Analiza elementala de inele de copac

... Prima dată am făcut cunoştinţă cu tehnica de carotaj copaci în timp ce în 1973 am fost un student absolvent in biologie la Universitatea Emory din Atlanta, Georgia. În acele zile au fost foarte putin scris despre tehnicile de eşantionare, de pregătire şi de analiză pentru metale urme în lemn. Din acel moment mai mult literatura de specialitate au devenit disponibile, şi tehnici de propria mea s-au imbunatatit considerabil.

Am organizat comentariile mele de mai jos la rubricile care corespund la întrebările primite de către [anchetatori]. Cititorii care doresc mai multe informaţii detaliate cu privire la munca mea timpurie ar trebui să consulte teza de master meu, "Varsta-specifice de distribuţie Plumb în Inele urban de copaci de pădure în Atlanta, Georgia", disponibil de la Universitatea Emory şi hârtie literatura deschisă, bazată pe faptul că locul de muncă, "specifice vârstei Plumb Distribuţia Inele Xylem de genuri copac Trei din Atlanta, Georgia ", coautorul de HL Ragsdale, Environ. Poluanţi. Ser. B2 (1981): 21-35.

Prelevarea de probe şi de propoziţii preparare

În cele mai multe din munca mea timpurie cu analiza elementară a inele de copac am folosit un oţel 4 sau 5-mm sau teflonate corer creştere pentru prelevarea de probe. Cel mai recent, am fost folosind un corer de 12 mm diametru, care a fost crom sau nichelate. Avantajul corers diametrul mai mic, desigur, este că acestea sunt mult mai uşor inserate în copaci, în special stejari şi hickories. Ei fac, cu toate acestea, se rup mai usor decat corer de 12 mm diametru. Avantajul corer mai mari este că proba se obţine mai mult, iar acest lucru poate fi critic în cazul în care metalele urmă se află la o concentraţie scăzută sau pasul de timp (3, 4 sau 5 trepte an) pentru analiză este mic. Bazat pe considerente geometrice simple, Ar fi nevoie de 9 miezuri de 4-mm diametru sau 6 nuclee cu diametrul de 5-mm pentru a oferi masa probei la fel de mult ca un singur nucleu de 12 mm. Dezavantaj major pentru corer mai mare este faptul că este aproape imposibil de a introduce în specii de lemn de esenta tare de muritorii de rand.

Prin ani am făcut o serie de mici experimente informale concepute pentru a testa de contaminare a probei fie din corer în sine sau din scoarţă în timpul inserare a corer. (Această întrebare de contaminare intotdeauna pare sa vina in timpul discuţiei de rezultate). Nu am găsit nici o urmă de astfel de contaminare. Cu toate acestea, este întotdeauna înţelept atunci când se analizează pentru metale urme reduce la minim orice contaminare şansele de probă. Pentru tree-ring analiza acest lucru înseamnă păstrarea corer interioare si exterioare suprafete libere de la "Gunk" [alburn, răşini uleioase, etc) si rugina. Acesta este un motiv pentru care am folosi acum o crom sau nichel-placat cu corer. Bordajul metalic al elimina ruginirea corer, face mai uşor de curăţat şi, de fapt face mai usor pentru a insera corer în copac. Experienta mea cu corers filmate de teflon este faptul că în curând teflon dispare biţi şi interiorul corer, şi curând a rugineste fără atenţie frecvente. De asemenea, teflon corers "striga" în timpul inserare. Corers placat sunt mult mai silenţioase.

Înapoi în laborator pot îngheţa miezuri de până la pregătirea pentru analiză. Chiar refrigerate, ciuperci şi mucegai ar apărea în curând. Niciodată nu se usuce înainte de miezuri de prelevare de probe pentru analiză, pentru că atunci când uscate pe care le crapa si sunt dificil de curăţat şi tăiat. Eu folosesc de configurare descris în Fig. 1 pentru pregătirea eşantioanelor. Fred C. Henson Co etapă de montare de bază a fost modificat astfel încât să poată fi deschis destul de departe de a accepta mâneci teflon şi de bază. Ideea aici este că mâneci securizat de bază, astfel încât piesele nu va acoperi off cum ar fi "tiddlywinks" atunci când se face tăiat. Am curat de bază prin reducerea paralel cu axa de bază din oţel inoxidabil cu un bisturiu ca un morcov ar fi curăţate. Şurub degetul mare este de slabit, rotite de bază, şurub degetul mare re-strâns, şi a tăiat o altă paralelă în care se face. În acest fel, întreaga suprafaţă care a fost expus la corer este eliminat. Obiectivul aici este de a elimina orice contaminare atât de suprafaţă, şi, de asemenea, scoate inelele pentru crossdating, măsurare şi tăiere. Manecile teflon şi lame de oţel inoxidabil bisturiu sunt folosite pentru a minimiza contaminarea urme metale. Din păcate, din oţel inoxidabil pierde rapid marginea ei, deci mai mult de o lama pe nucleu poate fi necesară, în special în cazul în care lemnul este greu. Eu folosesc forcepsul din oţel inoxidabil sau o pereche de hemostats să se ocupe de bază în timp ce de curăţare şi de tăiere.

Figura 1. Configurare pentru curăţarea şi tranşării miezuri de copac.

Contez, de obicei, sună înapoi de la inelul cel mai recent constituite în conformitate cu 10X (rareori este o putere mai mare este necesar). În munca mea am folosit paşii de timp de intervale de 4, 5 şi 10 ani. Chiar si cu un miez diametru de 12 mm, acest lucru poate însemna 0.1 grame de lemn la perioadele de creştere lentă. Cu toate acestea, cele mai multe mostre de 5 ani, interval de timp măsurile 0.1 - 0.3 grame. Pas de timp selectat într-adevăr depinde de obiectivul studiului şi de fondurile disponibile. Tendinţe încărcătura pot fi observate cu paşi de timp mai mari, dar analize statistice ale tendinţelor istorice sunt facilitate de un pas de timp mai scurt. În munca mea cea mai recentă cu privire la schimbările în chimia lemnului din anii 1950, am folosit un pas de 5 ani de timp din anul 1950 şi de 10 ani, pas de timp anterior pentru 1950. Anchetatorul va trebui să facă o determinare individuală a pas de timp adecvat pentru un studiu specific.

Am incercat tehnici umed digestie pentru punerea în lemn soluţiei pentru analiză, fără succes. Problema cu tehnici de digestie umedă (de exemplu, HNO3-HClO4 digera), este faptul că acestea necesită un minim de 10 pana la 15 ml de acid clorhidric concentrat pentru digestie şi acest lucru conduce la o diluţie extraordinară a cantităţilor urme de metale în g 0.1 - 0.3 din lemn digerate. De asemenea, pentru cele mai multe tehnici de analiză, de acid digera sunt aduse până la un volum mai mare, diluarea în continuare de concentraţie de metale. Am înţeles că în prezent există proceduri care utilizează Parr-tip bombe digestie care folosesc cât mai puţin 5 ml de 50% H2O2 în conformitate cu temperaturi si presiuni ridicate pentru a digera lemnul. Cu toate acestea, producţia de un număr mare de probe, cu tehnici, cum ar necesită fabricarea unei nave speciale de digestie multichambered.

Pentru procesarea unui număr mare de probe, am constatat că calcinare uscată este o abordare buna. Mici (10 ml) Pahare de laborator Pyrex sau navele cuarţ calcinare poate fi păstrat chimic "curate", într-o baie de 6 N HNO3, şi ele servesc ca atât de uscare şi navele de calcinare. Procedura Eu folosesc în prezent este de a plasa în partea de inelul tăiată într-un număr de 10 ml pahar Pyrex. (Un set de 50 de pahare de laborator poate fi uşor inscriptionate cu un instrument de diamant cu vârf de marcare). Am să înregistreze numărul de pahar de lângă identificarea eşantionului şi rezultă că numărul de probă (mai degrabă decât numele eşantion), ulterior. După ce toate probele au fost plasate în pahare, le-am loc într-o tavă, se acoperă tava cu folie de aluminiu, şi uscaţi-le timp de 24 de ore la 100 ° C într-un cuptor de uscare forţată cu aer. Paharele sunt apoi introduse într-un exsicator să se răcească, şi acestea sunt cântărite pe o balanţă analitică. Fie vasul plus eşantion poate fi cântărit (şi greutatea proprie a pahar de laborator se scad) sau proba poate fi revocat din paharul cu forcepsul din oţel inoxidabil sau hemostats şi cântărite de la sine. Eu prefer a doua abordare, cu eşantioane de mai puţin de 1 gram. După înregistrarea ponderile de lângă numărul de proba, am loc paharele de laborator şi probă într-un cuptor închis şi se calcinează timp de 24 de ore la 400 ° C. Temperaturi mai ridicate sunt inutile şi pot provoca volatilizarea metalelor; temperaturi mai scăzute poate duce la o cenuşă incompletă. După îndepărtarea paharele de laborator de la cuptor şi permiţându-le să se răcească, cenuşa este preluat în 5,0 ml de 10% HNO3 (factor pentru un eşantion de 0,1 g, şi diluţie este 50). În cele din urmă, o picătură de 30% H2O2, se adaugă pentru a elimina orice culoare sau precipitat stânga în paharul de laborator.

Elemental Analiza

Procedura de mai sus pot fi modificate în funcţie de analiza efectuată. Eu folosesc 5,0 ml de soluţie de acid pentru că aceasta este suma minimă necesară pentru plasmă cuplată inductiv (ICP) analiză. Aceeaşi sumă ar fi probabil necesare pentru tehnici de flacără absorbţie atomică (AA). Cu grafit cuptor AA tehnici de 1,0 ml sau mai puţin, probabil, ar fi suficiente. În funcţie de tipul analizei efectuate, de acid şi suma utilizata ar putea fi variat. Este important să ne amintim că concentraţiei de metale cele mai multe urme este mai mică de 1 ppm în lemn. Astfel, limitele de detectare a tehnicii de analiză trebuie să fie păstrate în minte. Pentru metale urme în lemn, tehnicile de cuptor de grafit AA sunt probabil cele mai bune.

Eu am folosit AA flacara, cuptor de grafit AA, şi ICP pentru analiza urmelor de metale din lemn. Flacără AA ar fi potrivit numai pentru analiza Na, Mg, eventual Al, K, Ca, Mn, Sr, Ba şi. ICP va da rezultate de obicei, pentru aproximativ 30 de elemente, inclusiv Ag, Al, Ca, B, Ba, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Hf, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Sb, Se, Si, Sr, Ti, V, Zn, şi Zr. Cu toate acestea, rareori sunt Ag, As, Co, Cr, Ga, Mo, Sb, Se, V, şi Zr, detectat în lemn de către ICP. Tehnici de grafit cuptor sunt, probabil, cel mai bun pentru orice element unic dat, dar dezavantajele sale sunt şef de timpul necesar pentru a configura şi calibra tub, de analiza cu element numai singur, şi viaţa scurtă a tuburilor grafit. Pentru ceea ce merită, am constatat că tipul de acid si molaritatea nu sunt consideraţii importante pentru ICP. Pentru o absorbţie atomică, HNO3 şi HClO4 au fost cele mai bune acizii, dar molaritatea a avut un efect asupra absorbţiei. Pentru cuptor de grafit AA, eu prefer acid percloric, dar este mai greu decât pe tuburile acid azotic şi este, astfel, un pic mai costisitoare.

Observaţii generale

Din experienţa mea cu urme analiza metale din lemn, cea mai mare diferenţă în modelele temporala este între specii inel-poroase şi difuze-poros, cu specii de inel-poros prezintă modele de importanţă istorică. Eu cred că diferenţa se datorează în principal diferenţelor în conducta de apă şi durata de viaţă funcţională a tuburilor xylem în cele două. Pentru fiecare copac difuz-poros am examinat, în timp metale modele de concentrare au arătat o "formă de clopot", model, cu cele mai mari concentraţii undeva în mijlocul Bole. Astfel de modele sunt dificil să se refere la evenimente istorice, şi am sugerează că inel-poroase doar copaci sau conifere fi utilizate pentru a reconstrui istorii poluare.

Modele de metalelor alcaline (Li, Na, K, etc), alcalino-pământoase metale (Mg, Ca, Sr, etc), Mn, Zn şi în [Smoky Mountains] conifere sugereaza ca fie modificări lor rata de absorbţie cu time1 sau că acestea sunt translocat de la tineri la inele mai mari. Lor modele temporale de concentrare tind sa fie foarte asemănătoare între ele şi oarecum similare, pentru a identifica modelele de metale în difuz-poros specii, dar formă de clopot este mult mai plat. Modele de Al, B, Cu, Cd, Fe, Ni şi, Pb şi sugerează că aceste metale nu translocate la un nivel semnificativ (o cantitate mică de translocatie de Pb în Hickory a fost sugerat în munca mea începutul anului). Detectarea de niveluri ppm de Cd, Cr, Co, Pb, Mo, V sau din lemn este rară, iar apariţia lor în lemn este probabil un indiciu al poluării antropice.

Este foarte dificil să se stabilească dacă a avut loc în translocatie inele de copac dintr-o singură observaţie în timp. Excepţie de la acest lucru este atunci când există un istoric "marker", cum ar fi introducerea de tetraetil de plumb-benzină în Statele Unite în 1923 sau la începutul sau încetarea de o sursă de poluare. O parte din munca mea recente cu scurt-frunza pin în direcţia vântului în Copperhill, Tennessee, sugerează că fierul este imobil în această specie. Acumulări de fier a crescut între 1863 şi 1910 (atribuite în mod direct sau indirect, la emisiile de ardere de la topirea cuprului), se pare că au rămas în inele format în acea perioadă. De asemenea, lucrările recente nepublicate de către Larry Ragsdale de la Universitatea Emory a demonstrat translocaţie puţin sau deloc de Pb în Hickory, deoarece munca mea originală, acum zece ani. Ragsdale umplută recent copaci aceeaşi am facut din nou în 1973-1974. El a descoperit că modelele am observat au fost în esenţă, neschimbat în ultimii zece ani.

Fred Baes
Life Sciences Division
Oak Ridge National Laboratory
1060 Comerţ Park
Oak Ridge, Tennessee 37830

1It este opinia mea, că concentraţiile declin de Ca, Mg, Al, etc, care am văzut-o în mai multe inele recent formate în conifere Mountain fum indică schimbări fără precedent pentru pădurile de mare altitudine provocate de poluarea aerului şi de depunere de acid din 1950.