Summary
العوالق والجسيمات المعلقة تلعب دوراً رئيسيا في الدورات البيوجيوكيميائيه في المحيط. هنا، نحن نقدم طريقة نظيفة جداً، وانخفاض ضغط لجمع مختلف أحجام الجسيمات والعوالق في البحار مع القدرة على التعامل مع كميات كبيرة من مياه البحر.
Abstract
التوزيعات من العديد من العناصر النزرة في المحيط ترتبط بشدة مع النمو والموت، وريمينيراليزيشن العوالق البحرية وتلك الجسيمات علقت غرق. نقدم هنا، جميع بلاستيك (بولي بروبلين والبولي)، متعدد الطبقات نظام ترشيح لمجموعة من جسيمات (SPM) في البحر. تم تصميم هذا الجهاز أخذ العينات نظيفة جداً ووضعت خصيصا للدراسات العناصر النزرة. التحديد الدقيق لجميع المواد غير المعدنية واستخدامها في خط التدفق من خلال إجراء يقلل من أي تلوث المعادن المحتملة أثناء أخذ العينات. تم بنجاح اختبار هذا النظام وانب لتحديد المعادن النزرة (مثلاً، Fe، بن، مينيسوتا، مؤتمر نزع السلاح، والاتحاد الجمركي، ني) على جزيئات ذات أحجام مختلفة في مياه المحيطات المفتوحة والساحلية. النتائج من بحر الصين الجنوبي في مركز جنوب شرق آسيا سلسلة زمنية (مقاعد) تشير إلى أن الاختلافات الدافيء والتوزيع المكاني للعوالق في منطقة المصيدتين يمكن بسهولة حل والمعترف بها. التحليل الكيميائي مجزأ حجم الجسيمات في المياه السطحية لمضيق تايوان تشير إلى أن الجسيمات الأكبر (> ميكرومتر 153) استمدت معظمها بيولوجيا، بينما كانت معظمها تتألف الجسيمات الصغيرة (10-63 ميكرون) مسألة غير العضوية. وبصرف النظر عن مؤتمر نزع السلاح، انخفضت تركيزات المعادن (Fe، بن، مينيسوتا، Cu، ني) مع زيادة حجم.
Introduction
جسيمات في المحيط دوراً هاما في الدورات البيوجيوكيميائيه البحرية1. يمكن تغيير معظم خصائص الجسيمات، مثل الحجم، وعلم المعادن، وتكوينها، عميقا من إعداد الجيولوجية أو الهيدروجرافية واحد إلى آخر2. وباﻹضافة إلى ذلك، توزيع عناصر في المحيط ترتبط أيضا بدوره حياة من العوالق النباتية البحرية: النمو والموت والغرق وريمينيراليزيشن3،4. جسيمات البحرية تمتد 4 على الأقل من حيث الحجم في الحجم، تتراوح بين جسيمات submicron مجاميع كبيرة (> 5 ملم). معظم جزيئات تستمد بيولوجيا، من العمليات مثل إنتاج بيليه البراز، إفراز، إلخ، تحلل الفيروسية، نتحه. وتتشكل الجزيئات الأخرى من التخثر المادية من الخلايا، والحطام الخلوية أو ليثوجينيك المواد1. مراقبة مختلف الخصائص الكيميائية والبيولوجية لجزيئات كل من الدورات الجيوكيميائية والعمليات البيولوجية التي تحدث حول وداخل جزيئات4،،من56. هذه الجسيمات هي الموائل الهامة، فضلا عن المصادر الغذائية لبعض الكائنات، مثل العوالق الحيوانية أو saprotrophs. تبعاً لذلك، مصير الجسيمات غالباً ما تتصل بحجمها والتي يمكن تعديلها بواسطة العمليات البيولوجية وحول الجسيمات.
أخذ العينات البحرية الجزيئات عادة ما يتطلب الترشيح، ولكن هذا النهج يقدم بعض غموض في تحديد خصائص الجسيمات، حيث الجزيئات البحرية ليست متجانسة في تكوينها وحجمها. الجسيمات المعلقة، تتكون أساسا من جزيئات صغيرة ومنخفضة الكثافة التي بشكل دائم تقريبا في تعليق، مختلطة مع كميات مختلفة من الجسيمات الأكبر حجماً والأكثر كثافة في تعليق فقط لفترة قصيرة من الوقت، تبعاً لظروف هيدرودينامية 7-وجمعت التقارير الأولى لتشكيل المعادن تتبع عينات العوالق الغاطسات العوالق أو تعليق العوالق شبكات على سفينة بحوث8. الكتاب غالباً العثور على جزيئات معدنية وطلاء رقائق في العينات، مما يوحي بمشكلة حادة من التلوث أثناء أخذ العينات البحرية الجسيمات للتحليل الكيميائي. وتشمل الجهود الأخرى صافي تقطر بالقوارب المطاطية أو استخدام كلوريد البولفينيل (PVC)-من ناحية ونش3. صعوبة موثوق بها لأخذ العينات من الجسيمات يجعل التقدم في فهمنا للتركيبة الكيميائية للجزيئات البحرية أكثر صعوبة، خاصة بالنسبة للعناصر النزرة. على هذا النحو، قد تأتي المعلومات الأكثر أهمية في تركيز العناصر النزرة في العوالق النباتية من ثقافة الدراسات9،10. وقد دافع هذا الاعتراف علماء البحار لإنشاء طرق جديدة لدراسة الجسيمات في البحر على مدى السنوات الثلاثين الماضية11.
علماء المحيطات قد استخدمت تقنيات أخذ العينات المختلفة، بما في ذلك الترشيح على متن السفن، والترشيح في الموقع ، والفخاخ11من الرواسب. تجهيز كميات كبيرة من مياه البحر لجمع عينات غير الملوثة يمكن أن يكون تحديا، لا سيما للمحيطات المفتوحة والمياه العميقة التي كانت تركيزات الجسيمات منخفضة جداً (0.001-0.1 مغ/لتر). من الضروري أيضا لتصفية كميات كبيرة من مياه البحر للحصول على كمية كافية من الجسيمات لقياس تركيزات المعادن التتبع. استخدمت بعض الباحثين طريقة تجزئة المساحة لفصل الجسيمات المعلقة من الغرق الجسيمات. ومع ذلك، حجم الجسيمات، المسامية والكثافة والشكل يمكن جميع الجسيمات التأثير غرق السرعات. الفخاخ الرواسب ليست أدوات عملية لجمع الجسيمات المعلقة، منذ تلك التي صممت لغرق الجسيمات. ولذلك، من المهم وضع أساليب أخذ العينات والمعالجة التي يمكن جمع كميات كافية من الجسيمات المعلقة مع الحد الأدنى من التلوث. ومن ثم، تجزئة المساحة عن طريق الترشيح في الموقع لا يزال أداة واعدة في أدوات أخذ العينات محيطات، نظراً لأنها يمكن أن تكشف عن معلومات هامة عن ديناميات الجسيمات البحرية. هنا، يمكننا وصف بنجاح اختبار التتبع-المعادن-تنظيف، والترشيح الجاذبية متعددة الطبقات أخذ العينات الجهاز، والتي يمكن أن تعالج كميات كبيرة (120-240 لتر) مياه البحر على متن الطائرة في مرور واحد من تترافلوروايثيلين (PTFE) مغلفة بزجاجات المياه أخذ العينات في الصفيف متعدد زجاجة جمع العينات. يستخدم هذا الجهاز أخذ العينات تغسل حمض النايلون الاصطناعية في التسلسل، والمحاطة الشبكات داخل حاوية البولي بلطف جمع الحجم مجزأ مع وقف التنفيذ هذه المسألة والعوالق النباتية12،13، 14،15 (الشكل 1). والهدف من هذا العمل هو توفير أداة أفضل لدراسة الجمعيات الجسيمات المعدنية وديناميتها رد فعل في البيئات البحرية، وتحسين فهمنا لمصير مجموعة متنوعة واسعة من العوالق والجسيمات والمعادن النزرة في هذه بيئات.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ويشمل البروتوكول التالي العمل مع المواد الكيميائية الضارة. يرجى قراءة في صحائف بيانات السلامة (الحزب الديمقراطي الصربي) بعناية، واتبع إرشادات السلامة الكيميائية المؤسسية.
1-متعدد الطبقات الجاذبية الترشيح إعداد العينات
-
تنظيف العينات
- ملء وحدة الأنابيب والترشيح مع 1% (w/v) أنيونى مبطلات الإنزيم الحل المنظفات ونقع أنه ل 24 h. دافق العينات الترشيح الجاذبية متعددة الطبقات مع الماء المقطر مزدوجة التناضح العكسي (RO-دو) دقة، ثم تعبئته مع 0.1% (v/v) حمض الهيدروكلوريك (HCl، الصف الكاشف) ونقع على ح 72.
- دقة مسح العينات الترشيح الجاذبية متعددة الطبقات بالتناضح العكسي المياه المقطرة مزدوجة (RO-DD-سيبدي) ثلاث إلى خمس مرات، مرة على الأقل كل منها 20 لتراً، وتخزينها في لفيف في أكياس من البلاستيك.
-
الجسيمات العينة الحاوية التنظيف والتحضير
- استخدام البولي إثيلين منخفض الكثافة (البولي إثيلين المنخفض الكثافة، 125 مل) أو المفلورة الإثيلين والبروبيلين (FEP، 125 مل) زجاجات كحاويات للجسيمات. تنظيف الزجاجات التي نقع عليها أولاً في المنظفات القلوية (الجزئي، 1%)، ثم في حمض النيتريك 50% (v/v) (HNO3، الصف الكاشف)، ثم 10% (v/v) HCl الحلول لمالا يقل عن 24 و 48، و 24 ساعة، على التوالي. شطف الزجاجات بالماء المتأين الشطب (RO-DD-سيبدي) بين الخطوات مغطس اثنين.
- بعد HCl نهائي مغطس، شطف الزجاجات جيدا بالماء المتأين الشطب (RO-DD-سيبدي)، والزجاجات في غرفة نظيفة أو فئة 100 مقعد نظيفة جافة.
إرفاق زجاجة تنظيف العينات الترشيح الجاذبية متعددة الطبقات، أو ختم تنظيف الزجاجات في أكياس PE انغلق وحقيبة مزدوجة لهم للنقل.
-
لفيف عينات الترشيح الجاذبية متعددة الطبقات
- قم بتوصيل ستة أنابيب مقاومة لفترة طويلة كيميائيا الاستومر الحرارية م 4 (خارج القطر 0.635 سم) ستة مداخل اتجاهي على رأس العينات.
- تجميع ثلاثة عوامل تصفية مختلفة مش نايلون مع حاويات العينات البولي إثيلين منخفض الكثافة (125 مل البولي إثيلين المنخفض الكثافة) في تسلسل في غرفة نظيفة (البدلاء) بعد أن يتم تنظيفها (انظر أدناه)، مع عامل تصفية شبكة 10 ميكرون المتمركزة في الخارج، ميكرومتر 63 مش عامل التصفية في الأوسط، وتصفية شبكة ميكرومتر 153 في الداخل. للنقل وتخزين العينات الترشيح الجاذبية متعددة الطبقات في طبقتين من أكياس البولي إيثيلين (PE)، ثم وضعه في حاوية الشحن البولي بروبلين (PP).
2-أخذ العينات
-
جمع العينات
- عند الوصول إلى موقع أخذ العينات، يكون شخص واحد إزالة عينات الترشيح الجاذبية متعددة الطبقات من حاوية شحن على سطح السفينة سفينة الأبحاث وفتح الحقيبة مع أخذ العينات. ثم، يكون لهم وضع قفازات PE وتوصيل الأنابيب الحرارية الاستومر م 4 ستة بصنابير المياه من العينات المغلفة PTFE ل 20 ست زجاجات في الصفيف مرتفعة زجاجة متعددة العينات وتوجيه مياه البحر إلى هذه الوحدة من وحدات الترشيح. سوف تتدفق مياه البحر من خلال مداخل اتجاهي، والجسيمات/العوالق سوف يكون بلطف فصل/مجزأ من خلال الشباك ويستقرون في 125 مل زجاجات البولي إثيلين المنخفض الكثافة التي تم تأمينها في القاعدة الشباك.
- بعد أن تدفقت مياه البحر من خلال (عادة 120 لتر في مياه البحر الساحلية و 240 لتر لمياه المحيطات المفتوحة)، إزالة كل شبكة في تسلسل (أولاً، 153 ميكرون، ثم مكم 63، وأخيراً 10 ميكرومتر) في فئة 100 مقعد نظيفة، ثم رش الصافي مع تتبع-المعادن-تنظيف 0.4 ميكرون و إيلتيريد مياه البحر لغسل العوالق أي عالقة على السطح الداخلي للشباك. جمع مياه البحر مع تركيز الجسيمات/العوالق في زجاجات البولي إثيلين 125 مل.
- فك هذه الزجاجات من الشباك، وتصفية الحلول مع تركيز الجسيمات/العوالق مرة أخرى من خلال جهاز ترشيح فراغ تغسل حمض مع وزنه مسبقاً، وحمض غسلها 47 ملم، 10 مرشحات البولي حجم المسام ميكرومتر تحت الفراغ المنخفض الشروط (< 5 كيلو باسكال).
- لجمع جزيئات/العوالق أصغر من 10 ميكرومتر، انتظر على الأقل 20 لتر من مياه البحر التدفق من خلال أخذ العينات، ثم بعد ذلك، وجمع اثنين إلى خمسة لتر الماء في حاوية 5 ل PE، وتصفية هذه المياه العينة بجهاز ترشيح فراغ تغسل حمض مع قبل موزون، حمض غسلها، 47 ملم، 0.4-ميكرومتر المسامية الحجم البولي مرشحات.
- بعد الفراغ من الترشيح، شطف مرشحات عينة فورا بدرجة نقاء عالية دو المياه لإزالة البقايا من مياه البحر، التقليل من تأثير أملاح البحر على تحديد الأوزان الجافة من الجسيمات/العوالق. إبقاء حجم الشطف فقط بضع ملليلتر لمنع إتلاف العوالق الهش.
- ثم، بعد هذه الخطوة الشطف، بعناية إزالة عامل التصفية من وحدة الترشيح فراغ وتخزين العينة عوامل التصفية في حمض غسلها، ووزنه قبل اﻷكريليك البلاستيك بيتري الأطباق وختم في أكياس بلاستيكية resealable. الاحتفاظ الأكياس في ثلاجة ˚C-20 على متن الطائرة حتى العودة إلى مختبر البرية لزيادة عينة تحليل المعالجة والكيميائية.
3-نموذج المعاملة
-
تجميد التجفيف وهضم الجسيمات
- ضع المرشحات مع عينات الجسيمات في قاعة جامع لالة التجفيف، وقم بتشغيل الجهاز. كما تصل درجة حرارة الجهاز-40 درجة مئوية، قم بتشغيل المضخة الفراغ من الجهاز وبدء تجميد عمليات التجفيف.
ملاحظة: مستوى فراغ ينبغي الاحتفاظ باطراد أدناه 0.12 [مبر]. الرجاء قراءة دليل المستخدم بعناية واتبع إرشادات الشركة المصنعة لكل خطوة. - بعد 72 ساعة، إيقاف آلة التجفيف وإزالة عوامل التصفية المجففة وتزن لهم. ضع المرشحات العينة المجففة في بيرفلوروالكوكسي وزنه قبل ألكان (PFA) السفن (سعة 60 مل)، ثم أضف 3 مل حمض النيتريك عالي النقاوة في سفن2،3،،من67.
- تشديد هذه السفن مع وجع عزم دوران إلى عزم ثابت من 2.5 كجم-م، ومكان السفن في فرن التقليدي في 130 درجة مئوية ح 12 لتسلسل الهضم الأول. بعد التبريد، إزالة هذه السفن من الفرن، وفتح السفن، وإضافة 2 مل حمض الهيدروفلوريك عالي النقاوة في سفن2،3،،من67.
- تشديد هذه السفن مع عزم من 2.5 كجم-م، ومكان السفن في فرن التقليدي في 130 درجة مئوية ح 12، وهو تسلسل الهضم الثاني. بعد التبريد، فتح الأوعية وإضافة 16 مل من محلول الماء المقطر النقي فائقة 4.5 في المائة إلى أن السفن2،3،،من67.
- تشديد السفن عزم ثابت 2.5 كلغ-متر، وهضم العينات في فرن في 130 درجة مئوية ح 12 للتسلسل الهضم النهائي. بعد التبريد، تزن كل سفينة وتحديد الكتلة النهائي وكتلة محددة من كل حل هضمها تسفر عن وحدة تخزين ديجيستانت نهائية.
ملاحظة: يتم تحديد كتلة محددة بقياس الوزن بالضبط 1.00 مل من ديجيستانت. - بعناية تصب في ديجيستانت 30 مل حمض تنظيفها الزجاجة PE لمزيد من التحليل تتبع المعادن.
- ضع المرشحات مع عينات الجسيمات في قاعة جامع لالة التجفيف، وقم بتشغيل الجهاز. كما تصل درجة حرارة الجهاز-40 درجة مئوية، قم بتشغيل المضخة الفراغ من الجهاز وبدء تجميد عمليات التجفيف.
-
تتبع تحليل المعادن
- تحديد تتبع المعادن تركيزات (مؤتمر نزع السلاح و Cu, Fe، مينيسوتا، ني وال) في حلول هضم الجسيمات باستخدام جرافيت فرن امتصاص الذري مطياف (فرنك غيني-العاص)6.
- كاختبار دقة، استخدام المواد المرجعية المعتمدة (CRM)، مثل المواد المرجعية الرواسب البحرية من "مجلس البحوث الوطني في كندا"، المواد المرجعية القياسية الرواسب مصبات الأنهار من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا من الولايات المتحدة الأمريكية، والمواد المرجعية العوالق من خدمة "المفوضية الأوروبية" للعلم والمعرفة. يعطي العملية الاسترداد 95 و 107 في المائة من القيمة المعتمدة للمعادن النزرة في إدارة علاقات العملاء.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
مع تطور علوم البحار الحديثة، الآن ممارسة شائعة لاستخدام "تقنيات نظيفة" للحصول على تتبع دقيق تركيزات المعادن في جزيئات البحرية أو العوالق. حيث معظم الجزيئات في المياه الطبيعية في انخفاض مغ/لتر إلى نطاق ميكروغرام/لتر، معالجة كميات كبيرة من مياه البحر اللازمة للتحقيق في آثار كيميائية جيولوجية وبيولوجية من المعادن النزرة في جزيئات مختلفة في البيئات المحيطة. باستخدام تقنيات أخذ العينات الجاذبية نظيفة، متعدد الطبقات الترشيح ("كاتنيت") (الشكل 1)، تم التوصل إلى اتفاق جيد بين تركيزات الجسيمات تحدد باستخدام الترشيح مسدود الضغط التقليدية وتلك التي جمعتها كاتنيت، استخدام مجموعة البيانات من مياه البحر الساحلية عينات من الساحل الغربي قبالة تايوان (الشكل 2). كانت أكثر من 90 في المائة من تلك الجسيمات الصغيرة (0.4-10 ميكرومتر). عند تصفية مياه البحر غير المصفى المحيطة بالمقارنة إلى كاتنيت مياه البحر (< 10 ميكرومتر)، استخدام هذا البروتوكول تنتج الفراغات منخفضة جداً ولا يوجد تلوث ملحوظ (الجدول 1). لجسيمات جمعت في عمق الكلوروفيل الحد الأقصى في بحر الصين الجنوبي بين 26/03/2002 و 28/03/2002، معظم جسيمات (> 80 ٪) كانوا يقيمون في أصغر (0.4-10 ميكرون) الجسيمات. الجسيمات الأكبر حجماً، أي، العوالق الحيوانية (> 153 ميكرومتر)، أظهرت بوضوح أنماط الهجرة الرأسية الدافيء، بينما تركيزات الجسيمات الصغيرة وظلت دون تغيير تقريبا (الشكل 3). العوالق الحيوانية الحية في زجاجات العينات أوضحت دماثة عملية الترشيح10. في المياه السطحية لمضيق تايوان، كيمياء رطبة وتقنيات أخذ العينات الموضحة هنا تستخدم لقياس توزيع الجسيمات البحرية والتراكيب. الرسم البياني لمتوسط تركيزات المعادن في الجسيمات العالقة (ميكروغرام/غرام) بين كسور مختلفة الحجم جمعت متنوعة هائلة، تمتد على مدى خمس أوامر من حجم. التركيزات تفاوتاً كبيرا في مجموعات الجسيمات مختلفة الحجم: 0.4-10 ميكرومتر، ميكرون 10-63، 63-153 ميكرون، و > 153 ميكرون. عموما، كانت إثراء معظم الجسيمات في الحديد وشركة، وانخفضت التركيزات مع زيادة حجم، باستثناء مؤتمر نزع السلاح، التي زادت مع زيادة الحجم، ربما تسبب بتركيز الأحيائي عملية3،10، 14 (الشكل 4).
رقم 1: الجاذبية متعددة الطبقات نظيفة جداً تنقية العينات لجمع الحجم مجزأ العوالق البحرية وعلقت جسيمات (كاتنيت)- هذه الجسيمات جمع العينات مصنوعة من مواد البولي بروبيلين والبولي، ومزودة، بالتسلسل، مع 153 ميكرون و 63 ميكرون 10 ميكرون النايلون متغيرة الشباك. عينات المياه مستمدة من ست زجاجات العينات المغلفة PTFE 20 لتر في الصفيف مرتفعة زجاجة متعددة العينات، متصلاً بنهايات تدفق الجهاز مجزأ حجم الترشيح عبر أنابيب تغسل حمض الاستومر الحرارية. هذا نظام الترشيح فعلياً يمنع التلوث المحتمل أثناء جمع العينات على متن الطائرة، ويتم فصل الجزيئات بلطف في أحجام مختلفة تسلسلياً من خلال الشباك، غرق في زجاجات البولي إثيلين المنخفض الكثافة في الجزء السفلي من كل شبكة. كان الملقب "كاتنيت" من قبل المؤلف المشارك ملكة جمال ون هوي لي لاختصار قصيرة للدكتور القط نظيفة جداً متعدد الطبقات مجموعة "صافي"، حيث أن المستخدمين يمكن أن تميز الأسلوب الجهاز والترشيح فيما يتعلق المصمم/المخترع، الدكتور ليانغ-شهد ون "CAT". وكان على براءة اختراع هذا الجهاز حتى 9 أيار/مايوth، 201512. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: مقارنة مجموع المواد العالقة (أفراد القوات المسلحة) التي تم جمعها من المياه الساحلية بأسلوبين من أساليب الترشيح المستقل. جمعت عينات المياه الساحلية على عمق 5 أمتار على متن الطائرة في بحوث المحيطات R/V "الثانية" في نيسان/أبريل 2007 (OR2-1432، 2007/4/21-4/23). محطات أخذ العينات ()، (ب) التخطيطي لإجراءات أخذ العينات، تركيزات (ج) الجسيمات حجم مختلف لكل عينة من مواقع مصممة بطريقة كاتنيت، وتركيز (د) مقارنة بين الجسيمات يحدده أسلوب الترشيح التقليدية (أفراد القوات المسلحة) وأسلوب كاتنيت (تسم). أشرطة الخطأ هي الانحرافات المعيارية لعينات المكررة مقيسة بأفراد القوات المسلحة. تم التوصل إلى اتفاق جيد جداً بين تركيزات الجسيمات العالقة يحدد باستخدام الطريقتين مستقلة في مختبرين منفصلة من نفس العينات. وكانت هناك 22 موقعا لأخذ العينات، وجمعت عينات اثنين لكل موقع وتصفيتها مباشرة عن طريق الترشيح مسدود استخداماً، المضغوط الجهاز7،11،16 (مجموع المواد العالقة، "أفراد القوات المسلحة"، وزن الجسيمات من أكبر من 0.4 ميكرومتر)، وعينه أخرى تم جمعها كاتنيت متبوعاً بالترشيح فراغ الضغط المنخفض (المبلغ الإجمالي من المواد العالقة، "تسم"، مجموع أوزان 0.4-10، 10-63، 63-153، و > 153 ميكرون الجسيمات؛ فقط يتم بمجرد النظر إلى وقت العملية). مجموعة تركيز كبير يعني ضمناً أن التقنيات التي تصلح لدراسات الجسيمات في بيئات مختلفة حيث تبين تركيزات اختلافات كبيرة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
| تحليلها | حقل مزدوج-المياه الفراغات | مياه البحر المحيطة (< 0.4 μm) | كاتنيت فيلتراتي مياه البحر (< 10 μm) |
| النتريت (ميكرومتر) | بلا تاريخ | 0.23 | 0.22 |
| نترات (ميكرومتر) | بلا تاريخ | 1.4 | 1.45 |
| الأمونيوم (ميكرومتر) | بلا تاريخ | 0.081 | 0.088 |
| فوسفات (ميكرومتر) | بلا تاريخ | 0.16 | 0.15 |
| سيليكات (ميكرومتر) | بلا تاريخ | 4.01 | 4.05 |
| DOC (ميكرومتر) | بلا تاريخ | 83 | 81 |
| Cu (nM) | 0.08 | 0.91 | 0.85 |
| الحديد (nM) | 0.005 | 0.34 | 0.35 |
| ني (nM) | 0.01 | 2.45 | 2.35 |
الجدول 1: تركيزات المعادن المغذيات والتتبع في الإجراء فارغة المياه ومياه البحر المحيطة كاتنيت تصفية المياه- الرسم التوضيحي لتركيزات المعادن المغذيات والتتبع في الفراغات الميدان 3 (درجة نقاء عالية المياه المعالجة كعينات في الميدان)، والمياه المحيطة (115˚34 ' ه، 18˚15 ن؛ عمق 80 متر) قبل وبعد الترشيح كاتنيت، والتي تشير إلى الفعالية وصف بروتوكول. لا يوجد دليل للتركيزات المتزايدة بسبب الولادة آثار الإجهاد (إفراز غير طبيعي بسبب الاصطدام، التعرض للضوء غير الطبيعي، صدمة الحرارة، خلط نشطة، وتمزق الخلايا، إلخ) أو التلوث (المعادن النزرة في يغسل وجمع زجاجات، جمع والعتاد، والتجهيزات والأسلاك، الإغلاق البلاستيك، إلخ). وتحققت أيضا فراغات الحقل منخفضة. لا يمكن كشفها: بلا تاريخ
الشكل 3: التغيرات الزمنية في الأسفار الكلوروفيل (أ) في منطقة المصيدتين، و (ب) اختلاف حجم الجسيمات التي جمعت في أعماق الكلوروفيل-أ كحد أقصى. وقد جمعت العينات على متن الطائرة في "بحوث المحيطات" R/V في آذار/مارس 2002 (OR1-639، 2002/3/21-3/30)13. خطوط متقطعة مع مثلثات في () تشير إلى أوقات استرجاع البيانات downcast والهيدروغرافية لجنة التجارة والتنمية؛ مثلثات قوية الدلالة على الوقت أخذ العينات للجسيمات في أعماق الكلوروفيل الحد الأقصى لنشر كاتنيت. بينما بعض تركيزات الجسيمات أصغر ظلت دون تغيير تقريبا، العوالق الحيوانية (> ميكرومتر 153) تبين بوضوح أنماط الهجرة العمودية ليلا. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: مقارنة بين متوسط تركيزات المعادن في المجفف تعليق الجسيمات (ميكروغرام/غرام) بين أحجام مختلفة- تم جمع عينات () على متنها في بحوث المحيطات R/V "الثانية" خلال صيف عام 2007 (OR2-1444، 2007/5/31-6/6). (ب) متوسط تركيزات المعادن مع الانحرافات المعيارية للمجفف تعليق الجسيمات (ميكروغرام/غرام) لجميع العينات 35 بين أحجام مختلفة. التراكيب المعدنية تتبع عموما، تختلف جذريا، التي تغطي ما يزيد على خمسة أوامر من حجم. تركيزات المعادن تتبع أيضا تختلف إلى حد كبير في الحجم بشكل مختلف الجزيئات التي جمعت (0.4-10، 10-63، 63-153، و > ميكرومتر 153) في المياه السطحية من جانبي مضيق تايوان؛ وبصفة عامة، انخفضت التركيزات مع زيادة حجم، باستثناء القرص المضغوط. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
يتطلب الحصول على تتبع موثوق بها تركيزات المعادن في العوالق والجسيمات المعلقة في المياه الطبيعية، والتي عموما موجودة بتركيزات منخفضة جداً، عناية كبيرة أثناء جمع العينات، والتجهيز، والمعالجات، والتحليل، بهدف الحد من التلوث. ولذلك، إجراءات لتصميم وإعداد معدات أخذ العينات وحاويات العينات، والمواد المستخدمة في جمع والعينات العملية الحاسمة جميع الخطوات تجاه الحصول على بيانات عالية الجودة للمعادن النزرة في البيئات البحرية. مع تقدم أساليب جديدة جمع الجسيمات في العقود الأخيرة، هو أيضا توسيع معرفتنا بديناميات الجسيمات، فضلا عن العناصر النزرة بيوجيوتشيميستري. في هذه الورقة، ونحن قد بينت أسلوب تجزئة حجم متسلسلة التي يمكن استخدامها لدراسة توزيع وتكوين العوالق البحرية/الجسيمات. في مياه أننا التحقيق في التراكيب المعدنية تتبع تختلف جذريا في الجسيمات بمختلف الأحجام وأصول، التي تغطي ما يزيد على خمسة أوامر من حجم. عموما، معظم جزيئات صغيرة (0.4-10 ميكرون) كانت غنية بالمعادن النزرة مثل الحديد وشركة، وانخفضت التركيزات مع زيادة حجم3،،من1014. بالمقارنة مع التقليدية الترشيح مسدودا، بينت النتائج تركيزات الجسيمات الكلية في مياه ساحلية باستخدام البروتوكول المحدد تسفر عن اتفاق جيد.
البروتوكول هو موضح هنا يمكن تطبيقها بسهولة على جمع في أنواع مختلفة من البيئات البحرية ومصبات الأنهار والمياه الساحلية والبحيرات أو المحيطات المفتوحة. يمكن ضبط حجم العينة إذا كانت كميات أكبر أو أقل من جزيئات مطلوبة. في مياه عكره جداً، لا يزال ينبغي أن تجمع العينات نظيفة، وقدر كبير من العناية التي يجب اتخاذها لإزالة أي جزيئات المتبقية التمسك بالنايلون الصافي قبل معالجة العينة المياه القادمة. خطوات التنظيف وحدد، ووعي "تقنيات أخذ العينات المعدنية تتبع نظيفة" حاسمة بالنسبة للتوازن الشامل مرضية ونتائج جيدة على الدوام. يوضح هذا العمل يتطلب تحديد التوزيع تتبع المعادن في العوالق البحرية والجسيمات المعلقة "التقنيات النظيفة" التي تشمل أخذ العينات، والانفصال، ويعطي هذا الجهاز ومعالجة ما يتصل تحسين النتائج.
نطاق كميات كبيرة من مياه البحر التي يسري فيها هذا البروتوكول يعني توزيعات الجسيمات وسلوك يمكن أيضا تحقيقات فعالة في مختلف البيئات البحرية. وقد جمع الجسيمات في عينات منفصلة متبوعاً بتوصيف المواد الكيميائية لا تزال القيود المكانية والزمانية، التي يحتمل أن إدخال التحيز في التفسيرات بسبب حساب يحتمل أن تكون غير مكتملة لحقل الجسيمات. بيد بمقارنة النتائج لمختلف أساليب جمع الجسيمات، نحن يمكن زيادة توسيع نطاق البحوث الجسيمات/العوالق بتوفير تفاصيل عن ردود الفعل والعمليات التي تحكم أحجام مختلفة من الجسيمات، وتحديد ما ديناميات البيوجيوكيميائيه المقابلة. البحث المستمر عن الجسيمات/العوالق سيسلط الضوء على دورها في المحيط.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
المؤلف المشارك، السيد ألن شوانغ هو صاحب البراءة المشارك والمدير العام للشركة (الصينية الصكوك Co., Ltd.) التي صنعت هذا الجهاز جمع للمستخدمين المهتمين. البراءة انتهت في أيار/مايو 9th،12من عام 2015.
Acknowledgments
يشكر المؤلفون ملكة جمال ألفين بي لين، تسنغ وي-الرئة السيد والآنسة Hsuan بي لين والدكتور لو جيا تشوان لمساعدتها خلال المعاينة الميدانية، ومختبر تحليل لعملية تطوير وتطبيق "كاتنيت." مساعدة الطاقم وفني على متن سفينة الأبحاث أبحاث المحيطات-الأول والثاني بحوث المحيطات خلال الحملات أخذ العينات من تقدير كبير. هذا العمل كانت تدعمها جزئيا "وزارة تايوان للعلوم" والتكنولوجيا من المنح 91-2611-م-002-007،-009 95-2611-م-002، 96-2611-م-002-004، 97-3114-م-002-006، 104-2611-م-002-019. هذه المخطوطة مكتوبة في الذاكرة لي ون هوي ملكة جمال لتفانيها هائلة والمساهمة في الأبحاث البحرية في تايوان.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| thermoplastic elastomer (C-Flex) Tubings | Cole Palmer | EW-06424-67 | O.D. 0.635 cm, Opaque White 1/8"ID x 1/4"OD, 25 ft/pack |
| LDPE Bottle (Nalgene) | ThermoFisher Scientific | 2103-0004 | 125 mL, Nalgene Wide-Mouth LDPE Bottles with Closure |
| anionic protease enzyme detergent detergent (Tergazyme) | Alconox | 1104-1 | 1×4 lb box (1.8 kg) |
| Hydrochloric Acid | Sigma-Aldrich | 258148 | Reagent grade |
| Nitric acid | Sigma-Aldrich | 695025 | Reagent grade |
| alkaline detergnet (Micro) | Cole Palmer | EW-99999-14 | Micro-90 Cleaning Solution |
| polycarbonate filter, 47 mm, 0.4 µm | Sigma-Aldrich | WHA111107 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 0.4 μm, polycarbonate |
| polycarbonate filter, 47 mm, 10 µm | Sigma-Aldrich | WHA111115 | Whatman Nuclepore Track-Etched Membranes, diam. 47 mm, pore size 10 μm, polycarbonate |
| PFA vessel, 60 ml capacity | Savillex | 300-060-03 | 60 mL Digestion Vessel, Flat Interior, Flat Exterior, Buttress Threaded Top |
| Nitric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Nitric Acid |
| HF, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrofluoric Acid |
| Boric acid, ultrapure | Seastar Chemicals | N/A | BASELINE Hydrobromic Acid |
| polyethylene (PE) gloves | Safty Zone | GDPL-MD-5 | Clear Powder Free Polyethylene Gloves |
| Multiple layer filtering and collecting device | Sino Instrumnets Co. Ltd | not available | Multiple layer filtering and collecting device, CATNET |
| 10 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 10 | Nitex - Standard Widths (40 - 44 inches) |
| 60 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 60 | Nitex - Standard Widths (40 - 44 inches) |
| 150 um Nylon filters, Nitex | Dynamic Aqua-Supply Ltd. | NTX 150 | Nitex - Standard Widths (40 - 44 inches) |
| torque wrench | Halfords | 200238 | Halfords Professional Torque Wrench 8-60Nm |
| multi-bottle sampling array, Rosette | General Oceanics | Model 1018 | Rosette Sampler |
| PTFE-coated sampling bottles, GO-Flo | General Oceanics | 108020T | GO-Flo water sampler teflon coated |
| Marine sediment reference materials | National Research Council Canada | MESS-3 | |
| Estuarine sediment standard reference material | National Institute of Standards and Technology | 1646a | |
| Plankton reference material | The European Commission's science and knowledge service | CRM414 |
References
- Jeandel, C., et al. What did we learn about ocean particle dynamics in the GEOSECS-JGOFS era. Progr. Oceanogr. 133, 6-16 (2015).
- Lam, P., et al. Methods for analyzing the concentration and speciation of major and trace elements in marine particles. Progr. Oceanogr. 133, 32-42 (2015).
- Collier, R., Edmond, J. The trace element geochemistry of marine biogenic particulate matter. Progr. Oceanogr. 13, 113-199 (1984).
- Donat, J. R., Bruland, K. W. Trace elements in the oceans. Trace Elements in Natural Waters. Steinnes, E., Salbu, B. , CRC Press. Boca Raton, FL. 247-280 (1995).
- Wen, L. -S., Santschi, P., Tang, D. Interaction between radioactively labeled colloids and natural particles: evidence for colloidal pumping. Geochim. Cosmochim. Ac. 61, 2867-2878 (1997).
- Wen, L. -S., Warnken, K., Santschi, P. The role of organic carbon, iron, and aluminium oxyhydroxides as trace metal carriers: Comparison between the Trinity River and the Trinity River Estuary (Galveston Bay, Texas). Mar. Chem. 112, 20-37 (2008).
- Hurd, D., Spencer, D. Marine particles: analysis and characterization. American Geophysical Union. , (1991).
- Martin, J. H., Knauer, G. A. The elemental composition of plankton. Geochim. Cosmochim. Ac. 37, 1639-1653 (1973).
- Morel, F., Price, N. M. The biogeochemical cycles of trace metals in the oceans. Science. 300, 944-947 (2003).
- Ho, T. -Y., et al. The elemental composition of some marine phytoplankton. J. Phycol. 39, 1145-1159 (2003).
- McDonnell, A., et al. The oceanographic toolbox for the collection of sinking and suspended marine particles. Prog. Oceanogr. 133, 17-31 (2015).
- Wen, L. -S., Li, W. -H., Zhuang, G. -Z. Multiple layer filtering and collecting device. , Taiwan Patent No. M275880 (2005).
- Ho, T. -Y., Wen, L. -S., You, C. -F., Lee, D. -C. The trace-metal composition of size fractionated plankton in the South China Sea: biotic versus abiotic sources. Limnol. Oceanogr. 52, 1776-1788 (2007).
- Hsu, R., Liu, J. In-situ estimations of the density and porosity of flocs of varying sizes in a submarine canyon. Mar. Geol. 276, 105-109 (2010).
- Liao, W. -H., Yang, S. -C., Ho, T. -Y. Trace metal composition of size-fractionated plankton in the Western Philippine Sea: the impact of anthropogenic aerosol deposition. Limnol Oceanogr. , (2017).
- Grasshoff, K., Kremling, K., Ehrhardt, M. Methods of seawater analysis. , Wiley-VCH. (2007).
