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

Bu moleküler marker yönteminin genel amacı, çevresel örneklerdeki Pirojenik Karbon fraksiyonunu karakterize etmek, miktarını belirlemek ve izotopik olarak analiz etmektir. Bu yöntem; arkeoloji ve çevresel adli tıptan, biyokömür ve Karbon döngüsü araştırmalarına kadar çeşitli alanlardaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, yanma sürekliliğinin geniş bir aralığında pirojenik Karbonun tespit edilebilmesidir.

Pirojenik karbonun eş zamanlı karakterizasyonu, miktar tayini ve izotopik analizi. Ve çok geniş bir çevresel numune materyali yelpazesine uygulanabilirliği. Numune hazırlama ve kromatografi işlemlerini laboratuvarımızdan lisansüstü öğrencisi Ulrich Hanke gösterecek.

Saflaştırılmış hedef bileşiklerin ardından yapılacak izotopik analizi, ETH Zürih laboratuvar koordinatörü Negar Haghipour tarafından gösterilecektir. Bu prosedüre başlamak için, önceden dondurularak kurutulmuş ve homojenize edilmiş örnekleri kuvars sindirim tüplerine tartın ve toz girmemesi için alüminyum folyo ile kapatın. Tüm prosedür boyunca yalnızca temiz, kireçten arındırılmış ve kontaminasyonsuz cam malzemeler, tamamen temizlenmiş aletler ve ultra saf kromatografi dereceli su ve çözücüler kullanın.

Sindirims tüplerine iki mililitre %65 nitrik asit ekleyin. Her bir örneğin tamamen ıslanmasını sağlamak için bir vorteks karıştırıcı kullanın. Bunun ardından, sindirim tüplerini bir basınç odasına yerleştirin.

Basınç odasını kılavuza uygun olarak kapatın ve 170 °C'ye önceden ısıtılmış bir fırına sekiz saat boyunca yerleştirin. Sindirim tüplerini soğumuş basınç odasından çıkardıktan sonra, tek kullanımlık cam fiber filtreler kullanarak numuneleri su ile balon jojelere filtreleyin. Ardından hacmi su ile 25 mL'ye tamamlayın.

Her bir örnek için, kolon başına 11 gram katyon değişim reçinesi içeren iki adet cam kolon hazırlayın. Kolonların içindeki reçineyi sırasıyla su, iki molar sodyum hidroksit ve iki molar hidroklorik asit ile durulayarak koşullandırın. Suyun iletkenliğini kontrol edin.

Bunlar, reçine kondisyonu tamamlandıktan sonra reçineden süzülür. Ardından, örneğin yarısını her bir kolona aktarın ve sırasıyla beş kez 10 millilitersu ile durulayın. Daha sonra, elde edilen sulu çözeltileri dondurarak kurutun.

C18 katı faz ekstraksiyon kartuşlarını üretici talimat kılavuzuna göre koşullandırın. Ardından, dondurularak kurutulmuş her bir kalıntıyı üç mililitre metanol ve su içerisinde yeniden çözün. Örneğin her yarısını ayrı bir C18 katı faz ekstraksiyon kartuşu üzerinden 2,5 mililitrelik test tüplerine elüe edin.

Ardından, kartuşları bir mililitre metanol ve su ile durulayın. Numune çözeltilerini içeren test tüplerini, 45 °C'ye ısıtılmış ve yaklaşık 50 mbar vakum değerine sahip bir vakum konsantratöründe kurutun. Kurutma işleminden sonra, her bir kalıntıyı bir mililitre su ile yeniden çözün ve vorteks karıştırıcı ile karıştırın.

Ardından, çözeltileri 1,5 mililitrelik otomatik örnekleyici şişelerine aktarın. Kromatografik analiz için, 20 mililitre %85'lik ortofosforik asidi 980 mililitre su ile karıştırarak çözücü A'yı hazırlayın ve çözeltiyi vakum kullanarak tek kullanımlık bir cam fiber filtreden süzün. Harici bir standart konsantrasyon serisi oluşturmak için ticari olarak temin edilebilen BPCA'lar olan benzen polikarboksilik asitlerin standart çözeltilerini hazırlayın.

Kromatografiyi gerçekleştirin ve ilgili BPCA pik alanlarını dış standart serisi ölçümleriyle karşılaştırarak BPCA miktarlarını belirleyin. BPCAs'ların bileşiğe özgü Karbon-14 analizi için kimyasal ve laboratuvar ekipmanlarının saflık gereksinimleri özellikle yüksektir. Örnek kontaminasyonunun potansiyel kaynaklarını izlemek için kör değerlendirmesi ve yüzey örnekleme (swipe) testleri önemlidir.

Pirojenik karbon fraksiyonunun bileşiğe özgü Karbon-13 ve Karbon-14 analizlerinin yapılması planlanıyorsa, her örnek için kromatografiyi birkaç kez tekrarlayın ve HPLC'ye bağlı bir fraksiyon toplayıcı kullanarak münferit BPCA'ları yeterli miktarda toplayın. Fraksiyonları 70 °C'ye ısıtırken hafif bir nitrojen akımıyla uçurarak çözücüyü uzaklaştırın. Ardından, iki gram sodyum persülfatı 15 mL suda çözerek oksitleyici reaktifi hazırlayın.

Her kalıntıyı dört mililitre su ile yeniden çözün ve numuneleri 12 mililitrelik gaz sızdırmaz, borosilikat şişelere aktarın. Ardından, bir mililitre yükseltgen reaktif ekleyin ve her şişeyi bütil kauçuk septum içeren standart bir kapakla kapatın. Şişe ve çözeltideki Karbondioksit'i uzaklaştırmak için sulu çözeltileri içeren gaz sızdırmaz şişeleri sekiz dakika boyunca helyum ile süpürün.

Bunun ardından, gaz sızdırmaz viallerdeki numuneleri 100 °C'de 60 dakika boyunca ısıtarak oksitleyin. Numunelerin oda sıcaklığına soğumasını bekledikten sonra, oksidasyondan kaynaklanan Karbondioksit'i Karbon-13 içeriği için bir izotop oran kütle spektrometresinde ve Karbon-14 içeriği için bir hızlandırılmış kütle spektrometresinde doğrudan analiz edin. Tanımlanan prosedür, tüm BPCA hedef bileşiklerinin HPLC ile temel çizgi ayrımını sağlar; referans materyaller olan tramazem ve ot kömürünün kromatogramları burada gösterilmiştir.

Kromatografi parametreleri ayarlanarak, ayırma işlemi spesifik ihtiyaçlara göre daha da modifiye edilebilir. Referans materyallerin kromatogramlarının dış standartlarla kantitatif analizi, burada gösterilen pirojenik karbon değerlerini vermelidir. Referans materyallerin saflaştırılmış BPCA'ları karbon izotop içeriği açısından analiz edildiğinde elde edilen Karbon-13 ve Karbon-14 değerleri burada listelenmiştir.

Bu teknikte uzmanlaşıldığında, işlem üç iş günü içinde tamamlanabilir. Bu nedenle, örnek kapasitesi aynı anda kaç örneğin işlendiğine bağlıdır. Haftalık bir düzine örneğin duble olarak ve izotopik bilgilerle ölçülmesi kolayca gerçekleştirilebilir.

Bu videoyu izledikten sonra, bileşik spesifik düzeyde pirojenik Karbonun başarılı analizi için gerçekleştirilmesi gereken temel adımları iyi bir şekilde kavramış olmalısınız.