Topraktaki Labile, Inorganik Bitki Besinleri ve Kirleticilerin İki Boyutlu Görselleştirilmesi ve Nicelleştirilmesi

Topraktaki elementlerin biyodan kimyasala döngüsü, çevresel sistemlerde çok önemli bir rol oynar. Bu protokol ile tesiste mevcut element fraksiyonlarının dağılımı DGT kütle spektrometresi görüntüleme kullanılarak 2 boyutlu olarak görüntülenebilir. Bu yöntem, alternatif yöntemlerin uzamsal çözünürlüğünü önemli ölçüde aşan, çözünen arayüzde çoklu inorganik çözünen türlerin ultra eser seviyelerini görselleştirme ve ölçme yeteneği açısından benzersizdir.

Topraklarda ve çökeltilerde iş gücü ve çözünen akıların araştırılmasına ek olarak, bu yöntem bitki köklerinin besin ve kirletici elementleri nasıl aldığını araştırmak için uygulanabilir. DGT jel üretimi için, önce poliüretan bazlı karışık anyon ve katyon bağlayıcı jel süspansiyonundan oluşan ince bir filmi bir cam plaka üzerine kaplayın ve çözücü buharlaştırma ile jel oluşumunu başlatmak için plakayı bir fırına yerleştirin. Uygulamayı ve buharlaştırmayı üç kez tekrarladıktan sonra, 0.1 milimetre inceliğinde, yırtılmaz, karışık anyon ve katyon bağlayıcı jel elde etmek için elde edilen üçlü kaplamalı cam plakayı bir su banyosunda nemlendirin.

Rizotron'u monte etmek için, plakanın içe doğru bükülmemesi için rizotron çerçevesine yönlendirilen kelepçelerin basıncı ile rizotron yükselişinin altına küçük bir akrilik bıçak takmak için iki kelepçe kullanın. Rizotron'u küçük plastik plakaya doğru hafifçe eğin ve rizotron'u yaklaşık dört santimetre yüksekliğe kadar önceden nemlendirilmiş toprakla doldurun. Toprağı eşit şekilde dağıtmak için rizotronu hafifçe çalkalayın ve toprağı birkaç milimetre hafifçe sıkıştırmak için bir sıkıştırma aleti kullanın.

Rizotron toprakla dolana kadar doldurma ve sıkıştırmayı tekrarlayın ve üstte üç santimetre boşluk bırakın. 13 x 22 santimetrelik bir PTFE folyo parçasını rizotron çerçevesine her seferinde bir köşe dikkatlice sabitlemek için bant kullanın ve düz bir folyo yüzeyi sağlamak için gerginlik uygulayın. PTFE folyo düz ve toprak yüzeyi ile bitişik olduğunda, rizotronun alt ucuna, üst PTFE folyo parçasını aynı şekilde bir santimetre üst üste gelecek şekilde ikinci bir folyo parçası takın.

İkinci parça sabitlendiğinde, koruyucu bir plastik folyo kapak uygulayın. Toprakla doldurulmuş ve folyo kaplı rizotron üzerine bir ön plaka yerleştirin ve rizotronun her iki tarafına bir ray yerleştirin. Ardından, ön plakadaki rayları rizotrona sabitlemek için vidaları elle sıkın, vidalar rizotronun kapalı tarafına doğru olacak şekilde yerleştirin.

Toprağı sulamak için pipet uçlarını sulama deliklerine itin ve suyun yerçekimi ile toprağa akmasına izin verin. Bitki yetiştirmek için, rizotronun içine iki fide dikin ve büyümelerini desteklemek için fidelere doğrudan beş mililitre su ekleyin. Dikimden sonraki ilk iki gün rizotronun üst açıklığını şeffaf bir nem tutucu film ile kapatın ve mikrofitik büyümeyi önlemek için rizotrona alüminyum folyoya sarın.

Daha sonra ekilen rizotronu, çevre koşulları belirli bitki gereksinimlerine göre ayarlanmış bir büyüme odasına yerleştirin ve gravitropizm yoluyla ön plaka boyunca kök gelişimini sağlamak için rizotron 25 ila 35 derece eğin. Fabrikasyon DGT jeli uygulamak için, 0.2 mikron gözenek boyutuna sahip 10 mikron kalınlığında polikarbonat bir membranı, jelin her iki tarafının en az bir santimetre genişliğine ve uzunluğuna kadar kesin ve membranı jelin üzerine yerleştirin. Yığındaki hava kabarcıklarını çıkarmak için su uygulayın ve zarı jelin dört kenarı boyunca plakaya sabitlemek için vinil elektrik bandı kullanın.

Ön plakayı ve koruyucu folyoları çıkardıktan sonra, bir makro lens ile donatılmış bir dijital tek lensli refleks kameranın vizörünü jeldeki ilgilenilen bölgenin merkezine hizalayın ve görüntüye bir ölçek çubuğu dahil ederek ilgilenilen bölgenin ortogonal bir fotoğrafını elde edin. Ardından, jel membran yığını ile donatılmış plakanın bir kenarını açık rizotronun bir kenarı ile hizalayın. Plakayı yavaşça toprağa doğru bükün ve plakayı rizotrona takmak için rayları ve vidaları kullanın.

Yalnızlık örnekleme periyodundan sonra, ön plakayı rizotrondan jel zarı yığın tarafı yukarı bakacak şekilde laminer bir akış başlığına aktarın ve bandı ve jeli kaplayan polikarbonat zarı dikkatlice çıkarın. Jelin, toprakla temas eden tarafı yukarı bakacak şekilde plaka üzerindeki ince bir su tabakası üzerinde serbestçe yüzmesine yardımcı olmak için su uygulayın ve jeli 0.45 mikron gözenek boyutuna ve kurutma kağıdı desteğine sahip bir polietersülfon membran üzerine aktarın. Jel yığınını koruyucu folyo ile kapladıktan sonra, yığını bir vakumlu jel kurutucuya yerleştirin.

Jel tamamen kuruduğunda, kuru jeli diğer jel örnekleriyle birlikte bir cam plaka üzerine sabitlemek için çift taraflı yapışkan bant kullanın. Kuru DGT jellerinin lazer ablasyon endüktif olarak eşleştirilmiş plazma kütle spektrometresi çizgi tarama analizini gerçekleştirmek için, önce numune boşluklarını ve standartlarını lazer ablasyon numune aşamasına sabitleyin ve lazer aşamasını lazer ablasyon sisteminin ablasyon hücresine kilitleyin. Lazer ablasyon yazılımında, jel yüzeyindeki ilgili bölgeyi hareket ettirin ve jel standardının yüzeyi boyunca tek, yaklaşık bir mililitre uzunluğunda bir çizgi çizin.

Lazer ablasyon parametrelerinin ayarlandığını ve benimsendiğini doğrulamak için tarama desenleri penceresindeki çizgiyi sağa yalayın ve bu çizgiyi nokta çapından daha büyük bir ara çizgi mesafesiyle dört kez çoğaltmak için taramaları çoğalt aracını kullanın. Her bir jel standart kalibrasyon boşluğu ve boş yöntem için bu çizgiyi tekrarladıktan sonra, analiz edilecek jel numunesinin dikdörtgen alanının üst kenarı boyunca tek bir çizgi çizin ve gösterildiği gibi tüm numune alanı için paralel çizgiler oluşturmak için çizgiyi çoğaltın, 300 ila 400 mikrometre arasında bir ara çizgi mesafesi kullanarak. Her hattın her başlangıç ve bitiş noktasının jel yüzeyine düzgün bir şekilde odaklandığını doğrulayın ve endüktif olarak eşleştirilmiş plazma kütle spektrometresinde numune dizisini başlatmak için partiyi analiz et'e tıklayın.

Lazer kafasını şarj etmek için lazer enerji penceresindeki emisyona tıklayın. Denemeyi çalıştır penceresini açmak için çalıştır'a tıklayın ve yalnızca seçili desenleri seçin. Yıkama gecikmesini 20 ila 30 saniyeye ayarlayın.

Taramalar sırasında etkinleştirilen lazer kutusunu seçin ve lazer ısınma süresini 10 saniyeye ayarlayın. Ardından, satır tarama analizini başlatmak ve endüktif olarak eşleştirilmiş plazma kütle spektrometresindeki her izotop için saniyedeki sayım cinsinden ham sinyal yoğunluğunu izlemek için çalıştır ve tamam'a tıklayın. Her satır bir gaz boşluğu ile başlamalı ve bitmelidir.

Analizden sonra, kesilen her satır için ham veri dosyasını bir elektronik tabloya aktarın. Ham veri tablosu, her bir izotop için endüktif olarak eşleştirilmiş plazma kütle spektrometresi okumalarını saniyedeki sayım cinsinden ve karşılık gelen zaman noktalarını saniye cinsinden gösterir. Tüm satırları farklı sütunlarda yan yana listeleyin.

Hat ablasyonlarından önce kaydedilen tüm boş gaz değerlerinden her bir izotop için ortalama bir boş gaz hesaplayın ve arka plan sinyalini düzeltmek için her bir izotop için karşılık gelen ham yoğunluklardan ortalama boş gazı çıkarın. Dahili normalizasyonu uygulamak için, her bir izotopun gaz boşluğu düzeltilmiş sinyal yoğunluğunu, her bir veri noktası için dahili standart karbon 13'ün gaz kör düzeltilmiş sinyal yoğunluğuna bölün ve böylece kesilen malzeme miktarındaki ve enstrümantal kayma miktarındaki değişiklikleri düzeltin. Gaz boş arka plan sinyalini çıkarmak için her ablasyonlu hattın başlangıcından önce ve bitiminden sonra verileri kırpın ve her satırın ablasyonlu bir çizgiye karşılık geldiği ve her sütunun normalleştirilmiş bir izotop yoğunluğu değerine karşılık geldiği bir ızgara matrisi elde etmek için veri tablosunu aktarın.

Ardından jel standartlarının analizinden elde edilen kalibrasyon fonksiyonunu uygulayın ve kalibre edilmiş veri matrisini bir metin dosyası olarak kaydedin. Bir görüntü oluşturmak için, kalibre edilmiş örnek veri matrisini bir metin görüntüsü olarak görüntü analiz yazılımına aktarın ve çözünen görüntüdeki kimyasal gradyanları görselleştirmek için en boy oranı düzeltme faktörünü ve bir arama tablosunu uygulayın. Ekran aralığının alt ve üst sınırlarını kontrol etmek için görüntü renk dengesini ayarlayın, bir kalibrasyon çubuğu ekleyin ve çözünen görüntüyü bir TIF dosyası olarak kaydedin.

Katı görüntüyü kopyalamak ve görüntüyü masaüstü yayıncılık yazılımına yapıştırmak için sisteme kopyala komutunu kullanın. Ardından, katı görüntüyü ölçeklendirin, eşleştirin ve ilgilenilen bölgenin bir fotoğrafı ve diğer çözünen görüntülerle oluşturun. Çözünen madde görüntülerinin ilgilenilen bölgenin fotoğrafik bir görüntüsü ile hizalanması, farklı elementlerin milimetre altı 2D katı akı dağılımının toprak yapısına ve kök morfolojisine göre oldukça değişken olduğunu ortaya koymaktadır.

Örneğin, amonyum nitrat ile gübrelenmiş, karbonatsız toprakta yetişen genç bir karabuğday kökünün bu analizinde, milimetre altı çözünen dağılımı, kök alımına bağlı olarak daha yaşlı kök bölümlerinin yanı sıra azalmış alüminyum, fosfor ve demir akıları bölgeleri gösterdi ve lokalize besin mobilizasyon süreçleri nedeniyle kök tepesinde yüksek oranda artmış magnezyum, alüminyum, fosfor, manganez ve demir akışları. Bu analizde, hemen kök konumunda belirgin bir çinko, kadmiyum ve kurşun tükenmesi gözlemlenebilir, bu da metale toleranslı Söğüt türü Salix smithiana'nın köklerinin, kontamine topraktaki kararsız eser metaller için lokalize bir lavabo görevi gördüğünü gösterir. Bu analizde, kararsız eser metallerin Salix smithiana'nın kökleri boyunca dağılımı, kombine tek katmanlı düzlemsel optod-DGT katyon bağlayıcı jel kullanılarak pH dağılımı ile birlikte lokalize edildi.

Bu yöntem kombinasyonu, manganez, demir, kobalt, nikel, bakır ve kurşunun artan çözünen akışlarının, yaklaşık bir birim pH düşüşü ile ilişkili olduğunu ve bu da pH kaynaklı metal çözünmesini düşündürdüğünü ortaya koydu. Analitik artefaktları önlemek için DGT aleti ile katı yüzey arasında yakın ve istikrarlı bir temas sağlamak çok önemlidir. Şüpheniz varsa, jel uygulama prosedürünü tekrarlayın.

Bu yöntem, bitki elementi alımında yer alan bir dizi parametreyi aynı anda değerlendirmek için düzlemsel optodlar gibi diğer difüzyon tabanlı katı görüntüleme teknikleriyle birleştirilebilir.