משקעי Core חתך וסחיטה הנקבובית ווטרס תחת תנאים אנוקסיים
7 במרץ 2016
מוצג פרוטוקול לחיתוך ליבות משקעים ושאיבת מי נקבוביות בתנאים אנוקסיים על מנת לאפשר ניתוח של מינים רגישים לחמצון חיזור הן במוצקים והן בנוזלים.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לחתוך ליבות משקעים ולחלץ מי נקבוביות מליבות משקעים אלו תוך שמירה על מצב החמצון המקורי. שיטה זו יכולה לאפשר לחוקרים בתחומים גיאוכימיים לבחון התמיינות מתכות במי נקבוביות ומשקעים מאזורים רגישים לחמצון חיזור כמו אגמים וביצות. היתרונות העיקריים של טכניקה זו הם שהיא גמישה וניתנת להתאמה, ניידת בשטח, זולה ואינה משבשת שכבות משקעים.
מי שידגים את ההליך יהיה ראהול סינהה, סטודנט לתואר ראשון מהמעבדה שלי. התחל בהכנת מעבדת השדה על ידי התקנת תיק הכפפות. ראשית, מהדק את לוחית הנחיית הליבה למשטח עבודה.
מקם את החור עבור תוחם הליבה המשתרע מול הדלפק כדי לוודא שהוא פתוח. לאחר מכן, אבטח את מיכל החנקן באמצעות מהדק ספסל. לאחר מכן, הניחו את שקית הכפפות מעל הצלחת והעבירו צינורות בין השקית לווסת הגז.
האריכו כשמונה סנטימטרים של צינורות לתוך השקית. כעת, אטום את חיבור הצינור בשקית עם סרט חשמלי ובתוך השקית החלק מהדק על הצינור אך השאר את המהדק פתוח. לאחר מכן, חותכים X בתחתית השקית מעל החור בצלחת ואז מעמיסים את השקית עם הפריטים הרשומים.
בדוק שוב את הרשימות, כי לשכוח פריט זה מאוד לא נוח. המשימה הבאה היא להגדיר את הליבה. ראשית, הניחו שקע מעבדה על הרצפה מתחת למשטח העבודה.
על שקע המעבדה צריכה להיות חתיכת דיקט עם חור במרכז כדי לייצב את הליבה. לאחר מכן, כשהליבה במצב זקוף, דחף אותה דרך לוחית ההנחיה של הליבה ודרך ה-X בשקית הכפפות. כארבעה עד שישה סנטימטרים של ליבה צריכים להשתרע מעל הצלחת.
כעת, בזמן שאדם אחד תומך בליבה, הדביקו את הליבה לשקית סביב ה-X עם סרט חשמלי. לאחר מכן, הגדר את מכבש הליבה. ראשית הכנס את הידית למרווח PVC באורך שישה אינץ' ובקוטר שני אינץ' ואחריו צימוד באורך שלושה אינץ' ואז רווח נוסף וצימוד נוסף וכן הלאה עד שהידית מכוסה לחלוטין.
כעת, הנח את מכבש הליבה מתחת לליבה ותמוך בו עם השקע. יש להניע את השקע נמוך ככל האפשר. לאחר מכן, בעזרת חותך קופסאות חתוך בזהירות סביב החלק התחתון של מכסה הליבה.
השאירו טבעת של מכסה ליבה סביב תוחם הליבה והשאירו חתיכת מכסה עגולה כנגד חומרי הליבה. כעת, אדם אחד חייב להושיט יד לתוך תיק הכפפות כדי לאבטח את הליבה בזמן שהשני מרים את השקע. העבר בהדרגה את מכבש הליבה לתוך תוחם הליבה והעלה את המשקעים כלפי מעלה.
יתכן שיהיה צורך לנענע מעט את המכבש. המשך להרים את הליבה עד שהמשקעים והמים המונחים מעליה מגיעים לחלק העליון של תוחם הליבה. המשימה האחרונה היא לאטום את התיק.
ראשית, בדוק שוב שהכל נמצא שם. לאחר מכן, פתח את כל החפצים בשקית המכילים אוויר כלוא. כעת, באופן אידיאלי בעזרתו של אדם אחר, נקה את הכפפה שלוש פעמים.
ראשית, כשהשקית מנופחת ככל האפשר, אטמו את הפתח הראשי בכמה חוטי בנג'י. לאחר מכן, עם עוזר המווסת את זרימת החנקן ב-50 psi, כוון את הגז סביב השקית, במיוחד לתוך סדקים שבהם ניתן ללכוד אוויר. כאשר השקית מנופחת מאוד, כבה את הרגולטור או סגור את המהדק כדי לכבות את הגז.
לאחר מכן, פתח את הפתח הראשי ודחף החוצה כמה שיותר גז מהשקית. חזור על תהליך מילוי השקית בחנקן, כולל כל הסדקים, וריקון השקית פעמיים נוספות. לאחר השלמת זה, תיק הכפפות צריך להכיל רמות נמוכות מאוד של חמצן.
סיים עם כמות נוחה של גז בשקית הכפפות. הליך זה מבוצע בצורה הטובה ביותר תוך כדי עבודה בזוגות. לצורך הליך זה, הניחו זוג כפפות חד פעמיות על הכפפות המובנות בתיק.
החלף את הכפפות הללו בכל פעם שהן מלוכלכות או קרועות. ראשית, הסר את כל המים העומדים מהחלק העליון של הליבה באמצעות מזרק. לאחר מכן, סנן את המים הללו דרך מסנן מזרק של 0.45 מיקרון.
לאחר מכן, הנח טבעת חיתוך ליבה מעל החלק העליון של תוחם הליבה. לאחר מכן, הרם את הליבה עד שהמשקעים פוגשים את החלק העליון של הטבעת. בתוך השקית, אבטח את תוחם הליבה כך שכאשר הליבה זזה התוחם לא יזוז.
ייתכן שיהיה צורך שהמפעיל שעובד בתוך תיק הכפפות ידחוף מעט כלפי מטה על תוחם הליבה כך שחומר הליבה יהיה בחלק העליון של הטבעת. לאחר מכן, דחוף פורס ליבה בין החלק העליון של התוחם לטבעת כך שקטע המשקעים יהיה מעל הפורס. זהו החלק הראשון של הליבה.
בעזרת כפות פלסטיק, העבירו את החלק לצינור חרוטי של 50 מיליליטר וכסו אותו בחוזקה. שוטפים את הכלים וחוזרים על התהליך עד שכל הליבה נחתכת ומניחה בצינורות. במהלך תהליך חיתוך הליבה, שקע המעבדה עשוי להתארך במלואו.
אם זה קורה, החזק את הליבה במקומה, הורד את השקע ומקם את חלקי ה-PVC כדי להאריך את מכבש הליבה. לאחר מכן אבטח את השקע בחזרה למקומו. במהלך תהליך זה, השקית עלולה להתרוקן או להתנפח מדי.
בצע התאמות על ידי פתיחה קצרה של שסתום גז החנקן או על ידי פתיחה קצרה של פתח השקית הראשי לשחרור גז. ברגע שהליבה נחתכת וכל המשקעים נמצאים בצינורות צנטריפוגה, ניתן להסיר את הצינורות האלה מתיק הכפפות ולסגור את שקית הכפפות. לאחר מכן, הכינו את הצינורות שנאספו לצנטריפוגה כפי שמוסבר בפרוטוקול הטקסט.
לאחר מכן, סובב אותם ב -1, 100 גרם או מהר יותר למשך 20 דקות. לאחר הצנטריפוגה, החזר את הצינורות לסביבה נטולת חמצן והכנס כמה צינורות ריקים לאיסוף הדגימות. לאחר מכן יש לטהר את השקית שוב פעמיים-שלוש כמו קודם.
כעת, פתח צינור צנטריפוגה והסר את מי הנקבוביות באמצעות מזרק עם צינור בקצה. לאחר מכן, בעזרת מסנן מזרק של 0.45 מיקרון, סנן את המים לצינור איסוף. פרוטוקול הטקסט מסביר כיצד להמשיך לעבד את הדגימות.
באמצעות הפרוטוקול המתואר, נלקחה ליבה מאזור ביצה ליד ניו אורלינס תשעה חודשים לאחר הצעת חוק אופקי המים העמוקים. אדמת הביצה הזו הייתה משומנת בכבדות. באמצעות ספקטרפוטומטר נייד Hach DR 2700, הנתונים הראו ריכוזי סולפיד גבוהים במיוחד.
ריכוזי הברזל היו נמוכים וברזל במצב חמצון שלוש פלוס לא זוהה. אז אחרי הצפייה בסרטון הזה אתם אמורים להבין היטב כיצד לטהר את שקית הכפפות מחמצן, להוציא את הליבה בתוך שקית הכפפות כדי לאפשר חתך, ולהפריד את מי הנקבוביות מהמשקעים. לאחר השליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך שעה עד שלוש שעות לכל ליבה, תלוי באורך הליבה.
בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לנקות את תיק הכפפות ביסודיות ולהתאים את גובה הליבה לאט. בעקבות הליך זה ניתן לבצע שיטות כמו התמיינות ברזל על ידי ברזל, התמיינות ארסן על ידי וולטמטריה או הפרדת עמודות, והפרדת מיתילכספית על מנת לענות על שאלות לגבי מצב חמצון החיזור של המערכת. אל תשכח שעבודה עם גזים דחוסים עלולה להיות מסוכנת ביותר ואבטחת המיכל חיונית בעת ביצוע הליך זה.
חלק מדגימות המשקעים עלולות להיות מזוהמות בחומרים מסוכנים ויש לנקוט באמצעי זהירות מתאימים.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מציג פרוטוקול לחיתוך ליבות משקעים והפקת מי נקבוביים תחת תנאים אנוקסיים. השיטה מאפשרת ניתוח של מינים רגישים לחמצון-חיזור הן במוצקים והן בנוזלים, במיוחד במחקר גאוכימי.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- גאכימיה
- מדעי הסביבה
- כימיית חמצון-חיזור
רקע
- הבנת הספציאציה ( speciation) של מתכות במשקעים היא קריטית להערכות סביבתיות.
- אזורים הרגישים לתגובות חמצון-חיזור (Redox), כגון אגמים וביצות, דורשים טכניקות דגימה קפדניות.
- שמירה על מצב החיסון המקורי במהלך הדגימה חיונית לצורך ניתוח מדויק.
- שיטה זו תוכננה להיות ניידת לשימוש בשטח וחסכונית.
מטרת המחקר
- מתן פרוטוקול מהימן לחיתוך מדגמי ליבות של משקעים.
- הקל על מיצוי מי נקבוביים מבלי להפר את שכבות המשקעים.
- מתן אפשרות לחקר מינים רגישים לתהליכי חמצון-חיזור בסביבות שונות.
שיטות שהשתמשו בהן
- הכנת מעבדה שטח באמצעות שק כפפות.
- קיבוע של לוח הנחיית הליבה למשטח עבודה יציב.
- חיתוך של ליבות משקעים תוך שמירה על מצב החמצון שלהן.
- מיצוי מי נקבוביות לצורך אנליזה בהמשך.
תוצאות עיקריות
- הפרוטוקול שומר בהצלחה על מצב החמצון של ליבות משקעים.
- חוקרים יכולים לנתח ביעילות את הספציאציה של מתכות במי נקבוביות.
- השיטה ניתנת להתאמה לתנאי שטח שונים.
- היא מפגינה גמישות וכדאיות כלכלית עבור מחקרים גאוכמיים.
מסקנות
- פרוטוקול זה מהווה כלי בעל ערך עבור חוקרים הלומדים סביבות הרגישות לתהליכי חמצון-חיזור.
- הוא מאפשר ניתוח מפורט של כימיית המשקעים ומי הנקבים.
- יתרונותיה של השיטה הופכים אותה למתאימה ליישומים גאוכימיים מגוונים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
שיטה זו תומכת במחקר ופיתוח בתחום הביו-פרמה על ידי מתן אפשרות לשימור אנליטים הרגישים לחמצון-חיזור במטריצות סביבתיות, דבר החיוני להפחתת סיכונים מכניסטיים במחקרי רעילות ופרמקולוגיה של בטיחות. על ידי שמירה על מצב החמצון המקורי במהלך עיבוד הדגימות, הטכניקה מבטיחה את שלמות הנתונים עבור תיקוף ביומרקרים בשלבים מאוחרים יותר ומידול חיזוי של התנהגות תרכובות במערכות ביולוגיות מורכבות. ניידותה בשטח ועלותה הנמוכה מקלות על בדיקת השערות בשלבים מוקדמים במערכות רלוונטיות למחלה, ובכך מפחיתות את אי-הוודאות בזיהוי מועמדים מובילים ובתהליכי עבודה פרה-קליניים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של מסלולים תלויי-חמצון-חיזור במודלים של מחלות על ידי שימור מינים לא יציבים, כגון סולפיד וספיציאציית ברזל, לצורך תיקוף מכניסטי של מטרות.
- ערך תפעולי: מספק זרימת עבודה הניתנת לשחזור לבידוד מי נקבים מליבות משקעים, ובכך תומך בהכנה עקבית של דגימות בבדיקות של רעילות סביבתית.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מספק תמציות מי נקבים (pore water) אמינות כמותית המתאימות לסטנדרטיזציה של בדיקות, ומאפשר סינון של תרכובות המווסתות מסלולים הרגישים לתהליכי חמצון-חיזור.
- ערך תפעולי: מקל על מיצוי דגימות בנאמנות גבוהה תחת תנאים אנוקסיים, מה שמשפר את השחזוריות של הבדיקה ומפחית תוצאות שליליות שגויות במסעות של סינון פנוטיפי.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: תומך בהלימה של ביומרקרים תרגומיים על ידי שימור מינים הרגישים לחמצון-חיזור (redox-sensitive species) המתאימים להתקדמות המחלה במודלים פרה-קליניים.
- ערך תפעולי: מבטיח רציפות משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני על ידי שמירה על שלמות הדגימות לאורך שלבי זרימת העבודה, ובכך מפחית שונות בקבלת החלטות על קידום מותאם סיכון.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
השיטה משתלבת ברצף הגילוי על ידי מתן אפשרות להכנה אמינה של דגימות עבור בדיקות ביולוגיה של חמצון-חיזור (redox), תומכת בבחינת השערות בשלבי הגילוי המוקדמים ומסייעת בזיהוי מועמדים מובילים (leads) באמצעות נתונים שהסיכון המכניסטי שלהם הופחת.
- ביולוגיה של גילוי (Discovery Biology): תומך בבדיקת השערות ובבירור מסלולים על ידי שימור אנליטים הרגישים למצב חמצון, שהם קריטיים לתיקוף מטרות בתחומי מחלות המאופיינות בפעילות רדוקס.
- סריקה (Screening): משפר את מוכנות הבדיקה והשחזוריות על ידי אספקת דגימות מי נקבים עם מינימום ארטיפקטים של חמצון, מה שמאפשר הערכה אמינה של תרכובות.
- אנליטיקה: מספקת פלטים כמותיים, כגון מדידות של ספציאציה של סולפיד וברזל, המאפשרות לצוותים להשוות תנאי רדוקס בין קבוצות ניסוייות.
- מחקר תרגומי (Translational Research): מקשר לרציפות פרה-קלינית על ידי שימור ביומרקרים של עקה רדוקס, ובכך תומך בהחלטות מותאמות סיכון בתיקוף מודלים של מחלות.
- שימוש חוזר ארגוני: משמש כיכולת ניתנת לשימוש חוזר עבור צוותי סביבה ורעילות, תוך סטנדרטיזציה של הטיפול בדגימות בין פרויקטים ואזורים גיאוגרפיים שונים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון חיזוי באמצעות שימור מינים רגישים לחמצון-חיזור, הפחתת עמימות מכניסטית בפארמקולוגיה של בטיחות.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה, הדירות ויכולת הרחבה של עיבוד דגימות אנוקסיות במסגרות שטח ומעבדה.
- ערך אסטרטגי: קבלת החלטות go/no-go טובות יותר באמצעות הפחתת תוצאות חיוביות שגויות במבחנים תלויי חמצון-חיזור, ויעילות הונית בסינון ראשוני.
- השפעה על הפורטפוליו: תיעדוף תרכובות מותאם סיכון בהתבסס על נתוני ביומרקרים אמינים של חמצון-חיזור, להפחתת סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות מדעית בטכניקות אנאירוביות ובכימיה של חמצון-חיזור (redox).
- הציוד הנדרש כולל מערכות של שקי חמצון (glove bag), וסתי גז חנקן, צנטריפוגות ומסנני מזרקים.
- סטנדרטיזציה בין צוותים מחייבת הדרכה על פרוטוקולי ניקוי חמצן ונהלי טיפול בליבות.
- שיקולי התאמה כוללים כיונון של עובי חיתוך הליבה בהתבסס על הקוטר ודחיסות המשקעים.
- מגבלות מעשיות כוללות את הצורך בניתוח מהיר לאחר ההפקה כדי למנוע חמצון הדרגתי, גם תחת תנאים אופטימליים.
