無酸素状態下での堆積物コアセクショニングと間隙水の抽出

Abstract

私たちは、堆積物コアを区画し、無酸素条件を維持しながら、間隙水を抽出する方法を示しています。単純な、安価なシステムが構築され、迅速な分析を容易にするために、フィールドサンプリング部位に近い一時的な作業空間（S）に搬送することができます。コアは、それらが区分されている携帯用グローブバッグ内へ押し出され、各1-3 cmの厚さの部分（コア径に依存する）を50 ml遠心チューブに封入されています。間隙水は、グローブバッグの外側に遠心分離で分離し、沈殿物から分離するためのグローブバッグに戻されます。これらの抽出された間隙水のサンプルを直ちに分析することができます。このような硫化物、鉄の分化、およびヒ素のスペシエーションなどのレドックス感受性の高い種の即時分析は、間隙水の酸化が最小限であることを示しています。いくつかのサンプルは、検出可能な鉄（III）と鉄（II）還元種の約100％、 例えば 100％を示しています。どちらの堆積物と細孔水サンプルは、主に保存することができます研究室に戻った時に、さらなる分析のための化学種をTainの。

Introduction

研究者は、多くの場合、堆積物 - 水系の酸化還元状態とgeomicrobiologyを勉強したいです。間隙水は、ヒ素やウランなどのレドックス感受性重金属¹への生態学的暴露の唯一の情報源、多くの場合、システムの敏感なモニターであり、共通の源である、というわけではないので、これは理想的には、堆積物と間隙水の両方からのデータを利用しています。間隙水のデータはまた、堆積物²に取り付け「peepers」として知られている、拡散平衡フィルタを使用してその場で得ることができます。 Peepersは、最も一般的に現場を前開始フィールドワークどこ長期間にわたって複数の訪問が現場に行うことができ、 例えば Shotyk ³によく知られている設定で使用されています。したがって、多くの状況では、このようなのみアクセス可能短時間または複数の探索的サンプルは、さらなる調査が^4を発生すべき場所を決定するために得られるサイトなどpeepersの使用を許可していません。さらにpeepersは採水に同時に堆積物を採取しません。

それは一緒に土砂と水をサンプリングし、またはのぞき見をする人の設置が不可能なフィールドサイトにすることが望ましい場合には、土砂と水を得るための最も一般的な方法は、堆積物コアリングです。混合されていないコアを得ることは、このワーク⁵に記載の手順と重要な前駆体です。コアが得られると間隙水は^、6または遠心分離を圧搾することによって得ることができます。両方の長所と短所を持っています。遠心分離は、一般的にケアが堆積物や間隙水の酸化を防ぐために注意しなければならないが、堆積物コア^、7からporewatersを抽出するための最も信頼性の高い方法であると考えられています。

この方法では、最小限の酸化に間隙水を抽出するために、コア押し出し、遠心分離を説明します。著者らは、海洋^8を含む様々な状況で、本明細書に記載の方法を使用し、湖を汚染しています10を湿地。示す代表的なデータは、還元条件を保存することができることを示しています。遠心分離機を除いて、使用される材料は安価であり、そしてこの方法は、地球化学とgeomicrobiological研究課題の多種多様に適用することができます。

Protocol

機器の調製

1. コアライナーの作製
   1. ^=πR2×厚さボリュームを使用して得られるコアスライスの厚さを計算します。最終容量は<cm ³の50でなければなりません。 10cmのコア直径、厚さ2cmのスライスを得ることができます。
      注：これは、ボリュームがいっぱい50ミリリットルである持っている必要はありませんが、取得した間隙水の体積が比例して小さくなります。
   2. （異なる直径のコアを使用している場合、または他の厚さ）2cmのリングに、スライス1コアライナー、または同一の直径のプラスチックチューブをジグソーパズル（または類似）を使用。 3-5リングを取得します。
   3. コアライナー、コアキャップ、リング、コアスライサー、遠心分離管、注射器、使い捨てスプーンなどの堆積物と接触するすべてのプラスチック材料を、清掃してください。 （好ましくは層状で、24時間、10％HCl中でプラスチック材料を浸しプラスチック材料ナノピュア（22MΩ）水で3回すすぎ、そして空気乾燥した材料を可能にします梱包前に、フードを流します。）
2. 研究所ジャックの調製
   1. 実験用ジャッキのトッププレートの6 "×6"のサイズをカバーし、ドリルの穴ソーアタッチメントを使用して、この合板の中心に穴をドリルダウンする、ジグソーパズルを使用して、合板の部分をカットします。
      注：このホールはPVCエクステンダー片の直径よりもわずかに大きくする必要があります。ここで使用されるサイズのため、穴が2¾ "でなければなりません。
   2. ハンドドリルまたはドリルプレスに関する定期的なドリルビットを使用して、実験用ジャッキの天板の穴に合わせて、この合板のエッジにおけるドリル4小さな穴。ジップタイで実験用ジャッキに合板を固定します。
      注：この合板には「ウィグル」があってはなりません。
3. ホールソーを使用して、コアライナーの外径よりも僅かに大きく、約2 '×1.5'合板の中央に穴を開けます。直径10cmのコアライナーに関しては、10.5〜11.5センチメートル穴がappropriaになりますTE。この木は、コアの案内板です。
4. コア押出機（プランジャ）の調製
   1. コアライナーの内側にぴったりとフィットするラバー実験用ストッパーを取得します。いずれも利用できない場合は、カミソリを用いて大きさに1を剃ります。小さすぎるストッパーを使用しないでください。
   2. 約1'-1.5 '長、直径1 "のダボやほうきのハンドルに実験室のストッパーをねじ込みます。防水電気テープでストッパーの顔にネジ頭をカバー。
      注：ストッパーの大きい側がダボから離れて直面している必要があります。
5. 〜6 "長いセクションに塩ビ管の約1.5 'の長さをカットします。
   注：内径はステップ1.4.2でダボよりも大きいが、ステップ1.4.1でストッパーよりも小さくする必要があります。このプロトコルは、「2.375の真の外径とPVC「標準2を使用して想定しています。これらのPVCの作品は、コア増量します。
6. 物質一覧に記載されている他のすべての必要な機器を組み立てます。
   注：このSHホーム研究室で収集し、フィールド実験室に持ち込むことウルド。

2.フィールド実験ステーションのセットアップ

1. グローブバッグを設定します
   1. 作業面（カウンター、ラボ面など ）にコア案内板を固定します。コアライナー用穴が作業面上にあるが、開いていることを確認します。
   2. コア案内板の上に使い捨てグローブバッグを置き、N ₂タンクのレギュレータにグローブバッグのチュービングエントリからチューブを実行します。タンクは安全シリンダーベンチクランプを使用して保護されていることを確認します。
   3. 電気テープでチューブの外側の周りに袋を囲むことで、このエントリポイントを封印するためにグローブバッグにチューブをテープで固定します。 。グローブバッグ内側チューブにチューブクランプをスライドさせて、チューブの約8」は、グローブバッグの内部に延びていることを確認し、開いているこのクランプを残します。
   4. オーバーグローブバッグの底部に「X」を切断ボックスカッターやストレートカミソリを使用してコア案内板の穴。このxは、コアライナーの直径よりも小さくする必要があります。
   5. 表1に見られるアイテムでグローブバッグをロードします。
2. コアの設定
   1. グローブバッグが固定されている作業領域の下の階に実験用ジャッキを配置します。直立位置にそれを維持、ステップ2.1.4でグローブバッグの底にカット「X」を介してコアを配置します。
      注：約4-6「コアのコア安定板の上方に拡張する必要があります。
   2. 研究者2が2.2.6〜ステップ2.2.3を実行することを可能にするのに安定したコアを保持します。
   3. シール良好な電気テープをふんだんに使用した「X」の周りのプラスチックグローブバッグにテープコアを。
   4. 別のスペーサーが続く〜3 "長いカップリング、続いて直径2"、〜6「長いPVCスペーサー、にコア押出機のハンドルを挿入します。PVC完全にカバーするまでこのパターンを継続ハンドル;それはハンドルの終わりを越え短い距離を延長することができます。コアの底の下に（PVCスペーサーとカップリング付き）コア押出機を置きます。
   5. 押出機はコアをサポートできるように、実験用ジャッキでコア押出機をサポートします。このとき、可能な限り低くジャックを維持し、可能な限りコアスペーサを使用します。
   6. 下部コアキャップの周りに慎重にカットするボックスカッターを使用してください。このカットは、芯材に対して所定の位置にコアライナーの外側およびコアキャップの平らな円形部分の周囲に残されたコアキャップのリングをもたらすはずです。
   7. グローブバッグ（研究1）に手を挿入します。研究者2は、コアを上げるために、ゆっくりと実験用ジャッキを回転し始める一方で、コアの安定板の上方にさらに移動しないように安定したコアを持ちます。コア押出機はコアライナーを入力し、プッシュポップのような堆積物を上方にプッシュするために開始する必要があります。
   8. ウィグルねたら少し側にコア押出機側コアライナー（研究2）に挿入するeded。それが入ったときにわずかなポップのために準備されます。
   9. 有芯材の上部がコアライナーの最上部（研究1および2）またはその近くになるまでコアを高めるために続けます。コアキャップは、この手順の間にコアの上に残るべきであることに注意してください。
3. グローブバッグを密封
   1. 必要なすべての電源がグローブバッグ内にあるダブルチェック。携帯用酸素計の電源をオンにします。
   2. すべての遠心管、水のボトル、および閉じ込められた空気を含んでいる他の項目を開きます。コアは立って水の上のヘッドスペースを持っている場合は、このヘッドスペースをパージするトップキャップを開きます。
   3. グローブバッグにチューブを通して窒素の流れが緩やかになるようにレギュレータをオンにします。一般的に適切で開いたすべてのバルブとの最後の調整段階での〜15 psiの圧力。
      注：これは、皮膚に強い風のように感じるには十分速いが、それはグローブバッグのSUPを散乱させるほど強力ではないでなければなりませんプライ。
   4. グローブバッグのすべての領域に窒素をポイントして、自分の能力を最大限に主開口部を窒素を押し出します。窒素をオフにします。
   5. 工程を繰り返すことにより、グローブバッグを3回パージ2.3.9を3回2.3.6。
      注：一人は、これを達成することができますが、一つはグローブバッグの一部である手袋に彼または彼女の手を保つことができるように、それは2人のために容易です。
   6. その周りに数回1-2バンジーコードをラップすることにより、グローブバッグの主開口をシール。 2.3.3と同様の流れに窒素をオンにします。グローブバッグの内蔵の手袋で研究者1の手を置きます。
   7. 窒素でグローブバッグを埋めるために別の袋の1領域からの窒素管を移動します。 など 、噴霧ボトル内の水の上に、このような開かれた遠心管などの任意の割れ目の中にチューブを指します
   8. チューブのクランプを閉じることにより、窒素をオフにします。このRESを除去することなく達成することができることに注意してくださいグローブバッグからearcher 1の手。
   9. グローブバッグの前面を開き、研究者1の体を使用して、できるだけ袋からできるだけ多くのガスを押してください。
      注：バッグはこの時点で内部の消耗品の周りに平らにしてください。
   10. 快適な圧力にグローブバッグを記入し、チューブのクランプを用いて窒素をオフにします。いくつかの試行錯誤がいっぱいとして、快適な圧力を見つけるために必要とされてもよく、あまりにも空ながら、腕を移動させることは困難であり、参照オブジェクトを操作することは困難です。スローリークまたは何らかの理由でemptierなっているを持っているようだ場合は袋を補充するために、短い期間のための窒素のチューブクランプを開きます。それは不快なほどいっぱいになった場合には少量の窒素を外に出すために袋の前面を開きます。
   11. 携帯用酸素計の溶存酸素のレベルを確認してください。これは、1％未満であるべきです。
   12. 使い捨て手袋にグローブバッグ手袋を挿入します。これらは、器用さを向上します。いつでも彼らはGEそれらを変更汚れや破れはt;内袋廃棄物容器に捨てます。

3.コアをセクショニング

注：手順のこの部分がはるかに簡単に2人の研究者で達成されます。

1. 注射器を用いて水を立って削除します。シリンジフィルタ50 ml遠心チューブにこの水と場所。
2. コア部を削除します
   1. コアライナーのトップの上にリングを区画コアを配置します。堆積物の上部がリングのトップになるまでコアアップ（セクション3.3）を上げます。
   2. コアライナーのトップとリングとの間のコアスライサーを挿入します。土砂セクションは現在、コアスライサーの上に座っています。
   3. 使い捨てスプーンを使用して、50ミリリットルチューブに土砂を移動します。それがいっぱいになるとしっかりとチューブをキャップ。
   4. ナノ純水でリングを区画コアスライサーとコアをすすぎます。グローブバッグ内部の廃棄物容器の中に汚れた廃棄物を噴出。使い捨てスプーンもすすぐことができ、または必要数に応じて、廃棄されました。ペーパータオルでリングを区画コアスライサーとコアを乾燥させます。
   5. ノーさらに芯材までの手順を繰り返し3.2が残ります。
3. コアを上げます
   1. 3.2全体は、コアを高くする必要があります。実験用ジャッキを使用して、少しずつこれを行います。実験用ジャッキが完全に拡張されると、次の3つの手順を実行します。
   2. グローブバッグ（研究1）内の所定の位置にコアを保持します。
   3. それが完全に圧縮され、その最も低い設定、（研究2）に実験用ジャッキを下げます。コアは下から支えるグローブバッグや研究者2の手の中に研究者1の手で固定されていることを確認してください。
   4. コア押出機とPVCスペーサーや付属品が付いているジャックの下端との間の空間を満たします。コアは確実にコアの上部を手放す前に、コアエクステンダーによってサポートされていることを確認。

4.例tracting Porewaters

1. グローブバッグを開き、遠心分離管のラックを削除します。
2. 等空の廃棄物容器紙タオル、水、との内部を払拭することにより、任意の土壌、液体、または結露を除去することにより、必要に応じてグローブバッグをクリーンアップします。
3. バンジーコードでゆるくグローブバッグを再密封。
4. （必要に応じて）今区画堆積物が含まれている遠心管を秤量します。
5. キャップ/チューブ接合部をシールするために電気テープで遠心管の上部を包みます。
6. テーピング後にそれらを秤量することによって、遠心分離用チューブのバランスをとります。 0.5グラム内の重みを得るために電気テープを追加または削除します。
   注：一般的に、コアの上部から管は底からのものよりも軽くなります。
7. 最大加速度で遠心分離し、遠心分離器に入れ管20分間（1100 XGをお勧めします）。
   注：より高い遠心分離率はporewatersの大きな分離を可能にします。
8. centrifuからの電気テープをはがしunpeelingによって、またはグローブバッグにチューブを戻す前にカミソリでスライスすることにより、いずれかのGE管。遠心分離後ラックやグローブバッグに戻るには、遠心管を返します。
9. グローブバッグに遠心チューブ、シリンジ、シリンジフィルターの別のセットを追加します。これらの新しいチューブはporewatersを開催し、事前に標識することができます。
10. ステップ2.3.5のように再びグローブバッグをパージします。グローブバッグのみのチューブを除去するために簡単に開放し、洗浄されなかった場合、それだけで2回、それをパージする許容可能になります。酸素モニターを使用している場合は、グローブバッグ内の雰囲気は、<1％のO ₂であることを確認してください。新しく追加された遠心管を開き、それらを削除することを忘れないでください。
11. グローブバッグに手袋に手を挿入します。以前のように、使い捨ての手袋をしてカバーしています。
12. 1チューブを開きます。注射器の先端にシリンジフィルターを取り付けた後、注射器を使用して堆積物の上からporewatersを削除します。 porewatersと堆積物が十分に分離されている場合、porewat者は、バレルを除去し、先端のシリンジフィルターでシリンジに直接注ぐことがあります。
13. 適切な遠心チューブにシリンジフィルターを通して水を押してください。
    注：一部の力が必要になります。サンプルごとに複数のシリンジフィルタが必要とされ得ます。
14. 土砂とporewatersを含むチューブを含む遠心管にキャップを交換してください。
15. 繰り返しは、各試料について4.15を通じて4.13を繰り返します。
16. グローブバッグを開き、サンプルを削除します。どちらの堆積物と間隙水管は再計量することができます。
17. 必要であれば、すぐにporewatersを分析します。分析は、主要イオン¹¹のためのイオンクロマトグラフィー、ボルタンメトリー¹³による鉄のスペシエーション^12、ヒ素のスペシエーションのためのフェロジン、および硫化分化^14を含めることができ^ます （ただし、これらに限定されません）。
18. 適切であれば、後に計画された分析のための分析のための分化を維持するために、乾燥荷主でporewatersと堆積物（約-80°C〜）をフリーズします。それメートルAYもサンプルを維持することが適切であるが、気密容器内または窒素パージしたアルミ袋に冷却します。
19. 必要であれば（2.2.2から始まる）第二のコア用のグローブバッグを再使用しています。二つのコア後、グローブバッグは、通常、変更する必要があります。

Representative Results

得られた結果の型が実施した分析にコアが得られた地球化学的設定に依存します。溶存酸素は、抽出されたporewatersで測定することができるが、多くの設定では、これは、コアの最初の数センチ以下にゼロになります。通常、より意味のある情報を提供する分析は、鉄のスペシエーション（III / Vアズ）鉄（Fe II /鉄^III）12、ヒ素のスペシエーション^13、および硫化物^14が含まれます。このような硫化物などの還元種の存在は、還元環境と十分な酸素欠乏の両方がコア切片の間に維持され、水の除去を細孔れたことを示します。このような溶存有機炭素、主要イオン、または微量金属のような他の濃度の決意は、多くの場合、自宅の研究室に戻ったときに保存されたサンプルに対して行われます。地球化学的勾配は、一般に、細孔水において観察することができ、特定の種​​の最大値または最小値は、深さで見ることができます。

10トン。 "FO：キープtogether.within-ページを=" 1 ">コアはベイバティスト、ニューオーリンズの湿地南東部で撮影された、約9ヶ月ディープウォーターホライゾン流出の開始後、この湿地が頻繁に給油し、堆積物コアから得られたデータ¹⁴に基づいて、ハック方法（http://hach.com）を用いporewaters高硫化物濃度を示し、 図1を参照49.2ミリグラム/ LS ^2-最大硫化物濃度がコア部に観察されます。 24〜27センチメートルの深さの間で得られる。これらのporewatersにおける総鉄濃度が一貫して低かった（<0.2 ppm以下）と全くのFe（III）が検出されませんでした。

。図1に示すベイバティスト、ルイジアナデータからPorewatersは、本明細書に記載される方法を用いて堆積物コアから抽出porewatersからです。コアは、今年のfoで、バイユーバティスト、ルイジアナ州から入手しましたllowingメキシコ湾にディープウォーターホライゾン油流出。堆積物-水界面下の深さの関数としてporewatersの溶存硫化物濃度。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

ステップ2.1.7でグローブバッグ内にロードされるアイテム
廃棄物容器
使い捨て手袋のボックス
キムワイプとペーパータオル
ストレートカミソリ
dd H 2 Oの噴出ボトル（複数可）
油性マジック
使い捨てのプラスチック製のスプーン
ラック内の50ミリリットル遠心管;コア部ごとに1を加えた水を覆うために十分な。	上層の水を濾過するための番号で十分なシリンジフィルター。
コアライナーリング
コアスライサー
携帯用酸素計
このような遠心管などのプラスチック材料は、酸洗浄の指示に従ってする必要があります。

表1：材料は、グローブバッグの中に密封します 。

Discussion

本明細書に記載された技術は、このシステムには3つの必須成分がありますなどの場所、コアサイズ、コア部の厚さ、広い範囲のために調整することができる柔軟なものです。

コアを分析するために、まず、右の寸法のコア押出システムを準備します。ここでの手順は、約30 "コアを前提として説明している。はるかに長いコアは完全に押し出すために複数のPVCエクステンダー片とPVC金具が必要な場合があり、フィールドでの修正がはるかに難しい管理するためにあるように、押出システム、慎重に梱包を計画します。

第二に、グローブバッグはよくパージし、漏れや涙がないことを保証すること。このプロトコルの目的は、彼らが地面の下に存在していたのと同じ酸化還元状態にporewatersを得ることです。酸化は切片細孔または細孔水抽出中に発生した場合、得られたデータは使用できなくなります。

第三に、遠心分離直ちに堆積物からporewatersの分離を可能にします。 porewatersと堆積物が環境から除去した後に接触したままならば、反応が継続して変更されることがあります。コアを流れる水は、硝酸を供給した場合、これは、最終電子受容体として鉄を使用することから、既存の微生物群集を妨げます。サイトからコアを除去した後、硝酸濃度が減少し始めるであろう鉄分化が変化し始める可能性があります。そのため、迅速なコア切片と遠心分離が最高の「スナップショット」を取ることを可能にします。

所望の分析に応じて、堆積物と間隙水でそれらを充填する前に、遠心管を秤量することが望ましい場合があります。これは、各セクションから集め間隙水及び沈殿物の正確な質量の計算が可能になります。これが必要でない場合は、50mlの遠心分離管の平均質量は、各チューブのために仮定することができます。これは、通常は十分です。一般的に、subse堆積物のctionを取り出し秤量し、パーセント乾燥質量の値を取得するために再び乾燥させることができます。この際、計算の一部として削除porewatersの重量を含めるようにしてください。乾燥した沈殿物は、また、点火測定損失を得るために燃焼されてもよいです。

貴重なフィールドサンプル上でそれを実行する前に、サンプルのコアに一度か二度、この手順を練習することをお勧めします。それが習得された後、しかし、この技術は、単純な、費用対効果の高い方法で環境の広い範囲から間隙水及び沈殿物の回収を可能にします。 その場での酸化還元状態に維持する能力は、地球化学とgeomicrobiologicalの範囲は、収集されたサンプルに分析できます。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Disposable glove bag(s)	Sigma-Aldrich	Z106089-1EA	One per two cores to be processed is usually sufficient.
N2 tank	Praxair		Often gas supply companies can deliver these directly to the field laboratory.
Nitrogen gas regulator	VWR	55850-478	Or similar
Several feet of tubing that fits the regulator	VWR	89403-862	Or similar
Safety equipment to secure the tank	VWR	60142-006
Adjustable tubing clamp	VWR	62849-112
Waterproof, good sealing electrical tape	Scotch	Super 33+	Widely available
2-4 short bungee cords			Widely available
Squirt bottles of nanopure water	VWR	16650-082	Any similar bottle is fine; pack an additional supply of nanopure water to refill these.
Large supply of paper towels and Kimwipes			Widely available
50 ml centrifuge tubes	VWR	21008-951	Acid cleaned as described in protocol. At least 2/core section needed.
Several permanent in markers.			Widely available
Several straight razor blades and box cutters.			Widely available
Centrifuge	Beckman-Coulter	Allegra X-22	Faster rotor allows greater separation.
Rotor to accommodate 50 ml tubes	Beckman-Coulter	SX-4250
50 ml plastic syringes without black rubber tip on the barrel	VWR	66064-764	Acid cleaned as described in protocol. At least 1/core section needed, plus 1 for overlying water.
Syringe filters compatible with aqueous solutions.	VWR	28143-310	Either 0.45 μm or 0.20 μm poresizes may be used. Plan on five filters per core section processed.
Plastic (disposable) spoons.			Widely available; Acid cleaned as described in protocol.
Several boxes of disposable gloves.			Widely available
Large plastic beakers or other waste containers to place in the glove bag.	VWR	13890-148
Laboratory balance	VWR	10205-008	An available balance will be fine; high precision not required
Dry shipper, pre-charged with liquid nitrogen	VWR	82005-416	Needed only if samples are being returned to the home laboratory for sensitive analyses.
Laboratory notebooks			Water repellent can be useful
Core liners	Watermark	77280	Available from Forrestry Suppliers
Core caps	Ben Meadows	218105
Core slicers	McMaster Carr	8707K111	Cut this into 9 3 x 3 squares
PVC spacers	McMaster Carr	48925K96	Cut this into short lengths
PVC couplings	McMaster Carr	4880K76	Approximately 12 needed
Dowel			Widely available
Lab stopper	VWR	59580-400	Check to ensure the correct size to fit snugly within the core liners
Plywood for core guidance plate and top of lab jack			Widely available
Lab jack	VWR	89260-826
Clamps			Widely available
Portable oxygen monitor	RKI instruments	OX-07