Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Karakterisering, kwantificeren en Compound-specifieke isotopenanalyse van Pyrogene Carbon Met behulp van Benzeen polycarbonzuren (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

-Fire afgeleid, pyrogene koolstof (PyC), ook wel zwarte koolstof (BC), is de koolstofhoudende vaste residu van biomassa en fossiele brandstoffen, zoals char en roet. PyC is alomtegenwoordig in het milieu als gevolg van de lange persistentie, en zijn overvloed zou zelfs toenemen met de verwachte stijging van de mondiale wildvuur bedrijvigheid en de aanhoudende verbranding van fossiele brandstoffen. PyC wordt ook in toenemende mate geproduceerd uit de industriële pyrolyse van organisch afval, die verkoolde bodem amendementen (biochar) oplevert. Bovendien kan de opkomst van nanotechnologie ook resulteren in het vrijkomen van PyC-achtige verbindingen voor het milieu. Het is dus een hoge prioriteit om op betrouwbare wijze op te sporen, te karakteriseren en te kwantificeren deze verkoold materialen om hun milieu-eigenschappen te onderzoeken en om hun rol in de koolstofcyclus te begrijpen.

Hier presenteren we de werkwijze benzeen polycarbonzuur (BPCA), die de gelijktijdige beoordeling van karakterisering PyC's toestaatStokjes, hoeveelheid en isotopensamenstelling (13 C en 14 C) op een moleculair niveau. De werkwijze is toepasbaar op een breed scala aan materialen en milieumonster detecteert PyC over een breed gebied van de verbranding continuüm, het is dus gevoelig voor licht verkoolde biomassa en hoge temperatuur tekens en roet. De BPCA hier gepresenteerde protocol is eenvoudig te gebruiken, zeer reproduceerbare, alsmede gemakkelijk uitbreidbaar en aanpasbaar aan specifieke eisen. Dit geeft dus een veelzijdig instrument voor het onderzoeken van PyC in verschillende disciplines, variërend van archeologie en milieu-forensics tot biochar en carbon fietsen onderzoek.

Introduction

In een volledige verbranding proces wordt biomassa of fossiele brandstof omgezet in CO2, H2O en anorganische resten (as). Echter, onder plaatselijke of tijdelijke beperkingen van zuurstof, de verbranding wordt onvolledig en pyrolyse plaatsvindt, het produceren van een vaste organische residu bekend als char 1. De verkoolde resten worden ook wel pyrogene organisch materiaal (PyOM) en hoofdzakelijk uit pyrogene koolstof (PyC) of, synoniem, zwarte koolstof (BC) 2-4. Verkolen processen zijn alomtegenwoordig en kunnen deel uitmaken van zowel natuurlijke als antropogene verbranding 5-6 zijn. Wildvuur is een belangrijk natuurlijk proces, inherent aan de meeste ecosystemen, die een aanzienlijke hoeveelheid PyC elk jaar 4,7-10 produceert. Ook de verbranding van fossiele brandstoffen voor de productie van energie in de industrie en het vervoer vormt een belangrijke bron van antropogene PyC 11-13. Beide bronnen bijdragen tot de alomtegenwoordigheid van PyC in het milieu aanwezig is in PyClucht, in de vorm van aërosolen 13-14, in water als deeltjes of opgeloste organische stof 15-17, alsmede in ijskernen 18-19, 20-21 bodems en sedimenten 22-24 in grootte variërend van m naar nm (bijvoorbeeld grote koffer verkoolde boom na een bosbrand of nano-schaal roetdeeltjes die een dieselmotor uitlaat ontsnappen). De alomtegenwoordigheid van PyC in het milieu is niet alleen te wijten aan grote productie-tarieven, maar ook op de lange persistentie en relatieve stabiliteit tegen afbraak 25-26. Hoewel de exacte omzet tijden nog niet zijn vastgesteld en kunnen afhankelijk zijn van specifieke milieuomstandigheden 27-28, lijkt het duidelijk dat PyC minder gemakkelijk in CO 2 wordt ontleed dan de meeste andere vormen van organische koolstof 29-30. Deze waarneming heeft belangrijke gevolgen voor de globale C cyclus: als verkoolde materialen PyC opslag gedurende een relatief lange tijd, ze sekwestreren C in organische vormen die anders zijn snel respired zoals CO 2, waardoor de atmosferische concentratie van broeikasgassen in de tijd 31-32 verminderen.

Naast het klimaat verzachtende aspect, chars verder nog het milieu relevante eigenschappen. Hun hoge poreusheid, groot oppervlak en negatieve oppervlakte lading kan immobiliseren gevaarlijke stoffen 33 en de verbetering van de bodemvruchtbaarheid 34-35. De erkenning van karakters als potentieel gunstige grondverbeteraar tot de opkomende gebied van zogenaamde biochar 36 technologie. Biochar zal waarschijnlijk worden geproduceerd op grote schaal in de komende jaren en dus aanzienlijk verhogen PyC overvloed in de bodem 37. Bovendien wordt het optreden van branden en het verbranden van fossiele brandstoffen ook geprojecteerd hoog in de loop van de 21 ste eeuw blijven continu dragen grote hoeveelheden PyC het milieu 11,38-39. Een andere steeds belangrijkere bron van PyC waarschijnlijk nanotechnologie die ook gebruikens PyC-achtige verbindingen 40-41. Het is derhalve van cruciaal belang te detecteren, karakteriseren en kwantificeren deze pyrogene stoffen nauwkeurig om hun eigenschappen te onderzoeken en begrijpen van hun rol in het milieu.

Hier presenteren we het gebruik van een state-of-the-art verbindingsspecifieke benadering PyC analyseren verschillende monsters: de nieuwste generatie van de werkwijze 42 benzeen polycarbonzuur (BPCA). Deze werkwijze is breed toepasbaar op PyC onderzoek omdat zij rechtstreeks gericht op de "ruggengraat" van PyC: het polycyclische gecondenseerde structuren die zich vormen tijdens de thermische behandeling 43-45 en die dus eigen aan de verschillende vormen van PyC 5,46. Echter, deze structuren niet direct belastbaar door chromatografische middelen, vanwege hun grootte en heterogeniteit. Om chromatografisch geanalyseerd zoals pyrogeen verbindingen wordt PyC eerst geknipt met salpeterzuur onder hoge temperatuur en druk, die breektgrote polycyclische structuren onderscheiden naar de bouwstenen, de individuele BPCAs (vgl. figuur 1). De BPCAs Dan, na enkele zuiveringsstappen, vatbaar voor analyse 20,42 chromatografische. PyC wordt dus geïsoleerd en geanalyseerd op een moleculair niveau en kan worden gebruikt om PyC overvloed in compartimenten 20,42 kwantificeren. De BPCA werkwijze kenmerkt bovendien de onderzochte PyC als relatieve opbrengsten aan B3, B4, B5 en B6CA worden vergeleken (zie figuur 1): de respectievelijke verhouding van verschillend gecarboxyleerde BPCAs is gekoppeld aan de omvang van de oorspronkelijke polycyclische structuren en daarom indicatief voor PyC de kwaliteit en pyrolyse temperatuur 44,47-48. Bovendien is de onderhavige methode maakt de bepaling van het C isotopensamenstelling (13 C en 14 C) van PyC omdat de individuele BPCAs, rechtstreeks uit pure PyC structuren kan isotopisch zijn anagelyseerd na isolatie (zie figuur 1, stap 5 en 6) 49. Compound-specifieke isotopenanalyse van PyC is van groot belang 50 als het kan worden gebruikt, bijvoorbeeld, om onderscheid te maken tussen de voorloper biomassa van klusjes in tropische gebieden 51-52, tot de leeftijd van verkoolde materialen 53-54 af te leiden of te PyC traceren in C fietsen studies met een isotoop label 26,55-56. Verdere informatie over PyC evenals de BPCA methode geschiedenis, ontwikkeling en toepassingen met name ligt in Wiedemeier, 2014 57, waar een deel van de bovengenoemde punten en een deel van de discussie zijn opgesteld.

Protocol

1. Algemene voorzorgsmaatregelen en preparaten

  1. Gebruik alleen schone, ontkalkt (10% HCl bad) en verbrand glaswerk (500 ° C gedurende 5 uur), grondig gereinigd gereedschappen en ultrazuiver, hogedrukvloeistofchromatografie (HPLC) kwaliteit water en oplosmiddelen voor de hele procedure.
  2. Vriesdrogen en homogeniseren monsters met een carbon-free ball mill 58 en hun totale organische koolstof (TOC) door elementaire analyse 59-60 te bepalen.
    Opmerking: Purity eisen voor chemicaliën en laboratoriumapparatuur zijn vooral hoog voor samengestelde-specifieke 14 C analyse van BPCAs. Inclusief lege assessments 49 en swipe test 61 tot potentiële bronnen van het monster besmetting te bewaken.

2. HNO 3 Spijsvertering

  1. Weeg gevriesdroogd en gehomogeniseerd monsters (vgl. 1.2.) In kwarts spijsvertering buizen en te dekken tegen stof met aluminiumfolie.
    1. Voor PyC quantificatiop en karakterisering doeleinden gebruiken monsters met> 1 mg TOC 42. Dus in het geval van grond en sedimenten, gebruik ca. 200-400 mg en in het geval van organisch rijke monsters, zoals zuivere houtskool, gebruik ca. 10 - 20 mg per destructiebuis.
    2. Voor latere verbinding specifieke isotopenanalyse van PyC (13 C en 14 C), zorg ervoor dat het monster bevat voldoende BPCA-C om de detectielimieten van de specifieke isotoop-ratio massaspectrometer die gebruikt zal worden na stap 6. Indien er te ontmoeten geen a priori informatie over een monster PyC beschikbare hoeveelheid (bijvoorbeeld van eerdere metingen), voor het eerst zijn PyC inhoud te kwantificeren (stap 1-5) en voor te bereiden meer monster later als de BPCA-C rendementen zijn te laag voor isotoopanalyse.
      Let op: Inclusief blank en referentiemonsters met bekende PyC en 13 C en 14 C-gehalte (bijvoorbeeld van de "black carbon referentiematerialen", cf. resultaten sectie). Dit zal toelaten om de reproduceerbaarheid van de PyC kwantificering te controleren en in staat leeg correctie berekeningen van de compound-specifieke isotoopmetingen na analyse.
  2. Voeg 2 ml van 65% HNO 3 in de spijsvertering buizen, gebruik maken van een vortex mixer om een grondige bevochtiging van het monster te helpen en vervolgens de spijsvertering buizen in de drukkamer. Sluit de drukkamers volgens de handleiding 62 en deze in een voorverwarmde oven bij 170 ° C gedurende 8 uur.
    LET OP: Na de spijsvertering, laat de camera afkoelen in de oven en slechts ze te openen onder de zuurkast nadat ze kamertemperatuur bereikt omdat schadelijke gassen kunnen ontsnappen.
  3. Filter de monsters met water in maatkolven waarbij het beschikbare glasvezelfilters (<0,7 micrometer), bijvoorbeeld in glazen spuiten en het volume op 25 ml. De verdunning is nodig om verdere vertering stoppen.
    Opmerking: De 25 ml oplossingen die de BPCAs kan worden opgeslagende koelkast tot 2 maanden vóór verdere verwerking. Digestie kan in principe ook worden uitgevoerd met andere instrumenten, bijvoorbeeld met een druk microgolfsysteem 16. In dat geval moeten de tests worden uitgevoerd met referentiematerialen om BPCA terugvorderingen en methode reproduceerbaarheid (zie representatieve resultaten sectie) te controleren.

3. Verwijdering van kationen

  1. Voor elk monster te bereiden twee glazen kolommen (400 mm hoog, 15 mm diameter) met 11 g van kationenwisselaarhars per kolom. Conditioneren hars in de kolommen achtereenvolgens te spoelen met 2 kolomvolumes water, 1 kolom volume van 2 M NaOH, 2 kolomvolumes water voor het neutraliseren pH, 1 kolomvolume van 2 M HCl en tenslotte 2 kolomvolumes water .
  2. Controleer de geleidbaarheid van het water, die wordt gespoeld door de hars na conditionering. De hars wordt beschouwd als de juiste wijze geconditioneerd wanneer de geleidbaarheid lager is dan 2 microsiemens per cm
  3. Leg de helft van het monster (dat wil zeggen 12,5 ml, zie stap 2,3) op elke kolom, achtereenvolgens spoel 5 keer met 10 ml water en daarna drogen bevriezen van de waterige oplossing. Het monster is stabiel na vriesdrogen en kan tot een week bewaard worden voordat verdere verwerking indien droog bewaard in een donkere en koele plaats.
    Opmerking: vloeibare stikstof om de monsters bevriezen ( "snap bevriezen") omdat men daarmee het ijskoud HNO3, wat kan resulteren in een plas sterke niet-invriezen zuuroplossing. Zorg ervoor dat de vriesdroger is zuurbestendig om een goede mate en test voor mogelijke besmetting door vacuümpomp dampen als verbinding-specifieke 14 C analyse van BPCAs is bestemd.

4. Verwijdering van Apolar Compounds

  1. Breng de C18 vaste fase extractie cartridges volgens de instructies van de fabrikant handboek, dat wil zeggen, ze achtereenvolgens spoelen met 2,5 ml methanol, 2,5 ml water pernd uiteindelijk met 2,5 ml methanol / water (1: 1 v / v).
  2. Los het gevriesdroogde residu op in 3 ml methanol / water (1: 1 v / v). Elueer elke helft (1,5 ml) over een afzonderlijke C18 vastefase-extractie cartridge in 2,5 ml reageerbuisjes. Spoel de patronen met een 1 ml methanol / water (1: 1 v / v).
  3. Droog de ​​reageerbuizen met de monsteroplossing, bijvoorbeeld met behulp van een vacuümconcentrator, verwarmd tot 45 ° C en een vacuüm van ongeveer 50 mbar. Andere middelen verdamping kan ook worden gebruikt, bijvoorbeeld een blow-down uitgevoerd met N2-gas zoals in stap 6.
  4. Los het residu in de reageerbuis met 1 ml water. Ondersteuning ontbinding met vortex mixer en transfer naar 1,5 ml autosampler flesjes.
    Opmerking: Monsters kunnen in de ijskast maximaal 3 maanden worden opgeslagen in dit stadium 42.

5. Chromatography

  1. Solvent A door het mengen van 20 ml 85% orthofosforzuur met 980 ml water en filtreer de sPLOSSING door middel van een wegwerp glasvezel filter met behulp van vacuüm. Do solvent A niet bloot aan zonlicht en gebruik het binnen 24 uur om algengroei te voorkomen. Gebruik pure HPLC-kwaliteit acetonitril als oplosmiddel B.
  2. Bereid standaardoplossingen van commercieel beschikbare BPCAs (hemimellietzuur, trimellietzuur, pyromellietzuur, pentacarboxylic en mellietzuur) naar een externe standaard concentratie series te produceren (bijvoorbeeld 6 flesjes met 5, 20, 60, 100, 150 en 250 ug van elk BPCA vermengd in 1 ml water, respectievelijk).
  3. Het gedrag van de chromatografie met behulp van de instellingen in de tabellen 1 en 2 en kwantificeren van de BPCA inhoud door vergelijking van de respectieve BPCA piekoppervlakken om de metingen van de externe standaard serie 63.
  4. Versneld bevindingen van PyC hoeveelheid BPCA-C / drooggewicht van het monster [g / kg] of BPCA-C / TOC [%]. Bovendien kan de kwaliteitskenmerken van de PyC in de monsters worden omschreven met verhoudingen indiual BPCAs, bijvoorbeeld, het percentage B6CA (B6CA / BPCA [%]) geeft de mate van aromatische condensatie van de PyC 44.

6. Natte oxidatie van gezuiverde BPCAs voor volgende 13 C en 14 C Analyse

  1. Volgende stap 5.3., Het verzamelen van de individuele BPCAs in voldoende hoeveelheid (bijvoorbeeld> 30 ug BPCA-C voor de huidige accelerator massaspectrometers 49,64) met behulp van een fractie collector aangesloten op de HPLC-49 en verwijder de oplosmiddelen door te blazen onderaan de fracties met een zachte stroom N2 en hen te verwarmen tot 70 ° C. Slechts kleine hoeveelheden vloeistof fosforzuur, waaronder BPCAs, zal in de injectieflacon blijven.
  2. Bereid het oxidatiemiddel door het oplossen van 2 g Na 2 S 2 O 8 in 50 ml water, vers bereid binnen 24 uur gebruik.
    Opmerking: Herkristalliseer de natriumpersulfaat tweemaal om de zuiverheid te verbeteren door het volledig oplossen van enkele grammenin heet water en vervolgens het verzamelen van de vaste nadat het water is afgekoeld 65-66.
  3. Los het omver geblazen residu (stap 6.1) met 4 ml water en breng het monster tot 12 ml gasdichte borosilicaat flacon. Voeg 1 ml van oxiderend reagens en sluit af met standaard dop met een butyl rubber septum.
  4. Spoel de gasdichte flacon met inbegrip van de waterige oplossing met He gedurende 8 minuten om de CO 2 uit het flesje en de oplossing 66 te verwijderen.
  5. Oxideren monsters in de gasdichte buisjes te verhitten bij 100 ° C gedurende 60 minuten.
  6. Direct analyseren van de CO 2 uit de oxidatie op isotoop-verhouding massaspectrometers voor 13 C-gehalte 65-66 en op versnelde massaspectrometers voor 14 C-gehalte 67-68.
    Opmerking: Geoxideerde monsters kunnen worden bewaard gedurende ten minste één week 66 voor 13 C en / of 14 C-analyse.

Representative Results

Wij adviseren om de methode set-up door het meten van een suite van goed beschreven PyC materialen ( "black carbon referentiematerialen"), die op grote schaal zijn voor diverse methode ontwikkelingen en vergelijkingen hebben gebruikt in de literatuur 44,48,69-77 testen. Informatie over de referentiematerialen is verkrijgbaar bij de Universiteit van Zürich (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials).

De beschreven procedure kan basislijnscheiding van BPCA doelverbindingen met HPLC. De chromatogrammen van 'chernozem' de referentiematerialen (zilt bodem met een significant gehalte PyC) en gras char (uit Oryza sativa) worden getoond in Figuur 2. Door de chromatografie parameters in de tabellen 1 en 2 (bijvoorbeeld chromatografie temperatuur,pH oplosmiddel A of stroomsnelheid, etc.), kan de scheiding verder worden gemodificeerd voor de specifieke behoeften 42,63.

Kwantitatieve analyse van chromatogrammen referentiematerialen met externe standaarden (stap 5,3.) Moeten PyC waarden weergegeven in figuur 3 werd verkregen. Let lichte veranderingen in procedure (bijvoorbeeld het weglaten van stap 3 of 4 in specifieke gevallen), kan leiden tot hogere PyC waarden. In het algemeen moet terugwinning worden gecontroleerd pure BPCA normen: spiked referentiematerialen kunnen helpen om buitensporige verliezen in stappen 3 en 4 te detecteren en leveren informatie over de prestatie chromatografie in stap 5 42,63.

Tabel 3 toont de 13 C en 14 C-waarden die worden verkregen wanneer gezuiverd BPCAs referentiematerialen worden geanalyseerd op hun gehalte koolstofisotoop na stap 6.betrouwbare resultaten, is het noodzakelijk om voldoende hoeveelheden BPCA-C (bijvoorbeeld> 30 ug BPCA-C voor de huidige accelerator massaspectrometers, zie Figuur 4) te verzamelen en om alle mogelijke maatregelen om besmetting van het monster door externe C 49 een minimum te beperken .

Naast het controleren van de werkwijze opstelling met referentiematerialen zoals hierboven beschreven, is het zeer wenselijk te bereiden en te meten monsters in duplo, zowel PyC kwantificering (stap 5) en daaropvolgende verbindingsspecifieke 13 C en 14 C analyses van BPCAs (stap 6 ).

Figuur 1
Figuur 1:. De BPCA Analyse Procedure In het protocol stap 2, de PyC polycyclische aromatische gecondenseerde structuren worden verteerd, de productie van de verschillende BPCAs, die th zijnen verder schoongemaakt (stap 3 en 4) en chromatografisch geanalyseerd en gescheiden (stap 5). Na de natte oxidatie (stap 6), de gezuiverde BPCAs vatbaar zijn voor verbinding-specifieke isotoopanalyse (13 C en 14 C) op de isotoop-verhouding massaspectrometers. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2
Figuur 2:. Chromatogram voor scheiding BPCA worden de zwarte koolstof referentiematerialen "chernozem" (a) en "grass char" (b). Baseline scheiding wordt bereikt voor alle BPCA doelverbindingen (B6CA; B5CA, 1,2,4,5- 1,2,3,5-, 1,2,3,4-B4CA;. 1.2.4, 1,2,3-B3CA) 42. In formatie op de zwarte koolstof referentiematerialen is verkrijgbaar bij de Universiteit van Zürich (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). Dit cijfer werd aangepast van Wiedemeier et al. 2013 42 en is herdrukt met toestemming van Elsevier. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 3
Figuur 3:. Replicatie PyC metingen van verschillende Black Carbon referentiematerialen Foutenstaven voor laboratorium duplo zijn kleiner dan symboolgrootte en de variatiecoëfficiënt gemiddeld 5% (min: 1% max: 10%). Dit cijfer werd aangepast van Wiedemeier et al. 2013 42 en is herdrukt met toestemming van Elsevier."Https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig3large.jpg" target = "_ blank"> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4
Figuur 4: radioactieve koolstof (14 C) Waarden voor B5CA en B6CA Geïsoleerd van een moderne en een Fossil Char De opgegeven fout is samengesteld uit correcties voor instrumentale accelerator massaspectrometer achtergrond en van de blanco voor natte oxidatie.. De vaste grijze lijn een geïdealiseerde lijn voor het mengsel van de werkelijke F 14 C van de respectieve monster en de bepaalde gemiddelde uitwendige besmetting. Dit cijfer werd aangepast van Gierga et al. 2014 49 en is herdrukt met toestemming van Elsevier. Klik hier om een grotere versie van th bekijkenis figuur.

mobiele fase A 20 ml ortho-fosforzuur (85%) in 980 ml ultrazuiver water
mobiele fase B acetonitril
kolom C18 omgekeerde fase (zie materiaal lijst voor details)
kolomtemperatuur 15 ° C
doorvoersnelheid 0,4 ml min -1
identificatie retentietijd, UV-absorptie bij 216 nm
kwantificatie externe standaarden van BPCAs
druk ca. 120 bar

Tabel 1: Chromatography Instellingen.

tijd mobiele fase B
[Min] [Vol%]
0 0.5
5 0.5
25.9 30
26 95
28 95
28.1 0.5
30 0.5

Tabel 2: Het mengen van de gradiënt van mobiele fasen.

a
bulk char BPCA
δ 13 C [‰ vs. VPDB]
kastanje char -27,4 een -27,7 ± 0.8
maïs char -12,9 ± 0,4 -13,0 ± 0,4
F 14 C [%]
modern char 1.142 b ± 0.004 b 1.13 ± 0.013
fossiele char 0,003 b ± 0.001 b 0,014 ± 0.001

Tabel 3:. Koolstofisotoop Waarden (δ 13 C en F 14 C) of Reference Char Materialen en Stofspecifieke isotopenanalyse van de Overeenkomstige BPCAs De BPCA waarden vertegenwoordigen B6CA en B5CA die gelijktijdig in stap 5 Howev werden verzameldeh, isotopische analyse van individuele BPCAs kunnen op analoge wijze worden bereikt wanneer BPCAs gescheiden worden ingezameld. Bulk char gegevens van Yarnes et al. (2011) 73 voor de kastanje char (a), en Gierga et al. (2014) 49 voor de fossiele en moderne char (b). Fouten voor de δ 13 C-metingen zijn standaard fouten van triplo terwijl fouten voor de F-14 C-metingen (bulk char: ETH-50456, ETH-50458; BPCA: ETH-62324, ETH-62335) zijn afgeleid van foutenvoortplanting 64.

Discussion

De BPCA werkwijze heeft een aantal belangrijke voordelen ten opzichte van andere beschikbare methoden PyC 78-79: i) detecteert PyC over een breed gebied van de verbranding continuüm, het is dus gevoelig voor licht verkoolde biomassa en hoge temperatuur tekens en roet 42 , 70, ii) het kan gelijktijdig karakteriseren 16,44,80-81, kwantificeren 20,42 en isotoop analyseren PyC 49-50,66,73,82-83, iii) is van toepassing op een zeer breed scala van milieu-monster materialen 42,70, en iv) de methodologie is intensief beoordeeld en in een samenhangend kader van de beoordeling van andere PyC methoden 44,47,70,84-85 kunnen worden gelegd. Om al deze redenen is de BPCA benadering is misschien wel de meest veelzijdige PyC beschikbare methode tot op heden, waarvan de onderliggende aannames worden ook beperkt en zijn er continu getoetst aan andere methoden.

Het bovenstaande protocol consolideert de Strengths eerdere BPCA methoden in een enkele procedure is zeer reproduceerbare, eenvoudig te gebruiken en kan gemakkelijk worden uitgebreid en aangepast aan specifieke eisen. Wanneer bijvoorbeeld chromatografie wordt uitgevoerd met een pH-gradiënt in plaats van een organisch oplosmiddel, online isotoop-verhouding toezicht BPCAs mogelijk 42 hoeven daardoor de natte oxidatiestap. Ook de verwijdering van kationen en / of apolaire verbindingen (stappen 3 en 4) kan worden overgeslagen wanneer bekend is dat bepaalde monsters geen dergelijke verbindingen bevatten (bijvoorbeeld in sommige gevallen van laboratorium geproduceerd tekens).

Zoals elke PyC methode, het BPCA procedure heeft een aantal beperkingen, ook. In dit verband zij erop gewezen dat de BPCA benadering inherent onderschatting totale PyC hoeveelheid in de monsters: de werkwijze vernietigt grote delen van de PyC polycyclische structuren om hun BPCA bouwstenen halen, dus niet kwantitatief herstellen alle PyC in de vorm van BPCAs20,86. Conversie factoren was in het verleden voorgesteld om BPCA opbrengsten in totaal PyC inhoud te vertalen. Het vinden van een juiste omzettingsfactor praktisch onmogelijk is vanwege de heterogene mate van aromatische condensatie meeste tekens 41,48,80,86. Vaak zijn PyC hoeveelheden monsters vergeleken ten opzichte van elkaar 42,81,87-88. We dan stel geen omrekeningsfactoren niet te gebruiken en om gewoon te rapporteren BPCA data "zoals gemeten" 48. In bijzondere gevallen, wanneer BPCA opbrengsten worden genomen om absolute PyC hoeveelheden schatten 24,89-90, de oorspronkelijk gepubliceerd omrekeningsfactor 20 van 2,27 lijkt aangewezen als het zet de BPCA levert in conservatieve schattingen van PyC inhoud 86.

Een ander probleem met PyC methodes is dat ze potentieel gevoelig zijn voor storende, niet-PyC materialen en / of die PyC ontstaat bij de analyse zelf, wat leidt tot een overschatting vande werkelijke PyC gehalte in monsters 70. De BPCA aanpak is zeer robuust tegen deze storende materialen 70, produceert geen PyC zelf 16,70,86 en conservatief is in de natuur (cf. bovenstaande paragraaf). Zelfs grafiet, een chemisch vergelijkbaar materiaal PyC maar petrogenic oorsprong, niet hindert BPCA metingen (Schneider, MPW ongepubliceerde resultaten. Zürich, (2013)). Tot dusver zijn de enige bekende niet-PyC interferenties voor BPCA methode aantal gecondenseerde, aromatische pigmenten schimmels 91, die kwantitatief verwaarloosbaar de meeste studies 86 moet zijn. De methode BPCA met zijn gelijktijdige kwalitatieve, kwantitatieve en 13 C en 14 C isotoop informatie is dus een uitstekend hulpmiddel voor het onderzoek van PyC in verschillende disciplines.

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

Chemie zwarte koolstof brand afgeleid organisch materiaal moleculaire marker compound-specifieke isotopenanalyse, biochar mondiale koolstofcyclus char pyrogene koolstof houtskool
Karakterisering, kwantificeren en Compound-specifieke isotopenanalyse van Pyrogene Carbon Met behulp van Benzeen polycarbonzuren (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