Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

אפיון, כימות מתחם ספציפי ניתוח איזוטופי של Pyrogenic פחמן שימוש בנזן Polycarboxylic חומצות (BPCA)

Published: May 16, 2016 doi: 10.3791/53922
Automatic Translation
1, 2, 3, 1, 3, 3, 4, 1, 1, 4, 1, 5, 4, 1, 1
1Department of Geography, University of Zurich, 2Department of Earth and Ocean Sciences, University of South Carolina, 3Department of Earth Sciences, ETH Zurich, 4Laboratory of Ion Beam Physics, ETH Zurich, 5Department of Geological Sciences, Stockholm University

Abstract

אש נגזרת, פחמן pyrogenic (PyC), המכונה לעתים פחם שחור (בי סי), הוא המשקע המוצק פחמני של שריפת דלקים ביומסה מאובן, כגון char ופיח. PyC הוא נמצא בכל מקום בסביבה בשל ההתמדה הארוכה שלה, והשפע שלה אולי אפילו להגדיל עם הגידול הצפוי בפעילות Wildfire העולמית ושריפת המשך דלק מאובנים. PyC גם מיוצר יותר ויותר מן פירוליזה התעשייתית של פסולת אורגנית, אשר מניבה תיקוני קרקע חרוכים (biochar). יתר על כן, הופעתה של ננוטכנולוגיה עשויה גם לגרום לשחרור של תרכובות PyC הדמויות לסביבה. זהו אפוא בעדיפות גבוהה כדי לזהות באופן אמין, לאפיין ולכמת חומרים חרוכים אלה כדי לחקור תכונות הסביבתיות שלהם כדי להבין את תפקידם במחזור הפחמן.

כאן, אנו מציגים את חומצת הבנזן polycarboxylic (BPCA) שיטה, המאפשרת הערכה סימולטני של characteri של PyCstics, כמות והרכב איזוטופי (13 C ו -14 C) ברמה המולקולרית. השיטה היא החלימה על מגוון רחב מאוד של חומרים דיגום סביבתיים ומזהה PyC על פני מגוון רחב של רצף הבעירה, כלומר, שהוא עלול להיות מושפע חרוך ביומסה מעט כמו גם תווים בטמפרטורה גבוהה ופיח. פרוטוקול BPCA המוצג כאן הוא פשוט להעסיק, מאוד לשחזור, כמו גם בקלות להארכה וניתנת לשינוי דרישות ספציפיות. כך הוא משמש כלי תכליתי לחקירת PyC בתחומים שונים, החל בארכיאולוגיה זיהוי פלילי סביבתי מחקר אופניים biochar ופחמן.

Introduction

בתהליך שריפה שלם, ביומסה או דלק מאובנים מומרת CO 2, H 2 O ושאריות לא אורגניות (אפר). עם זאת, תחת מגבלות חמצן מקומיות או זמניות, בעירה הופכת שלמה פירוליזה מתרחש, ייצור משקע אורגני מוצק המכונה char 1. שאריות חרוכות אלה מכונות גם חומר אורגני pyrogenic כמו (PyOM), והיא כוללות בעיקר פחמן pyrogenic (PyC) או, כמילה נרדפת, פחמן שחור (BC) 2-4. תהליכים לחריכה שגורים ויכולים להיות חלק הוא 5-6 בעירה טבעי אנתרופוגניים. Wildfire היא תהליך טבעי חשוב, מהותי ביותר אקולוגיים, המייצרת כמות משמעותית של PyC בכל שנת 4,7-10. באופן דומה, שריפת דלק מאובנים לייצור אנרגיה בתעשייה והתחבורה מציגה מקור אנתרופוגניים חשוב PyC 11-13. שני המקורות לתרום Ubiquity של PyC בסביבה: PyC שוההבאוויר, בצורת אירוסולים 13-14, במים כמו חלקיקי חומר אורגני מומס 15-17, כמו גם בליבות קרח 18-19, קרקעות 20-21, ומשקעים 22-24 בגדלים הנעים בין מ ' ננומטר (למשל, גזע עץ חרוך גדול אחרי שריפת יער או חלקיקי פיח בקנה מידה ננו לברוח אגזוז מנוע דיזל). ההמצאות בכל המקום של PyC בסביבה הוא לא רק בשל שיעורי ייצור גדולים אלא גם ההתמדה שלה הארוכה ויציבות יחסית מפני שפלה 25-26. למרות פעמי מחזור מדויקות טרם הוקמו עשויה להיות תלויה תנאים סביבתיים ספציפיים 27-28, נראה בבירור כי PyC מפורקת פחות בקלות לתוך CO 2 מאשר רוב צורות אחרות של פחמן אורגני 29-30. יש תצפית זו השלכה חשובה מחזור C העולמי: כמו PyC חנות לחומרים חרוכים במשך זמן רב יחסית, הם לעקל C בצורות אורגניות שאחרת היה במהירות respired כמו 2 CO, ובכך להקטין ריכוזי גזי החממה באטמוספרה לאורך זמן 31-32.

מלבד היבט מקלי האקלים, תווים יש עוד לסביבת נכסים הרלבנטיים. הנקבובי הגבוהה שלהם, שטח פנים גדול ולחייב משטח שלילי יכולים לשתק תרכובות מסוכנות 33 ולשפר אדמת פוריות 34-35. הכרת התווים כמו תיקון אדמה מועיל פוטנציאל הובילה בתחום המתפתח של טכנולוגיה שנקראת biochar 36. Biochar יופק סביר במאזניים גדולים בשנים הקרובות ובכך להגדיל באופן משמעותי שפע PyC בקרקעות 37. יתר על כן, את המופע של שריפות ושריפת דלקים פוסיליים מוקרנים להישאר גבוה גם במהלך המאה 21 th, תורמים כמויות גדולות ברציפות של PyC לסביבת 11,38-39. מקור נוסף חשוב יותר ויותר של PyC צפוי להיות ננוטכנולוגיה כי גם להשתמשים PyC דמוי תרכובות 40-41. לפיכך חיוני כדי לזהות, לאפיין ולכמת חומרי pyrogenic אלה כראוי כדי לחקור את תכונותיהם ולהבין את תפקידם בסביבה.

כאן, אנו מציגים את השימוש של המדינה- of-the-art גישה ספציפי במתחם לנתח PyC בדגימות שונות: הדור האחרון של חומצת הבנזן polycarboxylic (BPCA) השיטה 42. שיטה זו היא החלימה רחבה בתוך מחקר PyC כפי שהוא מכוון כלפי "עמוד השדרה" של PyC: המבנים המרוכזים polycyclic שלה כי להיוצר במהלך טיפול תרמי 43-45 וכי הם כן טבועים בכל הצורות השונות של 5,46 PyC. עם זאת, מבנים אלה אינם שומתי ישירות באמצעות כרומטוגרפיה, בגלל גודלם ההטרוגניות שלהם. כדי chromatographically לנתח תרכובות pyrogenic כזה, PyC מתעכל הראשון עם חומצה חנקתית תחת טמפרטורה ולחץ גבוהים, אשר שוברת אתמבנים polycyclic גדול למטה לתוך אבני הבניין שלה, BPCAs הפרט (cf. איור 1). BPCAs הוא ואז, אחרי שלבים לטיהור כמה, מקובל chromatographic ניתוח 20,42. PyC ובכך מבודד ונותח ברמה מולקולרית וניתן להשתמש בו כדי לכמת שפע PyC בתאים סביבתיים 20,42. שיטת BPCA גם מאפיינת את PyC נחקר כאשר תשואה יחסית של B3-, B4-, B5- ו B6CA מושווה (ראה איור 1): השיעור בהתאמה של BPCAs carboxylated אחרת קשור לגודל של מבני polycyclic המקוריים היא ולכן מעיד על הטמפרטורה איכות פירוליזה של PyC 44,47-48. יתר על כן, השיטה המוצגת מאפשרת קביעת רכב C איזוטופי (13 C ו -14 C) של PyC כי פרט BPCAs, הנובעים ישירות ממבני PyC טהורים, יכול להיות isotopically analyzed לאחר בידוד (השוו איור 1, שלבים 5 ו -6) 49. ניתוח איזוטופי ספציפי במגרש של PyC הוא עניין רב 50 כפי שהוא יכול לשמש, למשל, להבדיל בין המבשר ביומסה של תווים באזורים טרופיים 51-52, לגזור את בעידן חומרי חרוך 53-54 או להתחקות PyC ב C מחקרים אופניים עם תווית איזוטופי 26,55-56. מידע נוסף על PyC כמו גם את ההיסטוריה, פיתוח יישומים של השיטה BPCA בפרט ניתן למצוא Wiedemeier 2014 57, מהמקום שבו חלק בפסקאות לעיל במסגרת הדיון לוקטו.

Protocol

1. אמצעי זהירות והכנות כלליים

  1. השתמש רק נקי, decalcified (10% אמבטיה HCl) וכלי זכוכית combusted (500 מעלות צלזיוס למשך 5 שעות), כלים לנקות ביסודיות ultrapure, כרומטוגרפיה נוזלית בלחץ גבוה מים כיתה (HPLC) וממסים על ההליך כולו.
  2. להקפיא יבש homogenize דגימות עם טחנת כדור פחמן ללא 58 ולקבוע הפחמן האורגני שלהם (TOC) תוכן על ידי ניתוח יסודות 59-60.
    הערה: דרישות טוהרות עבור כימיקלים וציוד מעבדה הן גבוהות במיוחד לניתוח C 14 ספציפי תרכובת של BPCAs. כלול הערכות ריקות 49 ו לסחוב בדיקות 61 לפקח מקורות פוטנציאליים לזיהום מדגם.

2. HNO 3 עיכול

  1. לשקול מיובש בהקפאה דגימות הומוגני (cf. 1.2.) לתוך צינורות העיכול קוורץ לכסות מפני אבק עם רדיד אלומיניום.
    1. לקבלת PyC quantificatiעל ועניין אפיון, להשתמש דגימות המכילות> מ"ג 1 TOC 42. לכן, במקרה של קרקעות ומשקעות, שימוש בערך 200 - 400 מ"ג ובמקרה של דגימות אורגניות עשירות, כגון פחם טהור, שימוש בערך 10 - 20 מ"ג לכל עיכול צינור.
    2. לקבלת ניתוח איזוטופי מתחם הספציפי הבא של PyC (13 C ו- 14 C), לוודא המדגם מכיל מספיק BPCA-C כדי לענות על מגבלות זיהוי של ספקטרומטר מסת איזוטופ-יחס מסוים אשר תשמשנה לאחר שלב 6. אם יש אין מידע אפריורי על כמות PyC של מדגם זמין (למשל, ממדידות קודמות), הראשונה לכמת תוכן PyC שלה (שלבים 1 - 5) ולהכין יותר מדגם מאוחר יותר אם התשואות BPCA-C נמוכים מדי עבור ניתוח איזוטופי.
      הערה: כלול דגימות ריקות והתייחסות עם ידוע PyC ו -13 C ו -14 תוכן C (למשל, מן "חומרים עזרו פחמן שחור", תוצאות השוו section). זה יאפשר לבדוק את השחזור של כימות PyC ולאפשר חישובי תיקון ריקים של מדידות איזוטופים ספציפיים המתחם לאחר ניתוח.
  2. הוסף 2 מ"ל של 65% HNO 3 לתוך צינורות העיכול, זאת במיקסר מערבולת לסייע הרטבה יסודית של המדגם ולאחר מכן הכנס את צינורות העיכול לתוך תא הלחץ. סגור את תאי לחץ פי 62 הידני ולשים אותם לתוך תנור מחומם מראש על 170 מעלות צלזיוס למשך 8 שעות.
    זהירות: לאחר העיכול, בואו לתאי להתקרר בתוך התנור ורק לפתוח אותם מתחת למכסה המנוע קטר לאחר שהגיעו בטמפרטורת החדר בגלל גזים מזיקים עלול להימלט.
  3. סנן את דגימות עם מים לתוך צלוחיות נפח באמצעות מסננים סיבי זכוכית חד פעמיות (<0.7 מיקרון), למשל מזרקים זכוכית, ולהתאים את עוצמת הקול ל -25 מ"ל. הדילול נדרש להפסיק עיכול נוסף.
    הערה: 25 מ"ל פתרונות המכיל את BPCAs ניתן לאחסןבמקרר עד 2 חודשים לפני עיבוד נוסף. עיכול יכול עקרונית גם להתבצע באמצעות מכשור אחר, למשל עם מערכת מיקרוגל בלחץ 16. במקרה כזה, בדיקות צריכות לרוץ עם חומרים עזרו כדי לבדוק החלמת BPCA ואת שחזור שיטה (ראה סעיף תוצאות נציג).

הסרת 3. קטיונים

  1. עבור כל דגימה, להכין שני עמודי זכוכית (400 מ"מ גובה, 15 מ"מ קוטר) עם 11 גרם של שרף קטיוני לכל עמודה. להתנות את שרף בתוך הטורים של ברצף השטיפה אותו עם: 2 כרכים עמוד מים, 1 נפח הטור של 2 M NaOH, 2 כרכים עמוד מים עבור pH נטרול, 1 נפח הטור של 2 HCl M, ובסופו של דבר 2 כרכים עמוד מים .
  2. בדוק את המוליכות של המים, אשר שטפו דרך השרף לאחר המיזוג שלה. שרף נחשב מותנה כראוי כאשר מוליכות הוא מתחת ל -2 מיקרו-שניות ס"מ
  3. שים מחצית המדגם (כלומר, 12.5 מ"ל, צעד השוו 2.3) על כל עמודה, לשטוף ברצף 5 פעמים עם 10 מ"ל מים ולהקפיא לייבש את בתמיסה מימית לאחר מכן. המדגם הוא יציב לאחר ייבוש בהקפאה ניתן לאחסן עד שבוע לפני עיבוד נוסף אם הוא נשמר יבש במקום חשוך וקריר.
    הערה: חנקן נוזלי השתמשתי להקפיא את הדגימות ( 'חפוז הקפאה ") כפי שהוא ימנע את ההקפאה מתוך HNO 3, אשר עלול לגרום שלולית של פתרון חומצה חזק בלתי מוקפא. ודא יבש ההקפאה היא חומצת הוכחה במידה ובדיקה טובה אפשרות של זיהום על ידי אדי משאבת ואקום אם ניתוח ספציפי מתחם 14 ג BPCAs מיועד.

הסרת 4. של תרכובות אי-קוטביות

  1. להתנות את מחסניות מיצוי שלב מוצק C18 פי הוראות ההפעלה של היצרן, כלומר, ברציפות לשטוף אותם עם 2.5 מ"ל של מתנול, 2.5 מ"ל של מיםND בסופו של דבר עם 2.5 מ"ל של מתנול / מים (1: 1 v / v).
  2. Redissolve שאריות קפה מיובש בהקפאה ב 3 מ"ל מתנול / מים (1: 1 v / v). Elute כל חצי ממנו (1.5 מ"ל) על מחסנית מיצוי שלב מוצק C18 נפרד לתוך 2.5 מ"ל מבחנות. שוטף את המחסניות עם 1 מיליליטר נוסף של מתנול / מים (1: 1 v / v).
  3. יבש את מבחנות עם הפתרון מדגם, למשל באמצעות concentrator ואקום, מחומם ל -45 מעלות צלזיוס, עם ואקום של mbar בקירוב 50. אמצעים אחרים של אידוי יכול לשמש גם, למשל מערכת מכה למטה עם גז N 2 כמו בשלב 6.
  4. Redissolve שאריות המבחנה עם מ"ל מים 1. תמיכה פירוק עם מערבולת מערבל ולהעביר 1.5 מ"ל בקבוקונים סמפלר אוטומטי.
    הערה: דוגמאות ניתן לאחסן במקרר עד 3 חודשים בשלב זה 42.

כרומטוגרפיה 5.

  1. להכין ממס על ידי ערבוב 20 מ"ל של 85% חומצה זרחתית עם 980 מ"ל מים ולסנן את יםolution דרך פילטר סיב זכוכית חד פעמי באמצעות ואקום. אין לחשוף ממס לאור השמש ולהשתמש בו בתוך 24 שעות על מנת למנוע צמיחה של אצות. השתמש אצטוניטריל כיתה HPLC טהור כמו ממס B.
  2. הכן פתרונות רמים הזמין מסחרי BPCAs (hemimellitic, trimellitic, pyromellitic, חומצת pentacarboxylic ו mellitic) לייצר סדרת ריכוז תקן חיצוני (למשל, 6 בקבוקונים המכילים 5, 20, 60, 100, 150 ו -250 מיקרוגרם של כל BPCA מעורבב יחדיו 1 מ"ל מים, בהתאמה).
  3. לנהל את כרומטוגרפיה שימוש בהגדרות של טבלת 1 וטבלה 2 ולכמת את תוכן BPCA ידי השוואת שטחי שיא BPCA בהתאמה לפי מידותיו של סדרת התקן החיצונית 63.
  4. אין מהיר ממצאי כמות PyC במשקל BPCA-C / יבש של המדגם [g / ק"ג] או BPCA-C / TOC [%]. יתר על כן, את המאפיינים האיכותיים של PyC בדגימות ניתן לתאר באמצעות פרופורציות של individרע"מ BPCAs, למשל, שיעור B6CA (B6CA / BPCA [%]) מציין את מידת העיבוי ארומטי של PyC 44.

6. חמצון רטוב של מטוהרים BPCAs עבור לאחר 13 C ו -14 ניתוח C

  1. בעקבות צעד 5.3., לאסוף את BPCAs הפרט בכמות מספקת (למשל> 30 מיקרוגרם BPCA-C ספקטרומטרים ההמוניים מאיץ הנוכחיים 49,64) באמצעות אספן חלק מחובר HPLC 49 ולאחר מכן להסיר את הממסים על ידי נושב במורד השברים עם זרם N 2 עדין תוך חימום אותם 70 ° C. רק כמויות זעירות של חומצה זרחתית נוזלית, כולל BPCAs, תישארנה הבקבוקון.
  2. כן מגיב חמצון על ידי המסת 2 גרם של Na 2 S 2 O 8 ב 50 מ"ל מים, מוכנים טרי תוך 24 שעות שימוש.
    הערה: Recrystallize persulfate נתרן פעמיים כדי לשפר בטהרתה ידי המסת גרם כמה מלאבמים חמים ולאחר מכן איסוף מוצק אחרי שהמים התקררו 65-66.
  3. Redissolve צלל לעומק שאריות (שלב 6.1) עם 4 מ"ל מים והעברת מדגם 12 מ"ל בקבוקון בורוסיליקט חזק גז. הוסף 1 מ"ל של חמצון מגיב וקרוב עם כובע סטנדרטי המכיל מחצה גומי בוטיל.
  4. טהר את הבקבוקון חזק גז כולל בתמיסה מימית עם הוא עבור 8 דקות כדי להסיר CO 2 מבקבוקון והפתרון 66.
  5. לחמצן דגימות הצלוחיות חזק הגז על ידי חימום אותם ב 100 מעלות צלזיוס למשך 60 דקות.
  6. ישירות לנתח את ה- CO 2 מן החמצון על ספקטרומטרים המוני יחס איזוטופ עבור 13 תוכן C 65-66 ועל ספקטרומטרים המוני מואץ עבור 14 C תוכן 67-68.
    הערה: דגימות חמצון יכול להיות מאוחסן במשך לפחות שבוע 66 לפני 13 C ו / או 14 ניתוח C.

Representative Results

אנו ממליצים לבחון את הגדרת השיטה ידי מדידת חבילה של חומרי PyC היטב תארו ( "חומרים עזרו פחמן שחור") כי נעשה שימוש נרחב להתפתחויות שיטה שונות והשוואות בספרות 44,48,69-77. מידע על חומרי עזר זמין מאוניברסיטת ציריך (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials).

ההליך המתואר מאפשר פרדת בסיס של כל תרכובות מטרת BPCA ידי HPLC. Chromatograms של 'chernozem' חומרי העזר (אדמה בוצית עם תוכן PyC משמעותי) ו char דשא (עשוי Sativa Oryza) מוצג באיור 2. על ידי התאמת הפרמטרים כרומטוגרפיה בלוחות 1 ו -2 (למשל, טמפרטורה כרומטוגרפיה,pH של ממס או קצב הזרימה, וכו '), ההפרדה ניתן לשנות נוספים בהתאם לצרכים הספציפיים 42,63.

ניתוח כמותי של 'chromatograms חומרי עזר עם סטנדרטים חיצוניים (שלב 5.3.) אמור להניב ערכים PyC מתואר באיור 3. שימו לב לשינויים קלים כי בהליך (למשל, השמטת צעד 3 או 4 במקרים ספציפיים), יכול להוביל ערכי PyC גבוהים. באופן כללי, צריכה להיבדק החלמה לתקני BPCA טהורים: חומרי עזר ממוסמרים יכול לעזור לזהות הפסדים מידתיים בשלבי 3 ו -4 ו ל קבלו מידע על הביצועים כרומטוגרפיה בשלב 5 42,63.

טבלה 3 מציגה את 13 C ו -14 C הערכים מתקבלים כאשר מטוהרים BPCAs של חומרי עזר מנותחים לתוכן איזוטופי הפחמן שלהם אחרי צעד 6.תוצאות אמינות, זה הכרחי כדי לאסוף כמויות מספיקות של BPCA-C (למשל> 30 מיקרוגרם BPCA-C ספקטרומטרים המונית מאיץ הנוכחי, השוו איור 4) ולנקוט בכל האמצעים האפשריים כדי להקטין זיהום של המדגם על ידי זרים C 49 .

מלבד בדיקת הגדרת השיטה עם חומרי עזר כמתואר לעיל, רצוי מאוד להכין דגימות מודדים משכפל, הן עבור כימות PyC (שלב 5) ו תרכובת ספציפית לאחר 13 C ו -14 C מנתח של BPCAs (שלב 6 ).

איור 1
איור 1:. נוהל ניתוח BPCA בשלב הפרוטוקול 2, מבני תמצית ארומטיים פוליציקליים PyC מתעכלים, הפקה השונה BPCAs, שהן הen ניקה נוספת (שלבים 3 ו -4) chromatographically מנותח מופרדים (שלב 5). לאחר חמצון רטוב (שלב 6), את BPCAs המטוהר ניתן לניתוח איזוטופים ספציפי מתחם (13 C ו -14 C) על ספקטרומטרים מונית איזוטופ-יחס. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2:. Chromatograms עבור ההפרדה BPCA המוצגים הם החומרים פחמן שחור התייחסות "chernozem" (א) ו- "הדשא char" (ב). ההפרדה Baseline מושגת עבור כל תרכובות מטרה BPCA (B6CA; B5CA; 1,2,4,5- 1,2,3,5-, 1,2,3,4-B4CA;. 1,2,4-, 1,2,3-B3CA) 42. ב היווצרות על חומרי עזר פחמן שחור זמין מאוניברסיטת ציריך (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). נתון זה היה שונה מן Wiedemeier et al. 2013 42 והוא נדפס באישור Elsevier. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3:. המשוכפל PyC מדידות של פחמן שחור שונה חומרי עזר ברי שגיאה עבור משכפל במעבדה הם קטנים יותר מאשר גודל סמל ואת המקדם שונה בממוצע 5% (מינימום: 1%, מקסימום: 10%). נתון זה היה שונה מן Wiedemeier et al. 2013 42 והוא נדפס באישור Elsevier."Https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig3large.jpg" target = "_ blank"> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4: פחמן רדיואקטיבי (14 C) ערכים עבור B5CA ו B6CA המבודדת מן מודרני מאובן תו השגיאה הנתונה מורכבת תיקוני רקע ספקטרומטר מסה מאיץ אינסטרומנטליות של ריק עבור חמצון רטוב.. השורה האפורה סולידית מייצגת קו אידיאליזציה עבור התערובת של ערך C האמיתי F 14 של מדגם בהתאמה ואת הזיהום החיצוני הממוצע נקבע. נתון זה היה שונה מן Gierga et al. 2014 49 והוא נדפס באישור Elsevier. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של ה הוא דמות.

שלב נייד 20 מ"ל Ortho חומצה זרחתית (85%) ב 980 מ"ל מים ultrapure
בשלב נייד B אצטוניטריל
טור C18 התהפכה שלב (רשימת חומר השווה לפרטים נוספים)
טמפרטורת עמודה 15 ° C
קצב זרימה 0.4 מ"ל דקות -1
זיהוי זמן השמירה, ספיגת UV ב 216 ננומטר
קְבִיעַת כָּמוּת סטנדרטים חיצוניים של BPCAs
לַחַץ בערך 120 בר

טבלה 1: הגדרות כרומטוגרפיה.

"1" FO: keep-עם-next.within-page = "תמיד">
זְמַן בשלב נייד B
[Min] [% בנפח]
0 0.5
5 0.5
25.9 30
26 95
28 95
28.1 0.5
30 0.5

טבלה 2: ערבוב צבע של שלבים ניידים.

char בתפזורת BPCA
δ 13 C [‰ לעומת VPDB]
char ערמונים -27.4 -27.7 ± 0.8
char תירס -12.9 ± 0.4 -13.0 ± 0.4
F 14 C [%]
char המודרנית 1.142 ב ± 0.004 ב 1.13 ± 0.013
char מאובנים 0.003 ב ± 0.001 ב 0.014 ± 0.001

טבלה 3:. ערכי איזוטופים פחמן (δ 13 C ו- F 14 C) של הפנית תו חומרים מתחמים ספציפי ניתוח איזוטופי של מקבילי BPCAs ערכי BPCA מייצגים B6CA ו B5CA שנגבו זמנית בשלב 5. Howevאה, ניתוח איזוטופי של BPCAs פרט יכול להיות מושגת באופן אנלוגי כאשר BPCAs נאסף בנפרד. נתוני char גורפים הוא מ- Yarnes et al. (2011) 73 עבור char הערמונים (א) ומן Gierga et al. (2014) 49 עבור מאובנים char המודרנית (ב). שגיאות עבור מדידות C δ 13 שגיאות תקן triplicates בעת התרחשותן של השגיאות עבור מדידות F 14 C (char בתפזורת: ETH-50,456, ETH-50,458; BPCA: ETH-62,324, ETH-62,335) נגזרות התפשטות שגיאה 64.

Discussion

שיטת BPCA יש מספר יתרונות חשובים בהשוואה לשיטות אחרות זמינות PyC 78-79: i) הוא מזהה PyC על פני מגוון רחב של רצף הבעירה, כלומר, שהוא עלול להיות מושפע חרוך ביומסה מעט כמו גם תווים בטמפרטורה גבוהה ופיח 42 , 70, ii) זה יכול לאפיין 16,44,80-81, לכמת 20,42 ו isotopically לנתח PyC 49-50,66,73,82-83, iii) זה חל על מגוון רחב מאוד של דיגום סביבתי בו זמנית חומרים 42,70, ו- IV) המתודולוגיה שלה נבדקה באופן אינטנסיבי וניתן להכניס מסגרת עקבית עם הערכות של שיטות PyC אחרים 44,47,70,84-85. מכל הסיבות הללו, גישת BPCA היא לטעון את שיטת PyC המגוונים ביותר הזמינה עד כה, והנחות שבבסיסם אשר גם מוגבלות ו נבדקו ברציפות נגד שיטות אחרות.

בפרוטוקול לעיל מאחד את וויט'לgths של שיטות BPCA הקודם לתוך הליך יחיד, הוא מאוד לשחזור, פשוט להעסיק וניתן להאריך בקלות לשנות את הדרישות הספציפיות. לדוגמה, כאשר כרומטוגרפיה מתנהל עם שיפוע pH במקום ממיס אורגני, על-קו ניטור איזוטופ-יחס של BPCAs אפשרי 42, מייתר את הצורך לשלב חמצון רטוב. באופן דומה, הסרת קטיונים ו / או תרכובות אי-קוטביות (שלבי 3 ו -4) ניתן לדלג כאשר ידוע כי דגימות מסוימות אינן מכילות תרכובות כאלה (למשל, במקרים מסוימים של תווים המיוצר במעבדה).

כמו כל שיטת PyC, הליך BPCA יש מספר מגבלות, מדי. בהקשר זה, חשוב לציין כי הגישה BPCA מטבעו אינו מעריך נכון כמות PyC הכולל בדגימות: השיטה הורס חלקים גדולים של מבנים polycyclic PyC כדי לחלץ אבני הבניין BPCA שלהם, ובכך כמותית לא מתאושש כל PyC בצורת של BPCAs20,86. מקדמי המרה הוצע בעבר לתרגם תשואות BPCA לתוך תוכן PyC הכולל. עם זאת, מציאת מקדם המרה נכונה אחת היא כמעט בלתי אפשרית בגלל מידת הטרוגנית של עיבוי ארומטיים ברוב התווים 41,48,80,86. במקרים רבים, כמויות של דגימות PyC מושוות ביחס אחד 42,81,87-88 אחרים. לאחר מכן, אנו ממליצים לא להשתמש בכל מקדמי המרה ופשוט לדווח נתונים BPCA "כפי שהיא נמדדת" 48. במקרים מסוימים, כאשר תשואות BPCA נלקחות להעריך כמויות PyC מוחלטות 24,89-90, גורם המרה פורסם במקור 20 של 2.27 נראה לי מתאימים כפי שהוא ממיר את BPCA מניב לתוך ערכות שמרניות של תוכן PyC 86.

קושי נוסף עם שיטות PyC הוא שהם שעלולים להיות רגישים כדי להתערב, הלא PyC חומרים ו / או כי PyC מופק במהלך הניתוח עצמו, מה שמוביל יתר שלתוכן PyC בפועל בדגימות 70. גישת BPCA מאוד חזקה נגד חומרים מפריעים כגון 70, אינו מייצרת שום PyC מעצמו 16,70,86 ו שמרני בטבע (השווה מעל לפסק). אפילו גרפיט, חומר דומה מאוד מבחינה כימית PyC אבל ממוצא petrogenic, לא להפריע מדידות BPCA (שניידר, התוצאות לא פורסם MPW. ציריך, (2013)). עד כה, את ההתערבויות הלא PyC ידוע רק על שיטת BPCA כמה מרוכז, פיגמנטים ארומטי של פטריות 91, שאמור להיות זניח כמותית עבור הרוב המכריע של המחקרים 86. השיטה BPCA עם איכותי סימולטני שלה, כמותי ו -13 C ו -14 מידע C איזוטופי אם כן, הוא כלי מצוין עבור חקירת PyC בתחומים שונים.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
ball mill Retsch N/A ball mill with carbon-free grinding jars and balls (Retsch MM 200 with agate grinding jars and balls) 
combustion oven Nabertherm N/A combustion oven/muffle furnace with a temperature of 500 °C (Nabertherm L40/11 or similar)
pressure bombs with PTFE pressure chambers,
quartz digestion tubes with quartz lids		 Seif Aufschlusstechnik, Unterschleissheim, Germany N/A Helma U. Rudolf Seif Aufschlusstechnik
Fastlingerring 67
85716 Unterschleissheim
Germany
Tel: (+49) 89 3108181
vortex mixer common lab supply N/A
oven  Thermo Scientific 50051010 drying oven with constant temperature (Thermo Scientific Heraeus or similar)
vacuum manifold system
with PTFE connectors		 Machery Nagel Chromabond
730151
730106		 ftp://ftp.mn-net.com/english/Instruction_leaflets/Chromatography/SPE/CHROMABOND_VK_DE_EN.pdf
reusable glass syringes with disposable glass fibre filters Machery Nagel  730172
730192		 http://www.mn-net.com/SPEStart/SPEaccessories/EmptySPEcolumns/tabid/4285/language/en-US/Default.aspx
25 ml volumetric glass flasks common lab supply N/A In contrast to all other glassware, do not combust to ensure volumetric accuracy. Instead, clean in acid bath, with ultrasound and with ultrapure water.
chromatographic glass columns with frit and PTFE stopcock and glass wool custom made N/A dimensions of glass columns:
ca. 40 cm long, ca. 1.5 cm in diameter
cation exchange resin Sigma Aldrich 217514 Dowex 50 WX8 400
conductivity meter WTW 300243 LF 320 Set
100 ml conical flasks for freeze drier common lab supply  N/A
liquid nitrogen common lab equipment N/A for snap-freezing the aequous solution after removal of cations
freeze dryer Christ N/A Alpha 2 - 4 LD plus
C18 solid phase extraction cartridges Supelco 52603-U http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/supelco/52603u?lang=de&region=CH
2.5 ml glass test tubes Agilent Technologies 5022-6534 http://www.chem.agilent.com/store/en_US/Prod-5022-6534/5022-6534?navAction=push&navCount=0
concentrator  Eppendorf 5305000.100
1.5 ml HPLC autosampler vials depending on HPLC N/A
6 ml fraction collector vials depending on HPLC N/A
high purity N2 gas common lab equipment N/A
12 ml borosilicate gas tight vials Labco 538W http://www.labco.co.uk/europe/gas.htm#doublewad12ml
needles B Braun 4665643 http://www.bbraun.ch/cps/rde/xchg/cw-bbraun-de-ch/hs.xsl/products.html?prid=PRID00000510
high purity He gas common lab equipment N/A
HNO3 (65%) p.a. Sigma Aldrich 84378 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/84378?lang=de&region=CH
2 M HCl Sigma Aldrich 258148 mix with ultrapure water to achieve 2 M solution
2 M NaOH Sigma Aldrich 71691 mix with ultrapure water to achieve 2 M solution
methanol Sigma Aldrich 34860 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34860?lang=de&region=CH
water Milli-Q Z00QSV0WW Type 1 grade, optimized for low carbon
orthophosphoric acid Sigma Aldrich 79606 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/79606?lang=de&region=CH
acetonitrile Sigma Aldrich 34851 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34851?lang=de&region=CH
C18 reversed phase column Agilent Technologies 685975-902 Agilent Poroshell 120 SB-C18 (4.6 x 100 mm)
Na2S2O8, sodium persulfate Sigma Aldrich 71890 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/71890?lang=de&region=CH
BPCA standards
trimellitic acid Sigma Aldrich 92119 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/92119?lang=de&region=CH
hemimellitic acid Sigma Aldrich 51520 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/51520?lang=de&region=CH
pyromellitic acid Sigma Aldrich 83181 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search?
term=83181&interface=All&
N=0&mode=match%20partialmax&
lang=de&region=CH&focus=product
benzenepentacarboxylic acid Sigma Aldrich S437107 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/s437107?lang=de&region=CH
mellitic acid Sigma Aldrich M2705 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/m2705?lang=de&region=CH
oxidation standards
phtalic acid Sigma-Aldrich 80010 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/80010?lang=de&region=CH
sucrose Sigma-Aldrich S7903 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s7903?lang=de&region=CH
black carbon reference materials University of Zurich N/A http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Shafizadeh, F. Introduction to pyrolysis of biomass. Journal J. Anal. Appl. Pyrolysis. 3 (4), 283-305 (1982).
  2. Simoneit, B. R. T. Organic matter of the trophosphere - III. Characterization and sources of petroleum and pyrogenic residues in aerosols over the western United States. Atmos. Environ. 18 (1), 51-67 (1984).
  3. Goldberg, E. D. Black carbon in the environment. , Wiley. (1985).
  4. Preston, C. M., Schmidt, M. W. I. Black (pyrogenic) carbon: a synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions. Biogeosciences. 3 (4), 397-420 (2006).
  5. Schmidt, M. W. I., Noack, A. G. Black carbon in soils and sediments: Analysis, distribution, implications, and current challenges. Global Global Biogeochem. Cycles. 14 (3), 777-793 (2000).
  6. Scott, A. C., Bowman, D. M. J. S., Bond, W. J., Pyne, S. J., Alexander, M. E. Fire on Earth: An Introduction. , Wiley. (2014).
  7. Tinner, W., Hubschmid, P., Wehrli, M., Ammann, B., Conedera, M. Long-term forest fire ecology and dynamics in southern Switzerland. J. Ecol. 87 (2), 273-289 (1999).
  8. Forbes, M. S., Raison, R. J., Skjemstad, J. O. Formation, transformation and transport of black carbon (charcoal) in terrestrial and aquatic ecosystems. Sci. Total Environ. 370 (1), 190-206 (2006).
  9. Bowman, D. M. J. S., et al. Fire in the Earth System. Science. 324 (5926), 481-484 (2009).
  10. Krawchuk, M. A., Moritz, M. A., Parisien, M. A., Van Dorn, J., Hayhoe, K. Global pyrogeography: The current and future distribution of wildfire. PLoS ONE. 4 (4), (2009).
  11. Bond, T. C., et al. A technology-based global inventory of black and organic carbon emissions from combustion. J. Geophys. Res.: Atmos. 109 (14), (2004).
  12. Cao, G., Zhang, X., Zheng, F. Inventory of black carbon and organic carbon emissions from China. Atmos. Environ. 40 (34), 6516-6527 (2006).
  13. Bond, T. C., et al. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment. J. Geophys. Res.: Atmos. 118 (11), 5380-5552 (2013).
  14. Ramanathan, V., Carmichael, G. Global and regional climate changes due to black carbon. Nat. Geosci. 1 (4), 221-227 (2008).
  15. Dittmar, T., Koch, B. P. Thermogenic organic matter dissolved in the abyssal ocean. Mar. Chem. 102 (3-4), 208-217 (2006).
  16. Dittmar, T. The molecular level determination of black carbon in marine dissolved organic matter. Org. Geochem. 39 (4), 396-407 (2008).
  17. Ziolkowski, L., Druffel, E. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), L16601 (2010).
  18. McConnell, J. R., et al. 20th-Century Industrial Black Carbon Emissions Altered Arctic Climate Forcing. Science. 317 (5843), 1381-1384 (2007).
  19. Ming, J., et al. Black carbon record based on a shallow Himalayan ice core and its climatic implications. Atmos. Chem. Phys. 8 (5), 1343-1352 (2008).
  20. Glaser, B., Haumaier, L., Guggenberger, G., Zech, W. Black carbon in soils: the use of benzenecarboxylic acids as specific markers. Org. Geochem. 29 (4), 811-819 (1998).
  21. Knicker, H. Pyrogenic organic matter in soil: Its origin and occurrence, its chemistry and survival in soil environments. Quat. Int. 243 (2), 251-263 (2011).
  22. Masiello, C. A., Druffel, E. R. M. Black carbon in deep-sea sediments. Science. 280 (5371), 1911 (1998).
  23. Gustafsson, Ö, et al. Evaluation of a protocol for the quantification of black carbon in sediments. Global Biogeochem. Cycles. 15 (4), 881-890 (2001).
  24. Sánchez-Garcìa, L., de Andrés, J. R., Gélinas, Y., Schmidt, M. W. I., Louchouarn, P. Different pools of black carbon in sediments from the Gulf of Cádiz (SW Spain): Method comparison and spatial distribution. Mar. Chem. 151, 13-22 (2013).
  25. Marschner, B., et al. How relevant is recalcitrance for the stabilization of organic matter in soils? J. Plant Nutr. Soil Sci. 171 (1), 91-110 (2008).
  26. Kuzyakov, Y., Subbotina, I., Chen, H., Bogomolova, I., Xu, X. Black carbon decomposition and incorporation into soil microbial biomass estimated by 14C labeling. Soil Biol. Biochem. 41 (2), 210-219 (2009).
  27. Schmidt, M. W. I., et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478 (7367), 49-56 (2011).
  28. Singh, N., Abiven, S., Torn, M. S. Fire-derived organic carbon in soil turns over on a centennial scale. Biogeosciences. 9 (8), 2847-2857 (2012).
  29. Santos, F., Torn, M. S., Bird, J. A. Biological degradation of pyrogenic organic matter in temperate forest soils. Soil Biol. Biochem. 51, 115-124 (2012).
  30. Kuzyakov, Y., Bogomolova, I., Glaser, B. Biochar stability in soil: Decomposition during eight years and transformation as assessed by compound-specific 14C analysis. Soil Biol. Biochem. 70, 229-236 (2014).
  31. Kuhlbusch, T. A. J. Black Carbon and the Carbon Cycle. Science. 280 (5371), 1903-1904 (1998).
  32. Liang, B., et al. Stability of biomass-derived black carbon in soils. Geochim. Cosmochim. Acta. 72 (24), 6069-6078 (2008).
  33. Beesley, L., et al. A review of biochars' potential role in the remediation, revegetation and restoration of contaminated soils. Environ. Pollut. 159 (12), 3269-3282 (2011).
  34. Biederman, L. A., Harpole, W. S. Biochar and its effects on plant productivity and nutrient cycling: a meta-analysis. GCB Bioenergy. 5 (2), 202-214 (2013).
  35. Glaser, B., Birk, J. J. State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia (terra preta de ìndio). Geochim. Cosmochim. Acta. 82, 39-51 (2012).
  36. Lehmann, J., Joseph, S. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).
  37. Marris, E. Putting the carbon back: Black is the new green. Nature. 442 (7103), 624-626 (2006).
  38. Flannigan, M., et al. Global wildland fire season severity in the 21st century. For. Ecol. Manage. 294, 54-61 (2013).
  39. Kelly, R., et al. Recent burning of boreal forests exceeds fire regime limits of the past 10,000 years. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (32), 13055-13060 (2013).
  40. Hoet, P. H. M., Brüske-Hohlfeld, I., Salata, O. V. Nanoparticles - Known and unknown health risks. J. Nanobiotechnol. 2, (2004).
  41. Ziolkowski, L. A., Druffel, E. R. M. The feasibility of isolation and detection of fullerenes and carbon nanotubes using the benzene polycarboxylic acid method. Mar. Pollut. Bull. 59 (4-7), 213-218 (2009).
  42. Wiedemeier, D. B., Hilf, M. D., Smittenberg, R. H., Haberle, S. G., Schmidt, M. W. I. Improved assessment of pyrogenic carbon quantity and quality in environmental samples by high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 1304, 246-250 (2013).
  43. Keiluweit, M., Nico, P. S., Johnson, M. G., Kleber, M. Dynamic molecular structure of plant biomass-derived black carbon (biochar). Environ. Sci. Technol. 44 (4), 1247-1253 (2010).
  44. Wiedemeier, D. B., et al. Aromaticity and degree of aromatic condensation of char. Org. Geochem. 78, 135-143 (2015).
  45. Franklin, R. E. Crystallite growth in graphitizing and non-graphitizing carbons. Proc. R. Soc. London, Ser. A. 209 (1097), 196-218 (1951).
  46. Masiello, C. A. New directions in black carbon organic geochemistry. Mar. Chem. 92 (1-4), 201-213 (2004).
  47. McBeath, A., Smernik, R., Plant, E. Determination of the aromaticity and the degree of aromatic condensation of a thermosequence of wood charcoal using NMR. Org. Geochem. 42 (10), 1194-1202 (2011).
  48. Schneider, M. P. W., Smittenberg, R., Dittmar, T., Schmidt, M. W. I. Comparison of gas with liquid chromatography for the determination of benzenepolycarboxylic acids as molecular tracers of black carbon. Org. Geochem. 42 (3), 275-282 (2011).
  49. Gierga, M., et al. Purification of fire-derived markers for µg scale isotope analysis (δ13C, Δ14C) using high-performance liquid chromatography (HPLC). Org. Geochem. 70, 1-9 (2014).
  50. Bird, M. I., Ascough, P. L. Isotopes in pyrogenic carbon: A review. Org. Geochem. 42 (12), 1529-1539 (2012).
  51. Roscoe, R., Buurman, P., Velthorst, E. J., Vasconcellos, C. A. Soil organic matter dynamics in density and particle size fractions as revealed by the 13C/12C isotopic ratio in a Cerrado's oxisol. Geoderma. 104 (3-4), 185-202 (2001).
  52. Wiedemeier, D. B., Bloesch, U., Hagedorn, F. Stable forest-savanna mosaic in north-western Tanzania: local-scale evidence from δ13C signatures and 14C ages of soil fractions. J. Biogeogr. 39 (2), 247-257 (2012).
  53. Pessenda, L. C. R., et al. The use of carbon isotopes (13C,14C) in soil to evaluate vegetation changes during the holocene in Central Brazil. Radiocarbon. 38 (2), 191-201 (1996).
  54. Bird, M. I., et al. Radiocarbon dating of "old" charcoal using a wet oxidation, stepped-combustion procedure. Radiocarbon. 41 (2), 127-140 (1999).
  55. Fang, Y., Singh, B., Singh, B. P., Krull, E. Biochar carbon stability in four contrasting soils. Eur. J. Soil Sci. 65 (1), 60-71 (2014).
  56. Maestrini, B., Herrmann, A. M., Nannipieri, P., Schmidt, M. W. I., Abiven, S. Ryegrass-derived pyrogenic organic matter changes organic carbon and nitrogen mineralization in a temperate forest soil. Soil Biol. Biochem. 69, 291-301 (2014).
  57. Wiedemeier, D. B. New insights into pyrogenic carbon by an improved benzene polycarboxylic acid molecular marker method. , University of Zurich. (2014).
  58. Perttila, M., Pedersen, B. Qualilty Assurance in Environmental Monitoring. , Wiley. (2007).
  59. Baldock, J., Smernik, R. Chemical composition and bioavailability of thermally altered Pinus resinosa (Red pine) wood. Org. Geochem. 33 (9), 1093-1109 (2002).
  60. Nelson, D. W., Sommers, L. E. Methods of Soil Analysis: Part 3, Chemical methods. SSSA Book Series. , (1996).
  61. Buchholz, B. A., Freeman, S. P. H. T., Haack, K. W., Vogel, J. S. Tips and traps in the 14C bio-AMS preparation laboratory. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 172 (1-4), 404-408 (2000).
  62. Schramel, P., Wolf, A., Seif, R., Klose, B. J. Eine neue Apparatur zur Druckveraschung von biologischem Material. Fresenius' Z. Anal. Chem. 302 (1), 62-64 (1980).
  63. Meyer, V. Practical High-Performance Liquid Chromatography. , Wiley. (2010).
  64. Shah, S. R., Pearson, A. Ultra-microscale (5-25 µg C) analysis of individual lipids by 14C AMS: Assessment and correction for sample processing blanks. Radiocarbon. 49 (1), 69-82 (2007).
  65. Lang, S. Q., Früh-Green, G. L., Bernasconi, S. M., Wacker, L. Isotopic (δ13C, Δ14C) analysis of organic acids in marine samples using wet chemical oxidation. Limnol. Oceanogr.: Methods. 11 (4), 161-175 (2013).
  66. Lang, S., Bernasconi, S., Früh-Green, G. Stable isotope analysis of organic carbon in small (µg C) samples and dissolved organic matter using a GasBench preparation device. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (1), 9-16 (2012).
  67. Wacker, L., et al. Micadas: Routine and high-precision radiocarbon dating. Radiocarbon. 52 (2), 252-262 (2010).
  68. Wacker, L., et al. A versatile gas interface for routine radiocarbon analysis with a gas ion source. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 294, 315-319 (2013).
  69. Hammes, K., Smernik, R., Skjemstad, J., Herzog, A., Vogt, U. Synthesis and characterisation of laboratory-charred grass straw (Oryza saliva) and chestnut wood (Castanea sativa) as reference materials for black carbon quantification. Org. Geochem. 37 (11), 1629-1633 (2006).
  70. Hammes, K., et al. Comparison of quantification methods to measure fire-derived (black/elemental) carbon in soils and sediments using reference materials from soil, water, sediment and the atmosphere. Global Biogeochem. Cycles. 21 (3), GB3016 (2007).
  71. Meredith, W., et al. Assessment of hydropyrolysis as a method for the quantification of black carbon using standard reference materials. Geochim. Cosmochim. Acta. 97, 131-147 (2012).
  72. Kaal, J., Schneider, M. P. W., Schmidt, M. W. I. Rapid molecular screening of black carbon (biochar) thermosequences obtained from chestnut wood and rice straw: A pyrolysis-GC/MS study. Biomass Bioenergy. 45, 115-129 (2012).
  73. Yarnes, C., et al. Stable isotopic analysis of pyrogenic organic matter in soils by liquid chromatography-isotope-ratio mass spectrometry of benzene polycarboxylic acids. Rapid Commun. Mass Spectrom. 25 (24), 3723-3731 (2011).
  74. Han, Y. M., et al. Evaluation of the thermal/optical reflectance method for discrimination between char- and soot-EC. Chemosphere. 69, 569-574 (2007).
  75. Leifeld, J. Thermal stability of black carbon characterised by oxidative differential scanning calorimetry. Org. Geochem. 38 (1), 112-127 (2007).
  76. Roth, P. J., et al. Differentiation of charcoal, soot and diagenetic carbon in soil: Method comparison and perspectives. Org. Geochem. 46, 66-75 (2012).
  77. Schmidt, M. W. I., Masiello, C. A., Skjemstad, J. O. Final recommendations for reference materials in black carbon analysis. Eos. 84 (52), (2003).
  78. Bird, M. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).
  79. Hammes, K., Abiven, S. Fire Phenomena and the Earth System. , Wiley. (2013).
  80. Schneider, M. P. W., Hilf, M., Vogt, U. F., Schmidt, M. W. I. The benzene polycarboxylic acid (BPCA) pattern of wood pyrolyzed between 200 °C and 1000 °C. Org. Geochem. 41 (10), 1082-1088 (2010).
  81. Schneider, M. P. W., et al. Toward a "molecular thermometer" to estimate the charring temperature of wildland charcoals derived from different biomass sources. Environ. Sci. Technol. 47 (20), 11490-11495 (2013).
  82. Ziolkowski, L. A., Druffel, E. R. M. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), (2010).
  83. Coppola, A. I., Ziolkowski, L. A., Masiello, C. A., Druffel, E. R. M. Aged black carbon in marine sediments and sinking particles. Geophys. Res. Lett. 41 (7), 2427-2433 (2014).
  84. Wurster, C. M., Lloyd, J., Goodrick, I., Saiz, G., Bird, M. I. Quantifying the abundance and stable isotope composition of pyrogenic carbon using hydrogen pyrolysis. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (23), 2690-2696 (2012).
  85. Wiedemeier, D. B., Brodowski, S., Wiesenberg, G. L. B. Pyrogenic molecular markers: Linking PAH with BPCA analysis. Chemosphere. 119, 432-437 (2015).
  86. Brodowski, S., Rodionov, A., Haumaier, L., Glaser, B., Amelung, W. Revised black carbon assessment using benzene polycarboxylic acids. Org. Geochem. 36 (9), 1299-1310 (2005).
  87. Singh, N., et al. Transformation and stabilization of pyrogenic organic matter in a temperate forest field experiment. GCB. 20 (5), 1629-1642 (2014).
  88. Abiven, S., Hengartner, P., Schneider, M. P. W., Singh, N., Schmidt, M. W. I. Pyrogenic carbon soluble fraction is larger and more aromatic in aged charcoal than in fresh charcoal. Soil Biol. Biochem. 43 (7), 1615-1617 (2011).
  89. Lehndorff, E., et al. Industrial carbon input to arable soil since 1958. Org. Geochem. 80, 46-52 (2015).
  90. Lehndorff, E., Roth, P. J., Cao, Z. H., Amelung, W. Black carbon accrual during 2000 years of paddy-rice and non-paddy cropping in the Yangtze River Delta, China. GCB. 20 (6), 1968-1978 (2014).
  91. Glaser, B., Knorr, K. H. Isotopic evidence for condensed aromatics from non-pyrogenic sources in soils - implications for current methods for quantifying soil black carbon. Rapid Commun. Mass Spectrom. 22 (7), 935-942 (2008).

Tags

כימיה גיליון 111 פחמן שחור חומר אורגני הנגזרות אש סמן מולקולרי ניתוח איזוטופי ספציפי מתחם, biochar מחזור הפחמן העולמי char פחמן pyrogenic פחם
אפיון, כימות מתחם ספציפי ניתוח איזוטופי של Pyrogenic פחמן שימוש בנזן Polycarboxylic חומצות (BPCA)
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wiedemeier, D. B., Lang, S. Q.,… More

Wiedemeier, D. B., Lang, S. Q., Gierga, M., Abiven, S., Bernasconi, S. M., Früh-Green, G. L., Hajdas, I., Hanke, U. M., Hilf, M. D., McIntyre, C. P., Scheider, M. P. W., Smittenberg, R. H., Wacker, L., Wiesenberg, G. L. B., Schmidt, M. W. I. Characterization, Quantification and Compound-specific Isotopic Analysis of Pyrogenic Carbon Using Benzene Polycarboxylic Acids (BPCA). J. Vis. Exp. (111), e53922, doi:10.3791/53922 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter