Een Ultra-Clean gelaagde apparaat voor het verzamelen van grootte gefractioneerde mariene Plankton en zwevende deeltjes
Summary
Plankton en zwevende deeltjes een belangrijke rol spelen in de biogeochemische cycli in de Oceaan. Hier bieden we een Ultra-Clean, lage stress-methode voor het verzamelen van verschillende maten van deeltjes en plankton op zee met de mogelijkheid van het verwerken van grote hoeveelheden zeewater.
Abstract
De distributies van veel sporenelementen in de Oceaan zijn sterk geassocieerd met de groei, de dood en de re-mineralization van mariene plankton en die van deeltjes geschorst/zinken. Hier presenteren we een alle plastic (polypropyleen en polycarbonaat), multi-layer filtratie-systeem voor de verzameling van zwevende deeltjes (SPM) op zee. Deze ultra schoon bemonsteringsapparatuur is ontworpen en speciaal ontwikkeld voor spoorelement studies. Zorgvuldige selectie van alle niet-metalen materialen en het gebruik van een in-line doorstroomtest procedure minimaliseert alle mogelijke metalen verontreiniging gedurende de bemonstering. Dit systeem is met succes getest en getweaked voor de bepaling van metaalsporen (bv, Al, Fe, Mn, Cd, Cu, Ni) op deeltjes van wisselende grootte in kust- en open oceanen. Resultaten van de Zuid-Chinese Zee in het station van Zuid-Oost-Azië Time-Series (zitplaatsen) wijzen erop dat dagverloop variaties en ruimtelijke verdeling van plankton in de eufotische zone gemakkelijk kunnen worden opgelost en erkend. Chemische analyse van grootte-gefractioneerde deeltjes in oppervlaktewateren van de straat van Taiwan suggereert dat de grotere deeltjes (> 153 µm) zijn meestal biologisch afgeleid, terwijl de kleinere deeltjes (10-63 µm) waren meestal samengesteld uit anorganische materie. Naast Cd daalde de concentraties van metalen (Al, Mn, Fe, Cu, Ni) met vergroten.
Introduction
Deeltjes in de Oceaan spelen een belangrijke rol in mariene biogeochemische cycli1. Allermeest naar de eigenschappen van deeltjes, zoals grootte, mineralogie en samenstelling, kunt diep van één geologische of hydrographical instelling naar een ander2. Daarnaast, de verdelingen van elementen in de Oceaan zijn ook geassocieerd met de levenscyclus van mariene fytoplankton: groei, dood, zinken en re-mineralization3,4. Mariene deeltjes omvatten ten minste 4 ordes van grootte in grootte, variërend van submicron deeltjes tot grote aggregaten (> 5 mm). De meeste deeltjes zijn biologisch ontleend, processen zoals lysis van de virale afscheiding secretie, fecale pellet productie, enz. Andere deeltjes worden gevormd door fysieke stolling van cellen, cellulaire puin of lithogenic materialen1. Verschillende chemische en biologische eigenschappen van deeltjes controle van zowel de geochemische cycli en biologische processen die zich voordoen op en binnen de deeltjes4,5,6. Deze deeltjes zijn belangrijke habitats evenals voedselbronnen voor sommige organismen, zoals zoöplankton of saprotrophs. Dienovereenkomstig, het lot van de deeltjes is vaak gerelateerd aan hun grootte, die kan worden gewijzigd door biologische processen op en rond deeltjes.
Filtratie bemonstering mariene deeltjes meestal vereist, maar deze benadering introduceert een zekere dubbelzinnigheid in het identificeren van de eigenschappen van deeltjes, aangezien mariene deeltjes niet homogene samenstelling en grootte. Zwevende deeltjes, hoofdzakelijk samengesteld uit kleine en lage dichtheid deeltjes die bijna permanent in suspensie, worden gemengd met wisselende hoeveelheden groter en dichtere deeltjes in suspensie slechts voor een korte periode van tijd, afhankelijk van de hydrodynamische voorwaarden 7. de eerste verslagen van de trace metalen samenstelling van plankton monsters werden verzameld door plankton geworden of opschorten plankton netten op een onderzoek vaartuig8. De auteurs vaak gevonden metaaldeeltjes en verf chips in monsters, suggereren een ernstig probleem voor besmetting tijdens het mariene deeltje bemonsteringsmethoden voor chemische analyse. Andere inspanningen omvatten netto slepen door rubber vlotten of met behulp van een PVC (polyvinylchloride)-hand Lier3. De moeilijkheid van betrouwbare bemonstering van de deeltjes maakt vooruitgang in ons begrip van de chemische samenstelling van mariene deeltjes moeilijker, vooral voor spoorelementen. Meest cruciale informatie over de concentratie van spoorelementen in fytoplankton vandaan als zodanig,9,10van de studies van de cultuur. Deze erkenning heeft gemotiveerd mariene wetenschappers maken van nieuwe methoden voor het bestuderen van deeltjes in de zee over de afgelopen dertig jaar11.
Oceanografen heb gebruikt verschillende bemonsteringstechnieken, met inbegrip van aan boord filtratie, in situ filtratie, en sediment traps11. De verwerking van grote hoeveelheden zeewater niet-verontreinigde monsters te verzamelen kan lastig zijn, vooral voor de open oceaan en diepe wateren waarin de concentraties van de deeltjes zeer laag zijn (0,001 – 0.1 mg/L). Het is ook noodzakelijk voor het filteren van grote hoeveelheden zeewater te verkrijgen van een voldoende hoeveelheid deeltjes voor het meten van de concentraties van de metalen. Sommige onderzoekers hebben de grootte-fractionering-methode gebruikt om te scheiden van de zwevende deeltjes uit zinken deeltjes. Deeltjesgrootte, porositeit, dichtheid en vorm kunnen echter alle invloed deeltje zinken snelheden. Sediment traps zijn niet praktische hulpmiddelen voor het verzamelen van zwevende deeltjes, omdat die zijn ontworpen voor het zinken van de deeltjes. Daarom is het belangrijk te ontwikkelen van methoden voor bemonstering en behandeling die voldoende hoeveelheden van zwevende deeltjes met minimale besmetting kunnen verzamelen. Vandaar, grootte-fractionering door in situ filtratie is nog steeds een veelbelovend instrument in de de oceanograaf bemonstering werkset, omdat het belangrijke informatie opvragen over mariene deeltje dynamiek kan onthullen. Hier beschrijven we een geteste trace-metaal-clean, multi-layer zwaartekracht filtratie apparaat, dat kan de behandeling van grote volumes (120-240 L) bemonstering van zeewater aan boord in één keer van polytetrafluorethyleen (PTFE) gecoat flessen van de bemonstering van de water in een Multi fles bemonstering matrix. Deze bemonsteringsapparaten maakt gebruik van synthetische nylon zuur gewassen netten in volgorde, en de netten worden omsloten met een polycarbonaat container zachtjes verzamelen grootte-gefractioneerde zwevende deeltjes en fytoplankton12,13, 14,15 (Figuur 1). Het doel van dit werk is tot een beter instrument voor het bestuderen van de metal-deeltje verenigingen en hun reactie dynamiek in mariene milieus, en verbetering van ons inzicht in het lot van een breed scala aan planktons, deeltjes en metaalsporen in deze omgevingen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Verkrijgen van betrouwbare trace metalen concentraties op plankton en zwevende deeltjes in natuurlijke wateren, die over het algemeen aanwezig in zeer lage concentraties zijn, vereist grote zorgvuldigheid tijdens de sample collectie, verwerking, voorbehandelingen en analyse, met als doel vermindering van de verontreiniging. Dus, de procedures voor het ontwerpen en voorbereiden van bemonstering vistuig, monster verpakkingen en materialen gebruikt voor het verzamelen en proces monsters zijn alle essentiële stappen op weg …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs bedanken Miss Pi-Fen Lin, de heer Wei-Lung Tseng, Miss Pei-eerste Lin, en Dr. Jia-Lu Chuan voor hun hulp tijdens de veld bemonstering en laboratoriumanalyse voor de praktische ontwikkeling en toepassing van de “CATNET.” De hulp van de bemanning en technicus aan boord van het onderzoeksschip Oceaan onderzoek-I en Oceaan onderzoek-II tijdens de bemonstering expedities zit zeerst zich opwaarderen. Dit werk werd gesteund deels door Taiwan ministerie van wetenschap en technologie van verleent 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. Dit manuscript is geschreven in het geheugen van Miss Wen-Huei Lee voor haar enorme inzet en bijdrage aan mariene onderzoek in Taiwan.
Materials
| 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 |
Referências
- 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., Steinnes, E., Salbu, B. Trace elements in the oceans. Trace Elements in Natural Waters. , 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. , (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. , (2007).
