Agradecemos o Grupo H.O.G. na Arizona State University para desenvolver a metodologia inicial desses experimentos hidrotermais, e em particular, agradecemos I. Gould, E. choque, L. Williams, C. Gleiner, H. Hartnett, K. Fecteau, K. Robinson e C. Bockisch, por sua orientação e assistência útil. Z. Yang e X. Fu foram financiados por fundos de inicialização da Universidade de Oakland para z. Yang.

1. preparar a amostra para experimento hidrotermal
<ol><li>Escolher o tamanho dos tubos de vidro de quartzo ou sílica, por exemplo, 2 mm diâmetro interno (ID) x 6 mm de diâmetro externo (OD) ou 6 mm ID x 12 milímetros OD e determinar as quantidades de compostos orgânicos e minerais para usar. Neste trabalho, os montantes de nitrobenzeno e magnetita (Fe3O4) para carregar dentro do tubo de silicone (por exemplo, 2 mm ID x 6 milímetros OD) são 3,0 µ l e 13,9 mg, respectivamente. Nota: Os tubos de grande diâmetro permitam mais fácil carregamento dos materiais, mas exigem mais esforços da selagem do tubo.</li>
	<li>Corte os tubos de vidro de sílica limpa em pedaços pequenos com ~ 30 cm de comprimento, usando um cortador de tubo. Feche uma das extremidades do tubo fechado usando um maçarico oxyhydrogen com uma cabeça chama apropriado. Cuidado: Siga os procedimentos de segurança para a utilização da tocha oxyhydrogen.</li>
	<li>Pese a quantidade predeterminada do composto orgânico inicial em um 0.1 mg-escala equilibrar (se for sólido) e transferi-lo para o tubo de vidro de sílica usando um papel de pesagem. Se o composto é líquido (por exemplo, nitrobenzeno, neste caso), use uma seringa de microlitro (por exemplo, 10 µ l) para transferi-lo para o tubo de sílica pequeno. Adicione os minerais pesados para o tubo de sílica através de uma pipeta Pasteur e em seguida, adicione água deionizada e pobre em oxigênio (por exemplo, 0,3 mL). MΩ·cm de uso 18.2 água desionizada e deoxygenate-lo pelo sonication.</li>
	<li>Conecte o tubo de sílica para uma linha de vácuo (ID ~ 1 cm) com uma válvula fechada. Mergulhe o tubo em um frasco de Dewar preenchido com nitrogênio líquido para ~ 3 min, até que a água e produtos orgânicos são completamente congelados. Cuidado: Siga os procedimentos de segurança para a transferência e usando nitrogênio líquido.</li>
	<li>Quando o tubo permanece imerso em nitrogênio líquido, abra a válvula de vácuo e retire o headspace do tubo de ar. Nota: Este processo deve durar até que a pressão cai abaixo de 100 mtorr no manômetro da bomba de vácuo.</li>
	<li>Desligue a válvula, retire o tubo do nitrogênio líquido e deixe aquecer a temperatura do tubo. Bata levemente a parte inferior do tubo para libertar as bolhas de ar restante da solução para headspace.</li>
	<li>Repita o ciclo de congelamento-descongelamento-bomba acima por mais duas vezes e mantenha o tubo em nitrogênio líquido antes de selar a outra extremidade do tubo. Fechar a linha de vácuo e usar a flama oxyhydrogen tornar o tubo inteiro fechado. Nota: Quando o tubo passa por experimentos hidrotermais, o volume de headspace do tubo irá diminuir devido a expansão de água líquida. Por exemplo, a densidade da água reduz cerca de 30% da temperatura de 300 ° C. Calcular e deixar volume suficiente espaço livre quando da selagem do tubo.</li>
</ol>2. montar o experimento hidrotermal
<ol><li>Após as etapas da selagem, coloque o tubo de sílica em um pequeno tubo de aço (~ 30 cm de comprimento e 1,5 cm de diâmetro) com tampas de rosca frouxas, a fim de evitar danos de qualquer edifício de pressão ou falha do tubo no interior do tubo.</li>
	<li>Coloque o tubo em um forno de temperatura bem controlada ou forno e aquecê-lo até a temperatura desejada (por exemplo, 150 ° C neste trabalho). Use um termopar no interior do forno para monitorar a temperatura através da reação hidrotermal.</li>
	<li>Assim que o tempo de reação é atingido (por exemplo, 2h neste trabalho), saciar o tubo de sílica, rapidamente, colocando o tubo em um banho de água gelada. Nota: O processo de têmpera leva menos de 1 min para arrefecer a temperatura, o que evita possíveis reações retrógradas.</li>
</ol>3. analisar a amostra após a experiência
<ol><li>Abrir o tubo de sílica, usando um cortador de tubo e rapidamente transferir todos os produtos (por exemplo, ~0.3 mL em tubo de sílica pequeno) dentro de um frasco de vidro de 10 mL com uma pipeta Pasteur.</li>
	<li>Extrair os produtos orgânicos com 3 mL de solução de diclorometano (DCM) que contém dodecane de 8.8 mM como padrão interno para cromatografia gasosa (GC). Tampa o frasco e agitar que isso por mãos por 2 min e vórtice por 1 min. Nota: Isso ajuda a facilitar a extracção de produtos orgânicos na fase orgânica. Além disso, enxágue transferidora paredes pipeta e no interior do tubo de sílica com DCM para garantir a recuperação de produtos. Para amostras com alto conteúdo mineral, proceda à sonicação-los na solução DCM para melhor extração.</li>
	<li>Permitir que as partículas minerais de assentar na solução de extração (ou seja, DCM com dodecane) 5 min. Use uma pipeta Pasteur transferir com cuidado ~ 1 mL da amostra da camada de DCM (ou seja, a camada inferior) para um frasco de GC.</li>
	<li>Analise a distribuição de produtos orgânicos utilizando GC com uma coluna de poli-capilar (por exemplo, 5% diphenyl/95% dimetilssiloxano) e um detector de ionização de chama. Configurar o forno de GC com um programa para iniciar a 50 ° C e segure por 8 min, aumentar em 10 ° C/min até 220 ° C e aguarde 10 min, aumentar em 20 ° C/min até 300 ° C e mantenha premido durante 5 min. do conjunto, a temperatura do injetor para 300 ° C. Nota: O programa de GC que precisava ser mudado baseado no tipo de compostos orgânicos sendo analisado.</li>
	<li>Construa as curvas de calibração de GC, traçando a relação de área do pico do analito para o padrão interno versus a concentração do analito.</li>
	<li>Calcular a reação de conversão baseada sobre as concentrações de matéria-prima orgânica antes e após a reação, ou seja, % de conversão = ([inicial]-[final]) ⁄ [inicial] × 100%. Use as conversões para determinar se o mineral facilita ou retarda as transformações orgânicas hidrotermais.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Yang, Z., Gould, I. R., Williams, L. B., Hartnett, H. E., Shock, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+iron-containing+minerals+on+hydrothermal+reactions+of+ketones.">Effects of iron-containing minerals on hydrothermal reactions of ketones.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 223, 107-126 (2018).</li><li>Seewald, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic-inorganic+interactions+in+petroleum-producing+sedimentary+basins.">Organic-inorganic interactions in petroleum-producing sedimentary basins.</a> Nature. 426 (6964), 327-333 (2003).</li><li>Sogin, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbial+diversity+in+the+deep+sea+and+the+underexplored+"rare+biosphere".">Microbial diversity in the deep sea and the underexplored "rare biosphere".</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (32), 12115 (2006).</li><li>McCollom, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laboratory+Simulations+of+Abiotic+Hydrocarbon+Formation+in+Earth's+Deep+Subsurface.">Laboratory Simulations of Abiotic Hydrocarbon Formation in Earth's Deep Subsurface.</a> Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 75 (1), 467-494 (2013).</li><li>Foustoukos, D. I., Seyfried, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrocarbons+in+Hydrothermal+Vent+Fluids:+The+Role+of+Chromium-Bearing+Catalysts.">Hydrocarbons in Hydrothermal Vent Fluids: The Role of Chromium-Bearing Catalysts.</a> Science. 304 (5673), 1002 (2004).</li><li>Bell, J. L. S., Palmer, D. A., Pittman, E. D., Lewan, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=10.1007/978-3-642-78356-2_9.">10.1007/978-3-642-78356-2_9.</a> Organic Acids in Geological Processes. , 226-269 (1994).</li><li>Palmer, D. A., Drummond, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+decarboxylation+of+acetate.+Part+I.+The+kinetics+and+mechanism+of+reaction+in+aqueous+solution.">Thermal decarboxylation of acetate. Part I. 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Catalysis by mineral surfaces.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 58 (19), 4155-4177 (1994).</li><li>Yang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+Photochemistry+as+a+Mechanistic+Tool+in+Organic+Geochemistry:+The+Chemistry+of+Dibenzyl+Ketone.">Hydrothermal Photochemistry as a Mechanistic Tool in Organic Geochemistry: The Chemistry of Dibenzyl Ketone.</a> The Journal of Organic Chemistry. 79 (17), 7861-7871 (2014).</li><li>Yang, Z., Hartnett, H. E., Shock, E. L., Gould, I. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic+Oxidations+Using+Geomimicry.">Organic Oxidations Using Geomimicry.</a> The Journal of Organic Chemistry. 80 (24), 12159-12165 (2015).</li><li>Venturi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mineral-assisted+production+of+benzene+under+hydrothermal+conditions:+Insights+from+experimental+studies+on+C6+cyclic+hydrocarbons.">Mineral-assisted production of benzene under hydrothermal conditions: Insights from experimental studies on C6 cyclic hydrocarbons.</a> Journal of Volcanology and Geothermal Research. 346, 21-27 (2017).</li><li>Lemke, K. H., Rosenbauer, R. J., Bird, D. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptide+Synthesis+in+Early+Earth+Hydrothermal+Systems.">Peptide Synthesis in Early Earth Hydrothermal Systems.</a> Astrobiology. 9 (2), 141-146 (2009).</li><li>Byrappa, K., Yoshimura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Hydrothermal Technology. , (2001).</li><li>Johnson, J. W., Oelkers, E. H., Helgeson, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SUPCRT92:+A+software+package+for+calculating+the+standard+molal+thermodynamic+properties+of+minerals,+gases,+aqueous+species,+and+reactions+from+1+to+5000+bar+and+0+to+1000&#176;C.">SUPCRT92: A software package for calculating the standard molal thermodynamic properties of minerals, gases, aqueous species, and reactions from 1 to 5000 bar and 0 to 1000&#176;C.</a> Computers &amp; Geosciences. 18 (7), 899-947 (1992).</li></ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

Neste estudo, nós costumávamos nitrobenzeno com mineral magnetita como exemplo para demonstrar como avaliar efeitos minerais hidrotermais reações orgânicas. Embora os experimentos são realizados em tubos de vidro de sílica pequeno, altamente reprodutíveis resultados são observados nas experiências de magnetita, ou seja, 30,3 ± 1,4% na conversão de nitrobenzeno, que sugere a eficácia e a confiabilidade do presente protocolo hidrotermal. Nos experimentos não-mineral, a conversão de nitrobenzeno é 5,2 ± 2,1%, que mostra uma reprodutibilidade menor do que o experimento de minerais. A incerteza relativamente elevada no experimento não-mineral pode ser devido a baixa conversão das matérias-primas, considerando o µ l (ou mg) de amostras utilizadas no tubo pequeno. Para melhorar a reprodutibilidade para baixo-conversão reações, tubos de sílica com maior volume interno são sugeridos. Este protocolo pode ser particularmente útil para experiências em pequena escala, quando a quantidade de amostra é limitada, ou o custo do produto químico é alto. Tanto mineral e não-mineral hidrotermais experimentos podem ser conduzidos pelo presente protocolo.
Conforme descrito anteriormente, este protocolo hidrotermal tem certas vantagens sobre outros métodos tradicionais, tais como baixo custo de tubos de reação, procedimentos de fácil operação e baixa ou insignificante efeito catalítico11,14. No entanto, devido à limitada mineral força e estabilidade, tubos de quartzo podem causar falha em temperaturas acima de 450 ° C ou pressões acima de 400 bar15, que pode não ser adequado para longas experiências hidrotermais perto ou acima do ponto crítico de água. Outra limitação desse método é que, em alta temperatura (por exemplo, > 400 ° C), quartzo também pode estar sujeito a dissolução, que poderia produzir espécies de sílica dissolvida que interferem reações orgânicas hidrotermais. Desde que a dissolução de sílica também pode ser influenciada pelo pH da solução, a presença de sais, ácidos ou bases, a temperatura de sobrevivência do tubo pode ser menor do que no sistema de água puro, e estes fatores também devem ser considerados em alta temperatura experimentos. Além disso, comparado a reator flexível materiais como ouro, tubos de silicone são geralmente associados com um volume de espaço livre que não pode ser reduzido através da aplicação de pressão externa, que poderia permitir que algumas reações de fase gasosa ocorrer.
Além disso, o volume de líquido dentro do tubo de silicone pode ser crítico na determinação do sucesso da experiência. Baseia o cálculo de termodinâmica usando SUPCRT9216, por exemplo, a pressão de saturação de água (Psab) pode chegar a mais de 85 bar a 300 ° C, e o volume de água líquida no interior do tubo de sílica pode expandir em 30%. Para sobreviver a altas temperaturas e pressões, tubos de vidro de sílica mais grosso (ou seja, a relação de ID/OD < 0.3) com maior espaço livre deve ser usado. Mesmo com o mesmo diâmetro, tubos de sílica, de diferentes fabricantes podem causar falha em temperaturas diferentes. Portanto, a temperatura e a pressão conter para cada tipo de sílica tubos devem ser exaustivamente testados antes do uso. Observe que esse vidro borosilicato é excluído da presente protocolo hidrotermal porque é reativo e normalmente não consegue lidar com temperaturas acima de 300 ° C. Além disso, carregando os compostos orgânicos que são "pegajosos" ou viscosos em tubos estreitos sílica podem ser desafiador, caso em que os tubos de grande diâmetro (por exemplo, 6 mm ID x 12 milímetros OD) deve ser recomendável.

Ambientes hidrotermais (ou seja, meios aquosos em elevadas temperaturas e pressões) são onipresentes na terra. A química hidrotermal de compostos orgânicos desempenha um papel essencial em uma ampla gama de configurações geoquímicas, tais como bacias sedimentares orgânicas, reservatórios de petróleo e a biosfera profunda1,2,3. Transformações do carbono orgânico em sistemas hidrotérmicos não só ocorrem em meio aquoso puro, mas também com materiais inorgânicos dissolvidos ou sólidos, tais como terra-abundantes minerais. Foram encontrados minerais drasticamente e seletivamente influenciar a reatividade hidrotermal de vários compostos orgânicos,1,4,5 , mas como identificar os efeitos de minerais em complexos sistemas hidrotérmicos ainda permanece como um desafio. O objetivo deste estudo é fornecer um protocolo experimental relativamente simples para estudar efeitos minerais hidrotermais reações orgânicas.
Os estudos de laboratório de reações hidrotermais tradicionalmente usam reatores robustos que são feitas de ouro, titânio ou aço inoxidável6,7,8,9. Por exemplo, sacos de ouro ou cápsulas têm sido favoravelmente utilizadas, porque o ouro é flexível e permite que a pressão da amostra a ser controlado pelo pressurizar a água externamente, que evita a geração de uma fase de vapor dentro da amostra. No entanto, estes reatores são caros e podem ser associados com potenciais efeitos catalíticos metal10. Portanto, é imperativo encontrar um método alternativo com baixo custo, mas alta confiabilidade para estas experiências hidrotermais.
Nos últimos anos, os tubos de reação de vidro de quartzo ou sílica fundida foram mais frequentemente aplicados ao experimentos hidrotermal11,12,13. Em relação ao precioso ouro ou titânio, vidro de quartzo ou sílica é consideravelmente mais barato, mas também o material forte. Mais importante, tubos de quartzo têm demonstrado efeitos catalíticos pequeno e pode ser tão inertes como o ouro para as reações hidrotermal11,14. Neste protocolo, descrevemos um método geral para a realização de pequenos experimentos de orgânico-mineral hidrotermais em tubos de paredes grossas de sílica. Apresentamos um experimento de exemplo usando um modelo composto (ou seja, nitrobenzeno) na presença/ausência de um mineral de óxido de ferro (ou seja, magnetita) em uma solução hidrotermal de 150 ° C, a fim de mostrar o efeito do mineral, bem como para demonstrar a eficácia deste método.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Chemicals:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BDH23373.400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dodecane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>297879</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrobenzene</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>252379</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fe2O3</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>310050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fe3O4</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>637106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Supplies:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica tube</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>WELCH</td>
			<td>2546B-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum line</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Hewlett Packard</td>
			<td>5890</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple</td>
			<td>BENETECH</td>
			<td>GM1312</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas chromatography</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>7820A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an experimental protocol for studying mineral effects on organic hydrothermal transformations

Orgânica-mineral interações ocorrem amplamente em ambientes hidrotermais, como fontes termais, gêiseres em terra e as fontes hidrotermais no oceano profundo. Funções dos minerais são essenciais em muitos processos hidrotermais de geoquímicos orgânicos. Metodologia hidrotérmico tradicional, que inclui o uso de reatores, feitos de ouro, platina, titânio ou aço inoxidável, é geralmente associada com o alto custo ou indesejáveis efeitos catalíticos metais. Recentemente, há uma tendência crescente para usando os cost-effective e inertes de quartzo ou sílica fundida tubos de vidro em experimentos hidrotermais. Aqui, nós fornecemos um protocolo para realização de experiências hidrotermais de minerais orgânicos em tubos de sílica, e descrevemos as etapas essenciais na preparação da amostra, configuração experimental, separação de produtos e análise quantitativa. Também demonstramos um experimento usando um composto orgânico de modelo, nitrobenzeno, para mostrar o efeito de um mineral que contenham ferro, magnetita, em sua degradação sob uma condição específica hidrotermal. Esta técnica pode ser aplicada para estudar o complexas orgânico-mineral hidrotermais interações em um sistema de laboratório relativamente simples.

Para demonstrar como usar esta abordagem para estudar interações hidrotermais de minerais e orgânicos, um experimento simples usando um modelo composto, nitrobenzeno, foi conduzido com o mineral magnetita (Fe3O4) em uma condição hidrotermal de 150 ° C e 5 barras para 2h. Para mostrar o efeito do mineral, um experimento de nitrobenzeno sem mineral também foi realizado sob a mesma condição hidrotermal. Como mostrado na Figura 1a, dois tubos de silicone foram feitos seguindo os protocolos antes do experimento hidrotermal. O tubo fechado com nenhum mineral foi claro, e o tubo com magnetita exibiu uma cor preta mineral dentro. A concentração inicial de nitrobenzeno foram ambos 0,1 M (em 0,3 mL água deionizada e desoxigenado água) e a magnetita adicionada foi 13,9 mg. Após o processo hidrotermal, o tubo com o mineral não mostrou nenhuma mudança de cor, Considerando que o tubo com magnetita transformou-se uma cor marrom (Figura 1b), que implica uma reação de oxidação da magnetita, a hematita (Fe2O3). Com base na análise de cromatografia gasosa, o efeito de magnetita foi revelado pelas conversões de nitrobenzeno entre os experimentos (Figura 2). No experimento não-mineral, a conversão calculada para o nitrobenzeno foi 5,2%; no entanto, na presença de magnetita, a conversão de nitrobenzeno foi de 30,3%, que aumentou por um fator de 6. Além disso, duplicar, mas foram conduzidos experimentos independentes, em que um desvio padrão foi calculado para ser 2,1% e 1,4% para os experimentos não-mineral e magnetita, respectivamente (Figura 2). Estes resultados sugerem que magnetita, provavelmente através de reações redox, significativamente pode promover a reação de nitrobenzeno em dadas condições hidrotermais. Este protocolo foi encontrado para ser bem sucedido com relativamente elevada reprodutibilidade em quantificar hidrotermal degradação biológica sob a influência dos minerais.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58230/58230fig1.jpg"> Figura 1: experimento de exemplo com nitrobenzeno na presença ou ausência de magnetita. (um) sílica tubos de vidro antes do experimento hidrotermal; (b) tubos de vidro de sílica após o experimento hidrotermal. Observe que há uma mudança de cor no tubo de sílica com magnetita. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/58230/58230fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58230/58230fig2.jpg"> Figura 2: resultados experimentais de conversão de nitrobenzeno após 2 h sob condições hidrotermais a 150 ° C e 5 bar As conversões de reação são calculadas pela quantidade de nitrobenzeno reagiu após a reação. Barras de erro são um desvio padrão da média de experiências duplicadas. A diferença entre as experiências não-mineral e magnetita mostra claramente o efeito mineral hidrotermais degradação do nitrobenzeno. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/58230/58230fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations

Terra-abundantes minerais desempenham papéis importantes em sistemas hidrotérmicos naturais. Aqui, descrevemos um método confiável e econômico para a investigação experimental das interações minerais orgânicos sob condições hidrotermais.

Um protocolo Experimental para estudar efeitos Mineral sobre transformações hidrotermais orgânicos

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Environment

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Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as plant-soil feedbacks (PSF) have large effects on plant performance, and create environmental heterogeneity that depends on the community composition. Understanding the importance of PSF for plant community assembly necessitates understanding of the role of heterogeneity in PSF, in addition to mean PSF effects. Here, we describe a protocol for manipulating plant-induced soil heterogeneity. Two example experiments are presented: (1) a field experiment with a 6-patch grid of soils to measure plant population responses and (2) a greenhouse experiment with 2-patch soils to measure individual plant responses. Soils can be collected from the zone of root influence (soils from the rhizosphere and directly adjacent to the rhizosphere) of plants in the field from conspecific and heterospecific plant species. Replicate collections are used to avoid pseudoreplicating soil samples. These soils are then placed into separate patches for heterogeneous treatments or mixed for a homogenized treatment. Care should be taken to ensure that heterogeneous and homogenized treatments experience the same degree of soil disturbance. Plants can then be placed in these soil treatments to determine the effect of plant-induced soil heterogeneity on plant performance. We demonstrate that plant-induced heterogeneity results in different outcomes than predicted by traditional coexistence models, perhaps because of the dynamic nature of these feedbacks. Theory that incorporates environmental heterogeneity influenced by the assembling community and additional empirical work is needed to determine when heterogeneity intrinsic to the assembling community will result in different assembly outcomes compared with heterogeneity extrinsic to the community composition.

Understanding the role of environmental heterogeneity in species coexistence has typically focused on types of heterogeneity that are extrinsic to the community&#8217;s species composition. We provide novel detailed methods for creating soil heterogeneity treatments using soils subject to plant-soil feedback conditioning, or heterogeneity intrinsic to the community composition.

Protocolo experimental para indução-Plant Manipulando heterogeneidade do solo

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

Ambiente

Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal carbonization (HTC) are promising technologies for bioenergy production from biomass in terms of biogas and HTC biochar, respectively. In this study, the combination of AD and HTC is proposed to increase overall bioenergy production. Wheat straw was anaerobically digested in a novel upflow anaerobic solid state reactor (UASS) in both mesophilic (37 &#176;C) and thermophilic (55 &#176;C) conditions. Wet digested from thermophilic AD was hydrothermally carbonized at 230 &#176;C for 6 hr for HTC biochar production. At thermophilic temperature, the UASS system yields an average of 165 LCH4/kgVS&#160;(VS: volatile solids) and 121 L CH4/kgVS&#160;at mesophilic AD over the continuous operation of 200 days. Meanwhile, 43.4 g of HTC biochar with 29.6 MJ/kgdry_biochar was obtained from HTC of 1 kg digestate (dry basis) from mesophilic AD. The combination of AD and HTC, in this particular set of experiment yield 13.2 MJ of energy per 1 kg of dry wheat straw, which is at least 20% higher than HTC alone and 60.2% higher than AD only.

A novel Upflow Anaerobic Solid State (UASS) reactor was used for biogas production from fibrous feedstock. Digestate from UASS reactor was hydrothermally carbonized into HTC biochar in a pressurized batch reactor. The integration of the two bioenergy concepts was applied in this study to increase overall bioenergy production.

Avaliação Integrada Digestão Anaeróbia e carbonização hidrotérmica para Bioenergy Production

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal ...

Exploring the Effects of Atmospheric Forcings on Evaporation: Experimental Integration of the Atmospheric Boundary Layer and Shallow Subsurface

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study evaporation under various surface boundary conditions to improve our current understanding and characterization of this multiphase phenomenon as well as to validate numerical heat and mass transfer theories that couple Navier-Stokes flow in the atmosphere and Darcian flow in the porous media. Experimental data were collected using a unique soil tank apparatus interfaced with a small climate controlled wind tunnel. The experimental apparatus was instrumented with a suite of state of the art sensor technologies for the continuous and autonomous collection of soil moisture, soil thermal properties, soil and air temperature, relative humidity, and wind speed. This experimental apparatus can be used to generate data under well controlled boundary conditions, allowing for better control and gathering of accurate data at scales of interest not feasible in the field. Induced airflow at several distinct wind speeds over the soil surface resulted in unique behavior of heat and mass transfer during the different evaporative stages.

A protocol for the design and construction of a soil tank interfaced to a small climate controlled wind tunnel to study the effects of atmospheric forcings on evaporation is presented. Both the soil tank and wind tunnel are instrumented with sensor technologies for the continuous in situ measurement of environmental conditions.

Explorando os efeitos de forçantes atmosféricas sobre evaporação: Integração Experimental da Camada Limite Atmosférica e Raso Subsurface

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study ...

Experimental Protocol for Detecting Cyanobacteria in Liquid and Solid Samples with an Antibody Microarray Chip

Global warming and eutrophication make some aquatic ecosystems behave as true bioreactors that trigger rapid and massive cyanobacterial growth; this has relevant health and economic consequences. Many cyanobacterial strains are toxin producers, and only a few cells are necessary to induce irreparable damage to the environment. Therefore, water-body authorities and administrations require rapid and efficient early-warning systems providing reliable data to support their preventive or curative decisions. This manuscript reports an experimental protocol for the in-field detection of toxin-producing cyanobacterial strains by using an antibody microarray chip with 17 antibodies (Abs) with taxonomic resolution (CYANOCHIP). Here, a multiplex fluorescent sandwich microarray immunoassay (FSMI) for the simultaneous monitoring of 17 cyanobacterial strains frequently found blooming in freshwater ecosystems, some of them toxin producers, is described. A microarray with multiple identical replicates (up to 24) of the CYANOCHIP was printed onto a single microscope slide to simultaneously test a similar number of samples. Liquid samples can be tested either by direct incubation with the antibodies (Abs) or after cell concentration by filtration through a 1- to 3-&#956;m filter. Solid samples, such as sediments and ground rocks, are first homogenized and dispersed by a hand-held ultrasonicator in an incubation buffer. They are then filtered (5 - 20 &#956;m) to remove the coarse material, and the filtrate is incubated with Abs. Immunoreactions are revealed by a final incubation with a mixture of the 17 fluorescence-labeled Abs and are read by a portable fluorescence detector. The whole process takes around 3 h, most of it corresponding to two 1-h periods of incubation. The output is an image, where bright spots correspond to the positive detection of cyanobacterial markers.

Experimental Protocol for Detecting Cyanobacteria in Liquid and Solid Samples with an Antibody Microarray Chip

The presence of cyanobacterial toxins in fresh water reservoirs for human consumption is a major concern for water management authorities. To evaluate the risk of water contamination, this article describes an protocol for the in-field detection of cyanobacterial strains in liquid and solid samples by using an antibody microarray chip.

Protocolo experimental para Detectar<em&gt; Cianobactérias</em&gt; Em amostras líquidas e sólidas com um Microarray Chip Antibody

Global warming and eutrophication make some aquatic ecosystems behave as true bioreactors that trigger rapid and massive cyanobacterial growth; this has ...

Protocol for Microplastics Sampling on the Sea Surface and Sample Analysis

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of scientific publications address microplastic pollution of the sea surface. The protocol below describes the methodology for sampling, sample preparation, separation and chemical identification of microplastic particles. A manta net fixed on an &#187;A frame&#171; attached to the side of the vessel was used for sampling. Microplastic particles caught in the cod end of the net were separated from samples by visual identification and use of stereomicroscopes. Particles were analyzed for their size using an image analysis program and for their chemical structure using ATR-FTIR and micro FTIR spectroscopy. The described protocol is in line with recommendations for microplastics monitoring published by the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) Technical Subgroup on Marine Litter. This written protocol with video guide will support the work of researchers that deal with microplastics monitoring all over the world.

The protocol below describes the methodology for: microplastics sampling on the sea surface, separation of microplastic and chemical identification of particles. This protocol is in line with the recommendations for microplastics monitoring published by the MSFD Technical Subgroup on Marine Litter.

Protocolo para Microplásticos Amostragem na superfície do mar e análise de amostras

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of ...

Protocol for Assessing the Relative Effects of Environment and Genetics on Antler and Body Growth for a Long-lived Cervid

Cervid phenotype can be placed into one of two categories: efficiency, which promotes survival over extravagant morphometric growth, and luxury, which promotes growth of large weaponry and body size. Populations of the same species display each phenotype depending on environmental conditions. Although antler and body size of male white-tailed deer (Odocoileus virginianus) varies by physiographic region in Mississippi, USA and is strongly correlated with regional variation in nutritional quality, the effects of population-level genetics from native stocks and previous re-stocking efforts cannot be disregarded. This protocol describes how we designed a controlled study, where other factors that influence phenotype, such as age and nutrition, are controlled. We brought wild-caught pregnant females and six-month-old fawns from three distinct physiographic regions in Mississippi, USA to the Mississippi State University Rusty Dawkins Memorial Deer Unit. Deer from the same region were bred to produce a second generation of offspring, allowing us to assess generational responses and maternal effects. All deer ate the same high-quality (20% crude protein deer pellet) diet ad libitum. We uniquely marked each neonate and recorded body mass, hind foot, and total body length. Each subsequent fall, we sedated individuals via remote injection and sampled the same morphometrics plus antlers of adults. We found that all morphometrics increased in size from first to second generation, with full compensation of antler size (regional variation no longer present) and partial compensation of body mass (some evidence of regional variation) evident in the second generation. Second generation males that originated from our poorest quality soil region displayed about a 40% increase in antler size and about a 25% increase in body mass when compared to their wild harvested counterparts. Our results suggest phenotypic variation of wild male white-tailed deer in Mississippi are more related to differences in nutritional quality than population-level genetics.

Phenotypic differences among cervid populations may be related to population-level genetics or nutrition; discerning which is difficult in the wild. This protocol describes how we designed a controlled study where nutritional variation was eliminated. We found that phenotypic variation of male white-tailed deer was more limited by nutrition than genetics.

Protocolo para avaliar os efeitos relativos do ambiente e da genética na galhada e no crescimento corporal de um cervídeo de vida longa

Cervid phenotype can be placed into one of two categories: efficiency, which promotes survival over extravagant morphometric growth, and luxury, which ...

Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron (Oxy)Hydroxides, Trace Elements, and Bacteria

Fate and speciation of trace elements (TEs), such as arsenic (As) and mercury (Hg), in aquifers are closely related to physio-chemical conditions, such as redox potential (Eh) and pH, but also to microbial activities that can play a direct or indirect role on speciation and/or mobility. Indeed, some bacteria can directly oxidize As(III) to As(V) or reduce As(V) to As(III). Likewise, bacteria are strongly involved in Hg cycling, either through its methylation, forming the neurotoxin monomethyl mercury, or through its reduction to elemental Hg&#176;. The fates of both As and Hg are also strongly linked to soil or aquifer composition; indeed, As and Hg can bind to organic compounds or (oxy)hydroxides, which will influence their mobility. In turn, bacterial activities such as iron (oxy)hydroxide reduction or organic matter mineralization can indirectly influence As and Hg sequestration. The presence of sulfate/sulfide can also strongly impact these particular elements through the formation of complexes such as thio-arsenates with As or metacinnabar with Hg.
Consequently, many important questions have been raised on the fate and speciation of As and Hg in the environment and how to limit their toxicity. However, due to their reactivity towards aquifer components, it is difficult to clearly dissociate the biogeochemical processes that occur and their different impacts on the fate of these TE.
To do so, we developed an original, experimental, column setup that mimics an aquifer with As- or Hg-iron-oxide rich areas versus iron depleted areas, enabling a better understanding of TE biogeochemistry in anoxic conditions. The following protocol gives step by step instructions for the column set-up either for As or Hg, as well as an example with As under iron and sulfate reducing conditions.

Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron OxyHydroxides, Trace Elements, and Bacteria

Fate and speciation of arsenic and mercury in aquifers are closely related to physio-chemical conditions and microbial activity. Here, we present an original experimental column setup that mimics an aquifer and enables a better understanding of trace element biogeochemistry in anoxic conditions. Two examples are presented, combining geochemical and microbiological approaches.

Instalação de coluna experimental para estudar anaeróbicas biogeoquímicas interações entre bactérias, oligoelementos e hidróxidos de ferro (oxi)

Fate and speciation of trace elements (TEs), such as arsenic (As) and mercury (Hg), in aquifers are closely related to physio-chemical conditions, such as ...

Collection and Extraction of Occupational Air Samples for Analysis of Fungal DNA

Traditional methods of identifying fungal exposures in occupational environments, such as culture and microscopy-based approaches, have several limitations that have resulted in the exclusion of many species. Advances in the field over the last two decades have led occupational health researchers to turn to molecular-based approaches for identifying fungal hazards. These methods have resulted in the detection of many species within indoor and occupational environments that have not been detected using traditional methods. This protocol details an approach for determining fungal diversity within air samples through genomic DNA extraction, amplification, sequencing, and taxonomic identification of fungal internal transcribed spacer (ITS) regions. ITS sequencing results in the detection of many fungal species that are either not detected or difficult to identify to species level using culture or microscopy. While these methods do not provide quantitative measures of fungal burden, they offer a new approach to hazard identification and can be used to determine overall species richness and diversity within an occupational environment.

Determining the fungal diversity within an environment is a method utilized in occupational health studies to identify health hazards. This protocol describes DNA extraction from occupational air samples for amplification and sequencing of fungal ITS regions. This approach detects many fungal species that can be overlooked by traditional assessment methods.

Coleta e extração de ar ocupacional amostras para análise de DNA fúngico

Traditional methods of identifying fungal exposures in occupational environments, such as culture and microscopy-based approaches, have several ...

Experimental Protocol for Detecting Mitochondrial Function in Hepatocytes Exposed to Organochlorine Pesticides

This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function for a better understanding the cause of metabolic disorders caused by environmental organochlorine pesticides (OCPs) in hepatocytes. HepG2 cells were exposed to &#946;-hexachlorocyclohexane (&#946;-HCH) for 24 h at an equivalent dose of internal exposure in general population. Ultrastructure in hepatocytes was examined by transmission electron microscopy (TEM) to show the damage of mitochondria. Mitochondrial function was further evaluated by mitochondrial fluorescence intensity, adenosine 5'-triphosphate (ATP) levels, oxygen consumption rate (OCR) and mitochondrial membrane potential (MMP) in HepG2 cells incubated with &#946;-HCH. The mitochondria fluorescence intensity after stained by mitochondrial green fluorescent probe was observed with a fluorescence microscopy. The luciferin-luciferase reaction was used to determine ATP levels. The MMP was detected by the cationic dye JC-1 and analyzed under flow cytometry. OCR was measured with an extracellular flux analyzer. In summary, these protocols were used in detecting mitochondrial function in hepatocytes with to investigate mitochondria damages.

Understanding the influence of environmental organochlorine pesticides (OCPs) on mitochondrial function in hepatocytes is important in exploring the mechanism of OCPs causing metabolic disorders. This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function.

Protocolo Experimental para Detecção de Função Mitocondrial em Hepatócitos Expostos a Pesticidas Organoclorine

This paper presents detailed methods on detecting hepatic mitochondrial function for a better understanding the cause of metabolic disorders caused by ...

The Hawaii Protocol for Scientific Monitoring of Coffee Berry Borer: a Model for Coffee Agroecosystems Worldwide

Coffee berry borer (CBB) is the most devastating insect pest for coffee crops worldwide. We developed a scientific monitoring protocol that is aimed at capturing and quantifying the dynamics and impact of this invasive insect pest as well as the development of its host plant across a heterogeneous landscape. The cornerstone of this comprehensive monitoring system is timely georeferenced data collection on CBB movement, coffee berry infestation, mortality by the fungus Beauveria bassiana, and coffee plant phenology via a mobile electronic data recording application. This electronic data collection system allows field records to be georeferenced through built-in global positioning systems, and is backed by a network of weather stations and records of farm management practices. Comprehensive monitoring of CBB and host plant dynamics is an essential part of an area-wide project in Hawaii to aggregate landscape-level data for research to improve management practices. Coffee agroecosystems in other parts of the world that experience highly variable environmental and socioeconomic factors will also benefit from implementing this protocol, in that it will drive the development of customized integrated pest management (IPM) to manage CBB populations.

Comprehensive monitoring of coffee berry borer and host plant dynamics is essential for aggregating landscape-level data to improve management of this invasive pest. Here, we present a protocol for scientific monitoring of coffee berry borer movement, infestation, mortality, coffee plant phenology, weather, and farm management via a mobile electronic data recording application.

O protocolo de Havaí para acompanhamento científico da broca do café: um modelo para agroecossistemas de café no mundo

Coffee berry borer (CBB) is the most devastating insect pest for coffee crops worldwide. We developed a scientific monitoring protocol that is aimed at ...