Summary
इस प्रोटोकॉल situ biomining प्रक्रियाओं में अध्ययन करने के लिए ऊंचा दबाव के तहत माइक्रोबियल प्रयोगों का वर्णन करता है. प्रयोगात्मक दृष्टिकोण एक अम्लीय, लौह समृद्ध माध्यम में एक माइक्रोबियल संस्कृति युक्त एक सोने-टाइटेनियम प्रतिक्रिया सेल से लैस एक कमाल उच्च दबाव रिएक्टर को रोजगार.
Abstract
उपसतह माइक्रोबियल प्रक्रियाओं की जांच करने वाले प्रयोगशाला अध्ययन, जैसे गहरे अयस्क निक्षेपों (बायोमाइनिंग) में धातु निक्षालन, विशेष पर्यावरणीय स्थितियों सहित आम और चुनौतीपूर्ण बाधाओं को साझा करते हैं, जिन्हें दोहराया जाना चाहिए, जैसे, उच्च दबाव और कुछ मामलों में अम्लीय समाधान. पूर्व एक प्रयोगात्मक 100 बार करने के लिए दबाव के लिए उपयुक्त सेटअप की आवश्यकता है, जबकि बाद संक्षारण और कंटेनर दीवार के साथ अवांछित रासायनिक प्रतिक्रियाओं के खिलाफ उच्च रासायनिक प्रतिरोध के साथ एक तरल पदार्थ कंटेनर की मांग. इन सीटू बायोमाइनिंग के क्षेत्र में एक आवेदन के लिए इन शर्तों को पूरा करने के लिए, इस अध्ययन में एक कमाल उच्च दबाव रिएक्टर के अंदर एक विशेष लचीला सोने-टाइटेनियम प्रतिक्रिया सेल का उपयोग किया गया था। वर्णित प्रणाली एक anoxic, दबाव नियंत्रित, अत्यधिक रासायनिक निष्क्रिय प्रयोगात्मक वातावरण में सल्फर चालित माइक्रोबियल लोहे की कमी के माध्यम से situ biomining के अनुकरण की अनुमति दी. लचीला सोने-टाइटेनियम प्रतिक्रिया सेल नमूना समाधान है, जो किसी भी समय बिंदु पर नमूना किया जा सकता है, जबकि प्रणाली वांछित दबाव बनाए रखता है की 100 एमएल तक समायोजित कर सकते हैं। प्रयोग घंटे से लेकर महीनों तक के समय-समय पर किए जा सकते हैं. उच्च दबाव रिएक्टर प्रणाली को इकट्ठा करने में काफी समय लगता है। फिर भी, जब जटिल और चुनौतीपूर्ण (microbiological) प्रक्रियाओं रासायनिक आक्रामक तरल पदार्थ में पृथ्वी की गहरी subsurface में होने वाली प्रयोगशाला में जांच की जानी है, इस प्रणाली के फायदे नुकसान पल्ला झुकना. परिणामों में पाया गया कि उच्च दबाव पर भी माइक्रोबियल संघ सक्रिय है, लेकिन काफी कम चयापचय दरों पर.
Introduction
पिछले दशक के दौरान, पर्यावरण पर खनन के प्रभाव को कम करने के प्रयासों में वृद्धि हुई है। अयस्कों के कच्चे माल निष्कर्षण के लिए खुला गड्ढे खनन (उदाहरण के लिए, तांबे से समृद्ध सल्फाइड अयस्क), खुदाई गतिविधियों द्वारा और अपशिष्ट चट्टानों और कीमती की निकासी के बाद संसाधित अयस्क के अवशेष ों की बड़ी शेष मात्रा द्वारा आसपास के परिदृश्य को प्रभावित करता है तांबे की तरह धातुओं. उपसतह में अयस्क से सीधे तांबे को निकालने से इन प्रभावों में काफी कमी आएगी। इन सीटू बायोमाइनिंग की प्रौद्योगिकी इस प्रक्रिया1के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार है . इस प्रकाशन को प्रेरित माइक्रोबियल गतिविधि के उपयोग का वर्णन करने के लिए अयस्क से कीमती धातुओं को उपसतह में एक जलीय समाधान में निकालने के लिए. इस प्रकार, एक तांबे से भरपूर समाधान आसानी से सतह पर वापस पंप किया जा सकता है आगे धातु ध्यान केंद्रित, उदाहरण के लिए.
अयस्क-लेचिंग अम्लरागी सूक्ष्मजीवों की गतिविधि का कई प्रयोगशालाओं में विभिन्न प्रकार केपैरामीटरों केलिए अध्ययन किया गया है 2,3,4,5,6. हालांकि, परिवेश सतह प्रयोगशाला शर्तों (लगभग 1 बार) और hydrostatic शर्तों ($ 100 बार) के साथ 1,000 मीटर की गहराई पर subsurface के बीच अंतर से उत्पन्न माइक्रोबियल गतिविधि पर दबाव प्रभाव अच्छी तरह से प्रलेखित नहीं हैं। अतः विभिन्न प्रायोगिक मार्गों के माध्यम से माइक्रोबियल आयरन न्यूनीकरण पर दबाव केप्रभावोंकी जांच की गई है। यहाँ, सबसे उपयुक्त तकनीक विस्तार से वर्णित है.
पृथ्वी के उपसतह में होने वाले दबावों और तापमान पर प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए उच्च दाब रिएक्टरों का बड़े पैमाने पर उपयोग किया गया है। इस तरह के रिएक्टरों में नीचे एक रिएक्टर पोत होता है जिसमें माइक्रोबियल संस्कृति के साथ एक तरल पदार्थ का नमूना हो सकता है। रिएक्टर पोत के शीर्ष पर बैठे, रिएक्टर सिर सुरक्षा उपायों और निगरानी सेंसर (उदाहरण के लिए, तापमान या दबाव) के लिए कनेक्शन और इंटरफेस की एक विविध सरणी प्रदान करता है। सबसे उच्च दबाव रिएक्टरों स्टेनलेस स्टील के बने होते हैं। यह सामग्री उच्च लचीलापन और अच्छा मशीनिंग गुण प्रदान करता है, लेकिन स्टेनलेस स्टील की सतह के संक्षारण प्रतिरोध हर आवेदन के लिए पर्याप्त नहीं है। उदाहरण के लिए, यदि अत्यधिक अम्लीय या अत्यधिक कम करने वाले जलीय समाधानों की जांच की जाती है, तो रिएक्टर दीवार के साथ ब्याज के यौगिकों की महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं। इससे बचने का एक तरीका रिएक्टर पोत में एक लाइनर डालना है, उदाहरण के लिए बोरोसिलिकेट ग्लास7से बना लाइनर। यह साफ करने के लिए आसान है और autoclaving द्वारा बाँझ किया जा सकता है. इसके अलावा, यह अम्लीय द्वारा हमला नहीं है या जलीय समाधान को कम करने. हालांकि एक लाइनर स्टेनलेस स्टील रिएक्टर दीवार के साथ समाधान या रोगाणुओं के कृत्रिम प्रतिक्रियाओं को रोकने में मदद कर सकता है, कई समस्याएं बनी हुई हैं। एक के लिए, यदि संक्षारक गैस का गठन होता है, जैसे सल्फेट कम करने वाले बैक्टीरिया द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन सल्फाइड, तो यह गैस लाइनर के ऊपर बैठे रिएक्टर सिर की खुली सतह के साथ प्रतिक्रिया कर सकती है। एक अन्य नुकसान यह है कि दबाव बनाए रखते हुए रिएक्टर से एक नमूना वापस लेना संभव नहीं है।
इन सीमाओं को दूर करने के लिए, उच्च दबाव रिएक्टरों के अंदर विशेष लचीला प्रतिक्रिया कोशिकाओं अनुप्रयोगों की एक किस्म के लिए विकसित किया गया है. एक लचीला polytetrafluoroethylene (PTFE) सेल8 अत्यधिक लवण brines में लवण के घुलनशीलता अध्ययन के लिए डिजाइन किया गया था. हालांकि, इस प्रणाली की सीमा है कि कुछ गैसों को आसानी से PTFE व्याप्त कर सकते हैं. इसके अलावा, इस सामग्री को अभी भी एक अपेक्षाकृत कम तापमान स्थिरता है. इस प्रकार, प्रणाली एक टाइटेनियम सिर9 के साथ एक लचीला सोने की थैली डिजाइन द्वारा सुधार किया गया था स्टेनलेस स्टील उच्च दबाव रिएक्टर के अंदर रखा जाएगा. सोने की सतह अम्लीय या समाधान और गैसों को कम करने के खिलाफ जंग प्रतिरोधी है. टाइटेनियम सतह भी अत्यधिक निष्क्रिय है जब अच्छी तरह से passivated एक सतत टाइटेनियम डाइऑक्साइड परत के रूप में. एक जुड़ा टाइटेनियम नमूना ट्यूब के माध्यम से इस प्रतिक्रिया सेल से नमूने के दौरान, सोने के बैग मात्रा में सिकुड़ता है. प्रणाली के आंतरिक दबाव पानी की एक ही मात्रा पंप द्वारा बनाए रखा है, के रूप में नमूना द्वारा वापस ले लिया है, स्टेनलेस स्टील उच्च दबाव रिएक्टर प्रतिक्रिया सेल को समायोजित करने में. प्रयोग के दौरान उच्च दाब रिएक्टर को 90 डिग्री से अधिक की गति से हिलाकर या झुकाकर अभिक्रिया सेल के अंदर का नमूना गति में रखा जाता है।
प्रतिक्रिया सेल चित्रा 1में चित्रित भागों के होते हैं: सोने की थैली, टाइटेनियम सिर, स्टेनलेस स्टील वॉशर, टाइटेनियम संपीड़न बोल्ट अंगूठी, स्टेनलेस ग्रंथियों और कॉलर के साथ टाइटेनियम नमूना ट्यूब उच्च दबाव coned के लिए और दोनों पक्षों पर पिरोया कनेक्शन, और टाइटेनियम वाल्व. सोने की थैली 0.2 मिमी की एक दीवार मोटाई, 48 मिमी की एक बाहरी व्यास, और 120 मिमी की लंबाई के साथ एक बेलनाकार सोना (Au 99.99) सेल है.
सभी टाइटेनियम भागों कस्टम टाइटेनियम ग्रेड 2 छड़ से कार्यशाला द्वारा किए गए हैं। कॉलर, सिर, वॉशर, और संपीड़न बोल्ट वलय के आयाम चित्र 2में दिखाई देते हैं। टाइटेनियम नमूना ट्यूब 6.25 मिमी की एक बाहरी व्यास और 1.8 मिमी की एक दीवार मोटाई के साथ टाइटेनियम की एक केशिका है, 2.65 मिमी के एक आंतरिक व्यास में जिसके परिणामस्वरूप. यह टाइटेनियम सिर और टाइटेनियम वाल्व में उच्च दबाव coned और पिरोया कनेक्शन द्वारा तय की गई है टाइटेनियम के खिलाफ टाइटेनियम सतहों की एक मुहर सुनिश्चित करने. उच्च दबाव टाइटेनियम वाल्व बहुत नियंत्रित खोलने या यहां तक कि उच्च दबाव पर नमूना के लिए अनुमति देने के लिए एक धीमी गति से खोलने स्टेम के साथ सुसज्जित है। इस प्रणाली का प्रयोग अनेकअध्ययनों में 10,11,12में किया गया .
Protocol
1. माइक्रोबियल संस्कृति के मध्यम और टीका की तैयारी
- प्रकाशित तकनीक13के अनुसार स्वपोषी प्रोकैरियोट के लिए एक आधारीय नमक माध्यम तैयार करें . ना 2 SO4$10H2O (150) (एनएच4)2SO4 (450), KCl (50), MgSO4$7H2O (500), KH2PO4 (50), और Ca(NO) में नीचे दिए गए रसायनों को भंग और मिलाएं 3) 2]4H2हे (7).
- एक 1,000x केंद्रित ट्रेस तत्व समाधान युक्त 1 एमएल/L जोड़ें (g/L): nSO4$7H2O (10), CuSO4$5H2O (1), MnSO4] एच2ओ (0.76), कोसो4$7H2O (1), CrK (SO4)2$12H2O (0.4), H3BO3 (0.6), NaMo4$2H 2O (0.5), NiSO4$6H2O (1), Na २ SeO4 (0.51), ना2WO4$2H2O (0.1), और NaVO3 (0.1). 5 एम सल्फ्यूरिक एसिड जोड़कर पीएच को 1.8 में समायोजित करें।
- एक ऑटोक्लेव में 121 डिग्री सेल्सियस और 20 मिनट के लिए 1.2 बार में मध्यम स्टरलाइज़ करें और 0.22 डिग्री मीटर pores आकार सिरिंज फिल्टर के माध्यम से निस्पंदन द्वारा फेरिक लोहे के समाधान को बाँझ करें।
- स्टरलाइज्ड बेसल नमक माध्यम के 50 एमएल को सीरम बोतल में स्थानांतरित करें तथा क्रमशः 50 उम तथा 10 ग्राम/ल की अंतिम सांद्रता में फेरिक लौह विलयन तथा मौलिक सल्फर मिलाएं।
- माध्यम को मिश्रित संस्कृति के साथ टीका करें जो कई मेसोएडोफिलिक आयरन-ऑक्सीकारक प्रोकैरियोटस14से बना है।
- बाँझ butyl रबर stopers और एल्यूमीनियम crimps के साथ सील के साथ सीरम बोतल कैप.
- 25 मिनट के लिए भंग ऑक्सीजन पट्टी करने के लिए एन2 के साथ संस्कृति माध्यम को जोरदार बुलबुला। दो सुइयों का उपयोग करें, बोतल सिर में एक गहरा जगह है, एक टोपी के करीब एक.
- सीरम बोतल के हेडस्पेस में 90% एन2 और 10% CO2 वायुमंडल प्राप्त करने के लिए CO2 को इंजेक्ट करें। अंधेरे में 30 डिग्री सेल्सियस पर हलचल के बिना संस्कृति को इनक्यूबेट करें।
2. सोने-टाइटेनियम प्रतिक्रिया सेल और उच्च दबाव रिएक्टर की तैयारी
- सोने-टाइटेनियम प्रतिक्रिया सेल को साफ करें।
- स्टेनलेस स्टील भागों के साथ एसिड के संपर्क से बचने के लिए अलग-अलग भागों में प्रतिक्रिया सेल को अलग करना, या गर्मी के लिए विभिन्न थर्मल विस्तार गुणों के साथ इकट्ठे भागों के जोखिम।
- उन सतहों को साफ करें जो प्रयोग के दौरान नमूने के संपर्क में होंगी (यानी, सोने का बैग, टाइटेनियम सिर, टाइटेनियम नमूना ट्यूब, और टाइटेनियम वाल्व)।
- सोने के बैग और टाइटेनियम सिर एक गिलास बीकर में रखो.
- सभी भागों को कवर करने के लिए पर्याप्त 10% एचसीएल जोड़ें।
- इसे हिलाते हुए 3 ज के लिए एक हीटिंग प्लेट पर एसिड को 50 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें।
- एसिड समाधान से PTFE जकड़ना के साथ भागों निकालें और उन्हें deionized पानी के साथ कुल्ला.
- सोने के बैग और टाइटेनियम सिर की भीतरी सतह को 65% HNO3 और फिर deionized पानी के साथ अच्छी तरह से कुल्ला.
- टाइटेनियम नमूना ट्यूब और टाइटेनियम वाल्व के भीतरकी सतह 10% एचसीएल के साथ कुल्ला, deionized पानी के बाद, 65% HNO3, और फिर deionized पानी फिर से.
- उन्हें एसीटोन के साथ rinsing द्वारा जैविक संदूषण से सभी भागों को साफ करें।
- ओवन के सभी भागों को कम से कम 1 डिग्री सेल्सियस पर सुखा लें।
- सोने के बैग, टाइटेनियम सिर, और टाइटेनियम नमूना ट्यूब की सतहों को गर्म करें, जो उन्हें हवा के वातावरण में एक मफल भट्ठी में 4 एच के लिए 450 डिग्री सेल्सियस के तापमान को उजागर करके।
नोट: यह प्रक्रिया सतहों को बाँझ करती है और सभी टाइटेनियम सतहों पर एक पासिवटिंग टाइटेनियम डाइऑक्साइड परत के गठन में परिणाम है। टाइटेनियम भागों गर्मी उपचार के बाद एक पीले से नीले रंग का होना चाहिए। - एक प्रोपेन मशाल के साथ गर्मी लागू करने से छोटे क्रिस्टलीकरण डोमेन रीसेट करके सोने के लचीलेपन को बढ़ाने के लिए सोने की सेल anneal. सोने की सतह चारों ओर गर्मी सोने कि एक प्रयोग में सोने की थैली की मात्रा के पिछले सिकुड़ते के दौरान गठन किया है हो सकता है में kinks को कम करने के लिए. सुनिश्चित करें कि इसके पिघलने से बचने के लिए एक ही स्थान पर सोने को बहुत अधिक गर्म न करें।
नोट: सोने की सतह की एक लाल चमक पर्याप्त हीटिंग से पता चलता है। - टाइटेनियम कॉलर में सोने के बैग को इकट्ठा, और टाइटेनियम सिर में टाइटेनियम नमूना ट्यूबिंग ग्रंथियों के लिए 10 एनएम के एक टोक़ का उपयोग कर।
- उच्च दबाव रिएक्टर का निरीक्षण करें।
- नेत्रहीन संभव क्षति, जंग, और ढीले भागों के लिए रिएक्टर की जाँच करें।
नोट: सील और kerf जहां सील जगह लेता है के लिए विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए। यदि एक ग्रेफाइट गैसकेट पहले रिएक्टर सील करने के लिए इस्तेमाल किया गया था, इसके अवशेष अभी भी kerf में हो सकता है और अगले प्रयोग से पहले एक प्लास्टिक की पिन के साथ हटाया जाना चाहिए. - उच्च दबाव रिएक्टर सिर में जोर बोल्ट के लिए तांबे सल्फाइड पेस्ट लागू करें। सुनिश्चित करें कि तेल पूरे धागे पर वितरित किया जाता है।
- शेष ग्रेफाइट पैकिंग की लंबाई के लिए पेंच-फिटिंग संपीड़न सील की जाँच करें।
- नेत्रहीन संभव क्षति, जंग, और ढीले भागों के लिए रिएक्टर की जाँच करें।
3. एनॉक्सिक परिस्थितियों में सोने-टाइटेनियम प्रतिक्रिया सेल को भरना और संयोजन करना
- दस्ताने बॉक्स लोड करें.
- सीरम की बोतलों में संस्कृति माध्यम को अनुभाग 1 के अनुसार तैयार करें।
- बाद में किसी भी संभावित संदूषण को कम करने के लिए एल्यूमीनियम पन्नी में नमूने के साथ संपर्क में हो जाएगा कि goldtitanium प्रतिक्रिया सेल के कुछ हिस्सों लपेटें।
- ओपन और दस्ताने बॉक्स के कक्ष अनलॉक, चल ट्रे पर सभी भीतर का माल लोड, और बंद करें और सामने कवर ताला.
- पूर्व कक्ष 3x खाली करें और इसे उच्च शुद्धता नाइट्रोजन के साथ बाढ़।
- दस्ताने की एक जोड़ी पहनें और आंतरिक कवर करने के लिए संभव के रूप में बंद हो। अनलॉक और चल ट्रे से भीतर का माल सामग्री को दूर करने के लिए आंतरिक कवर खुला।
- आंतरिक आवरण को बंद करके लॉक करें.
- सोने की कोशिका भरें.
- साफ सोने के बैग खोलना और यह एक गिलास बीकर के साथ खड़े हो जाओ, उदाहरण के लिए. जीवाणु संस्कृति और मौलिक सल्फर के 100 एमएल युक्त सीरम बोतल खोलें।
- धीरे सीरम की बोतल हिला और सोने के बैग में जीवाणु संस्कृति हस्तांतरण.
- अभिक्रिया कोशिका को इकट्ठा करना।
- सोने की थैली के ऊपरी रिम को बंद करने वाले टाइटेनियम कॉलर में संलग्न टाइटेनियम नमूना ट्यूब के साथ टाइटेनियम सिर डालें।
नोट: सुनिश्चित करें कि टाइटेनियम सिर के शंकु निचले हिस्से की सील सतह इसे 90 डिग्री आगे और पीछे मोड़ कर आसानी से फिट बैठता है। - वॉशर और संपीड़न बोल्ट को टाइटेनियम के सिर पर टाइटेनियम नमूना ट्यूब पर स्लाइड करें।
नोट: टाइटेनियम कॉलर और जोर बोल्ट अंगूठी के flanges संरेखित करने के लिए 30 डिग्री द्वारा टाइटेनियम कॉलर में संपीड़न बोल्ट अंगूठी मुड़ें। - टाइटेनियम कॉलर (यानी, प्रतिक्रिया सेल की सील सतह) में सोने के बैग के ऊपरी रिम पर टाइटेनियम सिर का एक भी दबाव वितरण सुनिश्चित करने के लिए छह एलन शिकंजा एक ही हद तक जकड़ना।
नोट: संपीड़न बोल्ट अंगूठी में एलन शिकंजा जकड़ना जब तक हाथ तंग इतना है कि विपरीत शिकंजा के लिए टोक़ पहले (क्रिसक्रॉसिंग) दक्षिणावर्त जारी रखने से पहले बढ़ जाती है.
- सोने की थैली के ऊपरी रिम को बंद करने वाले टाइटेनियम कॉलर में संलग्न टाइटेनियम नमूना ट्यूब के साथ टाइटेनियम सिर डालें।
- टाइटेनियम ट्यूब के शीर्ष पर नमूना वाल्व को पुनर्स्थापित करें। कनेक्शन हाथ तंग जकड़ना और वाल्व बंद करने के लिए सुनिश्चित करें.
- दस्ताने बॉक्स से सभी भागों को निकालें.
4. प्रतिक्रिया सेल के साथ उच्च दबाव रिएक्टर विधानसभा
- रिएक्टर सिर में प्रतिक्रिया सेल इकट्ठा.
नोट: उच्च दबाव रिएक्टर की स्थापना के आसपास के वातावरण के लिए नमूना ट्यूब के खुले अंत के एक बहुत ही कम जोखिम के साथ आता है, के रूप में नमूना वाल्व रिएक्टर सिर में पेंच सील के माध्यम से ट्यूब मार्गदर्शन करने के लिए हटाया जाना चाहिए. स्थापना के लिए, रिएक्टर सिर पहले से ही एक बेंच शिकंजा में रखा जाना चाहिए. एक 45 डिग्री कोण आसान से निपटने के लिए अनुमति देता है। संपीड़न सील फिटिंग (रिएक्टर सिर के पण ब्लॉक विधानसभा की केंद्रीय स्थिति में स्थित है), जो जगह में नमूना ट्यूब रखती है, खुला होने की जरूरत है.- टाइटेनियम नमूना वाल्व निकालें, पेंच, और नमूना ट्यूब के शीर्ष पर कॉलर.
- रिएक्टर सिर में केंद्रीय छेद के माध्यम से संलग्न प्रतिक्रिया सेल के साथ ट्यूब गाइड जब तक ट्यूब के बारे में 5 सेमी के माध्यम से गुजरती हैं. ट्यूब पर बड़े पेंच स्लाइड और छोटे कॉलर जकड़ना.
नोट: अब प्रतिक्रिया सेल विधानसभा रिएक्टर सिर के माध्यम से वापस स्लाइड नहीं कर सकते हैं और दोनों हाथ नमूना वाल्व को पुन: स्थापित करने के लिए स्वतंत्र हैं. - टाइटेनियम वाल्व को फिर से संलग्न करें।
- संपीड़न सील फिटिंग कस.
- रिएक्टर पोत पर स्थापित करने के लिए बेंच शिकंजा से रिएक्टर सिर निकालें।
- रिएक्टर को सील करने के लिए तैयार करें।
- रिएक्टर पोत के kerf पर ग्रेफाइट सील रखो.
- रिएक्टर के सिर को रिएक्टर पोत पर संलग्न प्रतिक्रिया सेल के साथ सावधानी से रखें।
नोट: रिएक्टर सिर, thermocouple सहित, ध्यान से रिएक्टर पोत पर रखा जाना चाहिए सोने की थैली या thermocouple नुकसान नहीं है.
- deionized और नल के पानी के मिश्रण के साथ रिएक्टर पोत भरें (लगभग एक 1:1 अनुपात में).
- रिएक्टर को सील करें।
- यह सुनिश्चित करने के लिए कॉलर की जाँच करें कि संपीड़न बोल्ट के निचले सिरे उनके धागों से चिपके नहीं हैं। अन्यथा, दबाव पोत ठीक से स्थापित नहीं किया जाएगा।
- कॉलर को उठाएं और इसे रिएक्टर हेडवेसल इंटरफ़ेस के फैला हुआ किनारों के चारों ओर रखें। धीरे से उस पर कॉलर चलती एक उचित फिट में परिणाम होगा. जगह में कॉलर पकड़े तस्वीर ताले बंद करो.
- संपीड़न बोल्ट एक criscross पैटर्न के बाद जकड़ना और मध्यम चरणों में टोक़ वृद्धि जब तक अंतिम मूल्य निर्माता द्वारा सिफारिश की है प्राप्त की है.
नोट: विभिन्न highpressure रिएक्टर सिस्टम भिन्न टोक़ मान हो सकता है। - अंत में, संपीड़न बोल्ट को दक्षिणावर्त तरीके से बांधें।
- रॉकिंग डिवाइस में उच्च दबाव रिएक्टर स्थापित करें।
नोट: रॉकिंग डिवाइस में उच्च दबाव रिएक्टर की स्थापना एक कस्टम बनाया हैनोवर, जर्मनी में भू विज्ञान और प्राकृतिक संसाधन के लिए संघीय संस्थान में निर्मित मॉडल के लिए वर्णित है. इसलिए, वर्णित स्थापना तुलनीय डिजाइन के उपकरणों के लिए एक सामान्य दिशानिर्देश है।- रिएक्टर को हिलिंग डिवाइस में सावधानी से माउंट करें।
नोट: यह बज ब्लॉक विधानसभा भागों (उदा., मैनोमीटर या नमूना ट्यूब शिकंजा) द्वारा highpressure रिएक्टर पकड़ जबकि यह रॉकिंग डिवाइस में कम करने के लिए सबसे अच्छा है। - लंबे शिकंजा की एक जोड़ी पर दो clamps के साथ रिएक्टर फिक्सेट.
- प्रत्येक पेंच पर वाशर प्लेस और पेंच पागल के साथ clamps कस.
- थर्मोकपल, दबाव ट्रांसड्यूसर, और हीटिंग तत्व के लिए नियंत्रण इकाइयों से कनेक्ट करें।
नोट: यह सुनिश्चित करें कि सभी तारों कमाल गति के लिए पर्याप्त लंबाई के हैं और गर्म सतहों के लिए संपर्क को रोकने के लिए महत्वपूर्ण है। - रिएक्टर पोत पर हीटिंग तत्व स्लाइड और अपने पेंच ताला कस।
नोट: प्रणाली पर दबाव डालने के लिए पानी एक उच्च दबाव पंप के साथ एक जलाशय से लिया जाता है। यह स्टेनलेस स्टील केशिकाओं के माध्यम से उच्च दबाव रिएक्टर में स्थानांतरित कर दिया है।
नोट: उच्च दबाव रिएक्टर की रॉकिंग प्रतिक्रिया सेल सामग्री (यानी, गैस, तरल पदार्थ, और यह में सभी ठोस चरणों) की एक पूरी तरह से मिश्रण की गारंटी देता है। एक धीमी गति से कमाल की गति तेजी से चलती ठोस द्वारा या ऊंचा तापमान पर लचीला सोने पर गुरुत्वाकर्षण प्रभाव के कारण विरूपण द्वारा सोने की थैली को नुकसान को रोकने के लिए महत्वपूर्ण है। रॉकिंग सिस्टम 180 डिग्री के करीब से बारी बारी से कर सकते हैं।
- रिएक्टर को हिलिंग डिवाइस में सावधानी से माउंट करें।
5. प्रयोग शुरू
- यदि निगरानी सॉफ्टवेयर में तापमान और दबाव सीमा वांछित मूल्यों के लिए सेट कर रहे हैं की जाँच करें.
नोट: इस प्रयोग में वे 70 डिग्री सेल्सियस और 25 MPa के लिए सेट किया गया. - रिसाव जाँच करें.
- रिएक्टर सिर करने के लिए दबाव पाइप, एक स्टेनलेस स्टील केशिका, कनेक्ट करें।
- रिसाव के लिए लगातार जाँच करते समय अलग अंतराल पर लक्ष्य दबाव के लिए दबाव उठाएँ।
- पंप के प्रवाह की दर लगभग शून्य है जब तक दबाव स्थिर पकड़ो.
नोट: सावधान रहना है कि compressible, पानी में भंग हवा सूक्ष्म प्रवाह रीडिंग में एक लंबे समय के लिए दिखाई देता है.
- एक सफल रिसाव की जांच के बाद हीटिंग शुरू करें।
- दबाव पंपों का लॉगिंग प्रारंभ करें।
- वांछित मूल्य के लिए हीटिंग के लिए सेट बिंदु समायोजित करें और सॉफ्टवेयर के साथ हीटिंग शुरू करते हैं।
- नियमित रूप से सभी पैरामीटर और सिस्टम स्थिति की जाँच करें।
- लक्ष्य तापमान तक पहुंचने के बाद दबाव पाइप को खोलना।
- रॉकिंग डिवाइस प्रारंभ करें।
6. परिचालन मोड में उच्च दबाव रिएक्टर नमूना
- एक नमूना लेने के लिए, Highpressure रिएक्टर के शीर्ष पर नमूना वाल्व के Luer लॉक कनेक्टर के लिए एक 5 एमएल सिरिंज देते हैं.
- ध्यान से वाल्व खोलने के लिए और उच्च दाब रिएक्टर के अंदर दबाव से सिरिंज में तरल पदार्थ का नमूना धक्का करते हैं। नमूना मात्रा 1 एमएल तक पहुँच जाता है के बाद वाल्व बंद करें. सिरिंज को अलग करें।
- संसाधन के लिए एक धूआं हुड में एक 2 एमएल ट्यूब में तुरंत सिरिंज में नमूने स्थानांतरण।
7 . तरल पदार्थ के नमूने का विश्लेषण
नोट: केवल कम आम photometric ferrozine परख के लिए कदम (यानी, अनुभाग 7.1) यहाँ विस्तार से वर्णित हैं और वीडियो में उल्लेख कर रहे हैं, क्योंकि अन्य कदम माइक्रोबायोलॉजी में मानक कार्रवाई प्रक्रियाओं रहे हैं.
- भंग लौह लोहे (फे2़़)और कुल लोहा (फेटोट)15की सांद्रता निर्धारित करने के लिए एक फेरोज़ीन परख का प्रयोग करें .
- जल में फेसो4श् 7 ब्2हे की ज्ञात मात्रा को भंग करके लौह-मानक समाधानों की एक श्रृंखला तैयार की जा रही है।
- इन मानक स्तरों का 50 डिग्री सेल्सियस 1 एमएल के साथ मिलाएं 1 एम फेरोज़ीन विलयन के साथ।
नोट: भंग लौह लोहे के साथ फेरोजीन की प्रतिक्रिया एक बैंगनी जटिल रूपों। रंग की तीव्रता लौह लौह एकाग्रता से संबंधित है। - लौह लौह एकाग्रता और लौह-फेरोज़ीन परिसर के अवशोषण के बीच एक अंशांकन वक्र की स्थापना।
- स्थापित मानक वक्र के अनुसार दो समानांतर माप से एक नमूने के लौह लोहे की एकाग्रता की गणना.
- पीएच मान और ऑक्सीकरण/रिडक्शन क्षमता (ORP) का विश्लेषण करें, जिसमें क्रमशः सेमीमाइक्रो पीएच इलेक्ट्रोड के साथ डिजिटल पीएच/रेडॉक्स मीटर हैं, और क्रमशः चांदी क्लोराइड इलेक्ट्रोड।
- एक Thoma कक्ष के साथ एक प्रकाश माइक्रोस्कोप का उपयोग करके सीधे planktonic कोशिकाओं की गणना.
- इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) स्कैनिंग द्वारा सेल आकारिकी की जांच.
- फ़िल्टर प्लैंटोनिक कोशिकाओं को विभिन्न परिस्थितियों के अंतर्गत एक 0.1 डिग्री 0.2 $m छिद्र आकार फ़िल्टर के माध्यम से उगाया जाता है।
- एसीटोन के साथ निर्जलीकरण के नमूने और उन्हें 90% एसीटोन में 4 डिग्री सेल्सियस पर रात भर की दुकान।
- महत्वपूर्ण बिंदु सुखाने से नमूने सूखी और उन्हें ग्रेफाइट या सोने के साथ कोट.
- 10 केवी पर एक क्षेत्र उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (FE-SEM) के साथ नमूनों की जांच.
Representative Results
विशेष स्वर्ण-टाइटेनियम प्रतिक्रिया सेल के साथ उच्च दाब रिएक्टर प्रयोग के परिणाम दर्शाते हैं कि अम्लरागी की माइक्रोबियल मिश्रित संस्कृति सल्फर और कम फेरिक लौह को आभारी है (चित्र 3)।
दोनों 1 बार या 100 बार दबाव की स्थिति में, संस्कृतियों एक अंतराल चरण था जब सोने-टाइटेनियम प्रतिक्रिया सेल में बड़े हो. उस अवधि के बाद, लगभग 9 एमएम से 31 एम एम तक लौह एकाग्रता में तेजी से वृद्धि 1 बार में उगाई गई संस्कृति में हुई। 22 दिनों के ऊष्मायन समय में क्रमशः 1 बार और 100 छड़ पर परखमेंट्स में 31 एमएम और लौह लौह के 13 एमएम पाए गए। यह स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि माइक्रोबियल कोशिकाओं 100 बार में सक्रिय थे, लेकिन उनके फेरिक लौह कम गतिविधि ऊंचा दबाव पर काफी कम था. Hungate ट्यूबों और सीरम बोतलों में किए गए अजैविक नियंत्रण प्रयोगों 1 बार और 100 बार में फेरिक लोहे की कमी नहीं दिखाथा.
स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपीछवियां( चित्र 4 ) छड़ के आकार की कोशिकाओं को निम्न और उच्च दाब पर प्रयोगों में उगाई जाती हैं। कोशिका आकारिकी में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन 1 बार बनाम 100 छड़ पर नहीं देखा गया। तथापि, सेल वृद्धि स्पष्ट रूप से उन्नत दाब द्वारा बाधित की गई थी, क्योंकि सेल संख्या 1.3 x 108 कोशिकाओं/एमएल 1 बार की तुलना में 1 बार थी जबकि 100 बार7पर 4.5 x 107 कोशिकाओं/ इन आंकड़ों की तुलना हुनगेट ट्यूब 7 में किए गए परीक्षणों से की जा सकतीहै। इस प्रकार, लचीला सोने-टाइटेनियम प्रतिक्रिया सेल ही सेल विकास पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा और माइक्रोबियल विकास परीक्षण के लिए उपयुक्त था।
परिणाम दर्शाते हैं कि जैव-अध्यापन सूक्ष्मजीव 100 बार के उच्च दाब पर भी सक्रिय होते हैं, जो कि इन सीटू बायोमाइनिंग के लिए अत्यधिक प्रासंगिक होते हैं क्योंकि ऐसी स्थितियां 1,000 उ7से नीचे की गहराई पर गहरे अयस्क निक्षेपों में होती हैं।
चित्र 1: प्रतिक्रिया सेल भागों का अवलोकन. नीचे से ऊपर तक: सोने के बैग, टाइटेनियम कॉलर, टाइटेनियम सिर, वॉशर, टाइटेनियम संपीड़न बोल्ट अंगूठी, स्टेनलेस ग्रंथियों और कॉलर के साथ टाइटेनियम नमूना ट्यूब दोनों पक्षों पर उच्च दबाव coned और पिरोया कनेक्शन के लिए, और टाइटेनियम वाल्व के साथ एक एक Luer लॉक सिरिंज जोड़ने के लिए एडाप्टर. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 2: टाइटेनियम भागों के आयामी चित्र टाइटेनियम ग्रेड 2 की छड़ से machined. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 3: लौह-ऑक्सीकारक संस्कृति के साथ स्वर्ण-टाइटेनियम प्रतिक्रिया सेल में लौह लोहे की सांद्रता में परिवर्तन। कोशिकाओं को 30 डिग्री सेल्सियस पर अवायुगति से खेती की गई थी। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 4: 1 बार और 100 छड़ में उगाई गई लौह-ऑक्सीकारक संस्कृति का रूप विज्ञान। कोशिकाओं को 30 डिग्री सेल्सियस पर अवायुगति से खेती की गई थी। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
Discussion
अम्लीय समाधान के भीतर माइक्रोबियल प्रतिक्रियाओं के उच्च दबाव प्रयोगों के लिए प्रस्तुत विधि एक प्रयोगशाला वातावरण में गहरी subsurface geomicrobiological प्रक्रियाओं अनुकरण करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण था।
वहाँ कई मैनुअल काम कदम शामिल हैं, जिनमें से कुछ विशेष ध्यान देने की आवश्यकता है. एक सामान्य नोट के रूप में, कोई अत्यधिक बल जब लचीला सोने-टाइटेनियम सेल और रिएक्टर सिर (अनुभाग 3 और 4) के अलग-अलग भागों कोडांतरण किया जाना चाहिए। यदि निर्माता के विनिर्देशों (उदाहरण के लिए, अधिकतम दबाव के लिए, तापमान, टोक़) पर ध्यान नहीं दिया जाता है, रिसाव और/या सामग्री की विफलता का परिणाम हो सकता है।
सोने और टाइटेनियम भागों की सफाई (अनुभाग 2.2) एक अनिवार्य काम कदम है, न केवल इस प्रयोग के लिए, लेकिन विशेष रूप से शामिल प्रयोगों के लिए (में) कार्बनिक प्रतिक्रियाओं. स्वर्ण कोशिका में पिछले प्रयोगों के अवशेष अवांछित प्रतिक्रियाओं का कारण बन सकते हैं और इसलिए परिणामों के पूर्वाग्रह हो सकते हैं। जब इकट्ठे सोने-टाइटेनियम सेल रिएक्टर सिर में स्थापित किया गया है, यह सबसे अच्छा है जल्दी और ठीक काम करते हैं, क्योंकि इस समय ऑक्सीजन की छोटी मात्रा में सोने की सेल में प्रवेश कर सकता है. glovebox छोड़ने से पहले नमूना वाल्व बंद सोने की कोशिका के इंटीरियर के साथ परिवेश वातावरण के बीच आदान-प्रदान को कम करने के लिए एक अच्छा पहला उपाय है.
एक बार रिएक्टर रॉकिंग डिवाइस में रखा गया है, यह करने के लिए रॉकिंग गति गति सेट करने के लिए महत्वपूर्ण है $170 /min. यदि उच्च दबाव रिएक्टर बहुत तेजी से चलता है, सोने की कोशिका का टूटना गुरुत्वाकर्षण प्रभाव या तलछट या रॉक नमूने के तेज किनारों के कारण हो सकता है जब इस्तेमाल किया.
इस विधि अतिरिक्त अनुसंधान फ़ील्ड में उपयोग किया जा सकता है। लचीला सोने-टाइटेनियम प्रतिक्रिया सेल के लिए वैज्ञानिक जांच के एक विविध सेट के लिए इस्तेमाल किया जा करने की क्षमता है9 ऊंचा दबाव और तापमान पर प्रतिक्रियाओं का अध्ययन और अत्यधिक संक्षारक तरल पदार्थ या गैसों में.
खनिज सतहों की उपस्थिति में 70 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर गहरे उपसतह में सूक्ष्मजीव आण्विक हाइड्रोजन या कार्बनिक अम्लों जैसे ऐसीटेट के उत्पादन को उत्तेजित कर सकते हैं. इन उत्पादों, और अन्य यौगिकों, इस अध्ययन में जांच सल्फर यौगिकों के अलावा, situ bioleaching प्रक्रियाओं में के दौरान ऊंचा माइक्रोबियल गतिविधि प्रेरित हो सकता है.
अनुप्रयोगों में जलीय तरल पदार्थ में गैसों और आयनों की विलेयता का निर्धारण, हाइड्रोथर्मल वेंट सिस्टम की स्थितियों पर भूरासायनिक अभिक्रियाएं17, समस्थानिक प्रभाजन18का परिमाण, ब्व्यू के दौरान भू-रासायनिक अभिक्रियाएं शामिल हैं। 2 पृथक्करण19, स्रोत चट्टानों में तेल और गैस के निर्माण के दौरान अजैविक प्रक्रियाएं20, और वर्तमान अध्ययन के रूप में उपसतह21 में ऊंचा दबावों पर माइक्रोबियल अभिक्रियाओं.
Disclosures
लेखकों को खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.
Acknowledgments
हम लचीला सोने-टाइटेनियम प्रतिक्रिया कोशिकाओं पर अपनी विशेषज्ञता साझा करने में रॉबर्ट Rosenbauer (USGS, Menlo पार्क) धन्यवाद, और Georg Scheeder (बीजीआर) हनोवर में संशोधित प्रणाली की स्थापना के प्रारंभिक चरण के दौरान अपने इनपुट के लिए. हम कई वैज्ञानिकों को धन्यवाद देना चाहते हैं (कत्जा Heeschen, एंड्रियास Risse, जेन्स Grger-Trampe, थियोडोर Alpermann सहित) कई परियोजनाओं में हैनोवर में सेटअप का उपयोग कर कि रास्ते में थोड़ा सुधार में योगदान दिया और ईसाई Seger के विकास के लिए उच्च दबाव रिएक्टरों के लिए रॉकिंग डिवाइस। हम SEM टिप्पणियों के लिए लौरा कास्त्रो (मेड्रिड के Complutens विश्वविद्यालय) धन्यवाद. और अंत में, हम इस लेख के लिए इस उच्च गुणवत्ता वाले वीडियो के उत्पादन के लिए Nils W lki के लिए हमारी कृतज्ञता व्यक्त करना चाहते हैं. यह काम यूरोपीय संघ क्षितिज 2020 परियोजना BIOMOre (अनुदान समझौते $ 642456) द्वारा समर्थित किया गया था.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acetone | Merck | 100013 | |
| CaN2O6 | Fluka | 31218 | |
| Conax compression seal fittings | Conax Technologies | PG2-250-B-G | sealant could be selected according to temperatures in experiment |
| Copper paste | Caramba | 691301 | |
| Copper paste | CRC | 41520 | |
| CoSO4x7H2O | Sigma | 10026-24-1 | |
| CrKO8S2x12H2O | Roth | 3535.3 | |
| CuSO4x5H2O | Riedel de Haen | 31293 | |
| Disposable cuvettes | Sigma | z330388 | |
| Ethanol absolute | Roth | 9065.3 | |
| FE-SEM | JEOL | model no. JSM-6330F | |
| Ferrozine | Aldrich | 180017 | |
| Fe2(SO4)3x7H2O | Alfa Aesar | 33316 | |
| FeSO4x7H2O | Merck | 103965 | |
| Gold cell | Hereaus GmbH | manufactured according to dimensions supplied by customer | |
| High-pressure reactor | PARR Instruments | model no. 4650 Series | reactors from other vendors could be used, too |
| High-pressure syringe pump | Teledyne ISCO | DM-100 | |
| HCl | Roth | 6331.3 | |
| HNO3 | Fluka | 7006 | |
| H3BO3 | Sigma | B6768 | |
| KCl | Sigma | P9541 | |
| KH2PO4 | Merck | 104873 | |
| L-(+)-Ascorbic acid/Vitamin C | Applichem | A1052 | |
| Light microscope | Leica DM3000 | ||
| MgSO4x7H2O | Merck | 105886 | |
| (NH4)2SO4 | Sigma | A4418 | |
| NaMoO4x2H2O | Sigma | 331058 | |
| NaO3Sex5H2O | Sigma | 00163 | |
| NaO3V | Sigma | 590088 | |
| Na2SO4 | Merck | 106649 | |
| Na2WO4x2H2O | Sigma | 72069 | |
| NiSO4x6H2O | Sigma | 31483 | |
| Omnifix Luer | BRAUN | 4616057V | |
| pH meter | Mettler Toledo | ||
| Redox potential meter | WTW | ORP portable meter | |
| Safe-Lock Tubes, 2 mL | Eppendorf | 0030120094 | |
| Serum bottle | Sigma | 33110-U | |
| Spectrophotometer | Thermo Scientific | model no. GENESYS 10S | |
| Sterican Hypodermic needle | BRAUN | 4657519 | |
| Stoppers | Sigma | 27234 | |
| Sulfur powder | Roth | 9304 | |
| Thoma Chamber | Hecht-Assistent | ||
| Titanium parts of reaction cell | Titan-Halbzeug GmbH | 121-238 | manufactured by workshop at BGR according to dimensions supplied from Titanium grade 2 rods from Titan-Halbzeug GmbH |
| Titanium valve | Nova Swiss Technologies | ND-5002 | |
| Whatman membrane filters nylon | Sigma | WHA7402004 | |
| ZnSO4x7H2O | Sigma | Z4750 |
References
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