟悉背后加速溶剂萃取的原则,让我们看看如何这在实验室中进行。

后收集样本的兴趣;冻干、 同质化,和净化在本系列中的另一个视频中所示。

一旦所有的样品已经准备好,组装一个储存格为每个要提取和一个额外的空白。要做到这一点,螺丝上细胞体的端盖。使用溶剂冲洗镊子,把在每个燃烧玻璃纤维滤纸。慢慢地,轻轻地按下与柱塞的筛选器。

标签数量为每个样品的细胞体和单独标签空白。将称量到实验室规模和皮重锡燃烧。冲洗用溶剂的抹刀,然后使用它来将 5 到 10 克的样品转移到称重锡,并记录质量。

将所有的材料在称重锡转移到其相应的单元格。把另一个玻璃纤维滤纸放在上面,并轻轻地夯实直到它到达顶部的样品。

添加分散剂,如硅藻土和沙子,直到它是快满了,小心地避免任何碎片进入细胞体线程。与另一个端帽帽顶部的单元格。每个样品和空白重复这些步骤。

标签数目相应的样品池或空白,每个集合小瓶和盖的小瓶帽。将每个单元格放置在上层的 ASE 纸盒编号的插槽中。设置为使用键盘上的 ASE 提取在 100 ° C 和 1,200 psi 的萃取方法的参数。提取每个样本与静态保留 10 分钟的 3 倍和冲洗细胞体之间静态持有其总容量的 50%。

接下来,确保溶剂瓶包含足以提取所有的样品。在开始运行前冲洗仪器行 3 次。最后,按开始。

从 ASE 删除小瓶。现在,提取了生物标志物,他们必须被净化前分析。

加速的溶剂萃取是位多才多艺的技术,可以用于各种应用程序,其中一部分在这里进行了探讨。

也可以在其他类型的示例,包括食物用加速溶剂萃取。残留物分析,来检验农药污染经常被进行监管和工业设施,以确定安全和质量的食品如水果或蔬菜。ASE 可以用于有机氯农药提取食物样品,并确定类型或层次的残留目前在生产中。此信息可用于建立生产是否适合人类或动物食用。例如,狄氏剂应在 0 到 0.1 分之百万在食物上,根据不同的产品内发现。

也可以使用 ASE 提取营养成分的食物。例如,像巧克力,可能会有重量的脂肪含量高,产品可以被提取。ASE 用石油醚作为溶剂,可以从巧克力样品分离脂肪和遭受量化分析,以确定准确的百分比每已知数量的巧克力的脂肪含量。使用此信息,监管机构可以核实声称由巧克力制造商或制造商可以获得的信息来创建准确食品标签。

你刚看了朱庇特的简介使用加速溶剂萃取或 ASE 的脂类生物标志物的提取。进一步的处理和分析方法可以发现在随后的视频中。

谢谢观赏 !

Procedure

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1.收集必要的材料

  1. 抽取样本。(在这种情况下,泥沙) 样品冷冻、 冻干、 压碎,和均质前提取,和提取组将效率最大化。
  2. 根据样本的大小,使用 40 或 60 mL 的收集瓶。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。燃烧瓶、 高硼硅玻璃吸管和称重罐在 6 h 事先以确保可能的有机污染物去除 550 ° C。
  3. 二氯甲烷 (DCM) 和甲醇在大多数有机地球化学实验室都是常见的。单独使用它们,(甲醇第一,其次是 DCM) 冲洗实验室工具和使用前的玻璃器皿。二氯甲烷制甲醇 (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. 获得加速溶剂萃取用于这个实验。

2.样品的制备细胞

  1. 组装样品池为每个样品被提取出来,再加上一个空格。
    1. 对于每个单元格,螺杆上的细胞体一端的端盖。
    2. 在每个单元格使用溶剂冲洗镊子燃烧玻璃纤维滤材的地方。然后,轻轻地,慢慢地按住该筛选器使用筛选器柱塞的单元格中。
    3. 标签的数字 (1-22) 为每个样品的细胞体和空白单元格上写"空白"。
    4. 填补空白与硅藻土 (或砂) 和第二端盖的上限。用手拧紧。

3.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准备好的 ASE 细胞。
  4. 将另一个玻璃纤维滤纸上顶部的单元格,然后慢慢地、 轻轻地按住,直到它到达的示例使用筛选器柱塞顶部。
  5. 向单元格添加硅藻土 (或砂),直到它几乎完全。要小心从细胞体线程删除任何碎片。
  6. 与另一个端帽帽顶部的单元格。
  7. 对每个样本重复步骤 3.1-3.6。

4.编写收集瓶

  1. 标签与相应的单元格 (例如1 22 或空白) 和 ASE 收集瓶帽帽的数量每个小瓶。

5.萃取

  1. 将每个样品池放入上层 ASE 纸盒编号插槽。
  2. 将相应的收集瓶放在较低的 ASE 托盘上相同的编号插槽。
  3. 创建使用键盘上的 ASE 的提取方法。提取物在 100 ° C 和 1,200 防扩散安全倡议。提取物每样 3 x 10 分钟静态保留并刷新其总量之间静态持有 50%细胞体。
  4. 请确保溶剂瓶包含足够的溶剂提取所有的样品。
  5. 冲洗 ASE 3 x 之前开始运行 ASE 控制板上按下"涮"按钮。
  6. 按下开始键。

Results

最后提取,还有每个样本总脂提取物 (TLE)。每个小瓶现在包含从沉积物、 土壤或植物组织,可溶有机质。可以分析这些抽,和它们的化学成分确定和量化。

Applications and Summary

提取样本抽包含广泛的不同的有机化合物,包括 GDGTs,用于重建古温度。甘油-二烷基甘油-tetraethers 是显示对生长温度灵敏度的生物标志物的大套房。有两组 GDGTs,分枝和萜,不同性质的分支模式对核心烷基图 3)。在海洋中,古生菌,称为 Thaumarchaeota,大都会组产生 isoprenoidal GDGTs4。分枝的 GDGTs 生产上陆地土壤中5,湖泊,和湖沉积物被身份不明的细菌,可能 Acidobacteria76 。古菌和细菌调整甲基枝叶生长温度,根据核心烷基环结构的数目,因为 GDGTs 是稳定沉积物中的几百万年,长的高分辨率的气候变化记录生成使用它们。

TEX86古水温度代理基于某些 isoprenoidal GDGTs,比每个含有 86 碳原子在其核心烷基组 (图 3):

TEX86 = (GDGT 2 + GDGT 3 + GDGT 4') /
(GDGT 1 + GDGT 2 + GDGT 3 + GDGT 4')

然后,古水温度被推断使用校准,如原始方程:

TEX86 = 0.015T + 0.28 (R2 = 0.92)

由腾等人提出1,其中 T 是古地温。其他几个区域和地方校准已进一步细化的代理使用大型湖泊中或在热带地区,例如。

Figure 3
图 3。化学结构的 isoprenoidal 和分枝的 GDGTs.请点击这里查看此图的大版本。

References

  1. Schouten, S. et al. Distributional variations in marine crenarchaeotal membrane lipids: a new tool for reconstructing ancient sea water temperatures?, Earth and Planetary Science Letters204(1-2), 265-274 (2002).
  2. Weijers, J. W. H. et al. Environmental controls on bacterial tetraether membrane lipid distribution in soils, Geochimica et Cosmochimica Acta71(3), 703-713 (2007).
  3. Castaneda, I. S. et al. Millennial-scale sea surface temperature changes in the eastern Mediterranean (Nile River Delta region) over the last 27,000 years, Paleoceanography, 25, 13 (2010).
  4. Damste, J. S. S. et al. Crenarchaeol: the characteristic core glycerol dibiphytanyl glycerol tetraether membrane lipid of cosmopolitan pelagic crenarchaeota, J Lipid Res, 43(10), 1641-1651 (2002).
  5. Hopmans, E. C. et al. A novel proxy for terrestrial organic matter in sediments based on branched and isoprenoid tetraether lipids, Earth and Planetary Science Letters224(1-2), 107-116 (2004).
  6. Tierney, J. E., Russell J. M. Distributions of branched GDGTs in a tropical lake system: Implications for lacustrine application of the MBT/CBT paleoproxy, Organic Geochemistry40(9), 1032-1036 (2009).
  7. Damste, J. S. S. et al. 13,16-Dimethyl Octacosanedioic Acid (iso-Diabolic Acid), a Common Membrane-Spanning Lipid of Acidobacteria Subdivisions 1 and 3, Appl Environ Microb, 77(12), 4147-4154 (2011).
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1.收集必要的材料

  1. 抽取样本。(在这种情况下,泥沙) 样品冷冻、 冻干、 压碎,和均质前提取,和提取组将效率最大化。
  2. 根据样本的大小,使用 40 或 60 mL 的收集瓶。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。燃烧瓶、 高硼硅玻璃吸管和称重罐在 6 h 事先以确保可能的有机污染物去除 550 ° C。
  3. 二氯甲烷 (DCM) 和甲醇在大多数有机地球化学实验室都是常见的。单独使用它们,(甲醇第一,其次是 DCM) 冲洗实验室工具和使用前的玻璃器皿。二氯甲烷制甲醇 (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. 获得加速溶剂萃取用于这个实验。

2.样品的制备细胞

  1. 组装样品池为每个样品被提取出来,再加上一个空格。
    1. 对于每个单元格,螺杆上的细胞体一端的端盖。
    2. 在每个单元格使用溶剂冲洗镊子燃烧玻璃纤维滤材的地方。然后,轻轻地,慢慢地按住该筛选器使用筛选器柱塞的单元格中。
    3. 标签的数字 (1-22) 为每个样品的细胞体和空白单元格上写"空白"。
    4. 填补空白与硅藻土 (或砂) 和第二端盖的上限。用手拧紧。

3.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准备好的 ASE 细胞。
  4. 将另一个玻璃纤维滤纸上顶部的单元格,然后慢慢地、 轻轻地按住,直到它到达的示例使用筛选器柱塞顶部。
  5. 向单元格添加硅藻土 (或砂),直到它几乎完全。要小心从细胞体线程删除任何碎片。
  6. 与另一个端帽帽顶部的单元格。
  7. 对每个样本重复步骤 3.1-3.6。

4.编写收集瓶

  1. 标签与相应的单元格 (例如1 22 或空白) 和 ASE 收集瓶帽帽的数量每个小瓶。

5.萃取

  1. 将每个样品池放入上层 ASE 纸盒编号插槽。
  2. 将相应的收集瓶放在较低的 ASE 托盘上相同的编号插槽。
  3. 创建使用键盘上的 ASE 的提取方法。提取物在 100 ° C 和 1,200 防扩散安全倡议。提取物每样 3 x 10 分钟静态保留并刷新其总量之间静态持有 50%细胞体。
  4. 请确保溶剂瓶包含足够的溶剂提取所有的样品。
  5. 冲洗 ASE 3 x 之前开始运行 ASE 控制板上按下"涮"按钮。
  6. 按下开始键。

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