Summary
Plancton e particelle in sospensione giocano un ruolo importante nei cicli biogeochimici nell'oceano. Qui, forniamo un metodo ultra-pulito, basso sforzo per la raccolta di varie dimensioni delle particelle e plancton in mare con la capacità di gestire grandi volumi di acqua di mare.
Abstract
Le distribuzioni di numerosi oligoelementi nell'oceano sono fortemente associate con la crescita, la morte e rimineralizzazione del plancton marino e quelli delle particelle sospese/affondamento. Qui, presentiamo un tutto in plastica (polipropilene e policarbonato), filtrazione multistrato sistema per la raccolta del particolato sospeso (SPM) in mare. Questo dispositivo di campionamento ultra-pulito è stato progettato e sviluppato specificatamente per gli studi dell'oligoelemento. Meticolosa selezione di tutti i materiali non metallici e l'utilizzo di una procedura di flusso continuo in linea riduce al minimo qualsiasi possibile contaminazione del metallo durante il campionamento. Questo sistema è stato correttamente testato e ottimizzato per la determinazione di metalli in tracce (ad es., Fe, Al, Mn, Cd, Cu, Ni) sulle particelle di varie dimensioni in acque costiere e aperta dell'oceano. Risultati dal mare cinese del Sud presso la stazione di South East Asia Time-Series (posti) indicano che variazioni diurne e distribuzione spaziale di plancton in zona eufotica può essere facilmente risolto e riconosciuti. Analisi chimica delle particelle di dimensione-frazionato nelle acque superficiali dello stretto di Taiwan suggeriscono che le particelle più grandi (> 153 µm) sono stati per lo più biologicamente derivati, mentre le particelle più piccole (10-63 µm) erano principalmente composto di materia inorganica. Oltre a Cd, le concentrazioni di metalli (Fe, Al, Mn, Cu, Ni) è diminuito con l'aumento di dimensioni.
Introduction
Le particelle nell'oceano giocano un ruolo importante nei cicli biogeochimici marini1. La maggior parte delle proprietà delle particelle, quali dimensioni, mineralogia e composizione, può cambiare radicalmente da un contesto geologico o idrografico per un altro2. Inoltre, le distribuzioni di elementi nell'oceano inoltre sono associate con il ciclo di vita del fitoplancton marino: crescita, morte, affondando e rimineralizzazione3,4. Marine particelle estendono almeno 4 ordini di grandezza in dimensione, che vanno da particelle di submicron per grandi aggregati (> 5 mm). La maggior parte delle particelle biologicamente derivate, da processi quali virale Lisi, essudazione, secrezione, produzione di pellet fecali, ecc. Altre particelle sono formate da coagulazione fisica delle cellule, detriti cellulari o lithogenic materiali1. Varie caratteristiche chimiche e biologiche delle particelle controllano sia i cicli geochimici e processi biologici che si verificano su e all'interno le particelle4,5,6. Queste particelle sono habitat importanti così come le fonti di cibo per alcuni organismi, come zooplancton o saprotrophs. Di conseguenza, il destino delle particelle è spesso legato alla loro dimensione, che possa essere modificate da processi biologici su e intorno a particelle.
Campionamento marine particelle solitamente richiede filtrazione, ma questo approccio introduce una certa ambiguità nell'individuare le proprietà delle particelle, poiché le particelle marine non sono omogenee in composizione e dimensione. Particelle sospese, composte principalmente da particelle di piccola e bassa densità che sono quasi permanentemente in sospensione, sono mescolate con diverse quantità di particelle più grande e più dense in sospensione solo per un breve periodo di tempo, a seconda delle condizioni idrodinamiche 7. i primi rapporti della composizione dei campioni di plancton metallo traccia sono stati raccolti dalla risalita di plancton o sospensione plancton reti su una nave di ricerca8. Gli autori spesso trovano particelle di metallo e vernice chip nei campioni, suggerendo un grave problema di contaminazione durante il campionamento di particelle marine per l'analisi chimica. Altri sforzi includono netto traino di gommoni o utilizzando un cloruro di polivinile (PVC)-mano verricello3. La difficoltà di campionamento affidabile delle particelle fa progressi nella nostra comprensione della composizione chimica delle particelle marine più difficile, soprattutto per gli oligoelementi. Come tale, più cruciali informazioni sulla concentrazione di oligoelementi in fitoplancton sono venuto dalla cultura studi9,10. Questo riconoscimento ha motivato gli scienziati marini per creare nuovi metodi per lo studio delle particelle nel mare negli ultimi trent'anni11.
Gli oceanografi hanno usato varie tecniche di campionamento, compreso la fiancata della nave filtrazione, in situ , e sedimenti trappole11. L'elaborazione di grandi volumi di acqua di mare per raccogliere campioni non contaminati può essere difficile, soprattutto per il mare aperto e acque profonde in cui la concentrazione di particelle sono molto bassa (0.001 - 0.1 mg/L). Inoltre è necessario filtrare grandi volumi di acqua di mare per ottenere un'adeguata quantità di particelle per misurare le concentrazioni di metallo traccia. Alcuni ricercatori hanno usato il metodo dimensione-frazionamento per separare particelle sospese dall'affondamento di particelle. Tuttavia, la forma, porosità, densità e dimensione delle particelle può tutte le particelle di influenza le velocità di affondamento. Trappole di sedimenti non sono strumenti pratici per raccogliere le particelle in sospensione, poiché quelli sono progettati per l'affondamento di particelle. Pertanto, è importante sviluppare metodi di campionamento e trattamento che possono raccogliere una quantità sufficiente di particelle in sospensione con contaminazione minima. Quindi, dimensione-frazionamento mediante filtrazione in situ è ancora un promettente strumento nel pannello strumenti di campionamento dell'oceanografo, poiché si possono rivelare informazioni critiche sulle dinamiche delle particelle marino. Qui, descriviamo una collaudata con successo traccia-metallo-pulire, filtrazione multistrato gravità campionamento apparato, che può trattare grandi volumi (120-240 L) di acqua di mare a bordo in una sola passata da politetrafluoroetilene (PTFE) rivestito bottiglie di campionamento di acqua in un matrice di campionamento multi-bottiglia. Questo apparato di campionamento utilizza reti di nylon sintetico acido lavato in sequenza, e le reti sono racchiusi all'interno di un contenitore in policarbonato per raccogliere delicatamente frazionati dimensione sospesa materia e fitoplancton12,13, 14,15 (Figura 1). Lo scopo di questo lavoro è quello di fornire uno strumento migliore per studiare le associazioni di particella di metallo e le loro dinamiche di reazione negli ambienti marini e migliorare la nostra comprensione del destino di una vasta gamma di plancton e particelle di metalli in traccia in questi ambienti.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Il seguente protocollo coinvolge funzionare con sostanze chimiche nocive. Si prega di leggere attentamente le schede di dati di sicurezza (SDS) e seguire le linee guida istituzionali sulla sicurezza chimica.
1. multi-strato gravità filtrazione Sampler preparazione
-
Campionatore di pulizia
- Riempire l'unità della tubazione e filtrazione con 1% (p/v) di soluzione detergente anionico proteasi enzima e ammollo per 24 h. Flush il campionatore di filtrazione multistrato gravità con dell'acqua distillata doppia osmosi inversa (RO-DDW) accuratamente, poi riempire con 0.1% (v/v) acido cloridrico (HCl, Reagent Grade) e ammollo per 72 h.
- Sciacquare bene il campionatore di filtrazione multistrato gravità con osmosi inversa acqua deionizzata distillata doppia (RO-DD-DIW) tre a cinque volte, almeno 20 litri ogni volta e conservare l'assemblaggio in sacchetti di plastica.
-
Particella contenitore pulizia/preparazione del campione
- È possibile utilizzare fluorurati etilene propilene (FEP, 125 mL) bottiglie o polietilene a bassa densità (LDPE, 125 mL) come contenitori per le particelle. Per pulire le bottiglie, li ammollo prima in detergente alcalino (Micro, 1%), poi a 50% (v/v) di acido nitrico (HNO3, Reagent Grade), quindi soluzioni di HCl 10% (v/v) per almeno 24, 48 e 24 h, rispettivamente. Sciacquare le bottiglie con acqua deionizzata (RO-DD-DIW) tra i due passaggi di immersione totale.
- Dopo un finale HCl ammollo, sciacquare le bottiglie accuratamente con acqua deionizzata (RO-DD-DIW) e asciugare le bottiglie in un banco pulito camera pulita o classe-100.
Attaccare la bottiglia pulita per il campionatore di filtrazione multistrato gravità o tenuta pulita bottiglie in PE sacchetti con zip e doppio-borsa li per il trasporto.
-
Assemblaggio del campionatore di filtrazione multistrato gravità
- Connettere sei tubi di elastomero termoplastico lungo chimicamente resistente 4 m (diametro esterno di 0,635 cm) alle sei entrate direzionale in cima il campionatore.
- Assemblare i tre filtri in nylon maglia differente con contenitori di campioni di polietilene a bassa densità (125 mL LDPE) in sequenza in una camera pulita (panca) dopo sono puliti (Vedi sotto), con il filtro a rete 10 µm posizionato sulla parte esterna, il filtro a maglia 63 µm nella medio e il filtro a maglia 153 µm all'interno. Per il trasporto, conservare il campionatore di filtrazione multistrato gravità in due strati di sacchetti di polietilene (PE), quindi inserirlo nel contenitore per la spedizione in polipropilene (PP).
2. il campionamento
-
Raccolta del campione
- All'arrivo presso il sito di campionamento, è necessario avere una persona rimuovere il campionatore di filtrazione multistrato gravità da un container sul ponte della nave da ricerca e aprire la borsa con il campionatore. Poi, li hanno messo i guanti di PE, collegare i sei tubi di 4m in elastomero termoplastico per le spine di acqua delle bottiglie per il campionamento di sei 20 rivestite in PTFE L sulla matrice elevati della multi-bottiglia campionamento e guida l'acqua di mare in questa unità di filtrazione. L'acqua di mare fluirà attraverso le insenature direzionale, e il plancton/particelle saranno separati/frazionato delicatamente attraverso le reti e stabilirsi in 125 mL flaconi LDPE che sono fissati alla base delle reti.
- Dopo l'acqua di mare ha fluito attraverso (solitamente 120 L per acqua di mare nelle zone costiere e 240 L per acqua di mare aperto), rimuovere ogni rete in sequenza (in primo luogo, il µm 153, poi il 63 µm e infine il 10 µm) in un banco pulito di classe-100, poi spruzzare la rete con traccia-metallo-pulire 0,4 µm f iltered acqua di mare per lavare qualsiasi plancton bloccato sulla superficie interna delle reti. Raccogliere l'acqua di mare con concentrato di particelle/plancton in flaconi di polietilene 125 mL.
- Svitare queste bottiglie dalle reti e filtrare le soluzioni con particelle/plancton concentrato ancora una volta attraverso un apparecchio di filtrazione sotto vuoto lavata con acido con pre-pesati, lavata con acido 47mm, filtri da 10 µm in policarbonato dimensioni dei pori sotto basso vuoto condizioni (< 5 kPa).
- Per raccogliere le particelle/plancton inferiore a 10 µm, attendere almeno 20 L di acqua di mare a fluire attraverso il campionatore, quindi dopo che, raccogliere due a cinque L di acqua nel contenitore 5 L PE e filtrare queste acque di campione da un apparato di filtrazione sotto vuoto acido lavato con filtri di pre-pesati, lavata con acido, 47-mm, 0.4-µm poro formato in policarbonato.
- Dopo filtrazione sotto vuoto, sciacquare i filtri di esempio con elevata purezza acqua DDW per rimuovere il residuo di acqua di mare, riducendo al minimo l'influenza dei sali marini su come determinare i pesi a secco di particelle/plancton. Tenere il volume di risciacquo a solo un paio di millilitri per evitare di danneggiare il fragile plancton.
- Quindi, dopo questa fase di risciacquo, rimuovere delicatamente il filtro dall'unità di filtrazione sotto vuoto, archiviare i filtri del campione di pre-pesati, lavata con acido acrilici plastica Petri e sigillare in sacchetti di plastica richiudibili. Tenere i sacchetti in un congelatore a-20 ˚ c a bordo fino a ritornare indietro verso un laboratorio terrestri per ulteriori analisi di pretrattamento e chimica del campione.
3. il campione trattamento
-
Congelare l'essiccazione e la digestione delle particelle
- Posizionare i filtri con campioni di particelle nella camera di raccolta della macchina liofilizzazione e accendere la macchina. Come la temperatura della macchina raggiunge i-40 ° C, accendere la pompa del vuoto della macchina e avviare i processi di liofilizzazione.
Nota: Il livello di vuoto deve essere mantenuto costantemente inferiore a 0,12 mBar. Si prega di leggere attentamente il manuale e attenersi alle indicazioni del produttore per ogni passaggio. - Dopo 72 h, spegnere la macchina liofilizzazione, rimuovere i filtri secchi e pesarli. Quindi, inserire filtri campione essiccato in vasi di perfluoroalkoxy pre-pesati alcano (PFA) (60 mL di capacità) e aggiungere 3 mL di acido nitrico ultrapuro concentrato nel vasi2,3,6,7.
- Stringere i vasi sanguigni con una chiave dinamometrica alla coppia costante di 2,5 kg-m e posizionare i vasi in un forno convenzionale a 130 ° C per 12 h per la prima sequenza di digestione. Dopo il raffreddamento, togliere i vasi dal forno, aprire i vasi e aggiungere 2 mL di acido fluoridrico ultrapura nel vasi2,3,6,7.
- Stringere i vasi sanguigni con una coppia di 2,5 kg-m e posizionare i vasi in un forno convenzionale a 130 ° C per 12 h, che è la seconda sequenza di digestione. Dopo il raffreddamento, i vasi aperti e aggiungere 16 mL di soluzione di acido borico ultra-puro del 4,5% nel vasi2,3,6,7.
- Stringere i vasi sanguigni per una coppia costante di 2,5 kg-metri e digerire i campioni in forno a 130 ° C per 12 h per la sequenza finale della digestione. Dopo il raffreddamento, pesare ogni nave e determinare la messa conclusiva e la massa specifica di ciascuna soluzione digerita per produrre un volume di enzima finale.
Nota: Massa specifica è determinata misurando il peso esattamente 1,00 ml di enzima. - Attentamente, versare 30 mL acido puliti PE bottiglia per ulteriore analisi dei metalli traccia l'enzima.
- Posizionare i filtri con campioni di particelle nella camera di raccolta della macchina liofilizzazione e accendere la macchina. Come la temperatura della macchina raggiunge i-40 ° C, accendere la pompa del vuoto della macchina e avviare i processi di liofilizzazione.
-
Analisi dei metalli traccia
- Determinare le concentrazioni del metallo traccia (Cd, Cu, Fe, Mn, Ni e Al) nelle soluzioni digeriti di particelle usando un forno di grafite assorbimento atomico spettrometro (GF-AAS)6.
- Come un test di precisione, utilizzare materiali di riferimento certificati (CRM), come materiali di riferimento di sedimenti marini dal National Research Council of Canada, materiale di riferimento standard di sedimenti d'estuario dal National Institute of Standards e tecnologia della Stati Uniti d'America e materiale di riferimento di plancton da servizio di scienza e conoscenza della Commissione europea. Il processo dà 95% al 107% recupero del valore certificato per i metalli traccia forniti nel CRM.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Con lo sviluppo di oceanografia moderna, è ora una pratica comune utilizzare "tecniche di puliti" per ottenere accurata traccia metallo concentrazioni nelle particelle marine o plancton. Poiché la maggior parte delle particelle nelle acque naturali sono in mg/L basso alla gamma di µ g/L, il trattamento di grandi volumi di acqua di mare è necessario studiare la geochimici e biologici effetti di metalli in traccia su varie particelle in ambiente ambienti. Con l'uso di tecniche di campionamento di filtrazione ("CATNET") di gravità pulito, multi-strato (Figura 1), buon accordo è stata trovata fra le concentrazioni di particelle determinate mediante filtrazione senza uscita pressurizzato convenzionale e quelli raccolti da CATNET, utilizzando un set di dati di acqua di mare costiero campionata dal litorale ad ovest fuori Taiwan (Figura 2). Oltre il 90% di queste particelle erano piccole (0,4 - 10 µm). Quando rispetto ambientale acqua di mare non filtrata a CATNET filtrato con acqua di mare (< 10 µm), usando questo protocollo prodotti grezzi molto bassi e nessuna contaminazione evidente (tabella 1). Per particelle raccolte alla profondità di clorofilla-a massimo nel mare di Cina del sud tra il 26/03/2002 e 28/03/2002, la maggior parte delle particelle (> 80%) ha riseduto più piccole (0,4 - 10 µm) particelle. Le particelle più grandi, vale a dire, zooplancton (> 153 µm), chiaramente ha mostrato i modelli di migrazione verticale diurni, mentre le concentrazioni di particelle più piccole è rimasto quasi invariato (Figura 3). Lo zooplancton live osservato nelle bottiglie di campionamento indicato la dolcezza del processo di filtrazione10. Nelle acque superficiali dello stretto di Taiwan, la chimica analitica bagnato e tecniche di campionamento descritte qui sono utilizzati per misurare composizioni e distribuzioni di particelle marini. L'istogramma delle concentrazioni del metallo media a particelle in sospensione (µ g/g) tra le frazioni di diverse dimensioni raccolti varia drammaticamente, che abbracciano oltre cinque ordini di grandezza. Le concentrazioni variano in modo significativo nei gruppi di dimensione delle particelle differenti: 0,4 - 10 µm, 10-63 µm, 63-153 µm, e > 153 µm. Generalmente, la maggior parte delle particelle sono state arricchite in Fe e Al, e le concentrazioni in diminuzione con l'aumento di dimensione, fatta eccezione per il Cd, che è aumentato con l'aumento di dimensioni, possibilmente causata da un bio-concentrazione processo3,10, 14 (Figura 4).
Figura 1: campionatore di filtrazione ultra-clean gravità multistrato per la raccolta di dimensioni frazionato plancton marino e sospeso particelle (CATNET). Questo sampler di raccolta delle particelle è realizzato in policarbonato e materiali in polipropilene ed è montato, in sequenza, con 153 µm, 63 µm e 10 reti in nylon mutevole µm. Campioni di acqua sono disegnati da sei bottiglie da 20 litri rivestite in PTFE campionamento sulla matrice elevati della multi-bottiglia campionamento, collegata fino ai confini di afflusso dell'apparato di filtrazione dimensione-frazionato tramite tubi di elastomero termoplastico lavata con acido. Questo sistema di filtrazione efficace previene possibili contaminazioni durante la raccolta dei campioni a bordo, e le particelle sono separate delicatamente in diverse dimensioni in sequenza attraverso le reti, sprofondare le bottiglie LDPE nella parte inferiore di ogni rete. Il "CATNET" è stato soprannominato dal co-autore Lee Wen-Huei Miss per una breve abbreviazione di "Dr. di ultra-clean multistrato collezione Cat netto", così che gli utenti potrebbero distinguere il metodo apparato e filtrazione per quanto riguarda la progettazione/inventore, Dr. Liang-sega Wen "CAT". Questo dispositivo è stato brevettato fino al 9 maggioth, 201512. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: confronto di materiali sospesi totali (TSM) raccolti da acque costiere da due metodi di filtrazione indipendente. Sono stati raccolti campioni di acque costiere ad una profondità di 5 metri a bordo al R/V oceano ricerca II nell'aprile del 2007 (OR2-1432, 2007/4/21-4/23). (un) stazioni di campionamento, (b) schema della procedura di campionamento, (c) delle particelle di dimensioni diverse concentrazioni di ciascun campione siti determinati dal metodo CATNET e (d) confronto della particella concentrazione determinata dalla Metodo di filtrazione convenzionale (TSM) e metodo CATNET (TTSM). Le barre di errore sono le deviazioni standard dei campioni duplicati come misurato da TSM. Ottimo accordo è stata trovata fra le concentrazioni di particelle sospese determinate utilizzando i due metodi indipendenti in aliquote separate dei campioni stessi. C'erano 22 siti di campionamento, e due campioni per ogni sito sono stati raccolti e filtrati direttamente dal comunemente usato, pressurizzato filtrazione senza uscita dispositivo7,11,16 (totali materiali sospesi, "TSM", peso delle particelle di più grande di 0,4 µm), e un altro campione è stato raccolto da CATNET seguita da filtrazione sotto vuoto a bassa pressione (quantità totale di materiali sospesi, "TTSM", la somma dei pesi di 0.4 - 10, 10-63, 63-153, e > 153 particelle µm; fatto solo una volta a causa tempo di funzionamento). Una gamma di grande concentrazione implica che le tecniche sono adatte per gli studi di particelle in ambienti distinti dove concentrazioni mostrano differenze significative. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Analiti | Campo bideionizzata acqua gli spazii in bianco | Ambiente con acqua di mare (< 0,4 µm) | CATNET filtrato con acqua di mare (< 10 µm) |
| Nitrito (µM) | n.d. | 0.23 | 0.22 |
| Nitrato (µM) | n.d. | 1.4 | 1.45 |
| Ammonio (µM) | n.d. | 0,081 | 0,088 |
| Fosfato (µM) | n.d. | 0.16 | 0.15 |
| Silicato (µM) | n.d. | 4.01 | 4,05 |
| DOC (ΜM) | n.d. | 83 | 81 |
| Cu (nM) | 0.08 | 0.91 | 0.85 |
| Fe (nM) | 0,005 | 0,34 | 0.35 |
| NI (nM) | 0,01 | 2.45 | 2.35 |
Tabella 1: concentrazioni di metallo nutriente e traccia in procedura vuoto acque, ambiente con acqua di mare e CATNET filtrata acque. Illustrazione delle concentrazioni di nutrienti e traccia metallo 3 campo spazi vuoti (acqua di elevata purezza trattato come campioni nel campo), e acqua a temperatura ambiente (115˚34'E, 18˚15 ' n; 80 metri di profondità) prima e dopo filtrazione CATNET, che indicano l'efficacia della protocollo descritto. Non ci era prova per le concentrazioni aumentate a causa di effetti di confinamento dello stress (escrezione innaturale a causa della collisione, l'esposizione alla luce innaturale, shock termico, vigorosa miscelazione, rottura delle cellule, ecc.) o contaminazione (metalli in traccia in lavaggi e bottiglie da collezione, ingranaggio di collezione, raccordi e fili, chiusure in plastica, ecc.). Spazii in bianco campo basso inoltre sono stati raggiunti. Non rilevabile: n.d.
Figura 3: variazioni temporali della fluorescenza della clorofilla (a) nella zona eufotica e particelle di dimensioni (b) diversi raccolte ad una profondità massima di clorofilla-a. Campioni sono stati raccolti a bordo della R/V Ocean Research I nel marzo 2002 (OR1-639, 2002/3/21-3/30)13. Le linee tratteggiate con triangoli in (un) indicano i tempi di recupero dati abbattuto e idrografica CTD; i triangoli tinta indicano il tempo di campionamento per le particelle ad una profondità massima di clorofilla per le distribuzioni di CATNET. Mentre alcune concentrazioni di particelle più piccole, è rimase quasi invariate, lo zooplancton (> µm 153) ha mostrato chiaramente modelli di migrazione verticale notturne. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: confronto tra le concentrazioni medie di metallo in secca particelle (µ g/g) tra le diverse dimensioni sospese. (un) campioni sono stati raccolti a bordo al R/V oceano ricerca II durante l'estate del 2007 (OR2-1444, 2007/5/31-6/6). (b) media concentrazioni nel metalli con deviazioni standard di secchi sospeso particelle (µ g/g) per tutti i 35 campioni tra le diverse dimensioni. Nel complesso, le composizioni di traccia-metallo variavano drammaticamente, che abbracciano oltre cinque ordini di grandezza. Le concentrazioni di metallo traccia anche variavano significativamente nelle diverse dimensioni particelle raccolte (0.4 - 10, 10-63, 63-153, e > 153 µm) nelle acque superficiali dello stretto di Taiwan; in generale, le concentrazioni in diminuzione con l'aumento di dimensione, fatta eccezione per il CD. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Come ottenere affidabile traccia metallo concentrazioni di plancton e particelle in sospensione nelle acque naturali, che sono generalmente presenti a concentrazioni molto basse, richiede grande attenzione durante la raccolta del campione, elaborazione, pretrattamenti e analisi, con l'obiettivo di riducendo la contaminazione. Di conseguenza, le procedure per progettare e preparare l'attrezzatura di campionamento, contenitori per campioni e materiali utilizzati per raccogliere e campioni di processo sono tutti elementi critici passi verso l'acquisizione di dati di alta qualità per metalli in traccia negli ambienti marini. Con l'avanzare di nuovi metodi di raccolta delle particelle negli ultimi decenni, sta anche ampliando la nostra conoscenza delle dinamiche delle particelle così come oligoelemento biogeochimica. In questa carta, abbiamo illustrato una tecnica dimensione-frazionamento sequenza che può essere utilizzata per studiare la distribuzione e la composizione del plancton marine/particelle. Nelle acque di mare abbiamo studiato, composizioni oligometallo varia drammaticamente in particelle con vari formati e origini, che coprono più di cinque ordini di grandezza. Generalmente, la maggior parte delle piccole particelle (0,4 - 10 µm) sono stati arricchiti con tracce di metalli come Fe e Al, e le concentrazioni in diminuzione con l'aumento di dimensione3,10,14. Rispetto ai convenzionali filtrazione senza uscita, i risultati delle concentrazioni di particelle totali in acque di mare costieri indicato che utilizzando il protocollo descritto ha reso buon accordo.
Il protocollo descritto qui può essere facilmente applicato alla raccolta in diversi tipi di ambienti marini, acque costiere e degli estuari, laghi o oceani aperti. Volume del campione può essere regolato se maggiore o minore quantità di particelle sono richieste. In acque molto torbide, campioni devono ancora essere raccolti in modo pulito e grande cura deve essere presa per rimuovere eventuali particelle residue aderendo al Nylon netto prima di elaborare il prossimo campione di acqua. Le operazioni di pulizie e precondizionamento e la consapevolezza di "tecniche di pulito-oligometallo campionamento" sono critici per soddisfacente bilancio di massa e ottenimento di buoni risultati. Questo lavoro dimostra che la determinazione della distribuzione del metallo traccia nel plancton marino e particelle in sospensione richiede "tecniche pulite" che includono campionamento e separazione, e questo dispositivo e la relativa elaborazione dà risultati migliori.
La gamma di acqua di mare di grande volume per il quale il presente protocollo è applicabile implica che le indagini di distribuzioni di particelle e comportamento anche possono essere condotta efficacemente in vari ambienti marini. Collezione di particelle nei campioni discreti seguiti dalla caratterizzazione chimica ha ancora limiti spaziali e temporali, che potenzialmente introducono bias le interpretazioni a causa di un account potenzialmente incompleto del campo delle particelle. Tuttavia, confrontando i risultati dei vari metodi di raccolta delle particelle, possiamo ulteriormente ampliare l'ambito della ricerca di particelle/plancton fornendo dettagli delle reazioni e dei processi che regolano diverse dimensioni delle particelle e determinare loro corrispondente biogeochimica dinamica. La continua ricerca di particelle/plancton farà luce sui loro ruoli nell'oceano.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Il co-autore, Mr. Alan Chuang è co-titolare del brevetto e il direttore generale dell'azienda (Sino Instruments Co., Ltd.) che ha prodotto questo apparato di raccolta per gli utenti interessati. Il brevetto si è concluso a maggio 9th, 201512.
Acknowledgments
Gli autori ringraziano Miss Pi-Fen Lin, Mr. Wei-polmone Tseng, Miss Pei-Hsuan Lin e Dr. Lu Jia Chuan per la loro assistenza durante il campo campionamento e analisi di laboratorio per lo sviluppo pratico e l'applicazione di "CATNET." L'assistenza dell'equipaggio e tecnico a bordo della nave da ricerca Ocean Research-I e Ocean Research-II durante le spedizioni di campionamento è molto apprezzato. Questo lavoro è stato sostenuto in parte da Taiwan Ministero della scienza e tecnologia di concede 91-2611-M-002-007, 95-2611-M-002-009, 96-2611-M-002-004, 97-3114-M-002-006, 104-2611-M-002-019. Questo manoscritto è scritto in memoria di Miss Wen-Huei Lee per la sua dedizione immensa e il contributo di ricerche marine in Taiwan.
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).
