Sédiments de base Sectionnement et extraction de Pore Waters dans des conditions anoxiques

Summary

A protocol for sectioning sediment cores and extracting pore waters under anoxic conditions in order to permit analysis of redox sensitive species in both solids and fluids is presented.

Abstract

Nous démontrons un procédé pour sectionner des noyaux de sédiments et d'extraction de l'eau interstitielle, tout en maintenant des conditions exemptes d'oxygène. Un système simple, peu coûteux est construit et peut être transporté vers un espace de travail temporaire à proximité du site (s) d'échantillonnage sur le terrain pour faciliter l'analyse rapide. Les noyaux sont extrudées dans un sac à gants mobile, où ils sont sectionnés et chaque section d'épaisseur 1-3 cm (en fonction du diamètre du noyau) est scellé dans 50 ml de tubes de centrifugeuse. les eaux interstitielles sont séparées par centrifugation à l'extérieur de la boîte à gants, puis retournés à la boîte à gants pour la séparation du sédiment. Ces échantillons d'eau des pores extraits peuvent être analysés immédiatement. Des analyses immédiates des espèces sensibles redox, tels que le sulfure de spéciation du fer et de l'arsenic spéciation indiquent que l'oxydation de l'eau interstitielle est minime; certains échantillons montrent à peu près 100% des espèces réduites, par exemple 100% de Fe (II) non détectable Fe (III). Les deux échantillons d'eau et de sédiments pores peuvent être conservés au principalnir des espèces chimiques pour une analyse plus approfondie lors du retour au laboratoire.

Introduction

Les chercheurs souhaitent souvent pour étudier l'état redox et géomicrobiologie d'un système eau-sédiments. Ceci utilise idéalement les données des deux sédiments et les eaux interstitielles, comme les eaux interstitielles sont souvent moniteurs sensibles du système et sont une source commune, mais pas la seule source, l' exposition écologique redox-sensibles métaux lourds ¹ tels que l' arsenic et l' uranium. Données sur l' eau interstitielle peuvent être obtenus in situ en utilisant des filtres de diffusion d'équilibre, aussi connu comme "rainettes," installés dans les sédiments ^2. Peepers sont les plus couramment utilisés dans les milieux où le site de champ est connu avant le début des travaux sur le terrain et où plusieurs visites sur une longue période de temps peuvent être faites sur le site de champ, par exemple Shotyk ^3. Par conséquent , de nombreux contextes ne permettent pas l'utilisation de rainettes, tels que les sites ne sont accessibles que pour une courte période ou si on obtient de multiples échantillons exploratoires pour déterminer où une enquête plus approfondie devrait se produire ^4.En outre peepers n'échantillonnent sédiments simultanément à l'échantillonnage de l'eau.

Quand il est souhaitable de prélever les sédiments et l'eau, ou dans des sites sur le terrain où l'installation de peeper est pas possible, la méthode la plus commune pour obtenir des sédiments et de l'eau est carottage de sédiments. L' obtention d' un noyau unmixed est un précurseur essentiel à la procédure décrite dans ce travail ^5. Une fois que le noyau est obtenu eaux interstitielles peuvent être obtenus par pressage ou par centrifugation ^6; à la fois des avantages et des inconvénients. La centrifugation est généralement considérée comme la méthode la plus fiable pour extraire les eaux interstitielles de carottes de sédiments, ⁷ , bien que des précautions doivent être prises pour empêcher l' oxydation des sédiments ou les eaux interstitielles.

Dans cette méthode, nous décrivons noyau d'extrusion et de centrifugation pour extraire les eaux interstitielles avec une oxydation minimale. Les auteurs ont utilisé le procédé décrit ici dans une variété de contextes , notamment marin ^8, lac contaminé <sup> 9, et les zones humides ^10. Les données représentatives présentées démontrent que des conditions réductrices peuvent être préservées. A l'exception de la centrifugeuse, les matériaux utilisés sont peu coûteux, et cette méthode peut être appliquée à une grande variété de questions de recherche géochimiques et géomicrobiologique.

Protocol

1. Préparation de l'équipement Préparation de base Liners Calculer l' épaisseur du noyau tranche qui sera obtenue en utilisant Volume = πr 2 x épaisseur; le volume final doit être <50 cm 3. Avec un diamètre de coeur de 10 cm, des tranches de 2 cm d'épaisseur peuvent être obtenues. NOTE: Il est pas nécessaire d'avoir le volume soit un plein de 50 ml, mais les volumes d'eau interstitielle obtenu sera proportionnellement plus faible…

Representative Results

Le type de résultats obtenus dépend des analyses effectuées et sur le réglage géochimique à partir de laquelle on a obtenu le noyau. L'oxygène dissous peut être mesurée dans les eaux interstitielles extraites, mais dans de nombreux contextes, ce sera zéro ci-dessous les premiers cm du noyau. Les analyses qui fournissent généralement des informations plus significatives comprennent la spéciation de fer (Fe II / Fe III) 12, spéciation arsenic (As III / As…

Discussion

La technique décrite ici est un flexible qui peut être ajustée pour un large éventail d'emplacements, tailles de base, l' épaisseur de la section de base, etc. Il y a trois éléments essentiels à ce système.

Tout d'abord, préparer un système central d'extrusion des bonnes dimensions pour le noyau à analyser. Instructions ici sont donnés en supposant une participation d'environ 30 "noyau; beaucoup plus longs noyaux peuvent nécessiter plusieurs pi…

Materials

Disposable glove bag(s).	Sigma-Aldrich	Z106089-1EA	One per two cores to be processed is usually sufficient.
N2 tank	Praxair		Often gas supply companies can deliver these directly to the field laboratory.
Nitrogen gas regulator	VWR	55850-478	Or similar
Several feet of tubing that fits the regulator	VWR	89403-862	Or similar
Safety equipment to secure the tank	VWR	60142-006
Adjustable tubing clamp	VWR	62849-112
Waterproof, good sealing electrical tape	Scotch	Super 33+	Widely available
2-4 short bungee cords			Widely available
Squirt bottles of nanopure water	VWR	16650-082	Any similar bottle is fine; pack an additional supply of nanopure water to refill these.
Large supply of paper towels and kimwipes.			Widely available
50 mL centrifuge tubes	VWR	21008-951	Acid cleaned as described in protocol.  At least 2/core section needed.
Several permanent in markers.			Widely available
Several straight razor blades and box cutters.			Widely available
Centrifuge	Beckman-Coulter	Allegra X-22	Faster rotor allows greater separation.
Rotor to accommodate 50 mL tubes	Beckman-Coulter	SX-4250
]50 mL plastic syringes without black rubber tip on the barrel	VWR	66064-764	Acid cleaned as described in protocol.  At least 1/core section needed, plus 1 for overlying water.
Syringe filters compatible with aqueous solutions.	VWR	28143-310	Either 0.45 μm or 0.20 μm poresizes may be used.  Plan on five filters per core section processed.
Plastic (disposable) spoons.			Widely available; Acid cleaned as described in protocol.
Several boxes of disposable gloves.			Widely available
Large plastic beakers or other waste containers to place in the glove bag.	VWR	13890-148
Laboratory balance	VWR	10205-008	An available balance will be fine; high precision not required
Dry shipper, pre-charged with liquid nitrogen	VWR	82005-416	Needed only if samples are being returned to the home laboratory for sensitive analyses.
Laboratory notebooks			Water repellent can be useful
Core liners	Watermark	77280	Available from Forrestry Suppliers
Core caps	Ben Meadows	218105
Core slicers	McMaster Carr	8707K111	Cut this into 9 3×3 squares
PVC spacers	McMaster Carr	48925K96	Cut this into short lengths
PVC couplings	McMaster Carr	4880K76	Approximately 12 needed
Dowel			Widely available
Lab stopper	VWR	59580-400	Check to ensure the correct size to fit snugly within the core liners
Plywood for core guidance plate and top of lab jack			Widely available
Lab jack	VWR	89260-826
Clamps			Widely available
Portable oxygen monitor	RKI instruments	OX-07