Alkuaineanalyysi Skimmate: mitä proteiini Skimmer todella poistaa akvaarion vedestä?

melko vastavaikutteinen havainto siitä, että valkuaisaineet poistavat vain 20 – 35% mitattavissa olevasta orgaanisesta hiilestä (TOC) riutta-akvaarion vedessä (Feldman, 2009; Feldman, 2010), herättää kysymyksen: “mitä kaikkea se “kama” keräämistämme skimmerikuppeihimme?”Onko se todella TOC, tai ainakin labiili, tai” skimmattava”, murto-osa TOC? Yritykset tunnistaa Toc-komponentteja aidosta merivedestä ovat vielä lapsenkengissään, ja tähän mennessä tämä materiaali on vastustanut yksityiskohtaista kemiallista analyysiä. Viimeaikaiset ponnistelut pääasiassa Hatcher ja kollegoiden (Mopper, 2007; De la Rosa, 2008) käyttäen kehittyneitä massaspektrometria ja ydinmagneettiseen resonanssiin spektroskopia tekniikoita ovat paljastaneet, että aito ocean TOC koostuu kymmenistä tuhansista erillisistä yhdisteistä, jotka sisältävät kemiallisia edustajia kaikista tärkeimmistä biokemiallisista ryhmistä; lipidit, peptidit, hiilihydraatit, heterosyklit, aromaattiset, jne. Ocean TOC: n ja aquarium TOC: n välinen suhde on vielä vahvistamatta, mutta näyttää todennäköiseltä, että akvaariossamme TOC on yhtä monipuolinen ja rikas kemialliselta monimutkaisuudeltaan. Näin ollen on yhtä epätodennäköistä, että akvaarion kemiallinen hajoaminen TOC on tulossa lähitulevaisuudessa. On kuitenkin olemassa analyyttisiä menetelmiä, jotka voivat paljastaa ja kvantifioida suurimman osan TOC: n alkuainekomponenteista, ja pienellä kemiallisella intuitiolla mahdollistaa joidenkin näiden komponenttien osoittamisen kemiallisiin kategorioihin. Näitä analyysimenetelmiä kutsutaan Alkuaineanalyysiksi (tai Palamisanalyysiksi) ja Induktiivisesti kytkettyyn plasmaan perustuvaksi Atomiemissiospektroskopiaksi. Molemmat menetelmät ovat saatavilla monista kaupallisista toiminnoista; käytimme Tucson AZ: n Columbia analyyttisiä palveluita skimmaattinäytteissämme (http://www.caslab.com/).

kokeelliset tulokset

kaikki skimmaattinäytteet saatiin h&s 200-1260-skimmauslaitteen keräyskupista, joka kulki tekijän huostassa olevassa 175 gallonan riuttasäiliössä. Näiden kokoelmien aikana säiliössä oli 10 kalaa (pari Pterapogon kauderni (Banggai cardinals), pari Liopropoma carmabi (candy bass), Centropyge loriculus (flame angel), Centropyge interrupta (Japaninpygmy angel), Oxycirrhites typus (longnose hawkfish), Zebrasoma flavescens (yellow Tang), Amblygobius bynoensis (Byno goby) ja Synchiropus splendidus (mandariini)), noin 40 koralli yhdyskuntaa SPS -, LPS-ja Maljaluokista sekä muutamia kymmeniä etanat ja erakkoravut. Pehmytkoralleja tai simpukoita ei koralli. Tyypillisiä päivittäisiä syötteitä olivat yksi kuutio Hikari mysis-katkarapuja, yksi kuutio PE mysis-katkarapuja, hyppysellinen hiutaleruokaa ja hyppysellinen pellettiruokaa. Kolmesti viikossa käytettiin riutan Ravintotuotteita Fytofeast, Rotifeast, Oysterfeast ja Arctipods, ja nori-arkki lisättiin kerran viikossa. Skimmerikuppi puhdistettiin viikoittain, ja rakeista aktiivihiiltä (GAC), rakeista rautaoksidia (GFO), kalsiumreaktoria ja UV-sterilaattoria käytettiin kaikki jatkuvasti. Seitsemäntoista prosenttia vesitilavuudesta vaihdettiin viikoittain, ja myös säiliön parametrit mitattiin viikoittain; = 1.4 ppm (1 tunti ruokinnan jälkeen) – 0, 5 ppm (24 tuntia ruokinnan jälkeen), = 390 – 410 ppm, = 1230 – 1260 ppm, = 3, 5 – 4 meq/L, suolapitoisuus = 34, 5 – 36 ppt, pH = 7, 8 (valot päälle) – 8, 1 (valot pois), < 0, 5 ppm, ei mitattavissa olevaa NH4: ää, NO2: ta tai PO4: ää. Valaistusta tarjosivat kaksi 400W 14K geissmannin metallihalidilamppua ja yksi 175w 15k Iwasakin metallihalidilamppu 8-h on -, 16-h off-syklillä. Muita lisäaineita kuin CaCl2•2H2O ei käytetty.

alkuperäinen kokeemme oli suunniteltu tutkimaan veteen liukenemattoman kiinteän aineen koostumusta, joka poistettiin valkuaiskuormaimella. Skimmate kerättiin 4 päivän aikana ilman ruokaa akvaarioon, Fig. 1. H&s 200-1260-kuorimakoneen neste – ja kiintoainepitoisuus poistettiin huolellisesti tämän ajanjakson jälkeen ja konsentroitiin kuivumaan nestehaihduttamalla ensin alennetussa paineessa ja sitten vakuumikuivaamalla 110 oC/0,2 mm. tämä menettely poistaa tehokkaasti lähes kaiken veden (KS.alla) ja tietenkin kaikki skimmaatin haihtuvat aineosat. Tuloksena oli seitsemäntoista grammaa harmaanruskeaa kiinteää ainetta, KS. 1.

neljä grammaa tätä raakaa skimmaattia sekoittui 100 mL: aan tislattua vettä ja sekoitti voimakkaasti useita tunteja. Tämän jälkeen seos erotettiin sentrifugoimalla nopeudella 6000 rpm/10 min, ja supernatantti kaadettiin pois ja heitettiin pois. Tämä menettely toistettiin 3 kertaa, ja sitten jäljellä oleva materiaali vakuumikuivattiin 110 oC/0,2 mm 48 tunnin ajan, jotta saatiin 0,47 gm harmaanvihreää kiinteää ainetta. Huomaa, että CaCO3 on lämmitettävä lämpötilaan > 900 oC, jotta CO2 saadaan poltettua pois. Tälle kiinteälle aineelle tehtiin edellä kuvattu alkuaineanalyysi Columbia Analytices Services:

• C: 21, 08 %
• H: 2, 39 %
• N: 2, 22 %
• Ca:17, 43 %
• Mg: 1, 35 %
• Si: 4, 76 %
• P: 0.16 %

näitä tietoja voidaan tulkita jonkin verran soveltamalla kemiallista intuitiota ja joitakin oletuksia.

1) Kalsiumanalyysi

17.43 painoprosenttia Ca tarkoittaa, että Ca: n kokonaismäärä 470 mg: n näytteessä on 82 mg. Jos oletetaan, että kaikki tämä Ca on kalsiumkarbonaattia (CaCO3, MW = 100), 470 mg kuivattua skimmaattia sisältää 205 mg (44 %) CaCO3: a. Koska hiili on 12 painoprosenttia CaCO3: a, 470 mg kuivattua skimmaattia sisältää ~ 25 mg (~5,2 %) kalsiumkarbonaatista peräisin olevaa (epäorgaanista) hiiltä.

2) Magnesiumanalyysi

1, 35 painoprosenttia Mg tarkoittaa, että Mg: n kokonaismäärä 470 mg: n näytteessä on 6, 3 mg. Jos oletetaan, että kaikki tämä Mg on magnesiumkarbonaattina (MgCO3, MW = 84), 470 mg kuivattua skimmaattia sisältää 22 mg (~ 4,7 %) mgco3: a. Koska hiili on 14 painoprosenttia MgCO3: a, 470 mg kuivattua skimmaattia sisältää ~ 3 mg (~0,7 %) magnesiumkarbonaatista peräisin olevaa epäorgaanista hiiltä.

3) Typpianalyysi

elävät organismit ovat ~ 5 – 9% kuivapainosta typpeä (käytämme 7% yksinkertaisuuden vuoksi), (Sterner, 2002) ja niin, jos laiminlyömme epäorgaaniset typenlähteet (NH4, NO3 ja NO2, jotka ovat mittaamattoman alhaiset säiliövedessä), 2.22 painoprosenttia typpeä tarkoittaa, että on olemassa 10.4 mgs typpeä 470 mgs skimmate, joka laskee 149 mgs (~32 %) orgaanisen materiaalin läsnä.

4) Vetyanalyysi

eläviä organismeja on ~ 7% kuivapainosta vetyä. (Sterner, 2002) 2,39 painoprosenttia vetyä tarkoittaa, että 470 mgs skimmaatissa on 11,2 mgs vetyä, mikä laskee 160 mgs: iin (~34%) orgaanista materiaalia. Vertaa tätä arvoa orgaanisten aineiden typpianalyysiin perustuvaan ennustukseen (3); 32% – erittäin lähellä sopimusta!

5) Hiilianalyysi

21.08 painoprosenttia C tarkoittaa, että C: n kokonaismäärä 470 mg: n skimmaattinäytteessä on 99 mg. Kun C: n määrä vähennetään CaCO3: n maksuosuudesta (25 mg C) ja MgCO3: n maksuosuudesta (3 mg C), jäljelle jää 71 mg C: tä. Mistä tämä hiili on peräisin? Kaksi vaihtoehtoa vaikuttavat todennäköisiltä: hiukkashiilen poistuminen GAC-suodattimesta tai orgaanisista lähteistä peräisin oleva TOC. Elävät organismit ovat 40-50% kuivapainosta hiiltä (käytämme 45% yksinkertaisuuden vuoksi), (Sterner, 2002). Jos kaikki 71 mg hiiltä olisi peräisin orgaanisista lähteistä (=TOC), niin siellä olisi ~ 158 mgs (~34 %) orgaanista materiaalia läsnä. Vertaa tätä arvoa sekä orgaanisten aineiden typpianalyysiin perustuvaan ennustukseen (3); 149 mgs (~ 32%) ja vetyanalyysiin perustuvaan ennustukseen (4); 160 mgs of TOC (34%). Toc-hiilipohjaisen laskennan ja riippumattomien vety-ja typpipohjaisten laskelmien vastaavuutta ei voida jättää huomiotta. Näin ollen
ei ole näyttöä siitä, että olisi kyseenalaista päätellä, että loput 71 mg hiiltä voidaan katsoa orgaanisten lähteiden aiheuttamaksi TOC: ksi; ei ole mitään syytä vedota GAC suodatin ejecta lähteenä tämän hiilen.

6) Piian analyysi

4, 76 painoprosenttia piitä skimmaatin 470 mgs: ssä viittaa siihen, että Si: tä on yhteensä 22, 4 mgs. Jos oletamme, että si: tä edistää piilevien luurankojen biogeeninen opaali (Brzezinski, 1985; Mortlock, 1989), Si on SiO2: n hydratoidussa polymeerissä (n. opaalin molekyylikaava on SiO2•0, 4H2O, 42% si massasta). Siksi voimme arvioida biogeenisen opaalin määrää 53 mgs: na (~ 11%).

7) Fosforianalyysi

0, 16 painoprosenttia P: tä 470 mg: ssa kuivaa skimmaattia merkitsee, että P: tä on 0, 75 mgs. Olettaen, että kaikki P on läsnä fosfaatti, PO43- (MW = 95, tuntematon vasterion), niin on ~ 2,3 mgs (~ 0,5%) po43 – läsnä 470 mgs kuivaa skimmaattia. Tämä määrä vastaa ~ 4900 ppm fosfaattia, mikä on huomattavasti enemmän kuin < 0,02 ppm fosfaattia säiliövedessä. Kuoriminen siis konsentroi fosfaattia.

Alkuaineanalyysin Yhteenveto

tiivistelmässä skimmauslaite vetää esiin kiinteän, veteen liukenemattoman seoksen yhdisteitä, jotka koostuvat):

• 44 % CaCO3: sta
• 5% mgco3: sta
• 11% biogeenisestä opaalista
• 34% orgaanisesta aineksesta
• 0, 5% fosfaatista

näin ollen kuivan veteen liukenemattoman skimmaatin osuus on noin 95%! Mitkä ovat näiden kemiallisten yhdisteiden lähteet skimmaatissa? Biogeeninen opaali on todennäköisesti peräisin piilevien kuorista, jotka ovat pieniä merellisten mikrobien kasviplanktonperheen jäseniä. CaCO3: lla (ja MgCO3: lla) saattaa olla sekä biogeenisiä että abiologisia lähteitä. Kalsiumreaktori toimi koko koekeräysjakson ajan, joten osa CaCO3: sta saattaa olla vain mikropartikkeleita, jotka ovat peräisin tästä laitteesta. Vaihtoehtoisesti CaCO3 saattaa syntyä coccolitophore (Mitchell-Innes, 1987; Stanley, 2005) – ja foraminifera-sukujen planktonisten mikrobien kuorista. Näitä planktonkomponentteja esiintyy tietyissä olosuhteissa merivedessä, mutta akvaariovedessä niitä ei ole todettu esiintyvän. Tällä hetkellä ei ole mahdollista erottaa näitä biologisia ja abiologisia CaCO3-lähteitä toisistaan. Tulevat kokeet
, joissa skimmaattia kerätään ilman käynnissä olevaa kalsiumreaktoria, saattavat valaista asiaa. Skimmaatin sisältämä fosfaatti ei voinut olla peräisin vesipatsaan epäorgaanisesta fosfaatista; kyseinen ioni olisi poistettu perusteellisella vedellä pesemisellä. On mahdollista, että osa tästä fosfaatista on liukenemattoman kalsiumfosfaatin muodossa, mutta esiintyminen olisi epätodennäköistä, koska Ca3(PO4)2: ta muodostuu melko korkeassa pH: ssa, mikä ei ole tyypillistä skimmaattinesteelle (pH = 7,67, KS.jäljempänä). Oletuksena se on siis todennäköisesti peräisin orgaanisesta fosfaatista; toisin sanoen monissa biokemikaaleissa piilevissä ja kaikissa muissa elävissä organismeissa (kokkolitoforit, foraminifera, bakteerit, ihmiset jne.) on kiinnittynyt fosfaattiryhmiä. Akvaarioeliöt värväävät näitä fosfaattimolekyylejä vesipatsaan epäorgaanisesta fosfaatista ja liittävät ne sitten orgaanisiin biokemikaaleihin. Näin ne tehokkaasti konsentroivat fosfaattia vedestä, ja että
fosfaatti poistetaan sitten (sisällä ehjä organismi) kuorimalla. Tästä näkökulmasta skimmaus edesauttaa epäorgaanisen fosfaatin poistumista akvaariovedestä.

mielenkiintoinen ja ehkä ennakoimaton havainto on, että vain 34% tästä kiinteästä skimmaattiaineksesta voidaan liittää “orgaaniseen hiileen”, TOC. Näin ollen 2/3 skimmaatin kiinteästä, veteen liukenemattomasta osasta ei ole TOC: tä, vaan epäorgaanista materiaalia, jolla voi olla (tai ei ole) biogeenistä alkuperää. Jos huomattava määrä tätä epäorgaanista materiaalia on peräisin planktonin kuorista, on todennäköistä, että suuri osa havaitusta orgaanisesta aineksesta (TOC) muodostaa todennäköisesti näiden eliöiden “sisälmykset”. Näin ollen ehkä kovin suuri osa kuorimalla poistetusta TOC: sta ei todellisuudessa ole vapaasti kelluvia orgaanisia molekyylejä. Yksi varoitus tästä tulkinnasta on tietenkin se, että ~ 90% raakaöljyn alkuperäisestä skimmaatista pestiin pois vedellä. Ehkä tämä vesiliukoinen fraktio sisälsi merkittäviä määriä liuennutta orgaanista hiiltä, jota ei olisi havaittu edellä esitetyssä analyysissä.

tämän ongelman ratkaisemiseksi tehtiin toinen, kattavampi skimmaattikemiallinen analyysi. Tässä kokeessa säiliötä ruokittiin päivittäin PE-ja Hikari mysis-katkarapujen, Ocean Nutrition Formula 1-hiutaleiden, Omega One-Veggie-hiutaleiden ja Aqueon Marine-rakeiden seoksella edellä kuvatulla tavalla. Tämän päivittäisen ruokinnan kuivapaino (110 oC/0,2 mm 48 tunnin ajan) oli 0,87 gms/vrk. Tässä kokeessa ei käytetty riutta Nutrition-tuotteita. 7 päivän ruokinnan jälkeen kiinteä ja nestemäinen skimmaatti, jota H&s 200-1260-skimmeri kerää, poistettiin huolellisesti skimmauskupista ja erotettiin sentrifugoimalla (6000 kierrosta minuutissa, 40 min). Vaaleanruskea kirkas supernatantti kaadettiin pois ja sen tilavuus mitattiin; 125 mL. Kiinteä jäännös kuivattiin tyhjiössä 110 oC / 0,2 mm 24 tunnin ajan => 5,18 gm ruskeaa kiinteää ainetta. 110 mL nestettä konsentroitiin alennetussa paineessa ja sitten vakuumikuivattiin (110 oC/0,2 mm / 24 h), jolloin saatiin 2,91 gm ruskeaa kiinteää ainetta ( =>
3,31 gms kiinteää ainetta alkuperäisestä 125 mL: sta talteen otettua nestettä). Jäljelle jääneen nestemäisen skimmaatin 15 mL määritettiin salifert-testisarjalla alkaliniteetiksi: = 8, 0 meq/L. Lisäksi taitekerroin 1, 023 osoitti 31 ppt: n suolapitoisuutta ja pH = 7, 67. Tutkittavaa ominaisuutta ei voitu havaita Ca-tai Mg Salifert-pakkauksilla, Merck phosphate kit-pakkauksella tai Salifert NO3-pakkauksella skimmaattinesteen häiritsevän vaaleanruskean värin vuoksi. On huomattava, että erittäin korkea mittaus ei välttämättä viittaa siihen, että HCO3– tai CO32 – pitoisuudet olisivat korkeita; TOC-poolista saattaa löytyä orgaanisia happokarboksylaatteja, jotka havaitaan tällä emäksisyysmäärityksellä (KS.jäljempänä).

sekä skimmaatin nestemäisen osan haihduttamisesta saatu kiinteä aine että sentrifugoinnin jälkeen saatu kiinteä aine toimitettiin Columbia Analyticsille alkuaineanalyysiä varten. Tulokset on taulukossa1. Lisäksi kuivamuonasta analysoitiin valikoituja alkuaineita. Luonnollinen meriveden Elementti sisältö on mukana vertailua varten.

Taulukko 1. Skimmaatti-ja elintarvikenäytteiden alkuaineanalyysien tulokset.

alkuaine	kiinteä skimmaatti (paino %)	nestemäinen skimmaatti (paino %)	luonnon merivesiolidit (paino %)	elintarvike(paino%)%)
C	22.50	4.50	0.08
Ei	2.72	0.68	0.04
H	2.37	1.33
Lä	1.18	2.47	2.6
A	10.52	0.60	1.1
Mg	1.99	3.21	3.7
Jos	8.94	1.40	< 0.01
Alm	3.45	27.25	30.9
Cl	0.40	43.2	55.4
K	0.38	1.17	1.1
Fe	0.93	<0.02	< 0.01
P	0.46	0.08	< 0.01	1.57
I			< 0.01	< 0.1
Cu			< 0.01	< 0.006
Am	55.84	85.89	95

Elintarvikeanalyysi

kuivatusta elintarvikkeesta määritettiin fosfori -, kupari-ja jodipitoisuus. Näissä analyyseissä ei ole rekisteröity kuparia eikä jodia; elintarvikkeessa voi olla enintään 100 ppb kumpaakaan. Fosforipitoisuus oli kuitenkin havaittavissa, ja 1,57 painoprosenttia P: tä vastaa noin 14 mg PF-fosforia 0,87 g: n päivittäisessä säiliöön syötetyssä kuivatussa ruoassa. Olettaen, että kaikki P on läsnä fosfaatti, PO43- (MW = 95), niin on ~ 42 mgs (~ 5%) PO43 – läsnä 0,87 gm kuivattua ruokaa. Huomaa, että jäädytetyt mysis-katkarapukuutiot pestiin huolellisesti vesijohtovedellä, kunnes ne ovat sulaneet, ja niin fosfaattipitoisuus vedessä jäädyttämistä varten voidaan diskontata. Päivittäinen 42 mg: n fosfaattilisäys akvaarion vesitilavuuden 168 gallonaan vastaa nimellistä lisäystä noin 0,06 ppm fosfaattia päivässä. Koska Merck phosphate test kit-analyysin mukaan fosfaattipitoisuus on < 0, 02 ppm (test kit limit), lisätty fosfaatti näyttää poistuvan helposti vesipatsaasta.

Skimmaattinesteanalyysi

1)Rikkianalyysi

2.47 painoprosenttia rikkiä, joka on 3,31 G: ssä skimmaattinesteestä peräisin olevaa kiinteää ainetta, vastaa noin 82 mg: aa S: ää.tämä rikki on todennäköisesti peräisin sulfaatista, SO42- (MW = 96, 33% s painosta). DOC: ssa on varmasti pieni määrä “orgaanista” rikkiä, mutta se ei todennäköisesti lisää paljoa kokonaisrikkiprosenttiin, koska rikkiä on vain ~ 0,1% elävän aineen kuivapainosta. (Sterner, 2002) joten 82 mg s kuivatussa nestemäisessä skimmaatissa vastaa 248 mg (7,5%) sulfaattia kuivatussa skimmaattinesteessä.

2) Typpianalyysi

The 0.68% typestä kuivapainosta kuivatun skimmaattinesteen 3,31 gm: ssä vastaa 23 mg: aa N: ää.typen lähteitä ovat orgaaniset aineet (DOC) ja tietenkin epäorgaaniset ionit; ammonium (NH4+), nitriitti (NO2–) ja nitraatti (NO3–). Akvaariovedessä ei ole oleellisesti mitattavaa (eli < 1 ppm) NH4: ää, NO2: ta tai no3: a, joten ensimmäisen likiarvon mukaan skimmaatin typen voidaan katsoa olevan “orgaanista” typpeä. Koska elävistä lähteistä peräisin olevan orgaanisen aineksen kuivapainosta noin 7% on typpeä (KS. edellä), skimmaattinesteessä oleva 23 mg typpeä viittaa siihen, että orgaanista ainesta on yhteensä noin 329 mg (~ 10%).

3) Hiilianalyysi

4, 50 painoprosenttia hiiltä 3, 31 gm: ssä kuivattua skimmaattinestettä vastaa 149 mg C: tä. Skimmaattinesteen hiililähteitä ovat karbonaattitasapainon osana oleva epäorgaaninen hiili, Orgaaninen hiili (DOC) ja GAC-suodattimesta poistuvat hiilipartikkelit. Edellä (5) esitetyn väitteen perusteella näyttää epätodennäköiseltä, että GAC-suodatin olisi tämän hiilen lähde. Kahta muuta lähdettä ei voida erottaa toisistaan alkuainemittauksen tai riippumattoman mittauksen perusteella, koska viimeksi mainitussa määrityksessä havaitaan (orgaanisia) karboksylaatteja sekä epäorgaanisia muotoja, bikarbonaatti HCO3– ja karbonaatti CO32-. Skimmaattinesteen epäorgaaniselle (bikarbonaatti-ja karbonaattipitoisuudelle) voidaan kuitenkin asettaa yläraja Salifertin emäksisyyden mittauksesta. Salifertin testipakkauksen kautta mitattu emäksisyys oli 8 meq/L. Jos oletamme tämän ylärajan asettamista varten, että kaikki emäksisyys johtui karbonaattijärjestelmästä, 8,0 meq / L vastaa 1,0 mmol emäksisyyttä sentrifugointiajosta kerätyssä 125 mL: ssa skimmaattinestettä. Edelleen, Jos oletamme, että kaikki tämä emäksisyys on bikarbonaatin muodossa, HCO3– (itse asiassa pH = 7,67, on noin 96% läsnä olevasta karbonaatista), niin meillä olisi 1,0 mmol eli 61 mg HCO3– läsnä 3,31 g: n kuivatussa skimmaattinesteessä. Näin ollen enintään 61 milligrammaa HCO3– (= 20 painoprosenttia) vastaisi vain 12 milligrammaa kuivatun skimmaattinesteen sisältämästä 149 milligramman kokonaishiilestä. Tässä skenaariossa 137 mgs mitatusta hiilestä olisi peräisin orgaanisista lähteistä. Käyttämällä arviota, jonka mukaan elävistä lähteistä peräisin oleva orgaaninen aines on 45% hiiltä, DOC: n määrä kuivatussa skimmaattinesteessä olisi 304 mg (~ 9%); ei liian kaukana typpianalyysiluvusta ~ 10% orgaanisesta aineksesta. Jos toisessa ääripäässä kaikki mitattu alkaliniteetti voitaisiin katsoa orgaanisten karboksylaattien syyksi (oletetaan keskimäärin C18 lajia, joten C = 76% karboksylaatin massasta), alkaliniteetin 1,0 mmol vastaisi 283 mg orgaanisia karboksylaatteja, joista 76% (=215 mg) olisi hiiltä. Koska mitattu kokonaishiilipitoisuus oli vain 149 mgs, jälkimmäinen skenaario on tietenkin mahdoton. Todennäköisesti ~ 3 tai 4 meq/L emäksisyydestä voidaan määrittää HCO3–, joten jäljellä oleva Orgaaninen hiili on noin 143 mgs => 318 mgs (~ 10%) orgaanista materiaalia – sama arvo johdettu typpilaskennan.

4) Vetyanalyysi

1, 33 painoprosenttia vetyä kuivatun skimmaattinesteen 3, 31 gm: n näytteessä merkitsee, että siinä on 44 mg H: ta. Tätä vetyä voidaan tuottaa biologisesti johdetuista orgaanisista lähteistä, epäorgaanisista lähteistä (HCO3– ja HSO4–) ja mahdollisesti epätäydellisestä kuivauksesta jääneestä vedestä. Jos kaikki mitattu vety olisi peräisin vain biologisesti johdetuista orgaanisista lähteistä (~7% vedyn kuivapainosta), ennustaisimme, että kuivattu skimmaattineste sisälsi noin 629 mg (~19%) orgaanista materiaalia. Tämä arvo on selvästi liian suuri verrattuna typen ja hiilen analyysien arvoihin, joten ainakin osan vedystä on oltava peräisin joko epäorgaanisista ioneista tai vedestä. Bikarbonaatti HCO3– ja hiilihappo H2CO3-pitoisuudet ovat mitättömiä, kun otetaan huomioon niiden suhteellisen pienet pitoisuudet (KS.Hiilianalyysi edellä). Lisäksi pH = 7.67, on häviävän pieni määrä bisulfaattia, HSO4 -; sen pKa = 1,9. On siis todennäköistä, että nestemäinen skimmaattinäyte ei kuivunut kokonaan, ja jäljelle jäävä vety on todennäköisesti peräisin tuosta lähteestä. Kun otetaan huomioon typpianalyysin perusteella, että skimmaattinesteestä saatu kiinteä aine sisältää noin 329 mg orgaanista ainetta ja orgaaninen materiaali on noin 7% vetyä, tästä orgaanisesta aineesta saatu vety on noin 23 mg kiinteää jäännöstä. Jos jäljellä oleva mitattu vety (44-23 = 21 mg) on peräisin H2O: sta, vettä on 189 mg (~ 6%).

5) Piianalyysi

skimmaattinesteestä talteen otetun kiinteän aineen 3,31 gm: n 1,40 painoprosenttia piitä muodostaa 46 mg piitä. Tämä pii voi olla peräisin joko vesiliukoisesta ortosiilihaposta (Si (OH) 4, 29% Si, 4% H) tai biogeenisestä opaalista, joka muodostaa edellä kuvatun piilevien kuoren (n. opaalin molekyylikaava on SiO2•0, 4H2O, 42% Si, 1% H). Huomaa, että kummassakin tapauksessa jommankumman si-lähteen tuottaman vedyn määrä on vähäinen (~ 0.04 painoprosenttia alkuperäisestä skimmaattinesteestä johdetusta kiinteästä aineesta) ja tuskin vaikuttaa edellä esitettyihin vetyanalyysin päätelmiin. Ei ole mahdollista määrittää, kuinka paljon piitä on peräisin epäorgaanisesta ortosiilihaposta ja kuinka paljon voidaan katsoa piilevien kuorien olevan, mutta pii – % ei kummassakaan ole kovin erilainen, joten käytämme keskiarvoa (36%) laskiessamme “SiOxHy”: n määrää raakakimmaattinesteen johdetussa kiinteässä aineessa; noin 128 mg (~4%) skimmaattinesteen
kiinteästä aineesta on jonkinlaista silikaattia, SiOxHy: ia.

joten skimmaattinesteen konsentraatiosta saatu kiinteä aine voidaan jakaa:

• epäorgaaniset ionit (Na, Cl, K, Ca, Mg, SO42 -, HCO3–, SiOxHy) 87%
• liuennut Orgaaninen hiili 10%
• vesi 6%
• yhteensä 103%

olemme siis ylittäneet teoreettisen 100%: n enimmäispitoisuuden 3%: lla; ei hassumpaa, kun otetaan huomioon monet arviot ja oletukset, jotka menivät näiden prosenttien hankkimiseen. Tärkeintä kuitenkin on, että skimmaattineste sisältää enimmäkseen tavallisia epäorgaanisia ioneja, jotka muodostavat meriveden tärkeimmät ionit. Vain pieni määrä tätä materiaalia voidaan todennäköisesti liittää liuenneeseen orgaaniseen hiileen, DOC.

skimmaattikiinteistöjen 5,18 gm: n kemiallisessa analyysissä noudatetaan samanlaista lähestymistapaa kuin edellä kuvatun voimakkaasti pestyn skimmaattikiinteistöjen osalta. Tällöin kiinteää ainetta ei kuitenkaan pesty toistuvasti, joten osa vesiliukoisista yhdisteistä säilyy, vaikka suurin osa vedestä poistuikin todennäköisesti tyhjökuivauksen avulla. Nämä vesiliukoiset lajit koostuvat 3,45 paino – % natriumista, 0,40 paino – % kloridista, 0,38 paino – % kaliumista ja 1,18 paino – % rikkistä (= 3,6 paino – % sulfaatista). Lisäksi on todennäköistä, että ainakin osa mitatuista Ca: sta, Mg: sta, C: stä (HCO3: na) ja P: stä saattaa olla peräisin vesiliukoisista yhdisteistä liukenemattoman kiinteän aineen yhdisteiden lisäksi, mutta näiden nimenomaisten epäorgaanisten ionien vesiliukoisen fraktion kokonaismäärät ovat todennäköisesti pieniä, koska runsain ioni, natrium, on vain 3,45 painoprosenttia eristetystä kiinteästä aineesta (Na/Ca = 28 merivedessä). Joten, ensimmäinen lähentäminen, me laiminlyömme niiden osuus vesiliukoinen epäorgaaninen osa kiinteän skimmaatti. Tästä näkökulmasta kuivuneessa skimmaattikiinteistössä on noin 8 painoprosenttia normaalisti vesiliukoisia epäorgaanisia ioneja.

1) Kalsiumanalyysi

10, 52% painosta Ca tarkoittaa, että Ca: n kokonaismäärä 5, 18 mg: n näytteessä on 545 mg. Jos oletetaan, että suurin osa tästä Ca: sta on veteen liukenematonta kalsiumkarbonaattia (CaCO3, MW = 100), 5,18 mg kuivattua skimmaattia sisältää 1,36 gm (26 %) CaCO3: a. Koska hiili on 12 painoprosenttia CaCO3: A, niin kuivatun skimmaatin 5,18 gm sisältää ~ 163 mg (~3,2 %) kalsiumkarbonaatista peräisin olevaa (epäorgaanista) hiiltä.

2) Magnesiumanalyysi

1, 99 painoprosenttia Mg tarkoittaa, että Mg: n kokonaismäärä 5, 18 gm: n näytteessä on 103 mg. Olettaen, että kaikki tämä Mg on magnesiumkarbonaattina (MgCO3, MW = 84), 5,18 g kuivattua skimmaattia sisältää 361 mg (~ 7,0 %) mgco3: a. Koska hiili on 14% (painosta) mgco3, niin 5.18 g kuivattua skimmaattia sisältää ~ 51 mg (~1%) magnesiumkarbonaatista peräisin olevaa epäorgaanista hiiltä.

3) Typpianalyysi

elävät organismit ovat ~ 5-9% kuivapainosta typpeä (käytämme 7% yksinkertaisuuden vuoksi), (Sterner, 2002) ja jos laiminlyömme epäorgaaniset typpilähteet (NH4, NO3 ja NO2, jotka ovat mittaamattoman vähän säiliövedessä), 2,72% typen painosta tarkoittaa, että 5,18 g: n skimmaattikiinteistössä on 141 mgs typpeä, joka laskee 2.01 gms (~39 %) orgaanisen materiaalin läsnä.

4) Vetyanalyysi

eläviä organismeja on ~ 7% kuivapainosta vetyä. (Sterner, 2002) 2,37 painoprosenttia vetyä tarkoittaa, että 5,18 gm: n skimmaattikiinteistössä on 123 mgs vetyä, mikä laskee 1,75 gms: iin (~34%) orgaanista materiaalia. Vertaa tätä arvoa typpianalyysiin perustuvaan orgaanisten aineiden ennustamiseen (3); 39% orgaanista hiiltä. Tässä tapauksessa vetytulokset eivät ole yhtä lähellä typpipohjaisia tuloksia kuin kahdessa edellisessä analyysissä, mutta ne eivät ole kovin kaukana. Tässä vetyanalyysissä oletetaan, että vettä ei ole, tai osa H: sta johtuisi vedestä eikä orgaanisista aineista, ja H-pohjainen orgaaninen laskenta olisi vielä pienempi.

5) Hiilianalyysi

22, 50 painoprosenttia C tarkoittaa, että 5, 18 gm skimmaattinäytteessä olevan C: n kokonaismäärä on 1, 17 gm. Kun C: n määrä vähennetään CaCO3: n maksuosuudesta (163 mg C) ja MgCO3: n maksuosuudesta (51 mg C), jäljelle jää 952 mg C: tä. Jos taas alennamme GAC-suodattimen tämän hiilen lähteeksi, niin useimmat (kaikki?) tästä hiilestä tulee “orgaanisia” lähteitä. Koska elävät organismit ovat 40-50% kuivapainosta hiiltä (käytämme 45% yksinkertaisuuden vuoksi), niin 952 mgs orgaanista C tarkoittaa, että on ~ 2,12 gms (~ 41%) orgaanista materiaalia läsnä. Vertaamalla typpeä (39% orgaanisia aineita) ja vetyä (34% orgaanisia aineita) johdettuihin arvoihin saadaan johdonmukainen kuva orgaanisesta pitoisuudesta.

6) Piian analyysi

5,18 g: n skimmaattikiinteistössä oleva 8,94 painoprosenttia piitä viittaa siihen, että Si: tä on yhteensä 463 mgs. Jos oletamme, että si: tä edistää piilevien luurankojen biogeeninen opaali (Brzezinski, 1985; Mortlock, 1989), Si on SiO2: n hydratoidussa polymeerissä (n. opaalin molekyylikaava on SiO2•0, 4H2O, 42% si massasta). Siksi voimme arvioida biogeenisen opaalin määrää 1,10 gm: nä (~ 21%).

7) Fosforianalyysi

0, 46 painoprosenttia P: tä esiintyy 5, 18 GM: n kuivassa skimmaattikiinteistössä, mikä tarkoittaa, että P: tä on 24 mgs. Olettaen, että kaikki P on läsnä fosfaattina, PO43- (MW = 95, tuntematon vasta-aine), on olemassa ~ 74 mgs (~ 1.4 %) PO43-läsnä 5,18 g kuiva skimmate kiinteä. Tämä määrä vastaa ~ 14300 ppm fosfaattia, mikä taas on huomattavasti enemmän kuin < 0,02 ppm fosfaattia säiliövedessä.

8) Rautamääritys

0, 93 painoprosenttia Fe: tä kuivatussa skimmaattikiinteistössä on 48 mg Fe: tä. Epäorgaaniset rautasuolat ovat melko veteen liukenemattomia, joten on todennäköistä, että lähes kaikki tämä rauta on joko “orgaanista” rautaa, joka asui mikrobien, kuten bakteerien, ruumiissa jne. tai se on peräisin GFO-reaktorista poistetuista kolloidisista rautahiukkasista. Skimmaatin hiilen ja raudan paino-prosenttisuhdetta 24 voidaan verrata useiden planktonisten eliöiden kuivapainoon C:Fe: heterotrofiset bakteerit: 28500:1, syanobakteerit: 11250:1, eukaryoottiset kasviplanktonit: 71250:1. (Tortell, 1996). Koska havaittu Fe: C-suhde on 10000x planktonisilla lajeilla, on erittäin epätodennäköistä, että suuri osa rasvattomasta raudasta olisi “orgaanista” alkuperää. Todennäköisempi skenaario on, että GFO-reaktorista poistuu rautahiukkasia, jolloin kyseinen materiaali muodostaa valtaosan skimmauslaitteen poistamasta raudasta. Rautaoksidin nimellinen kemiallinen kaava on Fe2O3,
ja se on noin 70 painoprosenttia rautaa. Niinpä 48 mg rautaa skimmaattikiinteistössä vastaa noin 69 mg Fe2O3: a (~ 1,3% painosta).

yhteenvetona skimmauslaite vetää esiin kiinteän seoksen yhdisteitä, jotka koostuvat (noin):

• 8% epäorgaaniset ionit
• 26% CaCO3
• 7% MgCO3
• 21% biogeenistä opaalia (SiO2)
• 38% orgaanista ainetta
• 1, 5% fosfaattia
• 1.3% rautaoksidia

näiden aineiden yhteenlaskettu osuus on ~ 103%, mikä on melko lähellä teoreettista 100%: n enimmäismäärää. Kaikki poikkeamat voidaan helposti selittää numeerisella epävarmuudella, joka on otettu käyttöön kaikkien oletusten kautta. Toisin sanoen, vaikka kaikki oletukset ja approksimaatiot mainittu tässä analyysissä, yhteenlaskettu massa toimii ulos 3% “Täydellinen”. Jälleen kerran skimmaattikiinteistöstä poistettu orgaaninen aine on vähäinen komponentti, vaikka keskimäärin 38% (C vs. N vs. H-analyysi), se on hieman suurempi kuin voimakkaasti pestystä skimmaattikiinteästä näytteestä johdettu 34%: n arvo ja paljon suurempi kuin DOC: n määrä nestemäisessä fraktiossa (~ 10%). Kuorintaviikon aikana poistetuista kiinteistä aineista 8,49 gm sisältää yhteensä noin 318 mg vesiliukoisia orgaanisia aineita (~ 4%) ja noin 2,12 gms veteen liukenemattomia orgaanisia aineita (~ 25%). Näin ollen suurin osa kuorimalla poistetuista orgaanisista aineista ei ole DOC: ta (liuennutta orgaanista hiiltä). Epäorgaaniset yhdisteet CaCO3 ja SiO2 muodostavat suurimman osan kiinteästä skimmaattimassasta, aivan kuten ne tekivät ensin analysoidussa voimakkaasti pestyssä skimmaattinäytteessä. Kuten analyysissä todettiin, näiden yhdisteiden lähdettä ei voida määrittää näiden tietojen perusteella, mutta SiO2: n (biogeenisen opaalin), piilevien kuorien, biologinen lähde on todennäköinen. CaCO3 saattaa syntyä sekä epäorgaanisista lähteistä (eli kalsiumreaktori CaCO3: n hiukkasheijastuksesta) että orgaanisista lähteistä (foraminifera-ja/tai kokkolitofores-kuorista).

yksi yllättävistä havainnoista, jotka on saatu alkuperäisistä skimmauslaitteen suorituskykyä koskevista tutkimuksista, on se, että vain noin 20-35% akvaarioveden mitattavasta TOC: sta poistuu skimmaamalla. Tämä havainto saattaa nyt vaikuttaa hieman vähemmän yllättävältä, kun sitä tarkastellaan skimmate-komponenttianalyysin yhteydessä. Siten vain ~ 29 % (25% kiinteästä aineesta + 4% nesteestä) skimmaatista, jonka h&s 200 skimmeri on poistanut aidosta riutta-säiliövedestä viikon aikana, voidaan osoittaa orgaaniseen ainekseen. Skimmaus ei siis poista kovin paljon akvaariovedessä esiintyvää TOC: tä, eikä skimmaatti sisällä kovin paljon TOC: tä.

joten mitä tarkalleen ottaen skimmaus tekee? Aiheesta veden kunnostaminen; kaikkein konservatiivinen, sallittua (mutta ei pakottavia!) vastaus on, että skimmaus poistaa paljon (eläviä vai kuolleita? tuntematon) mikro-organismit, jotka kansoittavat akvaarion vettä ja siten poistavat (orgaanisen) hiilen, fosforin ja typen, jotka muodostavat niiden biokemiallisen rakenteen. Lisäksi voidaan poistaa myös liuenneita orgaanisia yhdisteitä, mutta aineisto ei tue väitettä, että nämä liuenneet orgaaniset lajit muodostavat pääosan poistettujen orgaanisten aineiden kokonaismäärästä. Näiden vedenpuhdistustoimintojen lisäksi skimmerit hapettavat vettä ja helpottavat kaasun vaihtoa yleensä, mikä on hyödyllistä orgaanisen jätteen poistosta riippumatonta toimintaa.

päätelmät

skimmaatin kemiallinen/alkuainekoostumus, jonka H&s 200-1260-skimmauslaite tuotti 175 gallonan riuttasäiliöön usean päivän tai viikon aikana, koki joitakin yllätyksiä. Vain vähäinen määrä skimmaattia (kiinteä ja nestemäinen ) voitiin lukea orgaaniseen hiileen (TOC); noin 29%, ja suurin osa tästä aineksesta ei ollut vesiliukoista eli liuennutta orgaanista hiiltä. Suurin osa talteen otetusta skimmaattikiinteistöstä, lukuun ottamatta meriveden yhteis ioneja, oli CaCO3–, MgCO3-ja SiO2-epäorgaanisia yhdisteitä! Näiden lajien alkuperää ei tunneta varmuudella, mutta voidaan hyvin sanoa, että SiO2 on peräisin piilevien kuorista. CaCO3 saattaa olla peräisin muista planktonisista mikrobeista, joissa on kalsiumkarbonaattikuoria, tai se voi olla peräisin kalsiumreaktorin jätevedestä. Siinä määrin kuin kiinteä skimmaatti koostuu mikrobistosta, osa liukenemattomasta orgaanisesta aineesta, joka poistetaan kuorimalla, olisi tällöin yksinkertaisesti näiden mikrobiston orgaanisia komponentteja (“suolia”). Nämä mikrobistot Kyllä tiivistävät P -, N-ja C-ravinteita vesipatsaasta, joten niiden poistaminen kuorimalla on keino ravinteiden vientiin.

kiitokset

Kiitämme Eberly College of Scienceä Pennsylvanian osavaltionyliopistossa ja E. I DuPont de Nemours and Co. taloudellista tukea, ja tohtori Sanjay Joshi (Penn State) ja Craig Bingman (U. Wisconsin) monia hyödyllisiä keskusteluja.

1. Brzezinski, M. A. 1985. “Meren piilevien si:C:N suhde: lajien välinen vaihtelu ja joidenkin ympäristömuuttujien vaikutus.”J. Fysiol., 21, 347-357.
2. De la Rosa, J. M.; González-Pérez, J. A.; Hatcher, P. G.; Knicker, H.; González-Vila, F. J. 2008. “Determination of Refractor Organic material in Marine Sediments by Chemical Oxidation, Analytical Pyrolysis and Solid-State 13c Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy.” Euro. J. Soil Sci., 59, 430-438.
3. Feldman, K. S.; Maers, K. M.; Vernese, L. F.; Huber, E. A.; Test, M. R. 2009. “Kehittäminen menetelmä määrällisen arvioinnin proteiini kuorimakoneen suorituskykyä.”Advanced Aquarist http://www.advancedaquarist.com/2009/1/aafeature2/
4. Feldman, K. S.; Maers, K. M. 2010. “Lisätutkimuksia proteiinien kuorimakoneen suorituskyvystä.”Advanced Aquarist
5. Mitchell-Innes, B. A.; Winter, A. 1987. “Coccolitophores: a Major kasviplankton Component in Mature Upwelling Waters Off the Cape Peninsula, South Africa maaliskuussa 1983.”Marine Biol., 95, 25030.
6. Mopper, K.; Stubbins, A.; Ritchie, J. D.; Bialk, H. M.; Hatcher, P. G. “Advanced Instrumental Approaches for Characterization of Marine Dissolved Organic Matter: Extraction Techniques, Mass Spectrometry, and Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy.”Kemia. Rev., 107, 419-442.
7. Mortlock, R. A.; Froelich, P. N. ” A Simple Method for the Rapid Determination of Biogenic Opal in Pelagic marine Sediments.” 1989. Deep-Sea Res., 36, 1415-1426.
8. Stanley, S. M.; Ries, J. B.; Hardie, L. A. 2005, “Seawater Chemistry, Coccolitophore Population Growth, and The Origin of Cretaceous Chalk.”Geologia, 33, 593-596.
9. Sterner, R. W.; Elser, J. J. 2002. Ekologinen Stoikiometria. Princeton University Press, Princeton.
10. Tortell, P. D.; Maldonado, M. T.; Price, N. M. ” The Role of Heterotrofic bacteries in Iron-Limited Ocean Ecosystems.” 1996. Luonto, 383, 330-332.