Waiting
Login processing...

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

Environment

נקי דיגום ואנליזה של נהר ושפכי הנהרות ווטרס ללימודי מתכת עקבות

Published: July 1, 2016 doi: 10.3791/54073
Automatic Translation
*1, *2,3, 4
1Department of Oceanography, National Sun Yat-sen University, 2Institute of Oceanography, National Taiwan University, 3Taiwan Ocean Research Institute, National Research Laboratories, 4Department of Oceanography and Marine Sciences, Texas A&M University at Galveston
* These authors contributed equally

Introduction

זה הוכר כי בדרך כלל כמה תוצאות מתכת עקבות שהתקבלו עבור מים טבעיים עשויות להיות לא מדויקות בשל ממצאים הנובעים טכניקות לקויות מיושמות במהלך איסוף דגימה, טיפולי 1,2 ונחישות. הריכוזים הנכונים (בתת-ננומטר טווח ננומטר במי משטח 3) של עקבות מתכות מומסות הם עכשיו עד שני סדרי גודל נמוך מזה של מדדי מחירים שפורסמו בעבר. המצב הדומה נמצא בכימיה הימית שבם ריכוזי מתכות קורט המומסים קבלו במים אושיאניק ירדו ב סדר הגודל מעל 40 השנים האחרונות בערך כמו דגימת שיפור שיטות אנליטיות הוכנסו. נעשו מאמצים כדי לשפר את איכות נתונים עם ההתפתחויות של "טכניקות נקיות" שמטרתו הצמצום או החיסול של זיהום עקבות מתכת לאורך כל שלבי ניתוח מתכת עקבות 4-8. לקביעת ריכוזי מתכות קורט ב הסביבה רמות, preconcentration נדרש לעיתים קרובות. יון-חילופי טכניקות 8-12 יושמו כלל עבור preconcentration יעיל.

זיהום יכול לנבוע קירות מכולות, ניקוי של המכולות, סמפלר, טיפול מדגם ואחסון, מדגם שימור וניתוח 7,13. כל המחקרים בשיטות נקיות שנערכו ולאחרונה עולים כי ריכוזי עקבות מתכת מים הטבעיים הם בדרך כלל הרבה מתחת לתחום הגילוי של שיטות שיגרתיות 7. מאז הכרת נתוני מתכת עקבות חשודות בתחילת 1990, שיטות נקיות שולבו ארה"ב EPA (סוכנות להגנת סביבה) הנחיות לקביעת מתכת עקבות 14 ו הגיאולוגי האמריקנית אמצה שיטות נקיות לניטור איכות מים שלהם פרויקטי 15. שיטות נקיות ללימודי מתכת זכר צריכות להיות מועסקות בכל הפרויקטים על מנת ליצור בסיס נתונים המשרד ומדויק.

Class = "jove_content"> באופן עקרוני, דגימות מים המשמשות לקביעת מתכת עקבות יש לאסוף עם הילוכי דגימה מתאימים של חומר והרכב בפרט, מאוחסן ומטופלים כראוי באמצעות מכולות ומכשירים מתאימים, לפני שתמשיך ניתוח אינסטרומנטלי. מאז חומר חלקיקי מושעה (SPM) יכול לעבור שינויים במהלך תקופת האחסון מדגם ולשנות בהרכב המים כאמור, הפרדה מהירה של SPM ממדגמים מים היא מנהג נפוץ ללימודי מתכת עקבות בסביבות מימיים. לקביעת ריכוזי מתכות קורט מומסים במים טבעיים, הסינון הכרחי ב-קו טכניקות סינון מתאימות ויעילות.

הפצה והתנהגות של עקבות מתכות בסביבות מימיות כגון מים עיליים ומי תהום יכולות להיות מושפעות טבעי (למשל, בליה) ו אנתרופוגניים (למשל, שפכי שפכים) גורמים, כמו גם תנאים סביבתיים אחרים, כגון מחדשגיאולוגית gional, מורפולוגיה, שימושי קרקע וצמחייה, והאקלים 16-19. אז זה יכול לגרום להבדלים בפרמטרים physicochemical כגון ריכוזי חומר חלקיקי מרחף (SPM), פחמן אורגני מומס (DOC), הליגנדים אנתרופוגניים (למשל, חומצה ethylenediaminetetraacetic, EDTA), מלח, פוטנציאל חיזור pH 17-20. לכן, מחקרי מתכת עקבות מדויקים ורלוונטיים דורשים איסוף מתאים של דגימות לבדיקת מתכת עקבות וכן על קביעת מקדמים ופרמטרים נלווים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכנת דגם

  1. דַגָם
    1. מכלול של סמפלר
      1. חבר פרופילן אתילן 4 מ fluorinated ארוך (FEP) צינורות (ID 0.635 ס"מ, OD 0.95 ס"מ או דומה) לצינור השאיבה סיליקון 1.5 מ 'עמיד כימי (ס"מ 0.635 OD).
      2. הכנס Y-מחבר פוליפרופילן לתוך צינור השאיבה, ולחבר צינור שאיבה 50 סנטימטרים עד לשקע אחד, ומסנן כמוסה 0.45 מיקרומטר (על ידי צינור שאיבה של 20 סנטימטרים) ועד קצו.
      3. הרכב את tubings בתוך חדר נקי (ספסל) אחרי שהם מנקים (ראה להלן), ולאחסן את המכלול בשתי שכבות של שקיות פוליאתילן.
    2. ניקוי סמפלר
      1. מילוי (על ידי הצמדת צינור שאיבה 1.5-מ 'על משאבה peristaltic) סט צינורות עם פתרון אבקת מעבדה יש ​​להשרות למשך 24 שעות. שטוף את הצינורות משובצים מי דה מיונן, ואז למלא אותו עם 10% (v / v) HCl (כיתה מגיבה) ומשרים למשך 48 שעות.
      2. ביסודיות לשטוף בצינור משובץ דה מיונן wאטר מספר פעמים, ולאחסן את המכלול בשקיות פלסטיק. נקו את Y-מחברים וצינורות שאיבה קצר על ידי השריית אותם HNO 3 50% (v / v) פתרון (מגיב כיתה) למשך 24 שעות.
    3. מסנני קפסולת
      1. נקו את המסננים הקפסולה על ידי שטיפה אותם קודם עם מים מיוננים דה, אז 10% (v / v) פתרון HCl עבור צעד השריה של 48 שעות.
      2. לאחר ההשריה חומצה, לשטוף את המסננים במים דה מיונן ולהוסיף 1 מ"ל של 21% (משקל) NH ​​4 OH (תת-מבושל) פתרון לתוך כל מסנן לנטרל את החומצה.
      3. חותם מסנן הפרט עם לולאה של 30 ס"מ צינור ניקה- שאיבה חיבור הכניסה והיציאה, ולאחסן בשקיות עם רוכסן פוליאתילן.
  2. מכולות לדוגמא
    1. השתמש פוליאתילן (PE, 1,000 מ"ל) ו FEP (500 מ"ל ו 1,000 מ"ל) בקבוקים למכולות לקביעת מתכת עקבות.
      1. נקה את הבקבוקים ידי טבילתם הראשונה דטרגנט (1%), ולאחר מכן ב 50% (V / V) HNO 3(מגיב כיתה) ו -10% (v / v) HCl (מגיב כיתה) פתרונות עבור 24, 48 ו -24 שעות, בהתאמה, ולשטוף את הבקבוקים עם מים מיוננים דה בין שני שלבי השרייה.
      2. לאחר ההשריה HCl הסופי, לשטוף את הבקבוקים היטב במים דה מיונן (DIW) ומייבשים את בקבוקי (עם כובע חתום) בחדר נקי או בכיתה-100 ספסל נקי.
      3. בקבוקי ניקה חותם בשקיות עם רוכסן פוליאתילן פעמיים שקית אותם בשקיות פוליאתילן לתחבורה.
    2. בקבוקי זכוכית נקיים עבור פחמן אורגני מומס (DOC) קביעה
      1. משרים בקבוקי זכוכית בורוסיליקט ענבר (40 מ"ל), לניתוח של פחמן אורגני מומס (DOC), ב 10% HCl למשך 48 שעות. לשטוף בקבוקי זכוכית לנקות עם מי דה-מייננת, להתלקחות אותם ב 480 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות לפני השימוש. חותם את בקבוקי בנפרד בשקיות פוליאתילן רוכסן לתחבורה.

2. דגימה

  1. איסוף דגימת מים
    1. UPOn הגעה למתחם הדגימה, סימן מדגם זיהוי מספר על השקית החיצונית, ולשמור את הבקבוקים בשקיות המקוריות שלהם.
    2. בבנק הנהר או על סירה, יש אדם אחד לפתוח את השקית עם סמפלר לצרף את צינורות FEP 4-מ מוט פוליפרופילן 3-מ '(ניקו). להאריך את המוט עד מהבנק ככל האפשר ולשמור על מפרצון של צינורות FEP כ 30 ס"מ מתחת לפני השטח של מים זורמים בנהר לפני המשאבה מופעלת.
    3. יש אדם אחר לצרף את צינור השאיבה אל ראש המשאבה של משאבת peristaltic (משאבת דגימה עם סוללות פנימיות). הפעל את משאבת ניקוז המים (צד במורד הזרם) לפחות 3 פעמים מנפח סמפלר הכולל. לבש כפפות אבקה ללא ולפתוח את התיק של בקבוקים, פקקים להתחיל למלא את הבקבוקים המדגמים.
      1. לחלופין, אם אדם אחר זמין, יש בגוף השלישי להיות אחראי על פתיחת התיקים הפנימיים וכובעים מדגמים, וחזקה של צינור הדגימה המנקז את המדגם לתוך bottle.
    4. אסוף מדגם לא מסונן בבקבוק פלסטיק 125 מ"ל למדידות של מוליכות, טמפרטורה ו- pH בתחום.
    5. לאסוף דגימות ללא סינון (500 מ"ל או 1,000 מ"ל לאיסוף מדגם חלקיקים) הראשון (דרך שקע ללא מסנן) ולאחר מכן לסגור את שקע עם מהדק פלסטיק לכפות מים לעבור את הסינון הקפסולה לאיסוף דגימת מים מסוננים (1 -L לקביעת מתכת עקבות מומסות).
    6. לאסוף דגימות מסוננים (דרך שקע עם מסנן) בבקבוקי זכוכית ענבר 40 מ"ל למדידות DOC ו EDTA.
    7. לאסוף דגימות מים בקצב זרימה של 500 מ"ל / דקה המשוער 1,000 מ"ל / דקה. חלף מסנני הקפסולה כאשר הלחץ מתחיל להצטבר (בהתאם למפרט 'המסננים). עבור כל סוג המדגם, לאסוף דגימות נוספות, כמו גם כדורי סרק שדה, במקומות נבחרים לשמש aliquots בקרת איכות.
    8. מניחים את בקבוקי זכוכית 40 מ"ל על קרח יבש אחסנתיn ארגז קרח, ובקבוקי פוליאתילן בארונות קרח.
  2. אוסף של חומר חלקיקי מרחף (SPM)
    1. אסוף SPM על 0.4 מיקרומטר פוליקרבונט (PC) מסנני ממברנות (חומצה שטף טרום שקל) על ידי סינון ואקום, תוך שימוש במשפך סינון פלסטיק כלי.
    2. להקפיא מסנני קרום יבשים במעבדה להניב ריכוזי SPM ולספק דוגמאות חלקיקים לקביעת מתכת עקבות חלקיקים.

3. Pretreatment לדוגמא (מומס עקבות מתכות)

  1. לקביעת מתכת עקבות מומסת, תוספת מבושלת תת מרוכז 2 מיליליטר HNO ​​3 (לכל 1-L מדגם) לתוך בקבוקים מדגמים. העברת מומס עקבות דגימות מתכת (acidified) לתוך בקבוקי FEP. לחלופין, דגימות ניתן לאסוף ישירות לתוך בקבוקי FEP. UV-מקרינים את דגימות בקבוקי FEP למשך 24 שעות (8 מנורות UV 15 וואט).

4. Preconcentration וטיפולים עבור ניתוח עקבות מתכת

  1. לשקול 2 גרם של שרף קטיוני לתוך כוס פלסטיק (קיבולת 10-30 מ"ל) קטן ולהוסיף כמות קטנה של 2 פתרון N HNO 3 לתוך הכוס. יוצקים את שרף לתוך עמוד כרומטוגרפיה קיבולת של 10 מ"ל. נקו את שרף על ידי שטיפה את העמודה עם 5 מ"ל 2 N HNO 3 (תת-מבושל) פעמיים, ולשטוף עם מים טוהר גבוהה (HPW) 3 פעמים.
  2. הוסף 10 מ"ל של 1 M NH 4 OH (תת-מבושל) לתוך הטור להמיר את שרף NH 4 + -form.
  • פתרון חיץ (אמוניום אצטט 1 M)
    1. להוסיף 57 מ"ל של חומצה אצטית קרחונית (תת-מבושל) ב כ 800 מ"ל של HPW. הוסף ~ 60 מ"ל של אמוניום הידרוקסיד (21%, תת-מבושל) ומערבבים עם חומצה אצטית. התאם את ה- pH הסופי 5.5 ואת נפח סופי 1,000 מ"ל.
  • הליך Preconcentration (מומס עקבות מתכות)
    1. התאם את ה- pH של דגימות acidified, מוקרן-UV ל -5.5 ± 0.3 על ידי הוספת 30 מ"ל של 1 M אמוניום acetאכלו פתרון חיץ וכמה (~ 2.8 מ"ל) NH ​​4 OH (תת-מבושל) לתוך הדגימות.
    2. מניחים את הבקבוק מדגם ~ 30 ס"מ מעל הטור ארוז עם שרף חילוף קטיוני (סעיף 4.1) ולחבר את הבקבוק מדגם ועמודה preconcentration ידי צינור FEP ~ 60 ס"מ וכובע כרומטוגרפיה ומחבר (Luer נקבה).
    3. לשלוט על קצב הזרימה ב 3-5 מ"ל / min באמצעות ברזלים 2-way, מחובר שמעל לעמודה. אפשר הדגימות לעבור דרך עמודות preconcentration. לאחר הדגימות עברו את הטור, לנתק את הצינורות וכובעים מהטורים.
    4. פנקו את עמודות עם 2 x HPW 5 מ"ל ו -4 בגודל 5 מ"ל של 1 M אמוניום אצטט (pH 5.5), ו -2 בגודל 5 מ"ל של HPW להפריד קטיונים הגדולות ממתכות אחרות עקבות.
    5. מניחים בקבוק PE 30 מ"ל שטוף חומצה רק מתחת לעמודת ולשטוף את העמודה עם 7 x 1 מ"ל 2 N HNO 3 (תת-מבושל) לתוך בקבוק PE.
    6. לקבוע את עוצמת הקול של 2 N HNO 3 השפכים (~ 8.0 מ"ל) על ידי השגת משקלnd הסגולי של הקולחים 3 2 N HNO.
  • עיכול של חומר חלקיקי מרחף
    1. להקפיא מסנני PC יבשים עם דגימות SPM ולשקול אותם לאחר הייבוש. מקום דגימות SPM, עם מסננים, לאלקלים perfluoroalkoxy טרום שקל (PFA) כלי (קיבולת 60 מ"ל), ולהוסיף 3 מ"ל של מרוכז HNO 3 לתוך כלי.
    2. הדק את הכלי על מומנט קבוע של 2.5 קילו-מ ', ו מאוכל בתנור רגיל ב 130 מעלות צלזיוס למשך 12 שעות. לאחר הקירור, פתח את הכלי ולהוסיף 2 מיליליטר של HF לתוך הכלי.
    3. הדק את הכלי על מומנט קבוע של 2.5 קילו-מ ', ו מאוכל בתנור רגיל ב 130 מעלות צלזיוס למשך 12 שעות. לאחר הקירור, פתח את הכלי ולהוסיף 16 מיליליטר של תמיסת חומצה בורה 4.5% לתוך הכלי.
    4. הדק את הכלי על מומנט קבוע של 2.5 קילו-מ ', ולעכל בתנור רגיל ב 130 מעלות צלזיוס למשך 12 שעות. לשקול כל כלי ולקבוע סגולי של כל פתרון לעכללהניב נפח לעכל סופי.
    5. לחשב גורם לדילול לכל לעכל מן הנפח והמשקל הסופי של SPM על מסנן (סופי לעכל נפח מחולק לפי משקל מדגם על מסנן).

    • ניתוח מדגם 5.

    1. עקבות מתכות
      1. לקבוע עקבות מתכות (Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, ו Zn) ריכוזים במדגם מומס מראש מרוכז פתרון מן חלקיקים באמצעות ספקטרומטריית אטומית הקליטה להבה, ספקטרומטריית אטומית הקליטה תנור גרפיט, ו / או מצמידים אינדוקטיבי פלזמה ספקטרומטר מסה.
      2. לקבוע ריכוזי יונים גדולים וכמה עקבות מתכות, ב-דגימות תת נמשכות לפני preconcentration ומעכל של חומר חלקיקי מרחף, על ידי ספקטרומטריית פליטה פלזמה-אטומית מצמידה אינדוקטיבי.
    2. פרמטרים עזר
      1. לקבוע מדגם טמפרטורה, pH, מליחות ומוליכות בתחום, באמצעות מכשירים ניידים.
      2. לקבוע מומס אופחמן ganic (DOC) ריכוזי על ידי Analyzer פחמן אורגני כללי, המבוסס על חמצון רטוב עם זיהוי פחמן דו חמצני על ידי ספקטרומטריית אינפרא אדום 21. קביעת ריכוז EDTA הכולל על ידי כרומטוגרפיה נוזלית ביצועים גבוהים (עם גלאי SPD-M10AV Diodearray) בעקבות לנהלים שנקבעו 22,23.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    עם הפיתוח והשימוש של "טכניקות נקיות", הוא עכשיו גם הכיר בכך על מנת לקבל ריכוזי מתכות קורט מדויקים במי סביבה, preconcentration של עקבות מתכות בדגימות מים הוא מנהג נפוץ. בעוד שרוב מדדי איכות מים עבור עקבות מתכות מים הטבעיים הם בטווח מיקרוגרם / ליטר הנמוך, מגבלות זיהוי נמוכות נדרשות לחקור תופעות גיאוכימיים וביולוגיות על עקבות מתכות בריכוזי סביבת בסביבות מימיות.

    עם גבולות גילוי השתפרו בעקבות השימוש "טכניקות נקיות", זה הוכח בבירור מתוך סט נתונים של 141 דגימות מי נהר שנאספו באופן אקראי נהרות טקסס, כי preconcentration נדרשת (איור 1). ההיסטוגרמה של נתוני מתכת עקבות לדיסקים, Cu, Ni, ו Pb מראה כי, בעוד ריכוזי כמה אלמנטים ספציפיים עשוי להיות יחסית בקלות determiנד (למשל, Cu), אלמנטים מסוימים (למשל, CD ו- Pb) יש ריכוזים במים הסביבה הרבה מתחת לתחום הגילוי של שיטות אנליטיות שגרתיות. ההשוואה נערכה בעזרת מערך נתוני נהר טקסס נגד שיטות USEPA 1637, 1638, 1639, ו 1640. שיטות 1637 ו 1640 הן טכניקות לקביעת מתכת עקבות עם preconcentration זוהתה על ידי ספקטרומטריית אטומית קליטת תנור גרפיט או מצמידי אינדוקטיבי ספקטרומטריית פלזמה המונית, בהתאמה. שיטות 1639 ו 1638 הן לקביעת עקבות מתכות במי סביבה עבור המכשירים הנ"ל, ללא preconcentration.

    איור 1
    איור 1. היסטוגרמה של הנתונים שנאספו מטקסס, נהרות ארה"ב, והשוואה עם מגבלות זיהוי השיטה USEPA דיסקים (א), Cu (ב), ניקל (ג), ו Pb (ד). סך של 141 דגימות, שנאספו באופן אקראי אנשים ממקומות שונים,עובדו באמצעות פרוטוקול דיגום ואנליזה המתואר כאן. השוואת התפלגויות נתונים ואת מגבלות זיהוי EPA מראה כי חלק גדול של דגימות מן נהרות טקסס יהיה צורך preconcentrated על מנת לקבל איכות נתונים הטובה ביותר. מגבלות זיהוי (ML) מוצגות בתרשימים הם אלה רשומים USEPA שיטות 1637, 1638, 1639, ו 1640 (פרטי שיטה לראות טקסט). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

    תוצאות של מגבלות זיהוי, החלמה עבור חומר ייחוס (SRM), וריכוזי ריק חסרים בתחום, מים טוהרים גבוהים הביאו לשדה והתייחסו ומעובד כמו דגימות, להראות את האפקטיביות של "טכניקות נקיות" (טבלה 1). צמצום תוצאות זיהום מגבלות זיהוי נמוכים, החלמת SRM טובה, וריכוז שדה ריק נמוך מאודים. התוצאות שניתן לראות בטבלת 1 התקבלו על בסיס L עיבוד 1 של דגימות ריקות. מגבלות החשיפה הנמוכות לרמוז כי ריכוזי מתכות עקבות ניתן להשיג עם רזולוצית נתונים טובה, שהוא קריטי כאשר הפצות מתכת עקבות הם שישוו אותי התנאים סביבתיים (פרמטרים) כי גיאוכימיה מתכת ההשפעה זכר 20. השוואת התוצאות שלנו (מגבלות זיהוי שיטה) עם אלה של שיטות EPA שהוזכרו לעיל, אשר, עם זאת, אינם כוללים דגימת שדה, דומה או טובה לתחום גילוי (נמוך) התקבל באמצעות הפרוטוקול הניתן כאן. דיוק טוב גם הושג, כפי שמעיד תוצאות דומות של חסר בתחום. לשכפל דגימות נאספו ועובדו בנפרד עבור כמה דוגמאות שדה ואת חילוקי ריכוזי מתכות קורט היו בדרך כלל פחות מ -10%.

    CD Co </ Td> Cu Fe Mn Ni Pb Zn
    ng / L מ"ג / L מ"ג / L מ"ג / L מ"ג / L מ"ג / L ng / L מ"ג / L
    MDL 1 0.01 0.06 0.3 0.1 0.1 10 0.1
    SLRs-3 (N = 11)
    מוּסמָך 13 0.027 1.35 100 3.9 0.83 68 1.04 נמדד (ממוצע) 12.6 0.026 1.29 97.2 3.86 0.77 71 1.13
    סטיית תקן 0.9 0.008 0.09 4.2 0.20 0.06 9 0.12
    התאוששות(%) 97 97 96 97 99 93 105 109
    שדה ריק 1 0.2 0.000 0.003 0.03 0.00 0.01 2.5 0.02
    שדה ריק 2 0.2 0.000 0.011 0.02 0.01 0.00 2.9 0.03 שדה ריק 3 0.1 0.000 0.011 0.03 0.00 0.00 2.5 0.01

    לוח 1. תוצאות של איכות נתונים מושגת באמצעות פרוטוקול דיגום ואנליזה המתואר כאן. גבולות איתור, תוצאות סטטיסטיות עבור חומר התייחסות רגיל מתכת עקבות (SLRs-3) ואיור של ריכוזי מתכות קורט 3 כדורי סרק שהוגשה (מים טוהר גבוהה כאל דגימות בתחום) לציין את היעילות של הפרוטוקול המתואר. יחידות ריכוז הם ng / L עבור דיסקים CD ו Pb, ו מיקרוגרם / ליטר עבור גורמים אחרים. מגבלות זיהוי נמוכות, החלמה טובה חומר התייחסות רגיל, וריכוזים ריקים שדה נמוך הושגו.

    תוצאות שהושגו באמצעות פרוטוקול דיגום ואנליזה המתואר כאן מדגימות שזה לארק מייצר עקבות נתוני מתכת עם מגבלות זיהוי נמוכות, הוא גם מספק מגוון רחב של יישומים. כפי שניתן לראות בתרשים 2 עם ההשוואה של ריכוזי מתכות זכר נקבעו על ידי שתי שיטות עצמאיות, קורלציה טובה (R 2> 0.994) עם שיפוע רגרסיה ליניארית ליד 1 עולה כי טכניקות אלה ניתן ליישם בסביבות מימיות. מאז טכניקת preconcentration חילוף יונים הייתה השתמשה כדי ליצור את התוצאות האלה, בטווח ליניארי עולה כי הפרוטוקול המתואר יכול להיות מיושם בסביבות מימיות שונות במובהק שבו ריכוזי מתכות קורט להשתנות על פני טווח גדול.

    איור 2
    איור 2. השוואה של ריכוזי מתכות קורט המתקבל שתי שיטות עצמאיות. הסכם טוב מאוד נמצאת בין ריכוזי מתכות קורט נקבע תוך שימוש בשני independenשיטות t ב aliquots הנפרד של הדגימות אותו. דגימה אחת נותחה באופן ישיר על ידי ספקטרומטריית פליטה אטומית פלזמה מצמידה אינדוקטיבי והשני preconcentrated ידי טכניקות חילוף יונים לאחר קביעה ידי ספקטרומטריית מסת אינדוקטיבי זוג פלזמה. טווח ריכוז גדול מרמז כי הטכניקות מתאימות ללימודי מתכת עקבות בסביבות שונות במובהק שבו ריכוזי מתכות עקבות להראות הבדלים משמעותיים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    קבלת נתוני מתכת עקבות אמינות מים טבעיים דורשת זהירות רבה כפי שהודגש במהלך איסוף דגימה, עיבוד, pretreatments, וניתוח שמטרתם להפחית את הזיהום. עקבות ריכוז מתכות מים הטבעיים שהושגו באמצעות "טכניקות נקיות" בשני העשורים האחרונים נמצאו שריכוזם יכול להיות סדר הגודל נמוך ממה שדווח בעבר. קריטריוני איכות מים עבור עקבות מתכות במים מוערכים כעת ביתר קלות כאשר רמות מתכת עקבות נמדדות במדויק וכתוצאה מכך הערכה טובה יותר של השפעות מזיקות לבני אדם יצורים עילאיים. זמינות ביולוגית ורעיל של עקבות מתכות בסביבות מימיות דורשות חקירות קפדניות יותר בטווחי הריכוז הנמוכים יותר. זו אינה משימה קלה, כמו הפצת ההתנהגות של עקבות מתכות נשלטות על ידי רבי פרמטרי physicochemical אחרים בסביבה, ובגלל זה, הערכות אמינות של זמינות ביולוגית ורעיל של עקבות מתכותהם מאתגרים. דיגום ואנליזה של פרמטרים נלווים הקשורים לאתר מתכות צריכות להיכלל הערכות כאלה.

    ביטול זיהום ובסופו של דבר הפחתת מגבלות זיהוי ריכוז מתכות עקבות במי סביבה, אם כן, דורש מצד מדעי להקדיש תשומת לב מיוחדת לכל שלבי ניתוח מתכת עקבות. מ כלי מעבדה, גלגלי שיניים הדגימה, מכולות מדגם, מכשירים וחומרים המשמשים במהלך pretreatments מדגם, כימיקלים ריאגנטים, להגדרה אינסטרומנטלי, זיהום הופך כתוסף וכל אלה הגורמים שהוזכרו לעיל צורך לציין בעת ​​דיווח התוצאות מניתוח מתכת עקבות. לכן, על פי ההליכים להכין ציוד דגימה, מכולות מדגמות, וחומרים המשמש לעבד ולנתח דגימות הן כל השלבים הקריטיים לקראת קבלת איכות נתונים גבוהה עבור עקבות מתכות בסביבות מימיות. כאשר לעומת השיטות הקיימות (למשל, שיטות USEPA), נתונים המתקבלים באמצעות פרוטוקול outlined מעל תוצאת מגבלות זיהוי טובות יותר או דומות ואת החסר נמוך מאוד. סוויטה גדולה של יסודות קורט (8, טבלה 1) ניתן להעריך.

    הפרוטוקול המתואר כאן יכול בקלות להיות מיושם על אוסף של סוגים שונים של דגימות מים, בנוסף במימי נהר ושפכי נהרות, למשל, אוקיינוסים, אגמי groundwaters. מאז מדגם preconcentration יכול להיות זמן רב, הפרוטוקול הניתן כאן ניתן לשנות על פי מאפיינים ספציפיים בסביבות מימיות שונות. במים השפיעו מאוד, דגימות עדיין יש לאסוף בצורה נקייה, אבל הם יכולים להיקבע באופן ישיר על ידי מכשירים מתאימים אם ללא הפרעות מטריקס הוא נתקל. נפח לדוגמא יכול להיות מותאם אם גורמי preconcentration גדולים או קטנים יותר נדרשים. במקרים בהם יכולת חילוף יונים צריכה להיות מוגברת, כמויות גדולות יותר של שרף יכול לשמש.

    עבודה זו ממחישה כי, קביעת עקבות מתכות לנוing "טכניקות נקיות" הכוללות דגימה-ריכוז מראש, בשיתוף עם קביעת פרמטרים סביבתיים הקשורים, חלוקת עקבות מתכות בסביבות מימיות ניתן להעריך טוב יותר, תוך לקיחה בחשבון ספציפי תנאים סביבתיים ומידת השפעות טבעיות אנתרופוגניים 20. הריכוז הגדול וטווחי פרוטוקול זה הוא מסוגל ליישם לרמוז חקירות של הפצות מתכת עקבות והתנהגות יכולות גם להתנהל בסביבות שמשתנות לאורך זמן ומרחב.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Nitric Acid Seastar Chemicals Baseline grade
    Ammonium hydroxide Seastar Chemicals Baseline grade
    Acetic Acid Seastar Chemicals Baseline grade
    Nitric Acid J. T. Baker 9601-05 Reagent grade
    Hydrochloric acid J. T. Baker 9530-33 Reagent grade
    Chromatographic columns Bio-Rad 7311550  Poly-Prep
    Column stack caps Bio-Rad 7311555
    Cap connectors (female Luers) Bio-Rad 7318223
    2-way stopcocks Bio-Rad 7328102
    Cation exchange resin Bio-Rad 1422832  Chelex-100
    Portable sampler (sampling pump) Cole Palmer EW-07571-00
    FEP tube Cole Palmer EW-06450-07 6.4 mm I.D., 9.5 mm O.D.
    Pumping tube Cole Palmer EW-06424-24 6.4 mm I.D. C-Flex
    Capsule filter (0.4 mm) Fisher Scientific WP4HY410F0 polypropylene casing
    1 L low density polyethylene bottle NALGE NUNC INTERNATIONAL 312088-0032
    1 L (or 500 ml) FEP bottle NALGE NUNC INTERNATIONAL 381600-0032

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Taylor, H. E., Shiller, A. M. Mississippi River Methods Comparison Study: Implications for water quality monitoring of dissolved trace elements. Environmental Science and Technology. 29, 1313-1317 (1995).
    2. Windom, H. L., Byrd, J. T., Smith, R. G., Huan, F. Inadequacy of NASQAN data for assessing metal trends in the nation's rivers. Environmental Science and Technology. 25 (6), 1137-1142 (1991).
    3. Mason, R. P. Trace Metals in Aquatic Systems. , Wiley-Blackwell. (2013).
    4. Wen, L. -S., Santschi, P., Gill, G., Paternostro, C. Estuarine trace metal distributions in Galveston Bay: importance of colloidal forms in the speciation of the dissolved phase. Marine Chemistry. 63, 185-212 (1999).
    5. Wen, L. -S., Stordal, M. C., Tang, D., Gill, G. A., Santschi, P. H. An ultraclean cross-flow ultrafiltration technique for the study of trace metal phase speciation in seawater. Marine Chemistry. 55, 129-152 (1996).
    6. Benoit, G. Clean technique measurement of Pb, Ag, and Cd in freshwater: A redefinition of metal pollution. Environmental Science and Technology. 28, 1987-1991 (1994).
    7. Benoit, G., Hunter, K. S., Rozan, T. F. Sources of trace metal contamination artifacts during collection, handling, and analysis of freshwater. Analytical Chemistry. 69 (6), 1006-1011 (1997).
    8. Jiann, K. -T., Presley, B. J. Preservation and determination of trace metal partitioning in river water by a two-column ion exchange method. Analytical Chemistry. 74 (18), 4716-4724 (2002).
    9. Fardy, J. J. Preconcentration Techniques for Trace Elements. Alfassi, Z. B., Wai, C. M. , CRC Press. 181-210 (1992).
    10. Pai, S. -C. Pre-concentration efficiency of Chelex-100 resin for heavy metals in seawater. Part 2. Distribution of heavy metals on a Chelex-100 column and optimization of the column efficiency by a plate simulation method. Analytica Chimica Acta. 211, 271-280 (1988).
    11. Pai, S. -C., Fang, T. -H., Chen, C. -T. A., Jeng, K. -L. A low contamination Chelex-100 technique for shipboard pre-concentration of heavy metals in seawater. Marine Chemistry. 29, 295-306 (1990).
    12. Pai, S. -C., Whung, P. -Y., Lai, R. -L. Pre-concentration efficiency of Chelex-100 resin for heavy metals in seawater. Part 1. Effects of pH and salts on the distribution ratios of heavy metals. Analytica Chimica Acta. 211, 257-270 (1988).
    13. Salbu, B., Oughton, D. H. Trace Elements in Natural Waters. Salbu, B., Steinnes, E. , CRC Press. 41-69 (1995).
    14. U.S. Environmental Protection Agency. Method 1669. Sampling ambient water for trace metals at EPA Water Quality criteria levels. , 30 U.S. Environmental Protection Agency. Washington, D.C. Available from: https://www3.epa.gov/caddis/pdf/Metals_Sampling_EPA_method_1669.pdf (1996).
    15. Horowitz, A. J., et al. Problems associated with using filtration to define dissolved trace metal concentrations in natural water samples. Environmental Science and Technology. 30, 954-963 (1996).
    16. Cortecci, G., et al. Geochemistry of trace elements in surface waters of the Arno River Basin, northern Tuscany, Italy. Applied Geochemistry. 24 (5), 1005-1022 (2009).
    17. Markich, S. J., Brown, P. L. Relative importance of natural and anthropogenic influences on the fresh surface water chemistry of the Hawkesbury-Nepean River, south-eastern Australia. The Science of the Total Environment. 217, 201-230 (1998).
    18. Shafer, M. M., Overdier, J. T., Hurley, J. P., Armstrong, D., Webb, D. The influence of dissolved organic carbon, suspended particles, and hydrology on the concentration, partitioning and variability of trace metals in two contrasting Wisconsin watersheds (U.S.A.). Chemical Geology. 136, 71-97 (1997).
    19. Warren, L. A., Haack, E. A. Biogeochemical controls on metal behaviour in freshwater environments. Earth-Science Reviews. 54, 261-320 (2001).
    20. Jiann, K. -T., Santschi, P. H., Presley, B. J. Relationships between geochemical parameters (pH, DOC, SPM, EDTA Concentrations) and trace metal (Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) concentrations in river waters of Texas (USA). Aquatic Geochemistry. 19 (2), 173-193 (2013).
    21. Peltzer, E. T., et al. A comparison of methods for the measurement of dissolved organic carbon in natural waters. Marine Chemistry. 54, 85-96 (1996).
    22. Nowack, B., Kari, F., Hilger, S. U., Sigg, L. Determination of dissolved and adsorbed EDTA species in water and sediments by HPLC. Analytical Chemistry. 68 (3), 561-566 (1996).
    23. Bergers, P. J. M., de Groot, A. C. The analysis of EDTA in water by HPLC. Water Research. 28 (3), 639-642 (1994).

    Tags

    במדעי הסביבה גיליון 113 מי נהר מי שפכי נהרות עקבות מתכת סינון preconcentration כימית מים איסוף דגימה
    נקי דיגום ואנליזה של נהר ושפכי הנהרות ווטרס ללימודי מתכת עקבות
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Jiann, K. T., Wen, L. S., Santschi,… More

    Jiann, K. T., Wen, L. S., Santschi, P. H. Clean Sampling and Analysis of River and Estuarine Waters for Trace Metal Studies. J. Vis. Exp. (113), e54073, doi:10.3791/54073 (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