CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2. Quy trình và phương 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 khoáng vật trầm tích và đƣợc cân bằng trong hệ khoáng vật-nước. Ở điều kiện nhiệt độ khác nhau, mỗi cặp khoáng vật –nước có hệ số cân bằng đồng vị khác nhau (Richard Worden et al, 2003).Trong số các khoáng vật trầm tích tướng hồ đầm lầy thì các khoáng vật sét là khoáng vật nhạy cảm vớisự thay đổi môi trường thành tạo. Vì vậy việc tách khoáng vật sét ra khỏi các khoáng vật khác là cần thiết trong nghiên cứu xác định điều kiện cổ môi trường.Việc tách chiết và làm giàu khoáng vật sét được tiến hành như mô tả dưới đây.
Bước 1: Mẫu trầm tích sau khi được đưa về phòng thí nghiệm được lấy ra khỏi túi nilon và cho vào khay phân tích, ngâm trong nước 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, nước vào ống pipet.Rồi lại nghiền mẫu đó đươc khoảng 3 lần như 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.
Bước 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 nước cất như hình sau:
Hình 2.3.Các mẫu trầm tích sau khi đƣợc đƣa vào các ống pipet
Bước 3: Khuấy đều ống pipet và sau đó lần lượt 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.
Trước khi hút mẫu cần chuẩn bị các chén ra trước các ống pipet.Tìm ghi chén mẫu vào tương ứng mỗi ống pipet.
Hút mẫu ở 40s: Khuấy mẫu lên khi cái khuấy mẫu vừa lên khỏi mặt nước bắt đầu bấm giờ.40s hút mẫu, hút nhanh, lƣợng khoảng 25ml là đạt (thực tế là cần 20 ml nhưng bù trừ không khí đi vào nên hút 25ml). Các mẫu tiếp theo làm tương 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.Không còn cảm thấy lạo xạo ở dưới 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 trường, sinh thái, phục hồi điều kiện cổ môi trường và cổ khí hậu (Fry, 2006; Hoefs 2009; Tue và cộng sự, 2011). Do vậy, phương 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 thường 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 khô đƣợc nghiền mịn bằng cối và chày mã não.
Mẫu được nghiền mịn đến cỡ nhỏ nhất có thể (thường phải đảm bảo kích thước hạt mịn < 20 àm);
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 thường có giá trị cao ~ 0 ‰, trong khi giá trị đồng vị δ13C của vật chất hữu cơ thường 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 hoàn toàn. Cần chú ý trong quá trình thao tác là khi axít HCl phản ứng với carbonate sẽ tạo ra bọt khí do quá 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 thường xuyên để bọt khí thoát ra, nếu không để bọt khí thoát ra, mẫu có thể bị tràn ra ngoài 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 phòng 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 thoát 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 dưới đáy ống microtube.
Hình 2.4.Sơ đồ các bước 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 nước cất đã được khử ion (Mili-Q) được 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 toàn bộ chất lỏng có trong ống.Quá 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 khô hoàn toàn bằng tủ sấy (Hình 2.4). Sau khi mẫu đã đƣợc sấy khô hoàn toàn, khoảng 10 đếm 30 mg mẫu trầm tích sẽ đƣợc gói trong các cốc làm bằng giấy thiếc có kích thước (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 bước tiến hành xử lý mẫu trầm tích để phân tích đồng vị N và xác định giá trị tỉ số đồng vị δ15N cũng tương tự như 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 lượng carbonate trong trầm tích, vì vậy không cần phải thực hiện các bước 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 bước tiến hành xử lý mẫu trầm tích để phân tích thành phần đồng vị O và giá trị tỉ số đồng vị δ18O cũng tương tự như đối với phân tích thành phần đồng vị C và giá trị tỷ số đồng vị δ15C.