Waiting
Login processing...

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

Environment

نظيفة أخذ العينات وتحليل نهر ومصبات الأنهار المياه للدراسات المعدنية تتبع

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

وقد اعترف عموما أن بعض النتائج المعادن النزرة التي تم الحصول عليها للمياه الطبيعية قد تكون غير دقيقة بسبب القطع الأثرية الناتجة عن التقنيات غير كافية تطبيقها خلال جمع العينات والعلاجات و1،2 تقرير. تركيزات الحقيقية (في نانومتر الفرعي لمجموعة نانومتر في المياه السطحية 3) من المعادن النزرة المنحلة هي الآن ما يصل الى اثنين أوامر من حجم أقل من القيم التي تم نشرها مسبقا. تم العثور على نفس الوضع في الكيمياء البحرية حيث انخفضت قبلت تركيزات المعادن النزرة الذائبة في مياه المحيطات من حيث الحجم على مدى السنوات ال 40 الماضية أو نحو ذلك كما استحدثت تحسين أساليب أخذ العينات والتحليل. وقد بذلت جهود لتحسين نوعية البيانات مع تطورات "التقنيات النظيفة" التي تهدف إلى خفض أو القضاء على تلوث المعادن النزرة في جميع مراحل تحليل المعادن النزرة 4-8. لتحديد تركيزات المعادن النزرة في المحيط المستويات، في كثير من الأحيان هو مطلوب preconcentration. تقنيات التبادل الأيوني 8-12 طبقت عادة لpreconcentration كفاءة.

تلوث يمكن أن تنشأ من جدران الحاويات وتنظيف الحاويات، وأخذ العينات، عينة المناولة والتخزين، وحفظ العينات والتحليل 7،13. كل الدراسات التي تستخدم أساليب نظيفة أجريت في الآونة الأخيرة تشير إلى أن تركيزات المعادن النزرة في المياه الطبيعية وعادة ما تكون أقل بكثير من حدود الكشف عن الأساليب الروتينية 7. منذ الاعتراف من بيانات التتبع معدنية مشبوهة في 1990s في وقت مبكر، وقد أدرجت الطرق النظيفة في الولايات المتحدة وكالة حماية البيئة (وكالة حماية البيئة) مبادئ توجيهية لتحديد المعادن النزرة 14 واعتمد المسح الجيولوجي الامريكية أساليب نظيفة لرصد نوعية المياه على 15 مشروعا. تحتاج إلى استخدامها في جميع المشاريع من أجل إنشاء قاعدة بيانات واضحة ودقيقة وسائل نظيفة للدراسات المعدنية أثر.

الطبقة = "jove_content"> من حيث المبدأ، وعينات من المياه المستخدمة لتحديد المعادن النزرة وينبغي جمع مع التروس الملائمة لأخذ العينات من مادة معينة والتكوين، وتخزينها ومعالجتها بشكل صحيح باستخدام أواني والأجهزة المناسبة، قبل الشروع في التحليل الآلي. منذ المواد العالقة (SPM) يمكن أن تخضع لتغييرات خلال الفترة تخزين العينات ويغير تركيب المياه، والفصل السريع لSPM من عينات المياه هو ممارسة شائعة للدراسات المعدنية النادرة في البيئات المائية. لتحديد تراكيز المعادن النزرة الذائبة في المياه الطبيعية، والترشيح ضروري وفي خط تقنيات الترشيح هي مناسبة وفعالة.

توزيع وسلوك المعادن النزرة في البيئات المائية مثل المياه السطحية والجوفية يمكن أن تتأثر الطبيعية (على سبيل المثال، والتجوية) وبشرية المنشأ (على سبيل المثال، المياه المستعملة) العوامل، فضلا عن الظروف البيئية الأخرى، مثل إعادةالجيولوجيا اإلقليمية والصرف، واستخدام الأراضي والغطاء النباتي، والمناخ 16-19. وهذا يمكن أن يؤدي بعد ذلك إلى اختلافات في المعلمات الفيزيائية مثل تركيزات الجسيمات العالقة (SPM)، الكربون العضوي المذاب (DOC)، بروابط البشرية (على سبيل المثال، ثنائي أمين الإيثيلين رباعي حمض الخل، EDTA)، والملح، وإمكانات الأكسدة ودرجة الحموضة 17-20. لذلك، دراسات المعادن النزرة دقيقة وذات الصلة تتطلب جمع المناسب من عينات لتحليل المعادن النزرة وكذلك لتحديد العوامل والمعايير ذات الصلة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد عينات

  1. العينات
    1. تجميع العينات من
      1. توصيل طويلة المفلورة الإثيلين والبروبيلين (محطة إثراء الوقود) أنابيب 4 م (ID 0.635 سم، OD 0.95 سم أو ما شابه ذلك) إلى 1.5 متر مقاومة كيميائيا أنبوب السيليكون ضخ (OD 0.635 سم).
      2. إدراج البولي بروبلين Y-في أنبوب موصل الضخ، وتوصيل أنبوب ضخ 50 سم إلى منفذ واحد، و 0.45 ميكرون تصفية كبسولة (عن طريق أنبوب ضخ 20 سم) إلى أخرى.
      3. تجميع الأنابيب في غرفة نظيفة (مقعد) بعد أن يتم تنظيفها (أنظر أدناه)، وتخزين تجمع في طبقتين من أكياس البولي ايثيلين.
    2. تنظيف العينات
      1. ملء (عن طريق ربط أنبوب ضخ 1.5 متر على مضخة تحوي) مجموعة أنابيب مع حل مختبر المنظفات وينقع لمدة 24 ساعة. تدفق أنابيب مع مجموعة دي المتأينة المياه، ثم ملء مع 10٪ (ت / ت) حمض الهيدروكلوريك (الصف الكاشف) وينقع لمدة 48 ساعة.
      2. تماما تدفق أنابيب مع مجموعة غير المتأينة ثالعاطر عدة مرات، وتخزين تجمع في أكياس بلاستيكية. تنظيف Y-الموصلات وأنابيب الضخ القصيرة التي نقع عليها في HNO 50٪ (ت / ت) 3 (الصف الكاشف) حل لمدة 24 ساعة.
    3. مرشحات كبسولة
      1. تنظيف مرشحات كبسولة عن طريق تنظيف لهم أولا مع دي المتأينة المياه، ثم 10٪ (ت / ت) حل حمض الهيدروكلوريك لخطوة تمرغ لمدة 48 ساعة.
      2. بعد تمرغ حامض، وتدفق المرشحات مع دي المتأينة المياه وإضافة 1 مل من 21٪ (الوزن) NH 4 OH حل (جنوب المغلي) في كل مرشح لتحييد الحامض.
      3. ختم مرشح فردي مع حلقة من 30 سم تنظيف ضخ أنبوب يربط بين مدخل ومخرج، وتخزينها في أكياس البولي إثيلين انغلق.
  2. حاويات عينة
    1. استخدام البولي إثيلين (PE، 1000-مل)، ومحطة إثراء الوقود (500 مل و 1000 مل) زجاجات للحاويات لتحديد المعادن النزرة.
      1. تنظيف الزجاجات التي نقع عليها أولا في صناعة المنظفات (1٪)، ثم في 50٪ (ت / ت) HNO 3(الصف الكاشف) و 10٪ (ت ت /) حلول حمض الهيدروكلوريك (الصف الكاشف) لمدة 24 و 48 و 24 ساعة، على التوالي، وشطف زجاجات المياه المتأينة بين اثنين من الخطوات تمرغ.
      2. بعد تمرغ حمض الهيدروكلوريك النهائي، وشطف الزجاجات جيدا بالماء دي المتأينة (DIW) وتجفيف زجاجات (مع غطاء مغلقة) في غرفة نظيفة أو فئة 100 مقاعد البدلاء النظيفة.
      3. ختم زجاجات تنظيف في أكياس انغلق البولي ايثيلين ومزدوجة كيس لهم في أكياس البولي ايثيلين للنقل.
    2. وقوارير زجاجية نظيفة ل(DOC) تقرير الكربون العضوي المذاب
      1. نقع قوارير الزجاج البورسليكات العنبر (40 مل)، لتحليل الكربون العضوي المذاب (DOC)، في 10٪ حمض الهيدروكلوريك لمدة 48 ساعة. شطف زجاج زجاجات تنظيفها بالماء دي المتأينة، وحرق لهم في 480 درجة مئوية لمدة 2 ساعة قبل الاستخدام. ختم الزجاجات بشكل فردي في أكياس البولي إثيلين انغلق للنقل.

2. أخذ العينات

  1. جمع عينة المياه
    1. UPOوصول ن في موقع أخذ العينات، وعلامة رقم تعريف العينة على حقيبة الخارجية، والحفاظ على زجاجات في حقائبهم الأصلية.
    2. في ضفة النهر أو على متن قارب، لدينا شخص واحد فتح حقيبة مع العينات ونعلق 4 م FEP أنابيب إلى القطب البولي بروبلين 3-م (تنظيف). تمديد القطب بقدر من البنك ممكن والحفاظ على مدخل أنابيب محطة إثراء الوقود حوالي 30 سم تحت سطح الماء الجاري النهر قبل تشغيل المضخة.
    3. هل لديك شخص آخر إرفاق أنبوب الضخ في الرأس مضخة مضخة تحوي (مضخة أخذ العينات مع بطاريات داخلية). بدء تشغيل المضخة واستنزاف المياه (الجانب المصب) 3 مرات على الأقل من إجمالي حجم العينات. وضعت على قفازات خالية من مسحوق وفتح كيس من الزجاجات وقبعات للبدء في ملء زجاجات عينة.
      1. بدلا من ذلك، إذا شخص آخر متاح، ويكون الشخص الثالث هو المسؤول عن فتح أكياس الداخلية والقبعات عينة، وعقد أنبوب أخذ العينات التي تستنزف العينة إلى بottle.
    4. جمع عينة غير المرشحة في زجاجة بلاستيكية 125 مل لقياس الموصلية، درجة الحرارة ودرجة الحموضة في هذا المجال.
    5. جمع عينات غير المرشحة (500 مل أو 1000 مل لجمع العينات الجسيمات) أولا (من خلال منفذ بدون فلتر) ثم قم بإغلاق منفذ مع المشبك البلاستيكي لإجبار المياه من خلال الذهاب الى مرشح كبسولة لجمع عينة المياه التي تمت تصفيتها (1 -L لتحديد المعادن النزرة المنحلة).
    6. جمع العينات التي تمت تصفيتها (من خلال منفذ مع فلتر) في 40 مل الزجاجات العنبر الزجاج لقياسات DOC وEDTA.
    7. جمع عينات من المياه بمعدل تدفق 500 مل تقريبي / دقيقة إلى 1000 مل / دقيقة. استبدال مرشحات كبسولة عندما يبدأ الضغط من اجل بناء (وفقا لمواصفات المرشحات "لل). لكل نوع من العينة، وجمع عينات إضافية، وكذلك الفراغات المجال، في مواقع مختارة لتكون بمثابة قسامات مراقبة الجودة.
    8. وضع قوارير الزجاج 40 مل على الجليد الجاف وأنا المخزنةن على الجليد الصدر، وزجاجات البولي ايثيلين في صدورهم الجليد.
  2. مجموعة من الجسيمات العالقة (SPM)
    1. جمع SPM على 0.4 ميكرون البولي (PC) المرشحات الغشائية (حمض غسلها وقبل وزنه) عن طريق الترشيح فراغ، وذلك باستخدام قمع الترشيح البلاستيك وعاء.
    2. تجميد المرشحات الغشائية الجافة في معمل لانتاج تركيزات الجسيمات العالقة وتقديم عينات الجسيمات لتحديد المعادن الجسيمات أثر.

3. عينة ما قبل المعالجة (المنحلة المعادن النزرة)

  1. لتحديد المعادن النزرة المنحل، إضافة 2 مل تركيز المغلي الفرعية HNO 3 (لكل 1-L العينة) في زجاجات عينة. نقل المنحل عينات المعادن النزرة (المحمضة) في زجاجات محطة إثراء الوقود. بالتناوب، والعينات ويمكن جمع مباشرة في زجاجات محطة إثراء الوقود. الأشعة فوق البنفسجية أشرق العينات في زجاجات محطة إثراء الوقود لمدة 24 ساعة (8 15 واط مصابيح الأشعة فوق البنفسجية).

4. Preconcentration والعلاج لتحليل المعادن النزرة

  1. تزن 2 غرام من راتنج تبادل الأيونات الموجبة إلى (10-30 مل القدرات) كوب صغير من البلاستيك وإضافة كمية صغيرة من 2 N HNO 3 الحل في الكأس. صب الراتنج الى 10 مل عمود القدرة اللوني. تنظيف الراتنج بواسطة غسل العمود مع 5 مل 2 N HNO 3 (الفرعية المغلي) مرتين، وشطف مع المياه عالية النقاء (HPW) 3 مرات.
  2. إضافة 10 مل من 1 M NH 4 OH (شبه المغلي) في عمود لتحويل الراتنج لNH 4 + -form.
  • عازلة حل (1 M خلات الأمونيوم)
    1. إضافة 57 مل من حمض الخليك الجليدي (شبه المغلي) في حوالي 800 مل من HPW. إضافة ~ 60 مل من هيدروكسيد الأمونيوم (21٪ ودون المغلي) وتخلط مع حمض الخليك. ضبط درجة الحموضة النهائية إلى 5.5 والحجم النهائي إلى 1000 مل.
  • الإجراء Preconcentration (المنحلة المعادن النزرة)
    1. ضبط درجة الحموضة من العينات المحمضة،-المشع للأشعة فوق البنفسجية إلى 5.5 ± 0.3 بإضافة 30 مل من 1 M ACET الأمونيومأكل حل العازلة وبعض (~ 2.8 مل) NH 4 OH (شبه المغلي) في العينات.
    2. ضع زجاجة عينة ~ 30 سم فوق العمود معبأة مع راتنج التبادل الموجبة (القسم 4.1) وربط زجاجة عينة والعمود preconcentration من قبل ~ 60 سم أنبوب محطة إثراء الوقود وغطاء اللوني وموصل (أنثى لور).
    3. السيطرة على معدل التدفق في 3-5 مل / دقيقة باستخدام 2-الطريقة محبس، متصلة فوق العمود. السماح للعينات لتمرير من خلال الأعمدة preconcentration. بعد مرور العينات العمود، وقطع الأنابيب وقبعات من الأعمدة.
    4. علاج الأعمدة مع 2 HPW × 5 مل و 4 × 5-مل من 1 M خلات الأمونيوم (5.5 درجة الحموضة)، و2 × 5 مل من HPW لفصل الكاتيونات الرئيسية من المعادن النزرة الأخرى.
    5. ضع زجاجة PE حمض غسلها 30 مل أسفل العمود وغسل العمود مع 7 × 1 مل 2 N HNO 3 (شبه المغلي) في زجاجة PE.
    6. تحديد حجم 2 N HNO 3 النفايات السائلة (~ 8.0 مل) من خلال الحصول على وزنالثانية الثقل النوعي من النفايات السائلة 2 N HNO 3.
  • هضم الجزيئات العالقة
    1. تجميد الفلاتر PC الجافة مع عينات SPM ووزن لهم بعد التجفيف. مكان عينات SPM، مع المرشحات، في الألكانات perfluoroalkoxy وزنه قبل (PFA) السفن (سعة 60 مل)، وإضافة 3 مل من المركز HNO 3 في الأوعية.
    2. تشديد السفن إلى عزم دوران مستمر من 2.5 كجم متر، وهضمها في الفرن التقليدي على 130 درجة مئوية لمدة 12 ساعة. بعد التبريد، وفتح السفن وإضافة 2 مل من HF في الأوعية.
    3. تشديد السفن إلى عزم دوران مستمر من 2.5 كجم متر، وهضمها في الفرن التقليدي على 130 درجة مئوية لمدة 12 ساعة. بعد التبريد، وفتح السفن وإضافة 16 مل من 4.5٪ محلول حامض البوريك في الأوعية.
    4. تشديد السفن إلى عزم دوران مستمر من 2.5 كجم متر، وهضم في الفرن التقليدي على 130 درجة مئوية لمدة 12 ساعة. تزن كل سفينة وتحديد الثقل النوعي من كل حل هضملتسفر عن حجم الملخص النهائي.
    5. حساب عامل التخفيف لكل الهضم من الحجم النهائي ووزن SPM على فلتر (نهائي هضم حجم مقسوما على وزن العينة على فلتر).

    • تحليل 5. عينة

    1. المعادن النزرة
      1. تحديد المعادن النزرة (الكادميوم، شركة، النحاس، الحديد، المنغنيز والنيكل، والرصاص، والزنك) تركيزات في مرحلة ما قبل تتركز حل عينة والحل من الجسيمات الذري بواسطة اللهب الاستيعاب، والجرافيت الفرن الذري امتصاص، و / أو بالحث بالإضافة البلازما مطياف الكتلة.
      2. تحديد تراكيز الأيونات الرئيسية وبعض المعادن النزرة، في عينات فرعية مرسومة قبل preconcentration والنبذ ​​من الجزيئات العالقة، عن طريق مطياف الانبعاث الذري البلازما إضافة بالحث.
    2. المعلمات الثانوية
      1. تحديد درجة حرارة العينة، ودرجة الحموضة والملوحة والموصلية في الميدان، باستخدام الأجهزة المحمولة.
      2. تحديد المنحل أوالكربون غانيتش (DOC) تركيزات من قبل محلل الكربون إجمالي العضوية، على أساس أكسدة الرطب مع الكشف عن ثاني أكسيد الكربون عن طريق مطياف الأشعة تحت الحمراء 21. تحديد التركيز الكلي EDTA من قبل اللوني السائل عالي الأداء (مع كاشف SPD-M10AV Diodearray) فقا للإجراءات المحددة 22،23.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    مع تطوير واستخدام "تقنيات النظيفة"، ومن المسلم به الآن جيدا أنه من أجل الحصول على تركيزات المعادن النزرة دقيقة في المياه المحيطة، preconcentration من المعادن النزرة في عينات المياه هو ممارسة شائعة. في حين أن معظم معايير جودة المياه للمعادن النادرة في المياه الطبيعية في نطاق منخفض ميكروغرام / لتر، وهناك حاجة أقل حدود الكشف للتحقيق في الآثار الجيوكيميائية والبيولوجية على المعادن النزرة في تركيزات المحيطة في البيئات المائية.

    مع تحسن حدود الكشف بعد استخدام "تقنيات النظيفة"، تبين بوضوح من مجموعة بيانات من 141 عينة مياه النهر التي تم جمعها عشوائيا من الأنهار ولاية تكساس، وهناك حاجة أن preconcentration (الشكل 1). ويظهر الرسم البياني للبيانات التتبع معدنية لالكادميوم، النحاس، النيكل، والرصاص الذي، في حين أن بعض تركيزات العناصر المحددة قد تكون نسبيا بسهولة determiنيد (على سبيل المثال، النحاس)، وبعض العناصر (على سبيل المثال، الكادميوم والرصاص) وتركيزات في المياه المحيطة أقل بكثير من حدود الكشف عن طرق التحليل الروتينية. تم إجراء المقارنة مع تكساس مجموعة البيانات النهر ضد أساليب وكالة حماية البيئة 1637، 1638، 1639، و 1640. طرق 1637 و 1640 هي التقنيات لتحديد المعادن النزرة مع preconcentration والكشف عن من الجرافيت فرن الامتصاص الذري الطيفي أو يقترن بالحث مطياف البلازما الشامل، على التوالي. طرق 1639 و 1638 هي لتحديد المعادن النزرة في المياه المحيطة للصكوك المذكورة أعلاه، دون preconcentration.

    شكل 1
    الشكل 1. الرسم البياني للبيانات التي تم جمعها من ولاية تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية الأنهار، والمقارنة مع حدود الكشف طريقة كالة الحماية البيئية لمؤتمر نزع السلاح (أ)، والنحاس (ب)، ني (ج)، والرصاص (د) ما مجموعه 141 عينات تم جمعها عشوائيا من مواقع مختلفة،تم معالجتها باستخدام بروتوكول أخذ العينات والتحليل هو موضح هنا. وبمقارنة توزيع البيانات وحدود الكشف وكالة حماية البيئة تبين أن نسبة كبيرة من عينات من الأنهار تكساس سوف تحتاج إلى preconcentrated من أجل الحصول على أفضل نوعية البيانات. حدود الكشف (ML) التي تظهر في الرسوم البيانية هي التي يتم تدوينها في طرق وكالة حماية البيئة 1637، 1638، 1639، و 1640 (تفاصيل طريقة ترى النص). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

    نتائج حدود الكشف، فإن المبالغ المستردة للمادة مرجعية (SRM)، وتركيزات فارغة من الفراغات المجال، المياه عالية النقاء تقديمهم إلى الميدان والمعالجة والمصنعة كعينات، وتظهر فعالية "التقنيات النظيفة" (الجدول 1). الحد من نتائج التلوث في حدود الكشف أقل، المبالغ المستردة SRM جيدة، والتركيز على بياض المجال منخفض جداالصورة. كانت النتائج هو مبين في الجدول رقم 1 تم الحصول عليها على أساس المعالجة 1 لتر من عينات فارغة. حدود الكشف منخفضة يعني أن تركيزات المعادن النزرة ويمكن الحصول على لقرار بيانات جيدة، وهو أمر حاسم عندما تكون توزيعات المعادن النزرة يمكن مقارنتها مع الظروف البيئية (معلمات) أن تأثير المعادن النزرة الجيوكيمياء 20. مقارنة نتائجنا (حدود الكشف عن طريقة) مع تلك الأساليب وكالة حماية البيئة المذكورة أعلاه، التي، مع ذلك، لا تشمل أخذ عينات ميدانية وقابلة للمقارنة أو أفضل تم الحصول عليها (أقل) حدود الاكتشاف باستخدام بروتوكول المقدمة هنا. وقد تحقق دقة جيدة أيضا، كما يتضح من نتائج مماثلة من الفراغات المجال. تم جمع عينات من تكرار ومعالجتها بشكل منفصل لبعض العينات الميدانية والاختلافات في تركيزات المعادن النزرة كانوا عموما أقل من 10٪.

    القرص المضغوط شارك </ td> النحاس الحديد مليون ني برميل الزنك
    نانوغرام / لتر ملغم / لتر ملغم / لتر ملغم / لتر ملغم / لتر ملغم / لتر نانوغرام / لتر ملغم / لتر
    MDL 1 0.01 0.06 0.3 0.1 0.1 10 0.1
    إس إل آر إس-3 (N = 11)
    معتمد 13 0.027 1.35 100 3.9 0.83 68 1.04 قياس (متوسط) 12.6 0.026 1.29 97.2 3.86 0.77 71 1.13
    الانحراف المعياري 0.9 0.008 0.09 4.2 0.20 0.06 9 0.12
    استرجاع(٪) 97 97 96 97 99 93 105 109
    الحقل فارغا 1 0.2 0.000 0.003 0.03 0.00 0.01 2.5 0.02
    الحقل فارغا 2 0.2 0.000 0.011 0.02 0.01 0.00 2.9 0.03 الحقل فارغا 3 0.1 0.000 0.011 0.03 0.00 0.00 2.5 0.01

    الجدول 1. نتائج نوعية البيانات التي تحققت باستخدام وصف بروتوكول أخذ العينات والتحليل هنا. حدود الكشف، والنتائج الإحصائية لمادة المعادن النزرة القياسية المرجعية (إس إل آر إس-3)، ومثال على تركيزات المعادن النزرة في 3 الفراغات قدم (نقاء عالية المياه يعامل العينات في الميدان) تشير إلى فعالية بروتوكول صفها. وحدات تركيز ونانوغرام / لتر من الكادميوم والرصاص، وميكروغرام / لتر بالنسبة للعناصر الأخرى. تحققت حدود منخفضة الكشف وحسن المستردة لمادة مرجعية معيارية، وتركيزات فارغة الحقل منخفضة.

    النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام بروتوكول أخذ العينات وتحليلها وصفها هنا تبين أنه لاتنتج سوى تتبع البيانات معدنية مع حدود الكشف منخفضة، كما يوفر مجموعة واسعة للتطبيق. كما هو مبين في الشكل رقم 2 مع المقارنة بين تركيزات المعادن النزرة التي يحددها طريقتين مستقلة، علاقة جيدة (R 2> 0.994) مع ميل الانحدار الخطي بالقرب 1 تشير إلى أن هذه التقنيات يمكن تطبيقها في البيئات المائية. منذ تم استخدام تقنية preconcentration التبادل الأيوني لتوليد تلك النتائج، ومجموعة خطية تشير إلى أن بروتوكول وصف يمكن تطبيقها في البيئات المائية المختلفة متميز حيث تتفاوت تركيزات المعادن النزرة على نطاق واسع.

    الشكل 2
    الشكل 2. مقارنة بين تركيزات المعادن النزرة تم الحصول عليها من طريقتين مستقلة. وقد وجد اتفاق جيد جدا بين تركيزات المعادن النزرة المحدد باستخدام اثنين independenأساليب تي في قسامات منفصلة من نفس العينات. تم تحليل عينة واحدة مباشرة عن طريق إضافة بالحث البلازما مطياف الانبعاث الذري والآخر preconcentrated بواسطة تقنيات التبادل الأيوني بعد أن تقرر من قبل بالحث الزوجان الطيفي البلازما. مجموعة تركيز كبير يعني أن التقنيات المناسبة للدراسة المعادن النزرة في بيئات مختلفة متميز حيث تبين تركيزات المعادن النزرة اختلافات كبيرة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    الحصول على بيانات موثوقة المعادن النزرة في المياه الطبيعية يتطلب عناية كبيرة كما أكد خلال جمع العينات ومعالجتها والمعالجة المسبقة، والتحليلات التي تهدف إلى الحد من التلوث. تتبع تركيزات المعادن في المياه الطبيعية التي تم الحصول عليها باستخدام "التقنيات النظيفة" في العقدين الماضيين وجدت أن تركيزات يمكن أن تكون أوامر من حجم أقل مما ذكر سابقا. والآن تقييم معايير جودة المياه للمعادن النادرة في المياه بسهولة أكبر عندما يتم قياسها بدقة مستويات المعادن النزرة مما أدى إلى تقييم أفضل للآثار الضارة للإنسان والكائنات العليا. التوافر البيولوجي وسمية المعادن النزرة في البيئات المائية تتطلب تحقيقات أكثر صرامة في نطاقات تركيز أقل. هذه ليست مهمة سهلة، كما يتم التحكم في توزيع وسلوك المعادن النزرة من قبل العديد من المعلمات الفيزيائية الأخرى في البيئة، وبسبب ذلك، وتقييمات موثوقة من التوافر البيولوجي وسمية المعادن النزرةتمثل تحديا. أخذ العينات وتحليل المعلمات الإضافية المتعلقة المعادن النزرة تحتاج ليتم تضمينها في هذه التقييمات.

    القضاء على التلوث وخفض في نهاية المطاف حدود الكشف عن تركيزات المعادن النزرة في مياه المحيط، ولذلك تطالب الأحزاب العلمية أن تولي اهتماما خاصا لجميع مراحل تحليل المعادن النزرة. من الأدوات المخبرية، التروس أخذ العينات، حاويات العينات والمعدات والمواد المستخدمة أثناء المعالجة المسبقة عينة والكيماويات والكواشف، إلى الإعداد فعال، وتلوث يصبح مضافة وجميع تلك العوامل المذكورة أعلاه تحتاج إلى أن تحدد عند الإبلاغ عن النتائج من تحليل المعادن النزرة. ولذلك، فإن الإجراءات لإعداد معدات أخذ العينات، وحاويات العينات، والمواد المستخدمة لمعالجة وتحليل عينات كلها خطوات حاسمة نحو الحصول على جودة عالية للبيانات للمعادن النادرة في البيئات المائية. بالمقارنة مع الأساليب القائمة (على سبيل المثال، طرق وكالة حماية البيئة)، التي تم الحصول عليها البيانات باستخدام بروتوكول outlinإد فوق النتيجة في أفضل أو مماثلة حدود الكشف والفراغات منخفضة جدا. ويمكن تقييم وثمة مجموعة كبيرة من العناصر النزرة (8، الجدول 1).

    بروتوكول الموصوفة هنا يمكن تطبيقها بسهولة على مجموعة من أنواع مختلفة من العينات المائية، بالإضافة إلى النهر ومصبات الأنهار المياه، على سبيل المثال، والمحيطات والبحيرات والمياه الجوفية. منذ عينة preconcentration يمكن أن يكون مضيعة للوقت، وبروتوكول المقدمة هنا يمكن تعديلها وفقا لخصائص معينة في البيئات المائية المختلفة. في المياه أثرت إلى حد كبير، لا يزال ينبغي أن يتم جمع عينات نظيفة، ولكنها يمكن أن تحدد مباشرة من الأدوات المناسبة في حالة مواجهة أي تدخل المصفوفة. يمكن تعديل حجم العينة إذا كانت هناك حاجة أكبر أو أصغر العوامل preconcentration. في الحالات التي تحتاج سعة التبادل الأيوني إلى زيادة كميات أكبر من الراتنج يمكن استخدامها.

    يوضح هذا العمل الذي وتحديد المعادن النزرة لناجي "التقنيات النظيفة" التي تشمل أخذ العينات وقبل الاعتقال، بالتزامن مع تحديد المعايير البيئية ذات الصلة، وتوزيع المعادن النزرة في البيئات المائية يمكن تقديرها بشكل أفضل، مع الأخذ بعين الاعتبار الظروف البيئية المحددة ومدى التأثيرات الطبيعية والبشرية المنشأ 20. ويتراوح تركيز كبير أن هذا البروتوكول هو قادرة على تطبيق تعني أن التحقيقات في توزيعات المعادن النزرة والسلوك ويمكن أيضا أن تتم في البيئات التي تتغير بمرور الزمان والمكان.

    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

    العلوم البيئية، العدد 113، نهر المياه، والمياه عند مصبات الأنهار، المعادن النزرة، والترشيح، preconcentration، كيمياء المياه، وجمع عينة
    نظيفة أخذ العينات وتحليل نهر ومصبات الأنهار المياه للدراسات المعدنية تتبع
    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