A Skimmate elemi elemzése: mit távolít el egy fehérje-Skimmer az akvárium vizéből?

az a meglehetősen ellentmondásos megfigyelés, miszerint a fehérje skimmerek a reef aquarium vízében a mérhető összes szerves szénnek (TOC) csak 20-35% – át távolítják el (Feldman, 2009; Feldman, 2010), felveti a kérdést: “Mi az a “cucc”, amely összegyűlik a skimmer csészékben?”Valóban a TOC, vagy legalábbis a TOC labilis vagy “skimmable” töredéke? Az eredeti óceánvízből származó TOC-összetevők azonosítására tett kísérletek még gyerekcipőben járnak, és ez az anyag a mai napig ellenállt a részletes kémiai elemzésnek. Hatcher és kollégái (Mopper, 2007; de la Rosa, 2008) legújabb erőfeszítései kifinomult tömegspektrometriával és magmágneses rezonancia spektroszkópiai technikákkal kimutatták, hogy az autentikus óceáni TOC több tízezer különálló vegyületből áll, amelyek magukban foglalják az összes fő biokémiai csoport kémiai képviselőit; lipidek, peptidek, szénhidrátok, heterociklusok, aromás anyagok stb. Az ocean TOC és az aquarium Toc közötti kapcsolatot még meg kell állapítani, de valószínűnek tűnik, hogy a TOC akváriumunkban ugyanolyan változatos és gazdag kémiai összetettségében. Így ugyanilyen valószínűtlen, hogy az akvárium TOC kémiai lebontása a közeljövőben várható. Mindazonáltal vannak olyan analitikai módszerek, amelyek feltárják és számszerűsítik a TOC elemi összetevőinek nagy részét, és egy kis kémiai intuícióval lehetővé teszik ezen összetevők némelyikének kémiai kategóriákba sorolását. Ezeket az analitikai módszereket elemi (vagy égési) elemzésnek és induktív csatolású plazma Atomemissziós Spektroszkópiának nevezzük. Mindkét módszer számos kereskedelmi műveletből elérhető; a Columbia analitikai szolgáltatásokat Tucson AZ-ban használtuk skimmate mintáinkhoz (http://www.caslab.com/).

kísérleti eredmények

az összes skimmate mintát egy H& S 200-1260 skimmer gyűjtőpoharából nyertük, amely egy 175 gallonos zátonytartályon futott a szerző gondozása alatt. E gyűjtemények idején a tartály 10 halat tartalmazott (Pterapogon kauderni pár (Banggai cardinals), Liopropoma carmabi pár (candy bass), Centropyge loriculus (láng angyal), Centropyge interrupta (japán törpe angyal), Oxycirrhites typus (longnose hawkfish), Zebrasoma flavescens (sárga tang), Amblygobius bynoensis (byno goby) és Synchiropus splendidus (Mandarin)), körülbelül 40 korall kolónia az SPS, LPS és kehely kategóriákból, valamint néhány tucat csiga és remete rák. Nem voltak puha korallok vagy kagylók. A tipikus napi takarmányok közé tartozott egy kocka Hikari mysis garnélarák, egy kocka PE mysis garnélarák, egy csipetnyi pelyhes ételés egy csipetnyi pelletétel. Hetente háromszor a Reef Nutrition phytofeast, Rotifeast, Oysterfeast és Arctipods termékeket használták, és hetente egyszer egy nori lapot adtak hozzá. A skimmer csészét hetente tisztították, és folyamatosan granulált aktív szenet (Gac), szemcsés vas-oxidot (GFO), kalciumreaktort és UV-sterilizátort használtak. A vízmennyiség tizenhét százalékát hetente változtatták, és a tartály paramétereit is hetente mérték; = 1.4 ppm (1 óra etetés után) – 0,5 ppm (24 óra etetés után), = 390 – 410 ppm, = 1230 – 1260 ppm, = 3,5 – 4 meq/L, sótartalom = 34,5 – 36 ppt, pH = 7,8 (világít) – 8,1 (világít), < 0,5 ppm, nincs mérhető NH4, NO2 vagy PO4. A megvilágítást két 400w 14k Geissmann fémhalogenid izzó és egy 175W 15k Iwasaki fémhalogenid izzó biztosította egy 8 órás bekapcsolási, 16 órás kikapcsolási cikluson. A CaCl2•2H2O kivételével nem használtunk adalékanyagokat.

kezdeti kísérletünket úgy terveztük, hogy megvizsgáljuk a vízben oldhatatlan szilárd anyag összetételét, amelyet fehérjeformálóval távolítottak el. A Skimmate-t több mint 4 nap alatt gyűjtöttük össze, anélkül, hogy ételt adnánk az akváriumhoz, ábra. 1. A H&S 200-1260 skimmer csésze folyékony és szilárd tartalmát ezen időszak után óvatosan eltávolítottuk, és szárazra koncentráltuk a kezdeti folyadékpárolgással csökkentett nyomáson, majd vákuumszárítással 110 oC/0,2 mm-en. ez az eljárás hatékonyan eltávolítja a víz szinte teljes részét (lásd alább), és természetesen a skimmate Illékony összetevőit. Tizenhét gramm szürkésbarna szilárd anyagot eredményezett, Lásd az ábrát. 1.

ebből a nyers skimmátból négy grammot 100 mL desztillált vízben szuszpendáltunk, és több órán át erőteljesen kevergettük. Az elegyet ezután 6000 rpm/10 min centrifugálással elválasztottuk, majd a felülúszót leöntöttük és eldobtuk. Ezt az eljárást 3-szor megismételtük, majd a fennmaradó anyagot vákuumban szárítottuk 110 oC/0,2 mm-en 48 órán át, hogy 0,47 g szürke-zöld szilárd anyagot engedjünk meg. Vegye figyelembe, hogy a CO2 elégetéséhez a CaCO3-at > 900 oC-ra kell melegíteni. Ezt a szilárd anyagot elemi elemzésnek vetettük alá, amint azt a Columbia Analytical Services fentebb leírta:

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

ezek az adatok kémiai intuícióval és feltételezésekkel értelmezhetők.

1) kalcium analízis

17.A 43 tömeg % Ca azt jelenti, hogy a 470 mg-os mintában a Ca teljes mennyisége 82 mg. Feltételezve, hogy mindez a Ca kalcium-karbonát formájában van (CaCO3, MW = 100), akkor a 470 mg szárított skimmát 205 mg (44 %) CaCO3-t tartalmaz. Mivel a szén 12 Tömeg % CaCO3, akkor a 470 mg szárított skimmát ~ 25 mg (~5,2%) (szervetlen) szenet tartalmaz a kalcium-karbonátból.

2) magnézium analízis

1,35 tömeg % Mg azt jelenti, hogy a Mg teljes mennyisége a 470 mg-os mintában 6,3 mg. Feltételezve, hogy mindez Mg magnézium-karbonát formájában van (MgCO3, MW = 84), akkor a 470 mg szárított skimmát 22 mg (~ 4,7 %) Mgco-t tartalmaz3. Mivel a szén 14 Tömeg % MgCO3, akkor a 470 mg szárított skimmát ~ 3 mg (~0,7%) (szervetlen) szenet tartalmaz a magnézium-karbonátból.

3) nitrogén analízis

élő szervezetek ~ 5-9% száraz tömeg nitrogén (fogjuk használni 7% az egyszerűség kedvéért), (Sterner, 2002), és így, ha elhanyagoljuk szervetlen nitrogénforrások (NH4, NO3, és NO2, amelyek mérhetetlenül alacsony a tartályban víz), a 2.22 Tömeg % nitrogén azt jelenti, hogy vannak 10,4 mgs nitrogén a 470 mgs skimmate, amely kiszámítja, hogy 149 mgs (~32 %) a szerves anyag jelen.

4) Hidrogénanalízis

az élő szervezetek száraz tömegben ~ 7% hidrogént tartalmaznak. (Sterner, 2002) a hidrogén 2,39 tömeg % – a azt jelenti, hogy 11,2 mgs hidrogén van a 470 mgs skimmate-ben, amely 160 mgs (~34%) szerves anyagot tartalmaz. Hasonlítsa össze ezt az értéket a szerves anyagok nitrogénanalízis-alapú előrejelzésével (3); 32% – nagyon szoros egyetértés!

5) Szénanalízis

21.08 tömeg % C azt jelenti, hogy a 470 mg skimmate mintában jelen lévő C teljes mennyisége 99 mgs. A CaCO3-hozzájárulásból (25 mg C) és az MgCO3-hozzájárulásból (3 mg C) kivonva 71 mg C marad. Mi a forrása ennek a szénnek? Két lehetőség tűnik valószínűnek; kidobott szemcsés szén a GAC szűrőből, vagy szerves forrásokból származó TOC. Az élő szervezetek száraz tömegben 40-50% szén (az egyszerűség kedvéért 45% – ot használunk), (Sterner, 2002). Ha mind a 71 mg szén szerves forrásokból származik (= TOC), akkor ~ 158 MG (~34 %) szerves anyag lenne jelen. Hasonlítsa össze ezt az értéket mind a szerves anyagok nitrogénanalízis-alapú előrejelzésével (3); 149 mgs (~ 32%), mind a hidrogénanalízis-alapú előrejelzéssel (4); 160 mgs TOC (34%). A TOC-szénalapú számítás és a független hidrogén-és nitrogénalapú számítások közötti összhangot nem lehet figyelmen kívül hagyni. Így
nincs bizonyíték arra, hogy ellenjavallná azt a következtetést, hogy a fennmaradó 71 mg szén szerves forrásoknak tulajdonítható, mint TOC; nincs ok arra, hogy ennek a szénnek a forrásaként a GAC filter ejecta-t hívjuk meg.

6) Szilícium analízis

A 4,76 tömeg% Szilícium jelen van a 470 mgs skimmate azt sugallja, hogy vannak 22,4 mgs összesen Si jelen. Ha feltételezzük, hogy az Si-t a kovamoszatok csontvázából származó biogén opál járul hozzá (Brzezinski, 1985; Mortlock, 1989), akkor az Si a SiO2 hidratált polimerjében van (kb. az opál molekuláris képlete SiO2 * 0, 4h2o, 42 tömeg % Si). Ezért közelíthetjük a biogén opál mennyiségét 53 mg-ként (~ 11%).

7) foszfor analízis

a 0,16 tömeg% P jelen van a 470 mgs száraz skimmate azt jelenti, hogy van 0,75 mgs P jelen. Feltételezve, hogy az összes P foszfátként van jelen, PO43- (MW = 95, ismeretlen ellenion), akkor ~ 2,3 mgs (~ 0,5%) PO43 – jelen van a 470 mgs száraz skimmátumban. Ez az összeg ~ 4900 ppm foszfátnak felel meg, ami jóval több, mint a tartályvízben lévő < 0,02 ppm foszfát. Így a lefölözés koncentrálja a foszfátot.

Elemanalízis összefoglaló

összefoglalva, a skimmer húz ki egy szilárd, vízben oldhatatlan keveréke vegyületek, amelyek tömege (körülbelül):

• 44 % CaCO3
• 5% MgCO3
• 11% biogén opál
• 34% szerves anyag
• 0,5% foszfát

ezért a száraz vízben oldhatatlan skimmát összesen ~ 95%-át számoljuk el! Milyen forrásai vannak ezeknek a kémiai vegyületeknek a skimmate-ben? A biogén opál valószínűleg a kovamoszatok héjából származik, amelyek a tengeri mikrobák fitoplankton családjának kis tagjai. A CaCO3-nak (és az MgCO3-nak) lehetnek biogén és abiológiai forrásai is. Egy kalciumreaktor működött a kísérleti skimmate gyűjtési időszak alatt, így a CaCO3 egy része csak az eszköz által kibocsátott mikrorészecskék lehet. Alternatív megoldásként a CaCO3 a coccolithophore (Mitchell-Innes, 1987; Stanley, 2005) és a foraminifera családok planktonikus mikrobáinak héjaiból származhat. Ezek a plankton komponensek bizonyos körülmények között elterjedtek a tengervízben, de az akváriumvízben való jelenlétet nem állapították meg. Jelenleg nem lehet megkülönböztetni a CaCO3 biológiai és abiológiai forrásait. A
– ban végzett jövőbeli kísérletek, amelyek során a skimmátot futó kalciumreaktor nélkül gyűjtik össze, némi fényt deríthetnek erre a pontra. A skimmátban jelen lévő foszfát nem származhat a vízoszlopban lévő szervetlen foszfátból; ezt az iont vízzel történő alapos mosással távolították volna el. Lehetséges, hogy ennek a foszfátnak egy része oldhatatlan kalcium-foszfát formájában van, de ez a jelenség valószínűtlen, mivel a Ca3(PO4)2 meglehetősen magas pH-n képződik, ami nem jellemző a sovány folyadékra (pH = 7,67, lásd alább). Alapértelmezés szerint tehát valószínűleg szerves foszfátból származik; vagyis a kovamoszatok és az összes többi élő szervezet (coccolithophores, foraminifera, baktériumok, emberek stb.) Számos biokémiája kötődik foszfátcsoportokhoz. Az akváriumi organizmusok ezeket a foszfátmolekulákat a vízoszlopban lévő szervetlen foszfátból toborozzák, majd a szerves biokémiai anyagokhoz rögzítik. Így hatékonyan koncentrálják a foszfátot a vízből, majd a
foszfátot eltávolítják (az ép szervezetben) a lefölözés után. Ebből a szempontból a lefölözés hozzájárul a szervetlen foszfát eltávolításához az akvárium vizéből.

érdekes és talán nem várt megfigyelés, hogy ennek a szilárd sovány anyagnak csak 34% – a rendelhető a “szerves szénhez”, TOC. Így a skimmát szilárd, vízben oldhatatlan részének 2/3-a nem TOC, hanem szervetlen anyag, amelynek biogén eredete lehet (vagy nem). Ha ennek a szervetlen anyagnak jelentős része a plankton héjából származik, akkor magától értetődik, hogy a detektált szerves anyag (TOC) nagy része valószínűleg ezen organizmusok “belét” alkotja. Így talán nem annyira a lefölözéssel eltávolított TOC valójában szabadon lebegő szerves molekulák. Ennek az értelmezésnek az egyik figyelmeztetése természetesen az a tény, hogy a nyers eredeti skimmate ~ 90% – át vízzel lemosták. Talán ez a vízoldható frakció jelentős mennyiségű oldott szerves szenet tartalmazott, amelyet a fenti elemzés nem mutatna ki.

egy második, átfogóbb skimmate kémiai elemzést folytattak ennek az aggodalomnak a kezelésére. Ebben a kísérletben a tartályt naponta táplálták PE és Hikari mysis garnélarák, Ocean Nutrition Formula 1 pehely, Omega One Veggie pehely és Aqueon Marine granulátum keverékével a fent leírtak szerint. Ez a napi etetés száraz tömeg (110 oC/0,2 mm 48 órán át) 0,87 gms/nap volt. A kísérlet során nem használtak Reef Nutrition termékeket. 7 napos etetési rendszer után a H&S 200-1260 skimmer által összegyűjtött szilárd és folyékony skimmátumot óvatosan eltávolítottuk a skimmer csészéből, és centrifugálással elválasztottuk (6000 rpm, 40 perc). A világosbarna, átlátszó felülúszót leöntöttük, és annak térfogatát megmértük; 125 mL. A szilárd maradékot vákuumban 110 oC/0,2 mm hőmérsékleten 24 órán át szárítottuk => 5,18 gm barna szilárd anyag. 110 mL folyadékot sűrítettünk csökkentett nyomáson, majd vákuumban szárítottuk (110 oC/0,2 mm / 24 óra), hogy 2,91 g barna szilárd anyagot kapjunk ( =>
3,31 GM szilárd anyagot az eredeti 125 mL visszanyert folyadékból). A fennmaradó 15 mL folyékony skimmátot Salifert tesztkészlettel lúgosságra vizsgáltuk: = 8,0 meq / L. ezenkívül az 1,023 törésmutató 31 ppt sótartalmat, pH = 7,67. A Ca vagy Mg Salifert készletekkel, A Merck foszfátkészlettel vagy a Salifert NO3 készlettel nem lehetett végpontot kimutatni a sovány folyadék zavaró világosbarna színe miatt. Vegye figyelembe, hogy a rendkívül magas mérés nem feltétlenül utal arra, hogy a HCO3– vagy CO32 – koncentráció magas; a TOC-készletből lehetnek olyan szerves sav-karboxilátok, amelyeket ezzel a lúgossági vizsgálattal kimutatnak (lásd alább).

a sovány anyag folyékony részének elpárologtatásából származó szilárd anyagot, valamint a centrifugálás után kapott szilárd anyagot egyaránt a Columbia Analytical Services-nek továbbítottuk elemi analízis céljából. Az eredményeket az 1. táblázat tartalmazza. Ezenkívül a szárított ételt elemeztük a kiválasztott elemek szempontjából. Az összehasonlításhoz a természetes tengervíz-elem tartalma szerepel.

1.táblázat. A sovány és élelmiszerminták elemi elemzésének eredményei.

elem	szilárd skimmát (tömeg %)	folyékony skimmát (tömeg %)	természetes tengervízszilárdságok (tömeg %)	élelmiszer (tömeg % %)
C	22.50	4.50	0.08
N	2.72	0.68	0.04
H	2.37	1.33
Sz	1.18	2.47	2.6
Az	10.52	0.60	1.1
Mg	1.99	3.21	3.7
Ha	8.94	1.40	< 0.01
Ze	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
Én			< 0.01	< 0.1
Cu			< 0.01	< 0.006
A	55.84	85.89	95

élelmiszer-elemzés

a kiszáradt élelmiszer foszfor -, réz-és jódtartalmát mértük. Ezekben az elemzésekben sem réz, sem jód nem szerepel; egyik sem lehet több, mint 100 ppb az élelmiszerben. A foszfortartalom azonban kimutatható volt, és 1,57 tömeg% P körülbelül 14 mg pf foszfornak felel meg a tartályba naponta táplált 0,87 g szárított élelmiszerben. Feltételezve, hogy az összes P foszfátként van jelen, PO43- (MW = 95), akkor ~ 42 mg (~ 5%) PO43 – jelen van a 0,87 g szárított élelmiszerben. Vegye figyelembe, hogy a fagyasztott mysis garnélarák kockákat alaposan mossuk csapvízzel, amíg fel nem olvad, így a fagyasztáshoz szükséges víz foszfáttartalma diszkontálható. A napi 42 mg foszfát mellett a 168 gallon az akvárium víz térfogata jelentése névleges mellett körülbelül 0,06 ppm foszfát naponta. Mivel a Merck foszfát tesztkészlet analízise < 0,02 ppm foszfátszintet mutat (tesztkészlet-határérték), úgy tűnik, hogy a hozzáadott foszfát könnyen eltávolítható a vízoszlopból.

Skimmate folyadék analízis

1) kén analízis

A 2.47 tömeg% kén a skimmate folyadékból származó szilárd anyag 3,31 g-jében körülbelül 82 mg S – nek felel meg.ez a kén valószínűleg szulfátból származik, SO42 – (MW = 96, 33 tömeg% S). A DOC-ban minden bizonnyal van egy kis mennyiségű “szerves” kén, de ez valószínűleg nem sokat ad hozzá a teljes kén % – hoz, mivel a kén csak az élő anyag száraz tömegének ~ 0,1% – a. (Sterner, 2002) tehát 82 mg s a szárított folyékony skimmátban 248 mg (7,5%) szulfátnak felel meg a szárított skimmát folyadékban.

2) nitrogén analízis

A 0.68% száraz tömeg nitrogén a 3,31 g szárított skimmate folyadék megfelel 23 mg N. forrásai a nitrogén közé szerves anyag (DOC), és természetesen, szervetlen ionok; ammónium (NH4+), nitrit (NO2–), és nitrát (NO3–). Az akváriumvízben lényegében nincs mérhető (azaz < 1 ppm) NH4, NO2 vagy NO3, így első közelítésként a skimmátban lévő nitrogén a “szerves” nitrogénnek tulajdonítható. Mivel az élő forrásokból származó szerves anyag száraz tömegben körülbelül 7% nitrogén (lásd fent), a sovány folyadékban jelen lévő 23 mg N azt sugallja, hogy összességében körülbelül 329 mg (~10%) szerves anyag van jelen.

3) Szénanalízis

a 3,31 g szárított sovány folyadékban jelen lévő szén 4,50 tömeg % – a 149 mg jelen lévő C-nak felel meg. A skimmate folyadékban lévő szénforrások közé tartozik a szervetlen szén a karbonát egyensúly részeként, szerves szén (DOC), valamint a GAC szűrőből kilökődő szénrészecskék. A fenti (5) bekezdésben kifejtett érv alapján valószínűtlennek tűnik, hogy a GAC szűrő ennek a szénnek a forrása. A fennmaradó két forrást nem lehet megkülönböztetni az elemi analízis mérése vagy a független mérés alapján, mivel ez utóbbi vizsgálat kimutatja a (szerves) karboxilátokat, valamint a szervetlen formákat, a hidrogén– karbonát HCO3 -, és a karbonát CO32 -. A salifert lúgosságméréssel azonban meg lehet határozni a sovány folyadék szervetlen (bikarbonát és karbonát) tartalmának felső határát. A salifert tesztkészlettel mért lúgosság 8 meq/l volt.ha ennek a felső határnak a meghatározása céljából feltételezzük, hogy az összes lúgosság a karbonát-rendszernek köszönhető, akkor 8,0 meq/L 1,0 mmol lúgosságnak felel meg a centrifugálási menetből összegyűjtött 125 mL sovány folyadékban. Továbbá, ha feltételezzük, hogy az összes lúgosság hidrogén– karbonát, HCO3– (valójában pH = 7,67-nél a jelen lévő karbonát körülbelül 96% – a), akkor 1,0 mmol vagy 61 mg HCO3-jelen lenne a 3,31 g szárított sovány folyadékban. Így legfeljebb 61 mgs HCO3 – (=20 tömeg% C) csak 12 mgs-t jelentene a szárított sovány folyadékban jelen lévő összes 149 mgs szénből. Ebben a forgatókönyvben a mért szén 137 mgs-je szerves forrásokból származik. Annak a becslésnek a felhasználásával, hogy az élő forrásokból származó szerves anyag 45% szén, akkor a szárított skimmate folyadékban a DOC mennyisége 304 mg (~ 9%) lenne; nem túl messze a ~ 10% szerves anyag nitrogénelemzési adatától. Ha a másik végletben az összes mért lúgosság szerves karboxilátoknak tulajdonítható (feltételezzük, hogy átlagosan C18 faj, tehát C = a karboxilát tömegének 76% – a), akkor az 1,0 mmol lúgosság 283 mg szerves karboxilátnak felel meg, amelynek 76% – a (=215 mg) szén lenne. Mivel a mért teljes szén csak 149 mgs volt, ez utóbbi forgatókönyv természetesen lehetetlen. Valószínűleg ~ 3 vagy 4 meq / L lúgosság rendelhető A HCO– HOZ3–, tehát a fennmaradó szerves szén körülbelül 143 mgs => 318 mgs (~ 10%) szerves anyag-ugyanaz az érték, amelyet a nitrogénszámításból származtatunk.

4) Hidrogénanalízis

az 1,33 tömegszázalék hidrogén a szárított sovány folyadék 3,31 gm mintájában azt jelenti, hogy 44 mg H van jelen. Ez a hidrogén származhat biológiailag származtatott szerves forrásokból, szervetlen forrásokból (HCO3– és HSO4–), és esetleg a hiányos szárításból visszamaradt vízből. Ha az összes mért hidrogén csak biológiailag származtatott szerves forrásokból származik (száraz tömegben ~ 7% hidrogén), akkor azt jósolnánk, hogy a szárított sovány folyadék körülbelül 629 mg (~19%) szerves anyagot tartalmaz. Nyilvánvaló, hogy ez az érték túl nagy a nitrogén és a szén analízis értékeihez képest, ezért a hidrogénnek legalább egy részének szervetlen ionokból vagy vízből kell származnia. A hidrogén– karbonát HCO3-és a H2CO3 szénsavból származó hozzájárulások mennyisége elhanyagolható, mivel viszonylag kis koncentrációjuk van (lásd fent a Szénanalízist). Ezenkívül pH = 7.67, van egy eltűnően kis mennyiségű biszulfát, HSO4 -; a pKa = 1,9. Tehát valószínű, hogy a folyékony sovány mintát nem szárították meg teljesen, és a fennmaradó hidrogén valószínűleg ebből a forrásból származik. A nitrogénelemzésből kiindulva, hogy a sovány folyadékból származó szilárd anyag körülbelül 329 mg szerves anyagot tartalmaz, a szerves anyag pedig körülbelül 7% hidrogént tartalmaz, akkor az ebből a szerves anyagból előállított hidrogén körülbelül 23 mg szilárd maradékot tartalmaz. Ha a fennmaradó mért hidrogén (44 – 23 = 21 mg) H2O-ból származik, akkor 189 mg (~ 6 %) víz van jelen.

5) Szilíciumanalízis

a sovány folyadékból kinyert szilárd anyag 1,40 tömegszázaléka A Szilícium 3,31 g-jában 46 mg szilíciummá alakul. Ez a szilícium származhat vízben oldódó ortoszilinsavból(Si (OH)4, 29% Si, 4% H) vagy a kovamoszatok héját alkotó biogén opálból a fent leírtak szerint (kb. az opál molekuláris képlete SiO2 * 0•4h2o, 42% Si, 1% H). Vegye figyelembe, hogy mindkét esetben az Si egyik forrása által kibocsátott hidrogén mennyisége csekély (~0.04 tömeg% az eredeti skimmate folyadék származtatott szilárd anyagából), és alig befolyásolja a hidrogénelemzés fenti következtetéseit. Nem lehet meghatározni, hogy mennyi Szilícium származik szervetlen ortoszilsavból, és mennyit lehet tulajdonítani a kovamoszatok héjának, de az egyes szilícium % – a nem különbözik annyira, ezért egy átlagos értéket (36%) használunk a “sioxhy” mennyiségének kiszámításához a nyers skimmate folyadék származtatott szilárd anyagában; körülbelül 128 mg (~4%) skimmate folyadék
szilárd anyag valamilyen szilikát, SiOxHy.

tehát összességében a sovány folyadék koncentrációjából származó szilárd anyag felosztható:

• szervetlen ionok (Na, Cl, K, Ca, Mg, SO42 -, HCO3 -, SiOxHy) 87%
• oldott szerves szén 10%
• víz 6%
• összes 103%

tehát túlléptük az elméleti maximális 100% – os tartalmat 3% – kal; nem túl rossz, figyelembe véve a sok közelítést és feltételezést, amelyek ezeknek a százalékoknak a megszerzéséhez mentek. A lényeg azonban az, hogy a sovány folyadék többnyire azokat a közös szervetlen ionokat tartalmazza, amelyek a tengervíz fő ionjait alkotják. Ennek az anyagnak csak kis mennyisége vitathatatlanul hozzárendelhető az oldott szerves szénhez, DOC.

az 5,18 g-os skimmate szilárd anyag kémiai elemzése hasonló megközelítést követ, mint amelyet a fent tárgyalt erősen mosott skimmate szilárd anyag esetében ismertetünk. Ebben az esetben azonban a szilárd anyagot nem mostuk többször, így néhány vízoldható vegyület megmarad, bár a víz nagy részét valószínűleg vákuumszárítással távolítottuk el. Ezek a vízben oldódó Fajok 3,45 tömeg % nátriumot, 0,40 tömeg % kloridot, 0,38 tömeg % káliumot és 1,18 tömeg % ként tartalmaznak (= 3,6 tömeg % szulfát). Továbbá valószínű, hogy a mért Ca, Mg, C (HCO3-ként) és P legalább egy része az oldhatatlan szilárd anyagon belüli vegyületeken kívül vízoldható vegyületekből is származhat, de ezeknek a szervetlen ionoknak a vízoldható frakciójának teljes mennyisége valószínűleg kicsi, mivel a leggyakoribb ion, a nátrium, csak az izolált szilárd anyag 3,45 tömeg % – a (Na/Ca = 28 a tengervízben). Tehát az első közelítéshez elhanyagoljuk a szilárd skimmate vízoldható szervetlen részéhez való hozzájárulásukat. Ebből a szempontból a szárított skimmát szilárd anyag körülbelül 8 tömeg % – ban tartalmaz normálisan vízoldható szervetlen ionokat.

1) Kalciumanalízis

10,52 tömeg % Ca azt jelenti, hogy a Ca teljes mennyisége az 5,18 mg-os mintában 545 mg. Feltételezve, hogy lényegében ez a Ca vízben oldhatatlan kalcium-karbonát formájában van (CaCO3, MW = 100), akkor az 5,18 mg szárított skimmát 1,36 G (26%) CaCO3-t tartalmaz. Mivel a szén 12 Tömeg % CaCO3, akkor az 5,18 g szárított skimmát ~ 163 mg (~3,2%) (szervetlen) szenet tartalmaz a kalcium-karbonátból.

2) magnézium analízis

1,99 tömeg % Mg azt jelenti, hogy a Mg teljes mennyisége az 5,18 gm mintában 103 mg. Feltételezve, hogy mindez Mg magnézium-karbonát formájában van (MgCO3, MW = 84), akkor az 5,18 g szárított skimmát 361 mg (~ 7,0 %) Mgco-t tartalmaz3. Mivel a szén 14 Tömeg % MgCO3, akkor az 5.18 g szárított skimmát ~ 51 mg (~ 1%) (szervetlen) szenet tartalmaz a magnézium-karbonátból.

3) nitrogén analízis

az élő szervezetek ~ 5-9% száraz tömeg nitrogén (az egyszerűség kedvéért 7% – ot használunk), (Sterner, 2002), és így, ha elhanyagoljuk a szervetlen nitrogénforrásokat (NH4, NO3 és NO2, amelyek mérhetetlenül alacsonyak a tartályvízben), a 2,72 tömeg % nitrogén azt jelenti, hogy 141 mg nitrogén van az 5,18 g sovány szilárd anyagban, amely kiszámítja, hogy 2,01 GMS (~39 %) a szerves anyag jelen.

4) Hidrogénanalízis

az élő szervezetek száraz tömegben ~ 7% hidrogént tartalmaznak. (Sterner, 2002) a hidrogén 2,37 tömegszázaléka azt jelenti, hogy 123 mg hidrogén van az 5,18 g sovány szilárd anyagban, amely 1,75 GM (~34%) szerves anyagot tartalmaz. Hasonlítsa össze ezt az értéket a szerves anyagok nitrogénanalízis-alapú előrejelzésével (3); 39% szerves szén. Ebben az esetben a hidrogén eredmények nem állnak olyan közel a nitrogén alapú eredményekhez, mint az előző két elemzésben, de nem állnak olyan messze. Ez a hidrogénanalízis feltételezi, hogy nincs jelen víz, vagy a H egy része a víznek tulajdonítható, nem pedig szerves anyagoknak, és a H-alapú szerves számítás még kisebb lenne.

5) Szénanalízis

22,50 tömeg % C azt jelenti, hogy az 5,18 g-os sovány mintában jelen lévő C teljes mennyisége 1,17 g. A CaCO3 hozzájárulásból (163 mgs C) és az MgCO3 hozzájárulásból (51 mgs C) kivonva 952 mgs C marad. Ha ismét engedményezzük a GAC szűrőt ennek a szénnek a forrásaként ,akkor a legtöbb (minden?) ebből a szénből “szerves” forrásokból származik. Mivel az élő szervezetek száraz tömegben 40-50% szén (az egyszerűség kedvéért 45% – ot használunk), (Sterner, 2002), akkor 952 mg szerves C azt jelenti, hogy ~ 2,12 gms (~ 41%) szerves anyag van jelen. A nitrogén- (39% szerves anyag) és a hidrogén- (34% szerves anyag) származtatott értékekkel való összehasonlítás következetes képet ad a szerves tartalomról.

6) Szilíciumanalízis

A 8,94 tömeg % Szilícium jelen van az 5,18 g sovány szilárd anyagban, arra utal, hogy összesen 463 mgs van jelen Si-ben. Ha feltételezzük, hogy az Si-t a kovamoszatok csontvázából származó biogén opál járul hozzá (Brzezinski, 1985; Mortlock, 1989), akkor az Si a SiO2 hidratált polimerjében van (kb. az opál molekuláris képlete SiO2 * 0, 4h2o, 42 tömeg % Si). Ezért közelíthetjük a biogén opál mennyiségét 1,10 g-ként (~ 21%).

7) foszfor analízis

a 0,46 tömeg% P jelen van a 5,18 gms száraz sovány Szilárd azt jelenti, hogy van 24 mg P jelen. Feltételezve, hogy az összes P foszfátként van jelen, PO43- (MW = 95, ismeretlen ellenion), akkor ~ 74 mgs (~1.4 %) PO43-jelen van az 5,18 g száraz sovány szilárd anyagban. Ez a mennyiség ~ 14300 ppm foszfátnak felel meg, ami ismét jóval több, mint a tartályvízben lévő < 0,02 ppm foszfát.

8) Vasanalízis

a 0,93 tömeg % Fe az 5,18 gms szárított skimmate szilárd mennyiségben 48 mg Fe jelen van. A szervetlen vassók vízben meglehetősen oldhatatlanok, ezért valószínű, hogy szinte az összes vas vagy “szerves” vas, amely mikrobák, például baktériumok stb. vagy a GFO reaktorból kilökődött kolloid vasrészecskékből származik. A skimmate 24-es szén-vas tömegszázalék-aránya összehasonlítható több planktonikus organizmus száraz tömegének C: Fe arányával: heterotróf baktériumok:28500: 1, cianobaktériumok:11250: 1, eukarióta fitoplankton:71250: 1. (Tortell, 1996). Mivel az észlelt Fe: C Arány 10000-szerese a planktonikus fajoknak, nagyon valószínűtlen, hogy a sovány vas nagy része “szerves” eredetű. Valószínűbb forgatókönyv, hogy a szemcsés vas-oxid kiürül a GFO reaktorból, és ez az anyag képezi a skimmer által eltávolított vas nagy részét. A vas-oxid névleges kémiai képlete Fe2O3,
, és körülbelül 70 tömegszázalék vas. Tehát a sovány szilárd anyagban lévő 48 mg vas körülbelül 69 mg Fe2O3-nak felel meg (~ 1,3 tömeg%).

összefoglalva, a skimmer olyan vegyületek szilárd keverékét húzza ki, amelyek tömegük szerint (körülbelül):

• 8% szervetlen ionok
• 26% CaCO3
• 7% MgCO3
• 21% biogén opál (SiO2)
• 38% szerves anyag
• 1,5% foszfát
• 1.3% vas-oxid

ezek az anyagok együttesen ~ 103% – ot tesznek ki, ami elég közel áll a 100% – os elméleti maximumhoz. Bármely eltérés könnyen magyarázható az összes feltételezés során bevezetett numerikus bizonytalansággal. Ez azt jelenti, hogy még az elemzésben idézett összes feltételezés és közelítés mellett is a tömeg összege a “tökéletes”3% – án belül alakul ki. Ismét a sovány szilárd anyagban eltávolított szerves anyag kisebb komponens, bár átlagosan 38% (C vs. N vs. H analízis), ez egy kicsit magasabb, mint az erősen mosott skimmate szilárd mintából származó 34% – os érték, és sokkal magasabb, mint a DOC mennyisége a folyékony frakcióban (~ 10%). Összességében a 8,49 G összes szilárd anyag, amelyet a lefölözés hetében eltávolítottak, körülbelül 318 mg vízben oldódó szerves anyagot (~ 4%) és körülbelül 2,12 GM vízben oldhatatlan szerves anyagot (~ 25%) tartalmaz. Így nagy különbséggel a lefölözéssel eltávolított szerves anyagok nagy része nem DOC (oldott szerves szén). A CaCO3 és SiO2 szervetlen vegyületek alkotják a sovány szilárd tömeg nagy részét, ugyanúgy, mint az először elemzett erősen mosott sovány mintában. Amint azt az elemzés tárgyalta, ezeknek a vegyületeknek a forrása ezekből az adatokból nem rendelhető hozzá, de valószínű a SiO2 (biogén opál), kovamoszat héjak biológiai forrása. A CaCO3 származhat szervetlen forrásokból (azaz kalciumreaktor CaCO3 részecske kilökődéséből) és szerves forrásokból (a foraminifera és/vagy kokkolitoforok héjából).

az eredeti skimmer teljesítményvizsgálatok egyik meglepő megfigyelése az, hogy az akváriumvízben a mérhető TOC – nak csak körülbelül 20-35% – át távolítják el lefölözéssel. Ez a megfigyelés most kissé kevésbé meglepőnek tűnhet, ha a skimmate komponens elemzés összefüggésében nézzük. Így csak ~ 29 % (25% a szilárd + 4% a folyadék) a skimmate eltávolítjuk a H&S 200 skimmer autentikus reef tartály víz egy hét folyamán lehet rendelni szerves anyag. Tehát a lefölözés nem távolítja el az akváriumvízben lévő összes TOC-t, és a skimmate nem tartalmaz annyi TOC-t.

tehát pontosan mit csinál a Futtatás? A víz kármentesítéséről; a legkonzervatívabb, megengedett (de nem kényszerítő!) válasz az, hogy futást eltávolítja sok (élő vagy halott? ismeretlen) mikroorganizmusok, amelyek benépesítik az akvárium vizét, és ezzel eltávolítják a (szerves) szenet, foszfort és nitrogént, amelyek biokémiai összetételüket alkotják. Ezenkívül az oldott szerves vegyületek is eltávolíthatók, de az adatok nem támasztják alá azt az állítást, hogy ezek az oldott szerves fajok az összes eltávolított szerves anyag jelentős mennyiségét alkotják. Ezen víztisztítási funkciók mellett a skimmerek a víz oxigénellátására és általában a gázcsere megkönnyítésére szolgálnak, amelyek a szerves hulladék eltávolításától független hasznos tevékenységek.

következtetések

a skimmát kémiai/elemi összetétele, amelyet egy H& S 200-1260 skimmer generált egy 175 gallonos zátonytartályon néhány nap vagy egy hét alatt. A skimmátnak (szilárd anyag + folyadék) csak kis része tulajdonítható a szerves szénnek (TOC); körülbelül 29%, és ennek az anyagnak a nagy része nem volt vízben oldható, azaz nem volt oldott szerves szén. A kinyert sovány szilárd anyag többsége a tengervíz közönséges ionjain kívül CaCO3, MgCO3 és SiO2 – szervetlen vegyületek voltak! Ezeknek a fajoknak az eredete nem ismert bizonyossággal, de jó eset lehet, hogy a SiO2 a kovamoszatok héjából származik. A CaCO3 származhat más planktonikus mikrobákból, amelyek kalcium-karbonát héjat hordoznak, vagy származhatnak kalciumreaktor szennyvíz. Amennyiben a szilárd skimmát mikroflórából áll, akkor az oldhatatlan szerves anyag egy része, amelyet lefölözéssel távolítanak el, akkor egyszerűen ezeknek a mikroflóráknak a szerves komponensei (“belek”) lennének. Ezek a mikroflóra koncentrálja a P, N és C tápanyagokat a vízoszlopból, így eltávolításuk lefölözéssel a tápanyag-export eszközét képezi.

Köszönetnyilvánítás

köszönjük az Eberly College of Science, A Pennsylvania State University és az E. I DuPont de Nemours and Co. Dr. Sanjay Joshi (Penn State) és Craig Bingman (U. Wisconsin) sok hasznos beszélgetésért.

1. Brzezinski, M. A. 1985. “A tengeri kovamoszatok Si:C: N aránya: interspecifikus variabilitás és egyes környezeti változók hatása.”J. Physiol., 21, 347-357.
2. De la Rosa, J. M.; Gonz 6lez-P, J. A.; Hatcher, P. G.; Knicker, H.; Gonz 6lez-Vila, F. J. 2008. “Tűzálló szerves anyag meghatározása tengeri üledékekben kémiai oxidációval, analitikai pirolízissel és szilárdtest 13C magmágneses rezonancia spektroszkópiával.”Eur. J. Talajtani Tudomány., 59, 430-438.
3. Feldman, K. S.; Maers, K. M.; Vernese, L. F.; Huber, E. A.; Test, M. R. 2009. “A Protein Skimmer teljesítményének kvantitatív értékelésére szolgáló módszer kidolgozása.”Haladó Akvarista http://www.advancedaquarist.com/2009/1/aafeature2/
4. Feldman, K. S.; Maers, K. M. 2010. “További tanulmányok A Protein Skimmer teljesítményéről.”Haladó Akvarista
5. Mitchell-Innes, Ba; Winter, A. 1987. “Coccolithophores: a fitoplankton egyik fő összetevője a Dél-afrikai Cape-félsziget Érett vizeiben, 1983 márciusában.”Tengeri Biol., 95, 25030.
6. Mopper, K.; Stubbins, A.; Ritchie, J. D.; Bialk, H. M.; Hatcher, P. G. “fejlett instrumentális megközelítések a tengeri oldott szerves anyagok jellemzéséhez: extrakciós technikák, tömegspektrometria és magmágneses rezonancia spektroszkópia.”Kémia. Rev., 107, 419-442.
7. Mortlock, R. A.; Froelich, P. N. ” egyszerű módszer a biogén opál gyors meghatározására nyílt tengeri üledékekben.” 1989. Mélytengeri Res., 36, 1415-1426.
8. Stanley, S. M.; Ries, J. B.; Hardie, L. A. 2005, “Seawater Chemistry, Coccolithophore Population Growth, and The Origin of Cretaceous Chalk.”Geológia, 33, 593-596.
9. Sterner, R. W.; Elser, J. J. 2002. Ökológiai Sztöchiometria. Princeton University Press, Princeton.
10. Tortell, P. D.; Maldonado, M. T.; Price, N. M. “a heterotróf baktériumok szerepe a vas-Korlátozott óceáni ökoszisztémákban.” 1996. Természet, 383, 330-332.