硼同位素的分离和分析高植物热电离质谱分析

文摘

的知识及其同位素硼在植物有助于更好地理解换位和易位的硼在植物地球化学行为在土壤和植物之间的接口,和硼的生物地球化学循环。至关重要单独开发一个有用的方法从植物硼及其硼同位素的地球化学应用。方法开发硼在植物提取的样本,其同位素是由热电离质谱分析。干灰化的结果表明,这个方法加上两步分离的离子交换色谱法是强大的硼在植物样品完全与大量的有机物。硼同位素组成的比率范围从那些植物组织样本来(总范围:)的平均值SD。茎和根同位素组成是低于花和叶子。硼同位素的分子机制可能负责观察硼同位素组成的变化,被认为是一个有用的工具更好地理解的循环过程中硼的环境和生命系统的签名。

1。介绍

(B)是一种重要的微量元素硼在植物的生长,这无疑是作为结构的一部分细胞壁(1- - - - - -3]。更增加的证据出现的可能角色B在新陈代谢过程中,如质膜功能的维护和一些代谢途径。公园和施莱辛格(4)报道,大多数B是固定到细胞壁内部,而不是回收一次使用的植物,但一些B将排放到大气中植物气溶胶或生物质燃烧。植物死后,返回到土壤里去的。全球B的植物从土壤可以计算为4.5 Tg B /年(4]。所有这些表明,B和B的平衡同位素的自行车在植物和土壤之间的过程将被改变。

在自然界中,B有两个稳定同位素:¹⁰B和¹¹B因为B显示了一个大型的稳定同位素组成的变化(~ 90)[5- - - - - -8),B及其同位素被用于调查各种地球化学,痕迹,和地球物理问题。最近使用的担忧B同位素在生物系统考虑在胚胎发育和器官形成中发挥的重要作用在植物生长1,3)及其同位素分馏在B的自行车由植物从土壤吸收和处理工厂内的一系列化学或生化反应。

存在大量的有机物在植物可以影响排放室的离子电流蒂姆斯(9,10]。在植物,适当的预处理样品应该有效地去除有机污染物,同时保持B稳定同位素组成。该方法使用安伯来特共和军743树脂加上阳离子和阴离子混合离子交换树脂由肖et al。11和王et al。12)是作为代理申请B的分离,尤其是在水样。microsublimation[的技巧13- - - - - -15)和消化与H₂O₂适合的样品有一些有机物。与HNO湿化学消化₃/小时₂O₂共同点是用来消化植物样本;然而,这种方法会产生等压Cs₂碳氮氧⁺离子的308年和309年,B同位素的测定的影响。魏et al。16使用高频)开发了一种方法,H₂O₂,甘露醇溶液混合分离B成功从硅酸盐岩石样本,和B同位素比率是由multicollector电感耦合等离子体质谱法(MC-ICP-MS)。上面提到的这些技术并不适用于消除大量的有机物在植物样品。维塞尔et al。17)和塞拉et al。18B]试图同位素组成生物地球化学农学会交互和产地的咖啡豆。然而,B方法确定同位素组成在不同植物组织稀缺(19]。

在这项研究中,一系列的干灰化实验结合离子交换树脂层析法进行分离B在植物组织样本。B在植物组织同位素组成是由积极的蒂姆斯基于离子。B的复苏在干灰化分离,离子交换色谱法,整个过程检查。和和B同位素分馏特征成分的植物组织样本调查和讨论。

2。材料和方法

2.1。植物样本和网站

检查B同位素分馏的不同的植物物种和植物组织内,植物样本调查研究中包括的各种组织獐牙菜属mussotii法语。和Halenia ellipticad .并收集在青藏高原地区,Weigela佛罗里达简历。红色的王子和紫锥菊angustifolia在山东地区,Cynomorium songaricumrup。在内蒙古地区,中国。的样本美国mussotii和h . elliptica收集在9月和10月(花期和果期期),2012年,青海玉树和Banma县,中国,分别。根全寄生物c . songaricum在中草药被称为“suoyang”是一个典型的蒙古制药厂和通常寄生感染的根源白刺spp。20.]。大肠angustifolia和w .佛罗里达在2012年6月,收集。收集到的样本包括根、茎、叶和花的组织w .佛罗里达,美国mussotii,h . elliptica、茎、叶和花的组织大肠angustifolia,茎和花的c . songaricum。关于样品的信息网站,植物和土壤条件的区域是总结表1。

2.2。仪器和试剂

盐酸(保证试剂)是在一个密封的容器再蒸馏去除碳酸铯的外生b(光谱纯)99.994%的纯度。高纯石墨加入乙醇的混合溶液(80%)获得相对应的最终解决13毫克/克石墨。本研究中使用的同位素参考标准NIST SRM 951硼酸(盖瑟斯堡,医学博士,美国)。甘露醇溶液的1.82% (w / v)和Cs₂有限公司₃含12.3毫克/毫升的Cs的解决方案⁺也准备好了。氢氧化氨,碳酸钠和氯化钠的分析纯试剂。硼砂和硼酸的保证试剂级。

B树脂、特殊树脂安伯来特743年爱尔兰共和军,强阳离子交换树脂Dowex 50 w×8, 67年弱阴离子交换树脂安伯来特IRA,是中国从Sigma-Aldrich有限公司购买。

高纯度水与B空白小于0.008μg是由subboiling再蒸馏蒸馏和通过树脂B列满了特定的树脂(安伯来特共和军743),用来准备标准溶液和工作的解决方案。

一个电感耦合等离子体光学发射光谱仪(美国瓦里安ICP-OES, Vista MPX) 40 MHz射频发生器和电荷耦合装置探测器(Vista芯片)是用于检测B。

2.3。B分离

干灰化也被用来分解植物样本消除有机杂质(19]。传统上,植物样品HNO使用湿化学消化分解的方法₃/小时₂O₂,这可能导致的形成等压干涉Cs₂碳氮氧⁺308年离子()和309年(在蒂姆的电离室。约0.3 - -0.5 g的干燥植物样本加权和放入石英坩埚。坩埚与植物样本被放置在一个封闭的microwave-assist隔焰燃烧器。为了避免样本快速加热的冒泡,起初的温度提高到200°C 1 h有机物的碳化。然后,温度提高到550°C 4 h,直到灰是黑白色的。冷却后,1毫升0.5 mol / L盐酸溶液用于溶解火山灰和解决方案被转移到一个聚丙烯管。

B特殊树脂用于选择性地提取B和同时删除其余的杂质。样品溶液的pH值调整使用0.1 mol / L NH 8 - 9₃·H₂O的解决方案,然后转移到特定条件B树脂在2.5毫升/分钟的流量。与超纯水冲洗后,10毫升0.1 mol / L盐酸在75°C B在树脂被用来洗提;然后,收集洗出液蒸发下一个明确的气流在60°C到0.5毫升的解决方案。

最后,0.5毫升浓溶液转移到混合离子交换树脂柱,它由一个强大的阳离子交换树脂(200 - 400目)和弱阴离子交换树脂(100 - 120目)。15毫升的超纯水是用来冲洗树脂混合。所有收集的洗出液转移到15毫升聚四氟乙烯烧杯。后的Cs₂有限公司₃解决方案的解决方案和甘露醇溶液,蒸发一直持续到大约0.2毫升的解决办法是离开了。解决方案被转移到0.5毫升离心管,继续蒸发的近似浓度1毫克/毫升。存储的解决方案是在4°C质量光谱分析。

B的通用工作流的大纲分离植物样本上面提到的是表示在表2。

2.4。B的同位素测量

B同位素比值的测量进行了使用triton蒂姆斯(美国热费希尔科学Inc .),配备了特殊的双杯系统允许静态multicollection(309/308)离子(21,22]。钽丝脱气的当前3 1 h,然后涂上了2.5μL石墨砂浆的解决方案。当泥浆解决方案几乎是干的,1μL样品溶液被加载的石墨和蒸发干燥。B的测定同位素方法报道后肖et al。22]。的¹¹B /¹⁰B比率计算(23,24]。

B表示为样本的同位素组成δ¹¹B相对于NIST的SRM 951标准:

在这里,和是样品的B同位素比率和NIST SRM 951 H₃薄₃,分别。测量平均¹¹B /¹⁰B NIST SRM比951 H₃薄₃是(,)。

3所示。结果与讨论

3.1。复苏的B干灰化

最重视B在干灰化损失和随后的同位素分馏和两步生物样品中的离子交换色谱法(19]。B的浓度在植物样品使用ICP-OES决心。王等人。12和肖等。11]报道pH值的影响,酸度和盐度、温度和复苏的盐酸溶液B使用安伯来特共和军743树脂结合混合离子交换树脂。结果表明,B在两步的恢复离子交换色谱法达到100%,这意味着没有B在这个过程中损失。所以,在接下来的实验中,B的复苏在干灰化和整个过程进行调查。检查B复苏干灰化,硼砂作为B的参考标准来评估损失和同位素分馏过程。五个复制,意味着100.2%得到复苏,这意味着没有B除了结晶水失去的损失。然而,当H₃薄₃在干灰化用于恢复测试,没有剩下的管,这表明B H的格式吗₃薄₃将蒸发到空气中。这表明干燥灰时温度小于550°C, B硼酸的形式不会失去在示例,这表明B的保守行为同时,低氧供应似乎抑制B的变化形成干灰化。

3.2。复苏B的整个过程

两步离子交换色谱法用于B从环境样本中提取是基于修改报告王et al。12和肖等。11]。B空白的引入干灰化和色谱法可以改变B的复苏和同位素组成参考标准硼砂被用来通过过程量化B复苏和探索B同位素的分馏。总B空白证明这里是0.008μg B,这表明B同位素组成的变化过程应该在外部同位素测量的精度,因此忽略了。结果表明,B的复苏在整个过程从110.2%至95.6不等,表明B是在这个过程中不会丢失。B在硼砂同位素组成的比较(δ¹¹B =,)和术后(δ¹¹B =,)与偏差的一个错误表明B同位素组成未分离的过程。经济复苏的产量在两步的完整过程以及离子交换树脂色谱分离出生在矩阵如图1。

3.3。B在组织的数量变化

干的B在植物组织样本从2.87到40.6不等μg / g。图中列出的结果2表明,B的干量最低的阀杆和最高的花。一般来说,意味着大量的干叶子(26.39 Bμ(26.85 g / g)和花μg / g)是更大的比根(15.71μ(12.89 g / g)和阀杆μg / g)。在计算平均B的茎和花,的结果c . songaricum没有考虑不同的行为在干茎和花。干的B在这些植物组织样本类似于其他植物(10 - 100μg / g)基于干重的报道力量和森林25]。在维管植物中,B从蒸腾的根源,积累在不断增长的叶子和茎点(1,26]。在大多数植物物种,生殖生长的B要求是高于营养生长27]。黄等。28)表明,B被从叶子在白羽扇豆(积极增长的生殖器官Lupinus白色)。这些发现表明,在植物生长过程中,特别是在花期和果期期间,大量的B需要促进植物的生长和发育生殖组织,导致在叶子和花的积累。

3.4。分馏B同位素组成的变化

的δ¹¹B值的组织这些植物样品如图3。的δ¹¹B ()值的范围从来(总范围:)的平均值SD。当c . songaricum为计算,考虑了吗δ¹¹B值的范围从来(范围范围:),的意思SD。这些报告的结果类似于塞拉et al。18)与δ¹¹B值来(平均值:SD)。除了的茎和花组织c . songaricum(图3),最大的意思δ¹¹B值发生在叶()和花组织(),最小值δ¹¹B发生在干细胞(),然后在根()。

在数据2和3的变化δ¹¹B是类似于干的B,这可能是相对于B的吸收和运输在植物。在植物生长,B的吸收根的形式B(哦)₃或(29日]。B(哦)₃可以通过被动扩散或被植物能源依赖的高亲和性运输系统(30.]。硼酸可以形成最稳定的二酯与cis-diols呋喃环(1,27]。B的运动依赖于糖或多元醇分子运输(1]。

B是青睐的重同位素B(哦)₃和是耗尽¹¹B;因此,的变化δ¹¹B在根更低,与土壤中[密切相关31日]。B也可以运到生殖和营养组织(30.,32),尽管这种能力不同物种间(33,34]。B从根运送至阀杆后,δ¹¹B值在根大于茎不同速度影响B移动运输或离子交换。在植物生长过程中,大量的山梨糖醇等糖醇,甘露醇,果糖,是利用B的羟基(OH)的结合₃,需要在树叶和鲜花35,36]。因此,多¹¹B将优先进入叶子和花朵连同B(哦)₃,导致更高δ¹¹B值的叶和花。

3.5。Δδ¹¹在高等植物中B值

两个组件之间的分离和确定如下(37]:

Δ的变化δ¹¹B在植物组织样本w .佛罗里达,美国mussotii,h . elliptica照明在图4。B同位素组成明显分离植物种类和同一植物的不同组织。,,在h . elliptica的,,,在w .佛罗里达的,,,在美国mussotii的,,。

Δ的最大δ¹¹B (>)被发现在root-stem、root-leaf root-flowerh . elliptica,这意味着相对于w .佛罗里达和s . mussotii更多的¹¹B被h . elliptica从该地区。的最小值(<)中观察到的美国mussotii,这意味着更多¹⁰B是累积的组织美国mussotii,可能是由于不同的吸收和转移的方式biophysiological B对植物的影响。这将存在另一个重要渠道B同位素组成的变化在全球循环进一步吸收和易位的B在植物的组织。

4所示。结论

使用干式灰化方法结合两步色谱分离的开发B在植物样本,这使得应用程序B的同位素在生物地球化学,植物和土壤的行为,和植物的新陈代谢。在工厂内,较重同位素浓缩在叶子和花朵。B同位素分馏机制的扩散、运输、或组织之间的生物效应。此外,骑自行车和B的同位素分馏机制的知识吸收的植物将有助于更好地理解B的全球生物地球化学循环。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持的自然科学基金项目(批准号41403005和41403005),山东省自然科学基金项目,中国(批准号ZR2014DL007),山东省高等教育科技工程项目(批准号J15LC11)。

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