CHƢƠNG 2 : ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Quy trình và phƣơng pháp phân tích thành phần đồng vị
2.2.1. Phương pháp xử lý mẫu trước khi phân tích
Các nghiên cứu về địa hóa đồng vị bền (Lerman et al 2013) cho thấy, các đồng vị C, H, O, N, S khá phổ biến trong các khống vật trầm tích và đƣợc cân bằng trong hệ khoáng vật-nƣớc. Ở điều kiện nhiệt độ khác nhau, mỗi cặp khống vật –nƣớc có hệ số cân bằng đồng vị khác nhau (Richard Worden et al, 2003).Trong số các khống vật trầm tích tƣớng hồ đầm lầy thì các khống vật sét là khoáng vật nhạy cảm vớisự thay đổi mơi trƣờng thành tạo. Vì vậy việc tách khống vật sét ra khỏi các khoáng vật khác là cần thiết trong nghiên cứu xác định điều kiện cổ môi trƣờng.Việc tách chiết và làm giàu khống vật sét đƣợc tiến hành nhƣ mơ tả dƣới đây.
Bƣớc 1: Mẫu trầm tích sau khi đƣợc đƣa về phịng thí nghiệm đƣợc lấy ra khỏi túi nilon và cho vào khay phân tích, ngâm trong nƣớc cất , đợi đến khi mẫu tan
bở ra (có thể cho vào máy siêu âm để làm tan mẫu cho nhanh), sau đó lấy chày cao su nghiền nhẹ mẫu để phá vỡ liên kết của các hạt khoáng vật nhƣ thạch anh, plagiocla, mảnh đá vụn với các khoáng vật sét, rồi đổ vào lọc qua rây, nƣớc vào ống pipet.Rồi lại nghiền mẫu đó đƣơc khoảng 3 lần nhƣ thế thì đổ mẫu sót lại trong rây vào nghiền thêm khoảng 3 lần nữa rồi đổ vào lại rây. Khoảng 2- 3 lƣợt nhƣ vậy là đƣợc.
Bƣớc 2: Tách các khoáng vật ở cấp hạt sét.
Mẫu sau khi đƣợc nghiền bằng chày cao su đó cho mẫu vào ống đong loại 1000 mlcùng với nƣớc cất nhƣ hình sau:
Hình 2.3.Các mẫu trầm tích sau khi đƣợc đƣa vào các ống pipet
Bƣớc 3: Khuấy đều ống pipet và sau đó lần lƣợt hút mẫu theo thời gian sau 40s, 16p, 59p và 15h để tách các cấp hạt theo thời gian lắng động. Tốc độ lắng đọng, thời gian lắng đọng, độ nhớt của dung dịch và nhiệt độ phụ thuộc theo công thức Stocke.
Trƣớc khi hút mẫu cần chuẩn bị các chén ra trƣớc các ống pipet.Tìm ghi chén mẫu vào tƣơng ứng mỗi ống pipet.
Hút mẫu ở 40s: Khuấy mẫu lên khi cái khuấy mẫu vừa lên khỏi mặt nƣớc bắt đầu bấm giờ.40s hút mẫu, hút nhanh, lƣợng khoảng 25ml là đạt (thực tế là cần 20 ml nhƣng bù trừ khơng khí đi vào nên hút 25ml). Các mẫu tiếp theo làm tƣơng tự.
Hút mẫu ở 16p, 59p,15h: Khuấy đồng loạt tất cả các ống pipet, thời gian khuấy, cách khoảng bằng nhau. Sau đó lấy ống hút để hút, căn chuẩn bằng thời gian khuấy.
Sau đó cho chén đựng mẫu vào tủ sấy sấy khô ở 60oC.
- Sau khi mẫu đã đƣợc sấy khô, lấy mẫu ra khỏi tủ sấy để ở nhiệt độ phòng trong khoảng 1h để làm nguội mẫu.
- Nghiền mẫu vừa lấy đƣợc bằng cối mã não đến khi các hạt mịn.Khơng cịn cảm thấy lạo xạo ở dƣới đáy cối.
2.2.1.1. Lựa chọn và xử lý mẫu trầm tích để phân tích đồng vị bền C và chỉ số δ13C
Đồng vị bền C trong trầm tích hữu cơ đƣợc sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu môi trƣờng, sinh thái, phục hồi điều kiện cổ mơi trƣờng và cổ khí hậu (Fry, 2006; Hoefs 2009; Tue và cộng sự, 2011). Do vậy, phƣơng pháp phân tích giá trị tỉ số đồng vị bền C ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi.Tuy nhiên, vì trong mẫu trầm tích thƣờng chứa các thành phần carbonat thứ sinh, vì vậy để đảm bảo tính chính xác cần phải loại bỏ sự có mặt của carbonat tự do. Quy trình loại bỏ carbonat đƣợc tiến hành nhƣ sau:
1) Mẫu trầm tích sau khi sấy khơ đƣợc nghiền mịn bằng cối và chày mã não. Mẫu đƣợc nghiền mịn đến cỡ nhỏ nhất có thể (thƣờng phải đảm bảo kích thƣớc hạt mịn < 20 µm);
2) Khoảng 2g mẫu trầm tích mịn đƣợc chuyển vào các ống microtube (hay còn gọi là ống Eppendorf);
3) Mẫu trầm tích trong ống microtube sẽ đƣợc xử lý bằng axít để loại bỏ các hợp phần carbonate có trong mẫu. Cần chú ý là các hợp phần carbonate có trong mẫu dễ gây sai số đối với giá trị đồng vị δ13C trong trầm tích hữu cơ, bởi giá trị tỉ số đồng vị δ13C thƣờng có giá trị cao ~ 0 ‰, trong khi giá trị đồng vị δ13C của vật chất hữu cơ thƣờng có giá trị nhỏ (–10 đến –30 ‰).
Để xử lý, loại bỏ thành phần carbonate có trong trầm tích, khoảng 4 ml axít HCl 1N đƣợc nhỏ lần lƣợt vào các ống microtube có chứa mẫu trầm tích.Sau khi
nhỏ xong axít, mẫu trong các ống microtube đƣợc đậy nắp kín và trộn đều bằng máy rung, lắc để cho mẫu trầm tích đƣợc trộn đều với axít và đảm bảo phản ứng xảy ra hồn tồn. Cần chú ý trong q trình thao tác là khi axít HCl phản ứng với carbonate sẽ tạo ra bọt khí do q trình giải phóng khí CO2, nên nếu mẫu trầm tích có thành phần carbonate cao sẽ giải phóng ra lƣợng khí lớn. Vì vậy, chúng ta có thể quan sát thấy bên trong các ống microbe có nhiều bọt khí. Đối với các mẫu trầm tích này, cần phải mở nắp đậy ống microtube thƣờng xun để bọt khí thốt ra, nếu khơng để bọt khí thốt ra, mẫu có thể bị tràn ra ngồi theo bọt khí, khi chúng ta mở nắp microtube.
Sau khi mẫu đã đƣợc trộn đều với axít và phản ứng loại bỏ carbonate xảy ra, các ống microtube chứa mẫu trầm tích và axít đƣợc đặt thẳng đứng vào các khay nhựa, đặt trong phịng sạch, có tủ hút, nhiệt độ ổn định và chờ trong 24 giờ. Cần chú ý là tất cả các ống mẫu cần đƣợc mở nắp, bởi trong quá trình xảy ra phản ứng giải phóng carbonate, sẽ có một lƣợng khí CO2 thốt ra.
4) Sau khoảng thời gian 24 giờ, các ống microtube đƣợc đậy nắp và đặt vào khay của máy li tâm. Máy li tâm đƣợc đặt chế độ quay 6200 rpm và cho quay với thời gian là 30-40 giây. Ngay sau khi máy li tâm dừng hẳn, các ống microtube đƣợc lấy ra và mẫu trong ống đƣợc tách ra làm hai phần: phần chất lỏng (axít) và mẫu trầm tích lắng dƣới đáy ống microtube.
Hình 2.4.Sơ đồ các bƣớc xử lý mẫu trầm tích để phân tích bằng hệ thống khối phổ đồng vị bền
Sau khi toàn bộ chất lỏng trong ống microtube đƣợc loại bỏ, khoảng 4 ml nƣớc cất đã đƣợc khử ion (Mili-Q) đƣợc nhỏ vào ống microtube và đóng chặt nắp.Mẫu trong ống microtube lại đƣợc trộn đều bằng máy rung. Sau khi toàn bộ mẫu đã đƣợc trộn đều, ống microtube đƣợc đặt lại vào máy li tâm và quay với tốc độ quay 6200 rpm trong thời gian 30 giây. Sau đó, các ống microtube đƣợc lấy khỏi máy li tâm và sử dụng pipet thủy tinh loại nhỏ để hút tồn bộ chất lỏng có trong ống.Q trình rửa mẫu nhƣ trên đƣợc thực hiện 4 lần.
Sau khi mẫu đã đƣợc rửa sạch axít, các ống microtube đƣợc mở lắp và đặt thẳng đứng vào khay và sấy khơ hồn tồn bằng tủ sấy (Hình 2.4). Sau khi mẫu đã đƣợc sấy khơ hồn tồn, khoảng 10 đếm 30 mg mẫu trầm tích sẽ đƣợc gói trong các cốc làm bằng giấy thiếc có kích thƣớc (4×6 hoặc 6×8 mm) để phân tích giá trị tỉ số đồng vị δ13C bằng hệ thống khối phổ đồng vị bền.
2.2.1.2. Lựa chọn và xử lý mẫu trầm tích để phân tích đồng vị N và xác định tỷ số δ15N
Các bƣớc tiến hành xử lý mẫu trầm tích để phân tích đồng vị N và xác định giá trị tỉ số đồng vị δ15N cũng tƣơng tự nhƣ đối với phân tích đồn vị C và xác định tỷ số đồng vị δ13C. Chỉ khác một điều là do đồng vị nitơ không phụ thuộc vào hàm lƣợng carbonate trong trầm tích, vì vậy khơng cần phải thực hiện các bƣớc xử lý mẫu trầm tích bằng axít HCl 1N.
2.2.1.3. Lựa chọn và xử lý mẫu trầm tích để phân tích đồng vị O và xác định tỷ số đồng vị δ18O
Các bƣớc tiến hành xử lý mẫu trầm tích để phân tích thành phần đồng vị O và giá trị tỉ số đồng vị δ18O cũng tƣơng tự nhƣ đối với phân tích thành phần đồng vị C và giá trị tỷ số đồng vị δ15C.