Sedimentos Núcleo de corte e extração de Pore Waters sob condições anóxicas
7 de março de 2016
Um protocolo para seccionamento de testemunhos de sedimentos e extração de águas porosas sob condições anóxicas, a fim de permitir a análise de espécies sensíveis redox em sólidos e fluidos é apresentado.
O objetivo geral deste procedimento é seccionar núcleos de sedimentos e extrair águas porosas desses núcleos de sedimentos, mantendo o estado de oxidação original. Este método pode permitir que pesquisadores em campos geoquímicos examinem a especiação de metais em águas porosas e sedimentos de áreas sensíveis a redox, como lagos e pântanos. As principais vantagens dessa técnica são que ela é flexível e adaptável, portátil em campo, barata e não perturba as camadas de sedimentos.
Demonstrando o procedimento estará Rahul Sinha, um estudante de graduação do meu laboratório. Comece a preparar o laboratório de campo montando o porta-luvas. Primeiro, prenda a placa de orientação do núcleo a uma superfície de trabalho.
Posicione o orifício para o revestimento do núcleo que se estende na frente do balcão para garantir que esteja aberto. Em seguida, prenda o tanque de nitrogênio usando uma braçadeira de bancada. Em seguida, coloque o porta-luvas sobre a placa e passe a tubulação entre a bolsa e o regulador de gás.
Estenda cerca de oito polegadas de tubo no saco. Agora, sele a conexão da tubulação no saco com fita isolante e dentro do saco deslize uma braçadeira no tubo, mas deixe a braçadeira aberta. Em seguida, corte um X no fundo do saco sobre o orifício no prato e carregue o saco com os itens listados.
Verifique as listas, porque esquecer um item é muito inconveniente. A próxima tarefa é configurar o núcleo. Primeiro, coloque um macaco de laboratório no chão sob a superfície de trabalho.
O macaco de laboratório deve ter um pedaço de madeira compensada com um orifício no centro para estabilizar o núcleo. Em seguida, com o núcleo na posição vertical, empurre-o através da placa de orientação do núcleo e através do X no porta-luvas. Cerca de quatro a seis polegadas de núcleo devem se estender acima da placa.
Agora, enquanto uma pessoa apóia o núcleo, prenda o núcleo na bolsa ao redor do X com fita isolante. Em seguida, configure a extrusora principal. Primeiro insira a alça em um espaçador de PVC de seis polegadas de comprimento e duas polegadas de diâmetro, seguido por um acoplamento de três polegadas de comprimento e, em seguida, outro espaço e outro acoplamento e assim por diante até que a alça esteja completamente coberta.
Agora, coloque a extrusora de núcleo abaixo do núcleo e apoie-a com o macaco. O macaco deve ser acionado o mais baixo possível. Em seguida, com um estilete, corte cuidadosamente a parte inferior da tampa do núcleo.
Deixe um anel de tampa do núcleo ao redor do revestimento do núcleo e deixe um pedaço circular de tampa contra os materiais do núcleo. Agora, uma pessoa deve alcançar o porta-luvas para prender o núcleo enquanto a outra levanta o macaco. Mova gradualmente a extrusora de núcleo para o revestimento de núcleo, levantando o sedimento para cima.
Pode ser necessário mexer um pouco a extrusora. Continue elevando o núcleo até que o sedimento e a água sobreposta cheguem ao topo do revestimento do núcleo. A última tarefa é selar o saco.
Primeiro, verifique se tudo está lá. Em seguida, abra todos os objetos na bolsa que contenham ar preso. Agora, de preferência com a ajuda de outra pessoa, purgue a luva três vezes.
Primeiro, com o saco o mais vazio possível, sele a abertura principal com algumas cordas elásticas. Em seguida, com um assistente regulando o fluxo de nitrogênio a 50 psi, direcione o gás ao redor da bolsa, especialmente para fendas onde o ar pode ficar preso. Quando a bolsa estiver muito inflada, desligue o regulador ou feche a braçadeira para desligar o gás.
Em seguida, abra a abertura principal e retire o máximo de gás possível da bolsa. Repita o processo de encher o saco com nitrogênio, incluindo todas as fendas, e esvaziar o saco mais duas vezes. Depois de concluído, o porta-luvas deve conter níveis muito baixos de oxigênio.
Termine com uma quantidade confortável de gás no porta-luvas. Este procedimento é melhor executado enquanto se trabalha em pares. Para este procedimento, coloque um par de luvas descartáveis sobre as luvas embutidas na bolsa.
Troque essas luvas sempre que estiverem sujas ou rasgadas. Primeiro, remova toda a água parada do topo do núcleo usando uma seringa. Em seguida, filtre essa água através de um filtro de seringa de 0,45 mícron.
Em seguida, coloque um anel de corte do núcleo sobre a parte superior do revestimento do núcleo. Em seguida, levante o núcleo até que o sedimento encontre o topo do anel. Dentro da bolsa, prenda o revestimento do núcleo para que, quando o núcleo se mover, o forro não o faça.
Pode ser necessário que o operador que trabalha dentro do porta-luvas empurre ligeiramente para baixo o revestimento do núcleo para que o material do núcleo fique no topo do anel. Em seguida, empurre um cortador de núcleo entre a parte superior do revestimento e o anel para que a seção de sedimentos fique acima do fatiador. Esta é a primeira seção do núcleo.
Com colheres de plástico, mova a seção para um tubo cônico de 50 mililitros e tampe bem. Lave as ferramentas e repita o processo até que todo o núcleo seja seccionado e colocado em tubos. Durante o processo de seccionamento do núcleo, o macaco de laboratório pode ficar totalmente estendido.
Se isso ocorrer, segure o núcleo no lugar, abaixe o macaco e posicione as peças de PVC para estender a extrusora do núcleo. Em seguida, prenda o macaco de volta no lugar. Durante esse processo, a bolsa pode ficar muito vazia ou inflada.
Faça ajustes abrindo brevemente a válvula de gás nitrogênio ou abrindo brevemente a abertura da bolsa principal para liberar gás. Uma vez que o núcleo é seccionado e todo o sedimento está em tubos de centrífuga, esses tubos podem ser removidos do porta-luvas e o porta-luvas fechado. Em seguida, prepare os tubos coletados para centrifugação conforme explicado no protocolo de texto.
Em seguida, gire-os a 1.100 g ou mais rápido por 20 minutos. Após a centrifugação, retorne os tubos ao ambiente livre de oxigênio e introduza alguns tubos vazios para a coleta da amostra. O saco deve então ser purgado novamente duas a três vezes como antes.
Agora, abra um tubo centrifugado e remova a água dos poros usando uma seringa com tubo na extremidade. Em seguida, usando um filtro de seringa de 0,45 mícron, filtre a água em um tubo de coleta. O protocolo de texto explica como processar ainda mais as amostras.
Usando o protocolo descrito, um núcleo foi retirado de um pântano perto de Nova Orleans nove meses após o Projeto de Lei de Horizontes de Águas Profundas. Este pântano estava fortemente oleado. Usando um espectrofotômetro portátil Hach DR 2700, os dados mostraram concentrações de sulfeto extremamente altas.
As concentrações de ferro foram baixas e o ferro no estado de oxidação de três mais não foi detectado. Portanto, depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como purgar o oxigênio do porta-luvas, extrudar o núcleo dentro do porta-luvas para permitir o seccionamento e separar as águas dos poros dos sedimentos. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em uma a três horas por núcleo, dependendo do comprimento do núcleo.
Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de purgar bem o porta-luvas e ajustar a altura do núcleo lentamente. Seguindo este procedimento, métodos como especiação de ferro por ferrouso, especiação de arsênio por voltametria ou separação de coluna e separação de mitilmercúrio podem ser realizados para responder a perguntas sobre o estado redox do sistema. Não se esqueça de que trabalhar com gases comprimidos pode ser extremamente perigoso e proteger o tanque é essencial durante a execução deste procedimento.
Algumas amostras de sedimentos podem estar contaminadas com materiais perigosos e os devidos cuidados devem ser tomados.
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Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo para seccionar testemunhas de sedimentos e extrair águas dos poros em condições anóxicas. O método permite a análise de espécies sensíveis à oxirredução em sólidos e fluidos, particularmente na pesquisa geoquímica.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Geoquímica
- Ciência Ambiental
- Química Redox
Contexto
- Compreender a especiação de metais em sedimentos é fundamental para avaliações ambientais.
- Áreas sensíveis à redox, como lagos e zonas úmidas, exigem técnicas cuidadosas de amostragem.
- Manter o estado de oxidação original durante a amostragem é essencial para uma análise precisa.
- Este método foi desenvolvido para ser portátil em campo e economicamente viável.
Objetivo do Estudo
- Fornecer um protocolo confiável para o seccionamento de testemunhos de sedimento.
- Facilitar a extração de águas intersticiais sem perturbar as camadas de sedimento.
- Permitir o estudo de espécies sensíveis à redox em diversos ambientes.
Métodos Utilizados
- Preparação de um laboratório de campo utilizando uma câmara de luvas.
- Fixação da placa de orientação do testemunho a uma superfície de trabalho estável.
- Seccionamento de testemunhos de sedimento preservando seu estado de oxidação.
- Extração das águas intersticiais para análises subsequentes.
Resultados Principais
- O protocolo mantém com sucesso o estado de oxidação de testemunhos de sedimento.
- Os pesquisadores podem analisar eficazmente a especiação de metais nas águas intersticiais.
- O método é adaptável a diversas condições de campo.
- Ele demonstra flexibilidade e custo-efetividade para estudos geoquímicos.
Conclusões
- Este protocolo é uma ferramenta valiosa para pesquisadores que estudam ambientes sensíveis à oxirredução.
- Permite a análise detalhada da química de sedimentos e águas intersticiais.
- As vantagens do método o tornam adequado para diversas aplicações geoquímicas.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Este método apoia a pesquisa e desenvolvimento em biofarmacêuticos ao permitir a preservação de analitos sensíveis ao estado redox em matrizes ambientais, o que é essencial para a desmistificação mecanicista em estudos de toxicologia e farmacologia de segurança. Ao manter o estado de oxidação original durante o processamento da amostra, a técnica garante a integridade dos dados para a validação de biomarcadores e modelagem preditiva do comportamento de compostos em sistemas biológicos complexos. A portabilidade do método e seu baixo custo facilitam testes iniciais de hipóteses em sistemas relevantes para doenças, reduzindo a incerteza na identificação de compostos promissores e nos fluxos de trabalho pré-clínicos.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de vias dependentes de oxirredução em modelos de doenças ao preservar espécies lábeis, como sulfetos e formas de ferro, para a validação mecanicista de alvos.
- Valor Operacional: Fornece um fluxo de trabalho reprodutível para o isolamento de águas intersticiais de testemunhos de sedimento, apoiando a preparação consistente de amostras em ensaios de toxicologia ambiental.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Fornece extratos de água de poros quantitativamente confiáveis adequados para padronização de ensaios, permitindo a triagem de compostos que modulam vias sensíveis à redox.
- Valor Operacional: Facilita a extração de amostras com alta fidelidade em condições anóxicas, melhorando a reprodutibilidade dos ensaios e reduzindo falsos negativos em campanhas de triagem fenotípica.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Apoia o alinhamento translacional de biomarcadores ao preservar espécies sensíveis ao estado redox que se correlacionam com a progressão da doença em modelos pré-clínicos.
- Valor Operacional: Garante a continuidade do descobrimento à validação pré-clínica ao manter a integridade das amostras em todas as etapas do fluxo de trabalho, reduzindo a variabilidade nas decisões de avanço ajustadas ao risco.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se integra ao continuum de descoberta ao permitir o preparo confiável de amostras para ensaios de biologia redox, apoiando a verificação de hipóteses na fase inicial de descoberta e orientando a identificação de compostos promissores por meio de dados com riscos mecanicísticos reduzidos.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses e a elucidação de vias ao preservar analitos sensíveis ao estado de oxidação, essenciais para a validação de alvos em áreas de doenças com atividade redox.
- Triagem: Melhora a prontidão e reprodutibilidade de ensaios ao fornecer amostras de água intersticial com mínimos artefatos de oxidação, permitindo avaliação confiável de compostos.
- Análises: Fornece resultados quantitativos, como medições de especiação de sulfeto e ferro, que permitem às equipes comparar condições redox entre grupos experimentais.
- Pesquisa Translacional: Conecta-se à continuidade pré-clínica ao preservar biomarcadores de estresse redox, apoiando decisões ajustadas ao risco na validação de modelos de doenças.
- Reutilização Corporativa: Funciona como uma capacidade reutilizável para equipes de meio ambiente e toxicologia, padronizando o manuseio de amostras em diferentes projetos e regiões geográficas.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Confiança preditiva por meio da preservação de espécies sensíveis à oxirredução e redução da ambiguidade mecanicista na farmacologia de segurança.
- Valor Operacional: Padronização, reprodutibilidade e escalabilidade do processamento de amostras anóxicas em ambientes de campo e laboratoriais.
- Valor Estratégico: Tomadas de decisão mais eficazes sobre avançar ou não avançar com base na redução de falsos positivos em ensaios dependentes de oxirredução e na eficiência do capital em triagens iniciais.
- Impacto sobre o Portfólio: Priorização ajustada ao risco de compostos com base em dados confiáveis de biomarcadores redox, reduzindo riscos biológicos em estágios avançados.
Considerações sobre a Implementação
- Expertise científica necessária em técnicas anaeróbicas e química redox.
- Os equipamentos necessários incluem sistemas de bolsa com atmosfera inerte, reguladores de gás nitrogênio, centrífugas e filtros de seringa.
- A padronização entre equipes exige treinamento em protocolos de purga de oxigênio e procedimentos de manuseio de testemunhos.
- As considerações para adaptação incluem o ajuste da espessura do corte dos testemunhos com base no diâmetro e na compactação do sedimento.
- As limitações práticas incluem a necessidade de análise imediata após a extração para evitar oxidação gradual, mesmo sob condições otimizadas.
