Method Article

Karakterizasyon, benzen polikarboksilik asitler kullanılarak Pirojenik karbon miktarının ve Bileşik özgü izotopik Analizi (BPCA)

DOI:

10.3791/53922

⸱

May 16th, 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Geography, University of Zurich, 2Department of Earth and Ocean Sciences, University of South Carolina, 3Department of Earth Sciences, ETH Zurich, 4Laboratory of Ion Beam Physics, ETH Zurich, 5Department of Geological Sciences, Stockholm University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ortamdaki pirojenik karbonu (PyC) değerlendirmek için benzen polikarboksilik asit (BPCA) yöntemini sunuyoruz. Bileşiğe özgü yaklaşım, PyC'nin özellikleri, miktarı ve izotopik bileşimi (13C ve 14C) hakkında benzersiz bir şekilde eşzamanlı bilgi sağlar.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yangın kaynaklı bazen siyah karbon (BC) olarak adlandırılan, pirojen karbon (PyC), bu tür char ve kurum olarak biyokütle ve fosil yakıt yanma, karbonlu katı kalıntı olduğunu. PyC nedeniyle uzun kalıcılığı çevrede her yerde ve onun bereket hatta küresel orman yangını aktivitede öngörülen artış ve fosil yakıt devam yanma ile artabilir. PyC de giderek kömürleşmiş toprak değişiklikler (biyokömür) verir organik atıkların endüstriyel piroliz üretilir. Ayrıca, nanoteknoloji ortaya çıkması da çevreye PyC benzeri bileşiklerin serbest neden olabilir. Nedenle güvenilir, tespit karakterize ve sipariş çevresel özelliklerini araştırmak için ve karbon döngüsü rollerini anlamak bu kömürleşmiş malzemeleri ölçmek için bir önceliktir.

Burada, PYC en karakterize eden eşzamanlı olarak değerlendirilmesine izin verir benzen polikarboksilik asit (BPCA) yöntemini, mevcutampüller, miktarı ve moleküler seviyede izotopik kompozisyonu (13 ° C ve 14 ° C). Yöntem, çevresel numune malzeme, çok geniş bir aralıkta uygulanabilir ve örneğin yanma süreklilik, geniş bir aralık üzerinde PYC algılar biraz biyokütle gibi yüksek sıcaklık karakter ve is kömürleşmiş duyarlıdır. Burada sunulan BPCA protokol özel ihtiyaçlarına yüksek tekrarlanabilir yanı sıra kolayca genişletilebilir ve değiştirilebilir, istihdam basittir. Bu nedenle arkeoloji ve çevre Adli tıptan biyokömür ve karbon bisiklet araştırmaya kadar çeşitli disiplinlerde PYC soruşturma için çok yönlü bir araç sağlar.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tam bir yanma işleminde, biyokütle ya da fosil yakıt CO2, H2O ve inorganik kalıntıları (kül) dönüştürülür. Bununla birlikte, lokal ya da zamansal oksijen kısıtlamaları altında yanma tamamlanmamış olur ve piroliz Char 1 olarak bilinen katı organik bir tortu üreten yer alır. Bu kömürleşmiş kalıntılar olarak da pirojen organik madde (PyOM) sevk ve özellikle pirojen karbon (PyC) ya da, eşanlamlı, siyah karbon (BC) 2-4 oluşmaktadır. Yakma işlemleri her zaman her yerde ve her ikisi de doğal ve insan yakma 5-6 bir parçası olabilir. Wildfire PYC her yıl 4,7-10 önemli bir miktar üretir çoğu ekosistemlere içsel önemli bir doğal bir süreç, olduğunu. Benzer şekilde, sanayide ve ulaşımda enerji üretimi için fosil yakıt yakılması PyC 11-13 önemli antropojenik kaynağı sunmaktadır. Her iki kaynak ortamında PYC aynı zamanda birçok yerde katkıda bulunur: PyC mevcutparçacıklı su içinde aerosoller 13-14 şeklinde hava, veya çözünmüş organik madde 15-17, hem de buz çekirdekleri 18-19, toprak 20-21 ve tortular m arasında değişen boyutlarda 22-24 nm (örneğin, bir orman yangını ya da dizel motor egzozu kaçış nano ölçekli kurum parçacıkları sonra büyük kömürleşmiş ağaç gövde). Ortamda PYC yaygınlığı nedeniyle büyük üretim oranlarına değil, aynı zamanda uzun sebat ve bozulmaya 25-26 karşı göreli istikrar için değil sadece. Kesin devir süreleri henüz kurulmuş değil ve belirli çevresel koşullara 27-28 bağlı olsa da, PyC daha zor organik karbon 29-30 çoğu diğer formları daha CO 2 ayrılacak olduğu açıkça görülmektedir. Bu gözlem, küresel C döngüsü için önemli bir ima vardır: nispeten uzun bir süre kömürleşmiş malzeme deposu PYC olarak, aksi takdirde hızla r olacağını organik formlarda C çekilmekböylece zaman 31-32 atmosferik sera gazı konsantrasyonları azaltarak, CO 2 olarak espired.

İklim azaltıcı yönü yanı sıra, karakter daha çevreyle ilgili özelliklere sahiptir. Onların yüksek gözenekli, geniş yüzey alanı ve negatif yüzey yükü tehlikeli bileşikler 33 hareketsiz ve toprak verimliliğini 34-35 artırabilir. Bir potansiyel olarak yararlı toprak değişiklik olarak karakter tanıma sözde biyokömür teknolojisi 36 gelişmekte olan alana yol açtı. Biochar büyük olasılıkla önümüzdeki yıllarda büyük ölçeklerde üretilecek ve böylece önemli ölçüde topraklarda 37 PyC bolluk artacak. Ayrıca, orman yangınları oluşumu ve fosil yakıtların yakılması da sürekli çevre 11,38-39 için PYC büyük miktarlarda katkıda 21. yüzyılın boyunca yüksek kalacağı tahmin edilmektedir. PYC başka giderek daha önemli bir kaynak da kullanımı nanoteknoloji olması muhtemeldirs PyC benzeri bileşikler 40-41. Tespit karakterize ve özelliklerini incelemek ve çevre rollerini anlamak için doğru bu pirojenik malzemeleri ölçmek böylece önemlidir.

Burada, bir state-of-the-art bileşik özgü yaklaşımın kullanılması çeşitli örneklerinde PYC analiz sunuyoruz: benzen polikarboksilik asit (BPCA) yönteminin 42 en son nesil. Doğrudan PYC ve "omurga" hedef olarak bu yöntem PyC araştırma içinde geniş çapta uygulanabilir: termal tedavi 43-45 sırasında formu ve polisiklik yoğunlaştırılmış yapılar PyC 5,46 tüm çeşitli şekillerde bu nedenle doğasında vardır. Ancak bu yapıların nedeniyle boyutu ve heterojen, kromatografik yoluyla doğrudan değerlendirilebilir değildir. kromatografi gibi pirojenik bileşikleri analiz etmek için, PyC ilk çiğnemesini, yüksek sıcaklık ve basınç altında, nitrik asit ile sindirilmektediraşağı yapı taşları, bireysel BPCAs içine büyük polisiklik yapılar (cf. Şekil 1). BPCAs birkaç saflaştırma aşamasından sonra, müsait bir analiz 20,42 kromatografik, daha sonra. PyC Bu şekilde izole edilmiş ve moleküler seviyede analiz ve çevre bölümlerinde 20,42 bölgesindeki PyC bolluk ölçmek için kullanılabilir almaktadır. Farklı karboksile BPCAs ilgili kısmı, orijinal polisiklik yapılar boyutuna bağlıdır ve: BPCA yöntem ayrıca B3, B4-, B5 ve B6CA nispi verimi (bakınız Şekil 1) karşılaştırıldığında incelenmiştir PYC karakterize PYC kalite ve piroliz sıcaklığı 44,47-48 dolayısıyla göstergesidir. Bireysel BPCAs, saf PyC yapılardan doğrudan kaynaklanan, izotopik ana olabilir çünkü Ayrıca, sunulan yöntem, C izotop kompozisyonu PYC (13 ° C ve 14 ° C) tayini için izin veririzolasyon sonra lize 49 (bkz Şekil 1, 5 ve 6. adımları). O kömürleşmiş malzemelerin 53-54 yaş türetmek için veya PYC iz, tropik bölgelerde 51-52 yılında karakter öncü biyokütle ayırt etmek, örneğin, kullanılabilir olarak PYC Bileşiği özgü izotop analizleri büyük ilgi 50 olduğunu izotopik etiket 26,55-56 C bisiklet çalışmaları. PYC yanı sıra BPCA yönteminin tarihçesi, gelişimi ve özellikle de uygulamalar hakkında daha fazla bilgi Yukarıdaki fıkralarda ve tartışmanın bir parçası parçası derlendiği yerden, Wiedemeier 2014 57 bulunabilir.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Genel Önlemler ve Hazırlıklar

  1. Tüm prosedür için, iyice temizlenmiş araçları ve ultra saf, yüksek basınçlı sıvı kromatografisi (HPLC) seviye ve solvenler Sadece temiz, dekalsifiye (% 10 HCI banyosu) ve yanmış cam (5 saat boyunca 500 ° C) kullanın.
  2. Kuru Freeze ve karbon içermeyen bilyalı değirmen 58 ile örnekleri homojenize ve element analizi 59-60 ile toplam organik karbon (TOK) içeriğini belirlemek.
    Not: kimyasallar ve laboratuar ekipmanı için Saflık gereklilikleri BPCAs bileşik özgü 14 C analizi için özellikle yüksektir. Boş değerlendirmeler 49 ve tokatlamak örnek kirlenme potansiyel kaynakları izlemek için 61 testleri yer alır.

2. HNO 3 Sindirim

  1. Tartmak dondurularak kurutuldu ve homojenize örnekler (bkz. 1.2.) Kuvars sindirimi tüplere ve alüminyum folyo ile toza karşı kapsamaktadır.
    1. PyC quantificati içinamaçlar ve karakterizasyonu,> 1 mg TOC 42 içeren örnekleri kullanmak. Böylece, toprak ve tortular, kullanım yaklaşık 200 durumunda - 400 mg ve saf kömürlere, kullanım yaklaşık 10 kadar organik zengin örneklerin, söz konusu - 20 mg sindirim başına tüp.
    2. PYC sonraki bileşik özgü izotop analizi (13 ° C ve 14 ° C) için, numune varsa 6. adımda sonra kullanılacak belirli izotop oranı kütle spektrometresi algılama sınırlarını karşılamak için BPCA-C yeterli içerdiğinden emin olun hayır (önceki ölçümlerden, örneğin) mevcuttur bir numunenin PyC miktarı hakkında önsel bilgi, ilk olarak PyC içeriğini ölçmek (1 adımlar - 5) ve BPCA-C verimleri izotop analizi için çok düşük olup olmadığını sonra daha örnek hazırlamak.
      Not: se "siyah karbon referans malzemeleri" dan bilinen PYC ve 13 ° C ve 14 C içeriği (örn boş ve referans örnekleri, bakınız sonuçlarını dahilction). Bu PyC nicelikleme tekrarlanabilirlik kontrol ve analizden sonra bileşik özgü izotop ölçümlerinde boş düzeltme hesaplamalarını etkinleştirmek için izin verecektir.
  2. Basınç odasına sindirim tüpü numunenin tamamen ıslanmasını yardımcı ve ardından eklemek için bir vorteks mikser kullanın, sindirim tüpler içine% 65 HNO 3 2 ml ekleyin. Kılavuzu 62'ye uygun basınç odaları kapatın ve 8 saat 170 ° C'de önceden ısıtılmış bir fırın içine koydu.
    DİKKAT: sindirim sonra, odalar fırının içindeki soğumasını bekleyin ve zararlı gazlar kaçabilir çünkü oda sıcaklığına geldikten sonra sadece davlumbaz altında açın.
  3. cam enjektörler örneğin tek kullanımlık cam elyaf filtreler (<0.7 mikron) kullanarak hacimsel şişeler içine su örnekleri Filtre ve 25 ml ses seviyesini ayarlamak. seyreltme daha fazla sindirim durdurmak için gereklidir.
    Not: BPCAs ihtiva eden 25 ml'lik çözeltiler saklanabiliren fazla 2 ay süreyle buzdolabı önce daha fazla işlem. Sindirim ilke olarak, aynı zamanda, basınçlı bir mikrodalga sistemi 16 örneğin diğer cihazlar kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bu durumda, testler BPCA geri kazanımları ve (temsilcisi sonuçları bölümünde bakınız) yöntemi tekrarlanabilirliği kontrol etmek için referans malzemeleri ile çalıştırılmalıdır.

Katyonların 3. Kaldırma

  1. Her bir örnek için, kolon başına katyon değiştirme reçinesi 11 g iki cam sütunlar (400 mm yükseklik, 15 mm çapında) hazırlanması. su ve 2 kolon hacminde, 2 M NaOH ile 1 kolon hacminde, nötralize edici pH su 2 kolon hacmi, 2 M HCI 1 kolon hacminde ve suyun en sonunda 2 kolon hacmi: ardışık ile durulanarak sütun içindeki reçine hale getirin .
  2. koşullanması sonra reçine ile çalkalanır su iletkenliğinin kontrol edin. Düzgün klimalı olarak iletkenliği aşağıdaki 2 mS cm olduğunda reçine olarak kabul edilir -1.
  3. Numunenin yarısı koyun (yani, 12.5 mi, bakınız adım 2.3), her bir kolon üzerinde, 10 mL su ile 5 kez yıkayın ve daha sonra, sulu çözelti dondurarak kurut. Örnek dondurularak kurutulduktan sonra kararlı ve karanlık ve serin bir yerde kuru tutulması durumunda daha işlenmeden önce bir hafta kadar saklanabilir.
    Not: Kullanım sıvı azot örnekleri dondurmak için ( 'ani dondurularak') güçlü donmaz asit çözeltisi bir su birikintisi neden olabilir HNO 3, dışarı donma önler olarak. BPCAs bileşik özgü 14 C analizi düşünülüyorsa dondurma kurutucu vakum pompası dumanı potansiyel kirlenme için iyi bir derecesi ve test etmek için asit geçirmez olduğundan emin olun.

Apolar Bileşiklerin 4. Sökme

  1. Yani ard arda metanol 2.5 ml su a 2.5 ml ile durulayın, üreticinin talimatına göre C18 katı faz ekstraksiyon kartuşları şartnd metanol / su, sonunda 2.5 ml (1: 1 h / h).
  2. 3 ml metanol / su içinde dondurularak kurutuldu tortu yeniden çözünmesine (1: 1 h / h). 2.5 ml test tüpleri içine ayrı bir C 18 katı fazlı bir ekstraksiyon kartuşundan içinde bunun her yarım (1.5 mi) yıkayın. metanol / su başka bir 1 ml kartuş yıkayın (1: 1 h / h).
  3. 45 ° C'de ve yaklaşık 50 mbar'lık bir vakum ısıtılmış vakumlu bir konsantratör kullanılarak, örneğin örnek çözeltisi test tüpleri, kurutun. Diğer uçurma yolları da aşama 6'daki gibi, örneğin, N2 gazı ile bir blöf sistemi kullanılabilir.
  4. 1 ml su ile bir test tüpü içinde bir tortu yeniden çözülmemiştir. vorteks mikser ve 1.5 ml oto örnekleyici şişeleri transferi ile destek çözünme.
    Not: Örnekler, bu aşamada 42 en fazla 3 aya kadar buzdolabında saklanabilir.

5. Kromatografi

  1. su 980 ml, 20 ml% 85 ortofosforik asit karıştırılarak Çözücü A hazırlamak ve in filtrevakum kullanılarak atılabilir bir cam elyaf filtre üzerinden ların çözüme. güneş ışığına çözücü A maruz ve yosun büyümesini önlemek için 24 saat içinde bunu kullanmıyorum. Çözücü B saf HPLC dereceli asetonitril kullanarak
  2. (Örneğin, 5, 20, 60, 100, 150 ve her bir BPCA 250 ug içeren 6 şişeler karıştırılması bir dış standart konsantrasyon serisi üretmek için ticari olarak temin edilebilen BPCAs (hemimellitik, trimelitik, piromellitik, pentakarboksilik ve mellitik asit) standart çözelti hazırlayın 1 ml su, sırasıyla).
  3. Tablo 1 ve Tablo 2 'de ayarları kullanılarak kromatografi yürütmek ve harici standart serisi 63 ölçümlerine ilgili BPCA tepe alanlarının karşılaştırılması vasıtasıyla BPCA içeriğini ölçmek.
  4. numune [g / kg] veya BPCA-C / TOK [%] ve BPCA-C / kuru ağırlık PyC miktar bulgularını ifade edin. Ayrıca, örneklerde PYC nitel özellikleri! Tek oranlarını kullanarak tanımlanabilirörneğin ual BPCAs, B6CA oranı (B6CA / BPCA [%]) PYC 44 aromatik kondensasyon derecesini gösterir.

Daha sonraki 13 C Saf BPCAs 6. Islak oksidasyon ve 14 C Analiz

  1. Adım 5.3 et., Yeterli miktarda tek tek BPCAs toplama (ör> mevcut gaz kitle spektrometreleri 49,64 30 ug BPCA-C) kısımlar körüklenerek çözücüleri çıkarın sonra HPLC 49 bağlanan ve bir kısım toplayıcısı kullanılarak ve hafif bir N2 akışı ile 70 ° C'ye kadar ısıtılırken. BPCAs dahil olmak üzere sıvı fosforik asit sadece küçük miktarlarda, bir küçük şişe içinde kalır.
  2. Taze kullanım, 24 saat içinde hazırlanır, 50 mL su, Na 2S 2 O 8 2 g çözülmesiyle oksitleyici reaktifi hazırlayın.
    Not: Tamamen birkaç gram çözerek saflığını iyileştirmek için iki kez sodyum persülfat yeniden kristalleştirilmesisıcak su ve daha sonra su sonra katı 65-66 soğuduktan toplanması.
  3. 4 ml su ve transfer numunesi ml 12 gaz geçirmez borosilikat flakon aşağı şişmiş kalıntı (adım 6.1) çözülür. reaktif ve bir butil kauçuk septum içeren standart kapaklı yakın oksitleyici 1 ml ekleyin.
  4. Flakon ve çözüm 66 CO 2 kaldırmak için 8 dakika He ile sulu çözelti içeren gaz geçirmez flakon temizleyin.
  5. 60 dakika boyunca 100 ° C'de ısıtarak gaz geçirmeyen şişelerde örnekleri okside eder.
  6. Doğrudan 13 C içeriği 65-66 ve 14 C içeriği 67-68 hızlandırılmış kütle spektrometre üzerinde izotop oranı kütle spektrometre üzerinde oksidasyon CO 2 analiz edin.
    Not: Okside numuneler 13 ° C ve / veya 14 C analizinden önce bir hafta 66 en az bir saklanabilir.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biz yoğun literatürde 44,48,69-77 çeşitli yöntem gelişmeler ve karşılaştırmalar için kullanılmıştır iyi tanımlanmış PyC malzemeleri ( "siyah karbon referans malzemeler") bir paketi ölçerek yöntem set-up test etmek önerilir. referans malzemeleri ile ilgili bilgiler Zürih Üniversitesi edinilebilir (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials).

açıklanan prosedür HPLC tüm BPCA hedef bileşiklerin baz ayrılmasına izin verir. Referans malzemelerin Çernozem '(önemli bir PyC içerikli killi toprak) ve (Oryza sativa yapılan) ot karakter kromatogramları Şekil 2'de gösterilmiştir. Tablo 1 ve 2'de kromatografisi parametrelerini ayarlayarak (örneğin, kromatografi sıcaklığı,Çözücü A pH veya akış hızı, vb), ayrılma daha özel ihtiyaçları 42,63 için modifiye edilebilir.

Dış standartlara (adım 5.3.) Ile referans malzemelerin kromatogramlar kantitatif analiz Şekil 3'te gösterilen PyC değerleri boyun eğmek zorundadır. Prosedürde bu küçük değişiklikler (örneğin, belirli durumlarda adım 3 veya 4 ihmal) Unutmayın, can yüksek PyC değerlerine yol açar. Genellikle, geri kazanım saf BPCA standartları ile kontrol edilmelidir: çivili referans malzemeler Adım 3 ve 4 orantısız kayıpları tespit ve 5. adımda 42,63 kromatografi performansı hakkında bilgi vermek için yardımcı olabilir.

Tablo 3 referans maddelerin BPCAs saflaştırılmış 6. adımda sonra C-izotop içeriği için analiz edilir elde edilen 13 ° C ve 14 C değerlerini göstermektedirgüvenilir sonuçlar, (hızlandırıcı akımı kütle spektrometre örneğin,> 30 ug BPCA-C, Şekil 4) BPCA-C'nin yeterli miktarda toplamak için yabancı C 49 numunenin kontaminasyonu en aza indirmek için mümkün olan tüm önlemleri almaya zorunludur .

Yukarıda tarif edildiği gibi, referans malzemeleri ile bir yöntem ayarını kontrol etme yanı sıra, 13C, her iki PyC miktarının (aşama 5) ve daha sonra bileşik özgü için, hazırlama ve çoğaltır ölçü örnekleri yüksek ölçüde tavsiye edilir ve 14C BPCAs (aşama 6 analizi ).

figure-results-1
Şekil 1:. BPCA Analiz Prosedürü protokolü Adım 2'de, PyC polisiklik aromatik kondanse yapılar inci farklı BPCAs, üretim sindirilirBunların yanı sıra temizlendi (3 adım 4) ile kromatografik olarak (adım 5) analiz edilmiş ve ayrılmıştır. Islak oksidasyon (adım 6) sonra, saflaştırılmış BPCAs izotop oranı kütle spektrometre bileşik özgü izotop analizi (13 ° C ve 14 ° C) için uygun. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-2
Şekil 2:. BPCA Ayırma için Kromatogramlar Gösterildi siyah karbon referans materyalleri "Çernozem" (a) ve "ot karakter" (b). , 1,2,4-; B5CA;, 1,2,4,5- 1,2,3,5-, 1,2,3,4-B4CA. Temel ayrılması, tüm BPCA hedef bileşikler (B6CA için elde edilir 1,2,3-B3CA) 42. İçinde siyah karbon referans malzemeler üzerinde oluşumu Zürih Üniversitesi edinilebilir (http://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials). Bu rakam. Wiedemeier ark dan 2013 42 modifiye edildi ve Elsevier izniyle edilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-3
Şekil 3:. Farklı Siyah Karbon Referans Malzemelerin çoğaltılmış PyC Ölçümleri laboratuvar çoğaltır için Hata çubukları sembol boyutundan daha küçük olan ve değişim katsayısı% 5 ortalama (min:% 1, max:% 10). Bu rakam Wiedemeier et modifiye edilmiş ark. 2013 42 ve Elsevier izniyle edilir."Https://www.jove.com/files/ftp_upload/53922/53922fig3large.jpg" target = "_ blank"> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-4
Şekil 4: Radyokarbon Modern ve fosil Char İzole B5CA ve B6CA (14 ° C) Değerler verilen hata enstrümantal hızlandırıcı kütle spektrometresi arka planı ve ıslak oksidasyonu için boş düzeltilmesinin oluşmaktadır.. Katı gri çizgi ilgili örnek ve belirlenen ortalama dış kirlenme gerçek F 14 C değerinin karışım için idealize edilmiş bir çizgi temsil eder. Bu rakam. Gierga ark 2014 49 modifiye edildi ve Elsevier izniyle edilir. Inci büyük halini görmek için tıklayınızrakamdır.

mobil faz A 20 mi 980 mi ultra saf su içinde fosforik asit (% 85) orto
mobil faz B asetonitril
sütun C18 faz ters (detaylar için bakınız malzeme listesi)
kolon sıcaklığı 15 ° C
akış hızı 0.4 ml dk -1
kimlik tutma süresi, 216 nm'de UV emilimi
miktar BPCAs dış standartları
baskı yaklaşık 120 bar

Tablo 1: Kromatografi Ayarları.

zaman mobil faz B
[Dk] [Hacimce%]
0 0.5
5 0.5
25.9 30
26 95
28 95
28.1 0.5
30 0.5

Tablo 2: Mobil Faz Gradient Karıştırma.

toplu Char BPCA
[VPDB genel ‰] δ 13C
kestane karakter -27,4 bir a -27,7 0.8 ±
mısır karakter -12,9 0.4 ± -13,0 0.4 ±
F 14 C [%]
Modern karakter 1.142 b 0.004 b ± 1.13 0.013 ±
fosil karakter 0.003 b 0.001 b ± 0.014 0,001 ±

Tablo 3:. 5. adımda ancak buradan eş zamanlı toplanmıştır Karbon İzotop Değerleri (δ 13 C ve F 14 ° C) Referans Char Malzemelerin ve Bileşik Özgü İlgili BPCAs izotopik Analizi BPCA değerleri temsil B6CA ve B5CABPCAs ayrı ayrı tahsil edildikleri er, bireysel BPCAs izotop analizleri benzer elde edilebilir. Toplu char veri. Yarnes ark dan kestane Char için (2011) 73 (a) ve fosil ve modern char Gierga gelen ve ark. (2014) 49 (b). Hata yayılma 64 türetilmiştir:;: (ETH-62324, ETH-62335 BPCA ETH-50456, ETH-50458 yığın karakter) F 14 C ölçümleri için hatalar ise δ 13 C ölçümleri için hatalar triplicates standart hatalardır.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Diğer uygun PyC yöntemleri 78-79 ile karşılaştırıldığında BPCA yöntemi birçok önemli avantajı vardır: i) PyC yani yanma süreklilik, geniş bir aralıkta tespit, biraz yüksek sıcaklık karakter ve kurum 42 hem de biyokütle kömürleşmiş duyarlıdır , 70, ii) aynı anda, 16,44,80-81 karakterize 20,42 ölçülmesi ve izotopik PyC 49-50,66,73,82-83 analiz, iii) çevresel numune çok geniş bir aralıkta uygulanabilir malzemeler 42,70, ve iv) metodoloji yoğun gözden geçirilmiş ve diğer PyC yöntemlerinin 44,47,70,84-85 değerlendirmeleri ile tutarlı bir çerçeve koymak olabilir. Tüm bu nedenlerden dolayı, BPCA yaklaşım tartışmalı olan altta yatan varsayımlar iyi kısıtlanır ve sürekli diğer yöntemlerle karşı test edilmiştir tarihe, mevcut çok yönlü PyC yöntemidir.

Yukarıdaki protokol Stren birleştirirtek bir işlem içinde, önceki BPCA yöntemleri gths, yüksek ölçüde tekrarlanabilir kullanılması basit ve kolay bir şekilde genişletilebilir ve özel gereksinimlere göre değiştirilebilir. Kromatografisi pH gradyanı yerine organik bir çözücü ile ifa edildiği zaman, örneğin, BPCAs on-line izotop oranı izleme ıslak oksidasyon aşamasına olan ihtiyacı ortadan kaldırır, 42 mevcuttur. Benzer şekilde, katyonları ve / veya apolar bileşiklerin çıkarılması (3 adım ve 4), belirli örnekleri, bu tür bileşikleri ihtiva etmeyen bilinmektedir atlanacak (örneğin, laboratuar üretilen karakter bazı durumlarda).

Her PyC yöntemi gibi, BPCA prosedür de, bazı sınırlamalar vardır. Bu bağlamda, BPCA yaklaşım doğal olarak numunelerde toplam PyC miktarını hafife dikkat etmek önemlidir: yöntem böylece nicel şeklinde tüm PYC kurtarma değil, onların BPCA yapıtaşlarını çıkarmak için PyC polisiklik yapıların büyük parçalar yok BPCAs arasında20,86. Katsayılar toplam PyC içerikleri içine BPCA verim çevirmek için geçmişte öne sürülmüştü. Bununla birlikte, tek bir doğru dönüşüm faktörü bulmak için çok karakter 41,48,80,86 aromatik yoğunlaşma heterojen derece pratik olarak imkansızdır. Bir çok durumda, numune PyC miktarları birbirlerine 42,81,87-88 göre karşılaştırılır. Daha sonra herhangi bir dönüştürme faktörleri kullanmak ve 48 "ölçülen" sadece BPCA verilerini rapor değil öneririz. Özel durumlarda, BPCA verimleri alındığında mutlak PyC Miktarları 24,89-90, bu BPCA PyC içeriğinin 86 muhafazakar tahminlere içine verir dönüştürür olarak 2.27 20 uygun görünüyor aslında yayımlanan dönüşüm faktörü tahmin etmek.

PyC yöntemlerle bir diğer zorluğu da, sigara PyC materyaller ve / veya PyC fazla tahmin edilmesine yol analizinin kendisi sırasında üretildiği müdahale için potansiyel olarak hassas olmasıdırörneklerinde 70 gerçek PyC içeriği. BPCA yaklaşımı tek başına 16,70,86 herhangi PYC üretmek değil, bu tür müdahale malzemeleri 70 karşı çok sağlamdır ve (paragraf yukarıda bakınız) doğada muhafazakardır. Hatta grafit PYC ancak petrojenik kökenli kimyasal olarak çok benzer bir malzeme BPCA ölçümleri ile karışmaz (Schneider, MPW yayınlanmamış sonuçlar. Zürih, (2013)). Şimdiye kadar, BPCA yöntemi için bilinen tek olmayan PyC etkileşimler bir özet, çalışmalar 86 büyük bir çoğunluğu için sayısal olarak ihmal edilebilir olmalıdır mantar 91 aromatik pigmentler bulunmaktadır. Onun eşzamanlı nitel, nicel ve 13 ° C ve 14 C izotop bilgilerle BPCA yöntemi böylece çeşitli disiplinlerde PYC incelemek için mükemmel bir araçtır.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, aşağıdaki finansman kaynaklarının desteğini minnetle kabul ederler: Zürih Üniversitesi Araştırma Öncelik Programı "küresel değişim ve biyoçeşitlilik", İsviçre Ulusal Bilim Vakfı projeleri 134452, 131922, 143891, 119950 ve 134847 ve Derin Karbon Gözlemevi - Derin Enerji ödülü 60040915.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
bilyalı değirmenRetschN/Abilyalı değirmen, karbon içermeyen öğütme kavanozları ve bilyeleri ile (Retsch MM 200, akik öğütme kavanozları ve bilyeleri ile) 
yanma fırınıNaberthermN/A500 ° C sıcaklığa sahip yanma fırını/kül fırını; C (Nabertherm L40/11 veya benzeri)
PTFE basınç hazneli basınç bombaları,
kuvars kapaklı kuvars çürütme tüpleri		Seif Aufschlusstechnik, Unterschleissheim, AlmanyaN/AHelma U. Rudolf Seif Aufschlusstechnik
Fastlingerring 67
85716 Unterschleissheim
Almanya
Tel: (+49) 89 3108181
vorteks karıştırıcıortak laboratuvar kaynağıN/A
fırın & nbsp;Thermo Scientific50051010kurutma fırını (Thermo Scientific Heraeus veya benzeri),
vakum manifoldu sistemi
, PTFE konnektörlü		Machery NagelChromabond
730151
730106
ftp://ftp.mn-net.com/english/Instruction_leaflets/Chromatography/SPE/CHROMABOND_VK_DE_EN.pdf tek kullanımlık cam elyaf filtreli yeniden kullanılabilir cam şırıngalarMachery Nagel 730172
730192		http://www.mn-net.com/SPEStart/SPEaccessories/EmptySPEcolumns/tabid/4285/language/en-US/Default.aspx
25 ml hacimsel cam şişelerortak laboratuvar malzemesiN/ADiğer tüm cam eşyaların aksine, hacimsel doğruluğu sağlamak için yanmayın. Bunun yerine asit banyosunda, ultrasonla ve ultra saf suyla temizleyin.
frit ve PTFE musluklu kromatografik cam sütunlar ve cam yünüözel yapımN / Acam sütunların boyutları:
ca.< / em> 40 cm uzunluğunda, ca.< / em> 1.5 & nbsp; cm çapında
katyon değişim reçinesiSigma Aldrich217514Dowex 50 WX8 400
iletkenlik ölçerWTW300243LF 320
Dondurarak kurutucu için set 100 ml konik şişelerortak laboratuvar kaynağı N/A
sıvı nitrojenortak laboratuvar ekipmanıN/AKatyonların çıkarılmasından sonra aequoous çözeltinin ani dondurulması için
dondurarak kurutucuChristN/AAlpha 2 - 4 LD artı
C18 katı faz ekstraksiyon kartuşlarıSupelco52603-Uhttp://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/supelco/52603u?lang=de®ion=CH
2,5 ml cam test tüpleriAgilent Technologies5022-6534http://www.chem.agilent.com/store/en_US/Prod-5022-6534/5022-6534?navAction=push&navCount=0
yoğunlaştırıcı Eppendorf5305000.100
/A'ya bağlı olarak1,5 ml HPLC otomatik numune alma cihazı
A'yaolarak 6 ml fraksiyon toplayıcı şişeleri
yüksek saflıkta N2 gazortak laboratuvar ekipmanıN/A
12 ml borosilikat gaz geçirmez şişelerLabco538Whttp://www.labco.co.uk/europe/gas.htm#doublewad12ml
iğnelerB Braun4665643http://www.bbraun.ch/cps/rde/xchg/cw-bbraun-de-ch/hs.xsl/products.html?prid=PRID00000510
yüksek saflıkta He gazortak laboratuvar ekipmanlarıN/A
HNO3 (%65) paSigma Aldrich84378http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/84378?lang=de®ion=CH
2 M HClSigma Aldrich2581482 M çözelti elde etmek için ultra saf su ile karıştırın
2 M NaOHSigma Aldrich716912 M çözelti metanol elde etmek için ultra saf su ile karıştırın
Sigma Aldrich34860http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34860?lang=de®ion=CH
suMilli-QZ00QSV0WWTip 1 sınıf, düşük karbonlu
ortofosforik asitSigma Aldrich79606http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/79606?lang=de®ion=CH
asetonitrilSigma Aldrich34851için optimize edilmiştirhttp://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/34851?lang=de®ion=CH
C18 ters faz sütunuAgilent Technologies685975-902Agilent Poroshell 120 SB-C18 (4,6 x 100 mm)
Na2S2O8, sodyum persülfatSigma Aldrich71890http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/71890?lang=de®ion=CH
BPCA standartları< / güçlü >
trimellitik asitSigma Aldrich92119http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/fluka/92119?lang=de®ion=CH
hemimellitik asitSigma Aldrich51520http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/51520?lang=de®ion=CH
piromelitik asitSigma Aldrich83181http://www.sigmaaldrich.com/catalog/search?
terim=83181& interface=Tümü&
N=0& mod=match%20partialmax&
lang=de& bölge=CH& odak = ürün
benzenpentakarboksilik asitSigma AldrichS437107http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/s437107?lang=de®ion=CH
militik asitSigma AldrichM2705http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/m2705?lang=de®ion=CH
oksidasyon standartları< / güçlü>
ftalik asitSigma-Aldrich80010http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/80010?lang=de®ion=CH
sükrozSigma-AldrichS7903http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s7903?lang=de®ion=CH
siyah karbon referans malzemeleriZürih ÜniversitesiN/Ahttp://www.geo.uzh.ch/en/units/physische-geographie-boden-biogeographie/services/black-carbon-reference-materials
Sabit sıcaklıklı HPLC N şişeleri HPLC N/bağlı, ,

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Introduction to pyrolysis of biomass. Journal J. Anal. Appl. Pyrolysis. 3 (4), 283-305 (1982).">Shafizadeh, F. Introduction to pyrolysis of biomass. Journal J. Anal. Appl. Pyrolysis. 3 (4), 283-305 (1982).
  2. Organic matter of the trophosphere - III. Characterization and sources of petroleum and pyrogenic residues in aerosols over the western United States. Atmos. Environ. 18 (1), 51-67 (1984).">Simoneit, B. R. T. Organic matter of the trophosphere - III. Characterization and sources of petroleum and pyrogenic residues in aerosols over the western United States. Atmos. Environ. 18 (1), 51-67 (1984).
  3. Black carbon in the environment. , Wiley. (1985).">Goldberg, E. D. Black carbon in the environment. , Wiley. (1985).
  4. Black (pyrogenic) carbon: a synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions. Biogeosciences. 3 (4), 397-420 (2006).">Preston, C. M., Schmidt, M. W. I. Black (pyrogenic) carbon: a synthesis of current knowledge and uncertainties with special consideration of boreal regions. Biogeosciences. 3 (4), 397-420 (2006).
  5. Black carbon in soils and sediments: Analysis, distribution, implications, and current challenges. Global Global Biogeochem. Cycles. 14 (3), 777-793 (2000).">Schmidt, M. W. I., Noack, A. G. Black carbon in soils and sediments: Analysis, distribution, implications, and current challenges. Global Global Biogeochem. Cycles. 14 (3), 777-793 (2000).
  6. Fire on Earth: An Introduction. , Wiley. (2014).">Scott, A. C., Bowman, D. M. J. S., Bond, W. J., Pyne, S. J., Alexander, M. E. Fire on Earth: An Introduction. , Wiley. (2014).
  7. Long-term forest fire ecology and dynamics in southern Switzerland. J. Ecol. 87 (2), 273-289 (1999).">Tinner, W., Hubschmid, P., Wehrli, M., Ammann, B., Conedera, M. Long-term forest fire ecology and dynamics in southern Switzerland. J. Ecol. 87 (2), 273-289 (1999).
  8. Formation, transformation and transport of black carbon (charcoal) in terrestrial and aquatic ecosystems. Sci. Total Environ. 370 (1), 190-206 (2006).">Forbes, M. S., Raison, R. J., Skjemstad, J. O. Formation, transformation and transport of black carbon (charcoal) in terrestrial and aquatic ecosystems. Sci. Total Environ. 370 (1), 190-206 (2006).
  9. Fire in the Earth System. Science. 324 (5926), 481-484 (2009).">Bowman, D. M. J. S., et al. Fire in the Earth System. Science. 324 (5926), 481-484 (2009).
  10. Global pyrogeography: The current and future distribution of wildfire. PLoS ONE. 4 (4), (2009).">Krawchuk, M. A., Moritz, M. A., Parisien, M. A., Van Dorn, J., Hayhoe, K. Global pyrogeography: The current and future distribution of wildfire. PLoS ONE. 4 (4), (2009).
  11. A technology-based global inventory of black and organic carbon emissions from combustion. J. Geophys. Res.: Atmos. 109 (14), (2004).">Bond, T. C., et al. A technology-based global inventory of black and organic carbon emissions from combustion. J. Geophys. Res.: Atmos. 109 (14), (2004).
  12. Inventory of black carbon and organic carbon emissions from China. Atmos. Environ. 40 (34), 6516-6527 (2006).">Cao, G., Zhang, X., Zheng, F. Inventory of black carbon and organic carbon emissions from China. Atmos. Environ. 40 (34), 6516-6527 (2006).
  13. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment. J. Geophys. Res.: Atmos. 118 (11), 5380-5552 (2013).">Bond, T. C., et al. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment. J. Geophys. Res.: Atmos. 118 (11), 5380-5552 (2013).
  14. Global and regional climate changes due to black carbon. Nat. Geosci. 1 (4), 221-227 (2008).">Ramanathan, V., Carmichael, G. Global and regional climate changes due to black carbon. Nat. Geosci. 1 (4), 221-227 (2008).
  15. Thermogenic organic matter dissolved in the abyssal ocean. Mar. Chem. 102 (3-4), 208-217 (2006).">Dittmar, T., Koch, B. P. Thermogenic organic matter dissolved in the abyssal ocean. Mar. Chem. 102 (3-4), 208-217 (2006).
  16. The molecular level determination of black carbon in marine dissolved organic matter. Org. Geochem. 39 (4), 396-407 (2008).">Dittmar, T. The molecular level determination of black carbon in marine dissolved organic matter. Org. Geochem. 39 (4), 396-407 (2008).
  17. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), L16601(2010).">Ziolkowski, L., Druffel, E. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), L16601(2010).
  18. 20th-Century Industrial Black Carbon Emissions Altered Arctic Climate Forcing. Science. 317 (5843), 1381-1384 (2007).">McConnell, J. R., et al. 20th-Century Industrial Black Carbon Emissions Altered Arctic Climate Forcing. Science. 317 (5843), 1381-1384 (2007).
  19. Black carbon record based on a shallow Himalayan ice core and its climatic implications. Atmos. Chem. Phys. 8 (5), 1343-1352 (2008).">Ming, J., et al. Black carbon record based on a shallow Himalayan ice core and its climatic implications. Atmos. Chem. Phys. 8 (5), 1343-1352 (2008).
  20. Black carbon in soils: the use of benzenecarboxylic acids as specific markers. Org. Geochem. 29 (4), 811-819 (1998).">Glaser, B., Haumaier, L., Guggenberger, G., Zech, W. Black carbon in soils: the use of benzenecarboxylic acids as specific markers. Org. Geochem. 29 (4), 811-819 (1998).
  21. Pyrogenic organic matter in soil: Its origin and occurrence, its chemistry and survival in soil environments. Quat. Int. 243 (2), 251-263 (2011).">Knicker, H. Pyrogenic organic matter in soil: Its origin and occurrence, its chemistry and survival in soil environments. Quat. Int. 243 (2), 251-263 (2011).
  22. Black carbon in deep-sea sediments. Science. 280 (5371), 1911(1998).">Masiello, C. A., Druffel, E. R. M. Black carbon in deep-sea sediments. Science. 280 (5371), 1911(1998).
  23. Evaluation of a protocol for the quantification of black carbon in sediments. Global Biogeochem. Cycles. 15 (4), 881-890 (2001).">Gustafsson, Ö, et al. Evaluation of a protocol for the quantification of black carbon in sediments. Global Biogeochem. Cycles. 15 (4), 881-890 (2001).
  24. Different pools of black carbon in sediments from the Gulf of Cádiz (SW Spain): Method comparison and spatial distribution. Mar. Chem. 151, 13-22 (2013).">Sánchez-Garcìa, L., de Andrés, J. R., Gélinas, Y., Schmidt, M. W. I., Louchouarn, P. Different pools of black carbon in sediments from the Gulf of Cádiz (SW Spain): Method comparison and spatial distribution. Mar. Chem. 151, 13-22 (2013).
  25. How relevant is recalcitrance for the stabilization of organic matter in soils? J. Plant Nutr. Soil Sci. 171 (1), 91-110 (2008).">Marschner, B., et al. How relevant is recalcitrance for the stabilization of organic matter in soils? J. Plant Nutr. Soil Sci. 171 (1), 91-110 (2008).
  26. Black carbon decomposition and incorporation into soil microbial biomass estimated by 14C labeling. Soil Biol. Biochem. 41 (2), 210-219 (2009).">Kuzyakov, Y., Subbotina, I., Chen, H., Bogomolova, I., Xu, X. Black carbon decomposition and incorporation into soil microbial biomass estimated by 14C labeling. Soil Biol. Biochem. 41 (2), 210-219 (2009).
  27. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478 (7367), 49-56 (2011).">Schmidt, M. W. I., et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478 (7367), 49-56 (2011).
  28. Fire-derived organic carbon in soil turns over on a centennial scale. Biogeosciences. 9 (8), 2847-2857 (2012).">Singh, N., Abiven, S., Torn, M. S. Fire-derived organic carbon in soil turns over on a centennial scale. Biogeosciences. 9 (8), 2847-2857 (2012).
  29. Biological degradation of pyrogenic organic matter in temperate forest soils. Soil Biol. Biochem. 51, 115-124 (2012).">Santos, F., Torn, M. S., Bird, J. A. Biological degradation of pyrogenic organic matter in temperate forest soils. Soil Biol. Biochem. 51, 115-124 (2012).
  30. Biochar stability in soil: Decomposition during eight years and transformation as assessed by compound-specific 14C analysis. Soil Biol. Biochem. 70, 229-236 (2014).">Kuzyakov, Y., Bogomolova, I., Glaser, B. Biochar stability in soil: Decomposition during eight years and transformation as assessed by compound-specific 14C analysis. Soil Biol. Biochem. 70, 229-236 (2014).
  31. Black Carbon and the Carbon Cycle. Science. 280 (5371), 1903-1904 (1998).">Kuhlbusch, T. A. J. Black Carbon and the Carbon Cycle. Science. 280 (5371), 1903-1904 (1998).
  32. Stability of biomass-derived black carbon in soils. Geochim. Cosmochim. Acta. 72 (24), 6069-6078 (2008).">Liang, B., et al. Stability of biomass-derived black carbon in soils. Geochim. Cosmochim. Acta. 72 (24), 6069-6078 (2008).
  33. A review of biochars' potential role in the remediation, revegetation and restoration of contaminated soils. Environ. Pollut. 159 (12), 3269-3282 (2011).">Beesley, L., et al. A review of biochars' potential role in the remediation, revegetation and restoration of contaminated soils. Environ. Pollut. 159 (12), 3269-3282 (2011).
  34. Biochar and its effects on plant productivity and nutrient cycling: a meta-analysis. GCB Bioenergy. 5 (2), 202-214 (2013).">Biederman, L. A., Harpole, W. S. Biochar and its effects on plant productivity and nutrient cycling: a meta-analysis. GCB Bioenergy. 5 (2), 202-214 (2013).
  35. State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia (terra preta de ìndio). Geochim. Cosmochim. Acta. 82, 39-51 (2012).">Glaser, B., Birk, J. J. State of the scientific knowledge on properties and genesis of Anthropogenic Dark Earths in Central Amazonia (terra preta de ìndio). Geochim. Cosmochim. Acta. 82, 39-51 (2012).
  36. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).">Lehmann, J., Joseph, S. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).
  37. Putting the carbon back: Black is the new green. Nature. 442 (7103), 624-626 (2006).">Marris, E. Putting the carbon back: Black is the new green. Nature. 442 (7103), 624-626 (2006).
  38. Global wildland fire season severity in the 21st century. For. Ecol. Manage. 294, 54-61 (2013).">Flannigan, M., et al. Global wildland fire season severity in the 21st century. For. Ecol. Manage. 294, 54-61 (2013).
  39. Recent burning of boreal forests exceeds fire regime limits of the past 10,000 years. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (32), 13055-13060 (2013).">Kelly, R., et al. Recent burning of boreal forests exceeds fire regime limits of the past 10,000 years. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (32), 13055-13060 (2013).
  40. Nanoparticles - Known and unknown health risks. J. Nanobiotechnol. 2, (2004).">Hoet, P. H. M., Brüske-Hohlfeld, I., Salata, O. V. Nanoparticles - Known and unknown health risks. J. Nanobiotechnol. 2, (2004).
  41. The feasibility of isolation and detection of fullerenes and carbon nanotubes using the benzene polycarboxylic acid method. Mar. Pollut. Bull. 59 (4-7), 213-218 (2009).">Ziolkowski, L. A., Druffel, E. R. M. The feasibility of isolation and detection of fullerenes and carbon nanotubes using the benzene polycarboxylic acid method. Mar. Pollut. Bull. 59 (4-7), 213-218 (2009).
  42. Improved assessment of pyrogenic carbon quantity and quality in environmental samples by high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 1304, 246-250 (2013).">Wiedemeier, D. B., Hilf, M. D., Smittenberg, R. H., Haberle, S. G., Schmidt, M. W. I. Improved assessment of pyrogenic carbon quantity and quality in environmental samples by high-performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A. 1304, 246-250 (2013).
  43. Dynamic molecular structure of plant biomass-derived black carbon (biochar). Environ. Sci. Technol. 44 (4), 1247-1253 (2010).">Keiluweit, M., Nico, P. S., Johnson, M. G., Kleber, M. Dynamic molecular structure of plant biomass-derived black carbon (biochar). Environ. Sci. Technol. 44 (4), 1247-1253 (2010).
  44. Aromaticity and degree of aromatic condensation of char. Org. Geochem. 78, 135-143 (2015).">Wiedemeier, D. B., et al. Aromaticity and degree of aromatic condensation of char. Org. Geochem. 78, 135-143 (2015).
  45. Crystallite growth in graphitizing and non-graphitizing carbons. Proc. R. Soc. London, Ser. A. 209 (1097), 196-218 (1951).">Franklin, R. E. Crystallite growth in graphitizing and non-graphitizing carbons. Proc. R. Soc. London, Ser. A. 209 (1097), 196-218 (1951).
  46. New directions in black carbon organic geochemistry. Mar. Chem. 92 (1-4), 201-213 (2004).">Masiello, C. A. New directions in black carbon organic geochemistry. Mar. Chem. 92 (1-4), 201-213 (2004).
  47. Determination of the aromaticity and the degree of aromatic condensation of a thermosequence of wood charcoal using NMR. Org. Geochem. 42 (10), 1194-1202 (2011).">McBeath, A., Smernik, R., Plant, E. Determination of the aromaticity and the degree of aromatic condensation of a thermosequence of wood charcoal using NMR. Org. Geochem. 42 (10), 1194-1202 (2011).
  48. Comparison of gas with liquid chromatography for the determination of benzenepolycarboxylic acids as molecular tracers of black carbon. Org. Geochem. 42 (3), 275-282 (2011).">Schneider, M. P. W., Smittenberg, R., Dittmar, T., Schmidt, M. W. I. Comparison of gas with liquid chromatography for the determination of benzenepolycarboxylic acids as molecular tracers of black carbon. Org. Geochem. 42 (3), 275-282 (2011).
  49. Purification of fire-derived markers for µg scale isotope analysis (δ13C, Δ14C) using high-performance liquid chromatography (HPLC). Org. Geochem. 70, 1-9 (2014).">Gierga, M., et al. Purification of fire-derived markers for µg scale isotope analysis (δ13C, Δ14C) using high-performance liquid chromatography (HPLC). Org. Geochem. 70, 1-9 (2014).
  50. Isotopes in pyrogenic carbon: A review. Org. Geochem. 42 (12), 1529-1539 (2012).">Bird, M. I., Ascough, P. L. Isotopes in pyrogenic carbon: A review. Org. Geochem. 42 (12), 1529-1539 (2012).
  51. Soil organic matter dynamics in density and particle size fractions as revealed by the 13C/12C isotopic ratio in a Cerrado's oxisol. Geoderma. 104 (3-4), 185-202 (2001).">Roscoe, R., Buurman, P., Velthorst, E. J., Vasconcellos, C. A. Soil organic matter dynamics in density and particle size fractions as revealed by the 13C/12C isotopic ratio in a Cerrado's oxisol. Geoderma. 104 (3-4), 185-202 (2001).
  52. Stable forest-savanna mosaic in north-western Tanzania: local-scale evidence from δ13C signatures and 14C ages of soil fractions. J. Biogeogr. 39 (2), 247-257 (2012).">Wiedemeier, D. B., Bloesch, U., Hagedorn, F. Stable forest-savanna mosaic in north-western Tanzania: local-scale evidence from δ13C signatures and 14C ages of soil fractions. J. Biogeogr. 39 (2), 247-257 (2012).
  53. The use of carbon isotopes (13C,14C) in soil to evaluate vegetation changes during the holocene in Central Brazil. Radiocarbon. 38 (2), 191-201 (1996).">Pessenda, L. C. R., et al. The use of carbon isotopes (13C,14C) in soil to evaluate vegetation changes during the holocene in Central Brazil. Radiocarbon. 38 (2), 191-201 (1996).
  54. Radiocarbon dating of "old" charcoal using a wet oxidation, stepped-combustion procedure. Radiocarbon. 41 (2), 127-140 (1999).">Bird, M. I., et al. Radiocarbon dating of "old" charcoal using a wet oxidation, stepped-combustion procedure. Radiocarbon. 41 (2), 127-140 (1999).
  55. Biochar carbon stability in four contrasting soils. Eur. J. Soil Sci. 65 (1), 60-71 (2014).">Fang, Y., Singh, B., Singh, B. P., Krull, E. Biochar carbon stability in four contrasting soils. Eur. J. Soil Sci. 65 (1), 60-71 (2014).
  56. Ryegrass-derived pyrogenic organic matter changes organic carbon and nitrogen mineralization in a temperate forest soil. Soil Biol. Biochem. 69, 291-301 (2014).">Maestrini, B., Herrmann, A. M., Nannipieri, P., Schmidt, M. W. I., Abiven, S. Ryegrass-derived pyrogenic organic matter changes organic carbon and nitrogen mineralization in a temperate forest soil. Soil Biol. Biochem. 69, 291-301 (2014).
  57. New insights into pyrogenic carbon by an improved benzene polycarboxylic acid molecular marker method. , University of Zurich. (2014).">Wiedemeier, D. B. New insights into pyrogenic carbon by an improved benzene polycarboxylic acid molecular marker method. , University of Zurich. (2014).
  58. Qualilty Assurance in Environmental Monitoring. , Wiley. (2007).">Perttila, M., Pedersen, B. Qualilty Assurance in Environmental Monitoring. , Wiley. (2007).
  59. Chemical composition and bioavailability of thermally altered Pinus resinosa (Red pine) wood. Org. Geochem. 33 (9), 1093-1109 (2002).">Baldock, J., Smernik, R. Chemical composition and bioavailability of thermally altered Pinus resinosa (Red pine) wood. Org. Geochem. 33 (9), 1093-1109 (2002).
  60. SSSA Book Series. , (1996).">Nelson, D. W., Sommers, L. E. Methods of Soil Analysis: Part 3, Chemical methods. SSSA Book Series. , (1996).
  61. Tips and traps in the 14C bio-AMS preparation laboratory. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 172 (1-4), 404-408 (2000).">Buchholz, B. A., Freeman, S. P. H. T., Haack, K. W., Vogel, J. S. Tips and traps in the 14C bio-AMS preparation laboratory. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 172 (1-4), 404-408 (2000).
  62. Eine neue Apparatur zur Druckveraschung von biologischem Material. Fresenius' Z. Anal. Chem. 302 (1), 62-64 (1980).">Schramel, P., Wolf, A., Seif, R., Klose, B. J. Eine neue Apparatur zur Druckveraschung von biologischem Material. Fresenius' Z. Anal. Chem. 302 (1), 62-64 (1980).
  63. Practical High-Performance Liquid Chromatography. , Wiley. (2010).">Meyer, V. Practical High-Performance Liquid Chromatography. , Wiley. (2010).
  64. Ultra-microscale (5-25 µg C) analysis of individual lipids by 14C AMS: Assessment and correction for sample processing blanks. Radiocarbon. 49 (1), 69-82 (2007).">Shah, S. R., Pearson, A. Ultra-microscale (5-25 µg C) analysis of individual lipids by 14C AMS: Assessment and correction for sample processing blanks. Radiocarbon. 49 (1), 69-82 (2007).
  65. Isotopic (δ13C, Δ14C) analysis of organic acids in marine samples using wet chemical oxidation. Limnol. Oceanogr.: Methods. 11 (4), 161-175 (2013).">Lang, S. Q., Früh-Green, G. L., Bernasconi, S. M., Wacker, L. Isotopic (δ13C, Δ14C) analysis of organic acids in marine samples using wet chemical oxidation. Limnol. Oceanogr.: Methods. 11 (4), 161-175 (2013).
  66. Stable isotope analysis of organic carbon in small (µg C) samples and dissolved organic matter using a GasBench preparation device. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (1), 9-16 (2012).">Lang, S., Bernasconi, S., Früh-Green, G. Stable isotope analysis of organic carbon in small (µg C) samples and dissolved organic matter using a GasBench preparation device. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (1), 9-16 (2012).
  67. Micadas: Routine and high-precision radiocarbon dating. Radiocarbon. 52 (2), 252-262 (2010).">Wacker, L., et al. Micadas: Routine and high-precision radiocarbon dating. Radiocarbon. 52 (2), 252-262 (2010).
  68. A versatile gas interface for routine radiocarbon analysis with a gas ion source. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 294, 315-319 (2013).">Wacker, L., et al. A versatile gas interface for routine radiocarbon analysis with a gas ion source. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. 294, 315-319 (2013).
  69. Synthesis and characterisation of laboratory-charred grass straw (Oryza saliva) and chestnut wood (Castanea sativa) as reference materials for black carbon quantification. Org. Geochem. 37 (11), 1629-1633 (2006).">Hammes, K., Smernik, R., Skjemstad, J., Herzog, A., Vogt, U. Synthesis and characterisation of laboratory-charred grass straw (Oryza saliva) and chestnut wood (Castanea sativa) as reference materials for black carbon quantification. Org. Geochem. 37 (11), 1629-1633 (2006).
  70. Comparison of quantification methods to measure fire-derived (black/elemental) carbon in soils and sediments using reference materials from soil, water, sediment and the atmosphere. Global Biogeochem. Cycles. 21 (3), GB3016(2007).">Hammes, K., et al. Comparison of quantification methods to measure fire-derived (black/elemental) carbon in soils and sediments using reference materials from soil, water, sediment and the atmosphere. Global Biogeochem. Cycles. 21 (3), GB3016(2007).
  71. Assessment of hydropyrolysis as a method for the quantification of black carbon using standard reference materials. Geochim. Cosmochim. Acta. 97, 131-147 (2012).">Meredith, W., et al. Assessment of hydropyrolysis as a method for the quantification of black carbon using standard reference materials. Geochim. Cosmochim. Acta. 97, 131-147 (2012).
  72. Rapid molecular screening of black carbon (biochar) thermosequences obtained from chestnut wood and rice straw: A pyrolysis-GC/MS study. Biomass Bioenergy. 45, 115-129 (2012).">Kaal, J., Schneider, M. P. W., Schmidt, M. W. I. Rapid molecular screening of black carbon (biochar) thermosequences obtained from chestnut wood and rice straw: A pyrolysis-GC/MS study. Biomass Bioenergy. 45, 115-129 (2012).
  73. Stable isotopic analysis of pyrogenic organic matter in soils by liquid chromatography-isotope-ratio mass spectrometry of benzene polycarboxylic acids. Rapid Commun. Mass Spectrom. 25 (24), 3723-3731 (2011).">Yarnes, C., et al. Stable isotopic analysis of pyrogenic organic matter in soils by liquid chromatography-isotope-ratio mass spectrometry of benzene polycarboxylic acids. Rapid Commun. Mass Spectrom. 25 (24), 3723-3731 (2011).
  74. Evaluation of the thermal/optical reflectance method for discrimination between char- and soot-EC. Chemosphere. 69, 569-574 (2007).">Han, Y. M., et al. Evaluation of the thermal/optical reflectance method for discrimination between char- and soot-EC. Chemosphere. 69, 569-574 (2007).
  75. Thermal stability of black carbon characterised by oxidative differential scanning calorimetry. Org. Geochem. 38 (1), 112-127 (2007).">Leifeld, J. Thermal stability of black carbon characterised by oxidative differential scanning calorimetry. Org. Geochem. 38 (1), 112-127 (2007).
  76. Differentiation of charcoal, soot and diagenetic carbon in soil: Method comparison and perspectives. Org. Geochem. 46, 66-75 (2012).">Roth, P. J., et al. Differentiation of charcoal, soot and diagenetic carbon in soil: Method comparison and perspectives. Org. Geochem. 46, 66-75 (2012).
  77. Final recommendations for reference materials in black carbon analysis. Eos. 84 (52), (2003).">Schmidt, M. W. I., Masiello, C. A., Skjemstad, J. O. Final recommendations for reference materials in black carbon analysis. Eos. 84 (52), (2003).
  78. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).">Bird, M. Biochar for Environemental Management: Science and Technology. , Earthscan. (2009).
  79. Fire Phenomena and the Earth System. , Wiley. (2013).">Hammes, K., Abiven, S. Fire Phenomena and the Earth System. , Wiley. (2013).
  80. The benzene polycarboxylic acid (BPCA) pattern of wood pyrolyzed between 200 °C and 1000 °C. Org. Geochem. 41 (10), 1082-1088 (2010).">Schneider, M. P. W., Hilf, M., Vogt, U. F., Schmidt, M. W. I. The benzene polycarboxylic acid (BPCA) pattern of wood pyrolyzed between 200 °C and 1000 °C. Org. Geochem. 41 (10), 1082-1088 (2010).
  81. Toward a "molecular thermometer" to estimate the charring temperature of wildland charcoals derived from different biomass sources. Environ. Sci. Technol. 47 (20), 11490-11495 (2013).">Schneider, M. P. W., et al. Toward a "molecular thermometer" to estimate the charring temperature of wildland charcoals derived from different biomass sources. Environ. Sci. Technol. 47 (20), 11490-11495 (2013).
  82. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), (2010).">Ziolkowski, L. A., Druffel, E. R. M. Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon. Geophys. Res. Lett. 37 (16), (2010).
  83. Aged black carbon in marine sediments and sinking particles. Geophys. Res. Lett. 41 (7), 2427-2433 (2014).">Coppola, A. I., Ziolkowski, L. A., Masiello, C. A., Druffel, E. R. M. Aged black carbon in marine sediments and sinking particles. Geophys. Res. Lett. 41 (7), 2427-2433 (2014).
  84. Quantifying the abundance and stable isotope composition of pyrogenic carbon using hydrogen pyrolysis. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (23), 2690-2696 (2012).">Wurster, C. M., Lloyd, J., Goodrick, I., Saiz, G., Bird, M. I. Quantifying the abundance and stable isotope composition of pyrogenic carbon using hydrogen pyrolysis. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (23), 2690-2696 (2012).
  85. Pyrogenic molecular markers: Linking PAH with BPCA analysis. Chemosphere. 119, 432-437 (2015).">Wiedemeier, D. B., Brodowski, S., Wiesenberg, G. L. B. Pyrogenic molecular markers: Linking PAH with BPCA analysis. Chemosphere. 119, 432-437 (2015).
  86. Revised black carbon assessment using benzene polycarboxylic acids. Org. Geochem. 36 (9), 1299-1310 (2005).">Brodowski, S., Rodionov, A., Haumaier, L., Glaser, B., Amelung, W. Revised black carbon assessment using benzene polycarboxylic acids. Org. Geochem. 36 (9), 1299-1310 (2005).
  87. Transformation and stabilization of pyrogenic organic matter in a temperate forest field experiment. GCB. 20 (5), 1629-1642 (2014).">Singh, N., et al. Transformation and stabilization of pyrogenic organic matter in a temperate forest field experiment. GCB. 20 (5), 1629-1642 (2014).
  88. Pyrogenic carbon soluble fraction is larger and more aromatic in aged charcoal than in fresh charcoal. Soil Biol. Biochem. 43 (7), 1615-1617 (2011).">Abiven, S., Hengartner, P., Schneider, M. P. W., Singh, N., Schmidt, M. W. I. Pyrogenic carbon soluble fraction is larger and more aromatic in aged charcoal than in fresh charcoal. Soil Biol. Biochem. 43 (7), 1615-1617 (2011).
  89. Industrial carbon input to arable soil since 1958. Org. Geochem. 80, 46-52 (2015).">Lehndorff, E., et al. Industrial carbon input to arable soil since 1958. Org. Geochem. 80, 46-52 (2015).
  90. Black carbon accrual during 2000 years of paddy-rice and non-paddy cropping in the Yangtze River Delta, China. GCB. 20 (6), 1968-1978 (2014).">Lehndorff, E., Roth, P. J., Cao, Z. H., Amelung, W. Black carbon accrual during 2000 years of paddy-rice and non-paddy cropping in the Yangtze River Delta, China. GCB. 20 (6), 1968-1978 (2014).
  91. Isotopic evidence for condensed aromatics from non-pyrogenic sources in soils - implications for current methods for quantifying soil black carbon. Rapid Commun. Mass Spectrom. 22 (7), 935-942 (2008).">Glaser, B., Knorr, K. H. Isotopic evidence for condensed aromatics from non-pyrogenic sources in soils - implications for current methods for quantifying soil black carbon. Rapid Commun. Mass Spectrom. 22 (7), 935-942 (2008).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Pyrogenic CarbonBenzene Polycarboxylic AcidsBPCA MethodCarbon Isotopic AnalysisSample PreparationSolid Phase ExtractionHigh Performance Liquid ChromatographyIsotope Ratio Mass SpectrometryAccelerated Mass SpectrometryEnvironmental Sample Analysis

Related Articles