用于古环境研究的硅藻同位素样品制备

Diatom isotope sample preparation for palaeoenvironmental research

DOI

dx.doi.org/10.17504/protocols.io.36wgq4knovk5/v1

George Swann1,Andreasnelling1

1University of Nottingham

硅藻同位素越来越多地用于湖泊和海洋环境中的古环境研究，能够重建一系列变量，包括温度、降水、盐度、冰川排放、碳动力学和生物地球化学循环。该协议详细介绍了一种优化的方法，用于从沉积物样品中提取硅藻进行同位素分析，使用一系列化学和密度分离技术，最大限度地减少样品损失，避免对昂贵设备的需求。虽然设计用于提取硅藻以进行氧、硅和碳同位素分析，但还概述了其他阶段，用于分析古生物群落越来越感兴趣的其他同位素（例如硼和锌）。该协议还包括评估样品纯度的程序，以确保分析的样本产生稳健的古环境重建。总体而言，该方法旨在通过最大限度地提高样品纯度和提取过程的效率，提高硅藻同位素分析的古环境研究质量。

第一步:样品分解，此步骤使用非碱性化学物质分解聚集的沉积物，以便成功提取硅藻。完全去除外部有机物发生在协议的第 6 步后面。

第二步:SPT第一次分离，该步骤旨在将硅藻与粘土/铝硅酸盐分离。可以使用一系列高密度液体，但是该协议使用的是聚钨酸钠 (SPT)。

第三步:SPT第二次分离，第二次重复 SPT 分离，与第一次 SPT 分离有细微差别。

第四步:SPT第三次分离.

第五步:SPT残留物清理,留在“A”、“B”和“C”离心管中的材料将包含非硅藻污染物。这些样品中残留的 SPT 液体应回收再利用。

第六步:去除有机物,此时，“D”离心管中剩余的样品材料应主要由可能被外部有机物覆盖的硅藻组成。该步骤使用 H2O2去除该有机物。虽然其他人使用了更强的化学物质，例如硝酸、高氯酸甚至氟化氢，但使用 H2O2可以最大限度地降低攻击硅藻壳的风险，并且通常足以去除所有有机物。

第七步:去除碳酸盐,此时的样品通常不含/含有极少量的碳酸盐。但是，此步骤对于确保完全去除所有痕量碳酸盐仍然很重要。

第八步:纯度评估，在协议的这一点上，建议对样品纯度进行评估，以确定需要进行哪些额外的工作。这也允许检查硅藻壳是否有溶解、成岩作用或其他可能导致同位素分馏的过程的证据。

8.1:初始评估：在光学显微镜（使用涂片载玻片）或倒置显微镜 [在塑料培养皿中] 放大 ≥ x400 下检查样品纯度。可以通过肉眼和/或使用网格标线进行定量计数来评估污染（参见Morley 等人，2004 年）。

如果样品被“污染”，请转到步骤 8.2。

如果样品看起来干净，请转到步骤 8.3 以进一步评估样品纯度。

8.2：如果样品被污染，根据样品中污染物的类型进行进一步的清理步骤。

粘土/铝硅酸盐污染：按所列顺序完成以下子步骤。在每个子步骤之间执行“样品纯度的初步评估”（步骤 8.1），以检查污染物是否已被去除。

重复第 3 次 SPT 洗涤（转到步骤#4)

微分沉降（参见Morley 等人 (2004)）

筛样。除了去除污染物外，筛分样品还可用于去除其他形式的生物二氧化硅和/或分离具有不同大小的硅藻壳/物种。建议： 1) 在筛分之前，在显微镜下对样品进行仔细的目视分析，以确定使用的筛子/筛布的尺寸；2) 为避免材料损失，所有筛分均在 0.45 μm 硝酸纤维素膜过滤器上进行。该过滤器可以卷起并放入装有去离子水（或等同物）的离心管顶部，1500 转，00:05:00从过滤器中回收材料。

有机物

重复有机去除（转到步骤#6)

其他生物二氧化硅（例如，放射虫、海绵）

筛样（见上文）

进一步清洗后

转到步骤#8.1

. 如果目视检查显示样品无法纯化，则：

忽视同位素分析；

考虑使用微型操纵器分离硅藻/污染物（Snelling 等人，2013 年）。由于使用微型操纵器非常耗时，因此建议仅对关键样品进行此操作。

8.3

样品纯度的进一步评估：对此有多种选择，建议至少进行一种类型的评估。

光学显微镜（x1000 放大倍率）使用网格刻度来量化污染（Morley 等人，2004 年）。

XRF - 这最初是由Brewer 等人完成的。(2008)谁使用数据来质量平衡样品中非硅藻污染的同位素影响。我们现在建议，XRF 仅用于检查样品纯度（而不是作为质量平衡的基础），污染样品要么接受进一步纯化，要么被忽视（参见步骤 8.2）。在诺丁汉大学，我们在 XRF 中将样品分析为松散的粉末（而非压制的颗粒），以确保随后可以回收材料进行同位素分析。由于 XRF 提供了样品纯度的“全样品”视角，我们主要使用它来检查粘土/铝硅酸盐污染。考虑到硅藻壳中存在自然吸留的铝，我们要求样品的铝/硅比至少≤0.03，理想情况下≤0.02 才能被视为“干净”。

扫描电子显微镜 (SEM) - 这可以识别样品中的微量污染物（例如，Brewer 等人 (2008)）。

具有能量色散 X 射线光谱 (EDS) 的 SEM - Chapligin 等人。(2012)。

电感耦合等离子体发射光谱 (ICP-OES) - Chapligin 等人。(2012)。

傅里叶变换红外 (FTIR) - 参见Swann 和 Patwardhan (2011)。

8.4

如果样品没有非硅藻污染，则可以分析样品的 δ 13 C、δ 18 O δ 30 Si。对于已经开始为硅藻开发的其他同位素的分析，可能需要进一步的步骤来去除痕量有机物。这些额外的步骤在下面的引文中有所概述，但随着对这些同位素的分析变得更加广泛，对这些（或对它们的修改）的需求可能会发生变化。

δ 11 B：唐纳德等人，2020 年。

δ 66 Zn：Andersen 等人，2011 年。