침전물에서 지질 생물지표 속슬레 추출
출처: 제프 살라컵 연구소 - 매사추세츠 대학교 애머스트
모든 실험실은 시간이 지남에 따라 계측기의 성능, 정확성 및 정밀도를 추적하는 표준이 필요하며, 현재 측정은 지금부터 1년(그림1)과동일합니다. 표준은 오랜 기간 동안 계측기의 성능을 테스트해야 하기 때문에 많은 양의 표준이 필요합니다. 시그마 알드리히와 피셔와 같은 소매 과학 회사에서 많은 화학 표준을 구입할 수 있습니다. 그러나, 자연에서 발생 하 고 고생물학 연구와 관련 된 일부 화합물은 아직 고립 하 고 구매를 위해 정제 되지 않은. 따라서 이러한 화합물은 천연 샘플에서 추출되어야 하며, 많은 양의 표준이 요구되기 때문에 대량의 퇴적물을 추출해야 합니다. 가속용매 추출(Dionex) 및 초음파 추출은 이러한 큰 퇴적물 볼륨을 추출하는 데 적합하지 않습니다. 이러한 상황에서는 Soxhlet 추출이 사용됩니다.
그림 1. 화학 표준이 시간을 통해 악기의 성능을 추적하는 방법을 설명하는 회로도. 파선선은 변수의 허용된 값과 측정값(계측기) 값 사이의 1:1 관계를 나타냅니다. 각 별은 화학 표준의 주간 측정값입니다. 녹색 별은 정확한 표준을 나타냅니다. 빨간색 별은 계측기에 시정 유지 보수가 필요하다는 것을 나타내는 정확하지 않은 별을 반영합니다.
Soxhlet 추출은 아마도 유기물 추출의 가장 오래된 형태일 것입니다. 메소포타미아의 고고학적 증거는 기원전 3,500년기원전 1,2에서뜨거운 물을 활용한 소슬렛 과 같은 장치를 사용합니다. 현대 삭스할렛은 이 "연속" 추출방법(도 2)에서정교한 블로우 유리 콘덴서 및 유기 용매를 사용합니다. 용매는 둥근 바닥 플라스크에서 위로 응축기로 재순환냉수 코일로 역류된다. 기체 용매가 코일에 접촉하면 샘플을 잡고 있는 유리 섬유 질이 있는 챔버로 응축됩니다. 이 챔버는 재순환기로 설정되며, 특정 부피가 도달하면(일반적으로 전체 샘플을 침수할 수 있을 만큼 큰 부피) 챔버는 내장된 사이펀을 통해 둥근 바닥 플라스크로 다시 플러시되며, 여기서 용매가 다음 주기의 일부가 되는 동안 지질 추출물이 축적됩니다. 따라서 용어 "연속"추출. Soxhlet 추출은 종종 더 큰 (>10g) 샘플의 추출에 사용됩니다.
그림 2. 삭스슬렛 장치.
Soxhlet 추출은 비교적 적은 양의 용매를 가진 다량의 고체 물질로부터 지질과 같은 화합물을 분리하는 방법입니다.
고생물학 연구와 관련된 화합물의 대부분은 소매 과학 회사에서 구입할 수 없습니다. 따라서 이러한 화합물의 표준은 천연 샘플에서 준비되어야 합니다.
시간이 지남에 따라 계측기의 성능을 평가하기 위해서는 다량의 표준이 필요합니다. 표준 준비를 위해 적당한 양의 바이오마커를 얻으려면 대량의 퇴적물을 추출해야 합니다.
1870년대 프란츠 폰 삭스슬렛(Franz von Soxhlet)이 발명한 Soxhlet 추출기는 소량의 용매를 사용하면서 고체로부터 자동화된 배치 추출을 허용하여 전반적인 효율성을 높일 수 있습니다.
이 비디오는 지질 추출, 정제 및 퇴적물분석시리즈의 일부입니다. 그것은 팔레더 모메트리에서 사용하기 위해 해양 퇴적물에서 지질 바이오 마커의 Soxhlet 추출을 설명하고 지구 과학 및 화학에 Soxhlet 추출의 몇 가지 다른 응용 프로그램을 소개합니다.
일반적인 어셈블리는 둥근 바닥 플라스크, 차가운 물 응축기 및 Soxhlet 장치 자체를 사용합니다. 추출할 고체는 장치의 중앙 챔버내의 공선에 배치된다. 추출은 역류로 알려진 열 형태의 에너지의 첨가에 의해 지원됩니다. 용매 증기는 Soxhlet 장치의 증류 경로를 통해 응축기로 상승합니다. 응축 시 용매가 챔버에서 수집되어 골무에 있는 일부 유기 물질을 용해합니다. 챔버가 채워지면서 사이펀도 채웁니다. 사이펀이 가득 차면 솔루션이 플라스크로 다시 흐릅니다. 솔루션 레벨은 굴곡의 상단을 초과하지 않으므로 솔리드가 플라스크에 들어가지 않습니다.
지질 추출물은 플라스크에서 지속적으로 수집되는 반면 용매는 다음 추출 주기의 일부가 됩니다. 따라서, 주기는 용매의 손실 없이 무기한 반복될 수 있습니다.
용매의 보존, 추출의 연속적 특성 및 큰 샘플 크기를 수용 할 수있는 능력은 불용성 물질의 많은 부분에서 유기 화합물을 분리하는 데 이상적입니다.
이제 Soxhlet 추출의 원리를 이해하게 되었으므로 퇴적물에서 지질 바이오 마커를 Soxhlet 추출하는 절차를 살펴보겠습니다.
이 실험을 위해, 코링 원정에서 과잉 해양 퇴적물의 샘플이 사용됩니다. 시료는 동결 건조, 분쇄 및 균질화될 것입니다. 자세한 내용은 초음파 처리에 의한 추출에 대한 이 컬렉션의 비디오를 참조하세요.
추출을 준비하려면 먼저 메탄올에 디클로로메탄9:1 용액을 만듭니다. 이 용액은 추출 용매로 사용되며 유리 제품 및 실험실 기기를 세척합니다.
유기 오염 물질을 제거하기 위해, 연약한 바닥 플라스크, 삭스슬렛 장치, 유리 섬유 굴림, 550 °C에서 6 시간 동안 주석을 연소. 둥근 바닥 플라스크를 DCM 메탄올 용액으로 씻으세요. 일단 추출을 설정할 준비가 되면, DCM 메탄올 용액으로 실험실 주걱과 5~10개의 끓는 칩을 헹구세요.
추출 조립을 구성하기 시작하려면 연기 후드에 가열 맨틀을 설정합니다. 연하 플라스크및 삭스슬렛 장치를 고정하기 위한 지지 스탠드, 응축기, 지지 스탠드를 획득한다.
연소 된 계량 주석을 타레. 용매 린 주걱으로 약 50g의 샘플을 계량 주석으로 옮기고 질량을 기록합니다. 연소 유리 섬유 굴질에 재료를로드합니다.
다음으로, 연소및 헹구는 둥근 바닥 플라스크를 DCM 메탄올 용액의 절반 이상 약간 이상 채웁니다. 세척된 끓는 칩을 넣고 둥근 바닥 플라스크를 가열 맨틀에 놓습니다.
그런 다음, 샘플 굴뚝을 열게 하여 속슬렛 장치의 챔버에 놓는다. 장치를 둥근 바닥 플라스크에 연결하고 장치를 제자리에 고정시하십시오.
소슬렛 장치의 상단에 응축기를 고정합니다. 차가운 물 라인을 콘덴서의 하부 포트에 호스 클램프 또는 지퍼 넥타이를 연결합니다. 콘센트 라인을 응축기의 상부 포트에 연결하고 배수구로 라우팅합니다.
응축기에 물을 켜고 흐름 경로를 확인합니다. 그런 다음 가열 맨틀을 켜고 용매를 가열하여 역류합니다.
용매가 응축을 시작하면 응축수가 챔버로 떨어지고 추출물이 둥근 바닥 플라스크에 스폰되어 있는지 확인합니다. 용매는 추출 내내 낮은 종기에 머물러야합니다.
추출 공정및 응축기 물 흐름을 모니터링하여 추출이 완료될 때까지 모니터링합니다. 그런 다음 가열 맨틀을 끄고 추출을 중지합니다. 추출물이 냉각되면 응축기 및 Soxhlet 장치를 제거하십시오. 마지막으로, 총 지질 추출물을 포함하는 둥근 바닥 플라스크를 밀봉하고 추가 처리를 위해 보관하십시오.
Soxhlet 추출은 종종 고체 샘플의 화학 분석에 사용되며 시약 제제 및 정화에도 사용할 수 있습니다.
Soxhlet 추출은 환경에서 폴리염화 비페닐 화합물 또는 PCB의 존재를 검출하는 데 사용할 수 있습니다. 먹이 물고기에서 육식 동물 물고기에 PCBs의 전송 효율성오염 된 물고기를 먹는 인간과 야생 동물에 건강 위험에 대 한 자세한 정보를 얻기 위해 측정 되었다. 물고기 조직의 Soxhlet 추출은 가스 크로마토그래피 및 질량 분광법을 위한 견본의 준비를 허용합니다.
다량으로 환경에 도입되는 화합물은 PCBs의 존재를 위해 분석됩니다. Biochar는 토양에 첨가할 때 토양 품질을 개선하고 오염 물질을 섭취할 수 있는 유기물의 불꽃분해의 부산물입니다. 광범위한 사용을 위한 바이오차 생산 방법의 검증에는 가스 크로마토그래피에 의한 PCB의 존재를 테스트하기 위한 Soxhlet 추출이 포함됩니다.
Soxhlet 추출은 원치 않는 화합물의 추출에 의해 고체를 정화하는 데 사용할 수 있습니다. 긴 사슬 지방산은 왁스없는 토마토 큐티클을 산출하기 위해 단계별 추출에 의해 토마토 껍질에서 선택적으로 제거되었습니다. 단계별 추출은 다양한 극성의 다중 용매를 연속적으로 수행했다. 이것은 토마토 피부에서 포괄적 인 왁스 제거를 제공 했을 뿐만 아니라 용해도 특성에 따라 개별 왁스 모니티의 분리를 허용했습니다.
지질 학적 아카이브 퇴적물에서 지질 바이오 마커의 Soxhlet 추출에 JoVE의 소개를 보았다. 이제 Soxhlet 추출의 원리, 퇴적물 샘플의 Soxhlet 추출 절차 및 Soxhlet 추출이 분석 목적으로 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 몇 가지 예에 대해 잘 알고 있어야 합니다.
시청해 주셔서 감사합니다!
1. 재료의 설정 및 준비
- 냉동, 동결 건조, 분쇄 및 균질화된 해양 퇴적물의 샘플을 수집합니다. 이와 같은 샘플에는 표준에 필요한 많은 화합물이 포함되어 있습니다.
- 표준은 종종 코링 탐험 또는 분석 후 남은 퇴적물로 만들어집니다. 예를 들어, 이 실험에서는 케이프코드 바로 남쪽에 위치한 '진흙 패치'에서 얻은 퇴적물을 추출한다. 이 퇴적물은 코링 탐험의 일환으로 촬영되었지만 과학적 질문에 대답하는 데 사용되지 않습니다. 따라서 표준을 만드는 데 사용할 수 있습니다.
- 침전물의 ~100g 덩어리를 밤새 냉동실에 넣어 얼어 붙입니다.
- 퇴적물을 완전히 얼면 동결 건조기(피셔와 같은 많은 과학 장비 소매업체에서 사용 가능)를 켜고 응축기가 설정점에 도달할 때까지 기다립니다(종종 ~-30°C).
- 퇴적물 샘플을 동결 건조기에 적재하고 퍼지를 닫아 시료의 진공을 당기기 시작합니다.
- 퇴적물의 물의 양과 시료의 크기에 따라 시료가 건조하는 데 며칠이 걸릴 수 있습니다.
- 샘플이 건조되면 동결 건조기를 끄고 환기시키고 샘플을 제거합니다.
- 샘플을 용매 헹구는 박격포에 넣고 유봉을 사용하여 분말로 갈아냅니다. 전체 샘플에 이 작업을 수행 하 고 추출 준비 될 때까지 냉동실에 유리 항아리에 저장 합니다.
- 샘플의 크기에 따라 4-60mL에 이르는 볼륨이 있는 바이알을 사용하십시오. 이 실험을 위해, 보로실리케이트 유리 바이알(40mL)과 용매 안전 캡을 사용하십시오. 가능한 유기 오염 물질의 제거를 보장하기 전에 6 시간 동안 550 °C에서 바이알, 보로 실리케이트 유리 파이펫 및 계량 주석을 연소.
- 디클로로메탄과 메탄올(둘 다 대부분의 유기 지질화학 실험실에서 일반적)을 얻은 다음, 사용하기 전에 실험실 도구와 유리 제품을 헹구기 위해 개별적으로 사용하십시오. 메탄올(MeOH; 9:1)에 디클로로메탄(DCM)의 혼합물이 많은 실험실에서 사용되어 광범위한 극성을 가진 바이오마커를 효율적으로 추출합니다. 용매는 유기 오염 물질이 없어야합니다.
- 이 실험에서 사용할 삭스슬렛 장치를 획득 (이들은 피셔 과학 또는 다른 과학 소매 업체에서 구입 할 수 있습니다), 다음 세척 및 사용하기 전에 6 시간 동안 550 ° C에서 연소.
- 유리 섬유 굴액을 얻고 (Whatman에서 구입할 수 있음) 사용하기 전에 6 시간 동안 550 °C에서 연소하십시오.
2. 샘플 준비
- 연소된 계량 주석을 실험실 규모에 놓고 용기를 놓습니다.
- 용매로 실험실 주걱을 헹구고 적절한 양의 샘플을 계량 주석으로 전송하고 질량을 기록합니다.
- 샘플의 질량은 유기물 함량에 따라 다릅니다. 상대적으로 유기물질 린(marine mud)은 여러 그램을 필요로 할 수 있으며, 유기물질이 풍부한 물질(잎 조직)은 훨씬 적게 필요할 수 있다.
- 계량 주석의 모든 재료를 연소 유리 섬유 질로 옮기.
3. 추출
- DCM의 ~400mL를 옮기다:MeOH(9:1) 혼합물을 둥근 바닥 플라스크(플라스크는 절반 이상 가득 차야 한다)로 전달하여 가열 맨틀에 넣습니다. 여러 개(5-10) 용매 린 끓는 끓는 칩을 추가합니다.
- 샘플을 톡슬렛 장치의 중심으로 하여 시료 를 열어 놓습니다.
- 중앙을 둥근 바닥 플라스크 위에 놓고 유리 제품 클램프로 고정하십시오.
- Soxhlet의 중앙 위에 콘덴서를 설치하고 유리 제품 클램프로 고정하십시오.
- 호스 클램프를 사용하여 응축기에서 후드의 차가운 물 라인에 차가운 물 라인 중 하나를 부착합니다. 다른 것을 배수구로 라우팅합니다.
- 적절한 순환과 배수를 보장하기 위해 물을 켭니다.
- 가열 맨틀을 켜고 둥근 바닥 플라스크의 용매가 가볍게 끓을 때까지 온도를 조정합니다.
- 다음 한 시간 동안 추출을 몇 번 모니터링합니다.
- 온도가 낮은 종기에 제대로 설정되어 있는지 확인, 용매는 응축기에 응축하고 중앙 조각으로 떨어지는, 중앙 조각이 제대로 채우고 비우고, 물이 후드 배수구로 제대로 배수된다.
- 다음 36h에 걸쳐 추출을 모니터링합니다.
- 온도가 낮은 종기에 제대로 설정되어 있는지 확인하고, 용매가 응축기에 응축되어 중앙 조각으로 떨어지고, 중앙 조각이 제대로 채우고 비우고, 물이 후드 드레인으로 적절하게 배수되고, 둥근 바닥 플라스크의 용매 수준은 여전히 절반 정도 가득 차 있습니다.
- 36 h 후, 가열 맨틀을 끄고 추출을 중지합니다.
- 플라스크 "TLE"에 레이블을 지정합니다.
추출의 끝에서, 시료에 대한 총 지질 추출물 (TLE)이 생성된다. 둥근 바닥 플라스크에는 퇴적물 시료에서 추출 가능한 유기물질이 포함되어 있습니다. 이 TLE는 이제 분석될 수 있으며, 화학 성분을 식별하고 정량화할 수 있습니다.
해양 진흙에서 추출 된 알케닌 이라는 화합물을 포함, 창색 해양학에 사용 되는. 알케네네스는 햇볕이 잘 드는 표면 해3(그림3)에 사는 합토피성 조류의 특정클래스에 의해 생성된 긴 사슬 알킬 케톤이다. 가장 흔한 두 개의 알케네는 37개의 탄소 원자이며 두 개 또는 세 개의 이중 결합이 있습니다. 햅토피테스는 그들이 사는 물의 온도에 따라 세포에 있는 이 두 알케네의 비율을 조정합니다. 두 알케네의 비율은 Uk'37 비율을 정의합니다.
방정식 1) Uk'37 = (C37:2)/ (C37:2 + C37:3) 4,5
문화6,7 및 코어 탑침전8 교정 연구는 Uk'37 지수를 정량적 SST 프록시로 개발하도록 이끌었다. 이 작업에서 우리는 다음과 같은 용도로 사용됩니다.
방정식 2) Uk'37 = 0.034 (SST) + 0.039; ±1.4°C에서 0~28°C [배양 기반7]
알케네네스는 초기 에오센 (~5,600만 년 전)까지 거슬러 올라가는 퇴적물에서보존된다. 시간을 통해 퇴적물 코어에서 알케논의 분포를 아는 것은 그 위치에서 바다 표면 온도의 진화에 대한 정보와 관련이 있습니다. 그러나 먼저 계측기가 두 알케네네스의 비율을 정확하고 정확하게 측정해야 하며, 이것이 표준이 필요한 이유입니다.
그림 3. 2 (C37:2) 및 3 (C37:3) 이중 결합 (왼쪽)을 가진 알케네네스는 햇빛이 켜진 표면 바다에 사는 특정 햅토피테 조류에 의해 생성됩니다 (오른쪽). (사진제공: 팀 I. 에글린턴, 우즈홀 해양학 기관)
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