Mejorar la caracterización de la espectroscopia infrarroja de materia orgánica del suelo con restas espectrales

Resumen

SOM es la base de muchos procesos y funciones del suelo, pero su caracterización por espectroscopia FTIR es desafiado a menudo por interferencias minerales. El método descrito puede aumentar la utilidad del análisis SOM por espectroscopia FTIR restando interferencias minerales en espectros del suelo usando empíricamente obtenidos espectros de referencia mineral.

Resumen

Materia orgánica del suelo (SOM) es la base de numerosas funciones y procesos del suelo. Fourier transforma infrarrojo (FTIR) la espectroscopia detecta infrarrojos activos bonos orgánicos que constituyen el componente orgánico de los suelos. Sin embargo, el contenido de materia orgánica relativamente bajo de los suelos (comúnmente < 5% por masa) y absorbancia superposición de grupos funcionales orgánicos y minerales en la región (MIR) de infrarrojo medio (4.000-400 cm^-1) genera interferencia substancial por dominantes absorbancia de minerales, un desafío o incluso prevenir la interpretación de los espectros para la caracterización de SOM. Sustracciones espectrales, un tratamiento matemático de post-hoc de espectros, pueden reducir la interferencia mineral y mejorar resolución de regiones espectrales correspondientes a grupos funcionales orgánicos quitando matemáticamente absorbancia mineral. Esto requiere de un espectro de referencia enriquecida con minerales, que puede obtenerse empíricamente en una muestra de suelo dado mediante la eliminación de SOM. El espectro de referencia enriquecida con minerales se resta del espectro original (sin tratamiento) de la muestra de suelo para producir un espectro que representa la absorbancia del SOM. Métodos de eliminación de SOM comunes incluyen combustión a alta temperatura ('cenizas') y oxidación química. Selección del método de eliminación de SOM lleva dos consideraciones: (1) la cantidad de SOM eliminado y artefactos (2) absorbancia en el mineral de referencia espectro y por lo tanto el espectro resultante de la resta. Estos posibles problemas pueden y debe, identificados y cuantificados con el fin de evitar interpretaciones falaces o sesgadas de espectros para grupo funcional orgánico composición de SOM. Después del retiro de SOM, la muestra enriquecida con minerales resultante se utiliza para recoger un espectro de referencia de minerales. Existen varias estrategias para realizar restas dependiendo de los objetivos experimentales y características de la muestra, en particular la determinación del factor de resta. El espectro resultante de la resta requiere cuidado de interpretación basada en la metodología mencionada. Para muchos suelos y otras muestras ambientales que contiene componentes mineral substanciales, restas tienen gran potencial para mejorar la caracterización espectroscópica de FTIR de la composición de la materia orgánica.

Introducción

Materia orgánica del suelo (SOM) es un componente menor en masa en la mayoría de las muestras de suelo, pero está implicada en varias propiedades y procesos funciones de suelo subyacente, como nutrientes bicicleta y carbono secuestro¹. Caracterización de la composición de la MOS es uno de los varios enfoques para vincular formación SOM y facturación con su rol en el suelo las funciones^2,3. Un método de caracterización de la composición de SOM es Fourier transforma (FTIR) espectroscopia infrarroja, que ofrece la detección de grupos funcionales que constituyen la materia orgánica en suelo....

Protocolo

1. preparar el suelo para espectroscopia deriva no tratadas y el retiro de SOM

1. Tamice el suelo < 2 mm utilizando una malla de acero inoxidable (la ' fracción de tierra fina').
   Nota: Esta demostración emplea dos suelos de textura similar pero una diferencia casi 3-fold en el contenido total de SOM (tabla 1).

2. SOM eliminación por oxidación química: ejemplo de NaOCl

1. Ajustar el pH de 6% w/v NaOCl a pH 9.5 añadiendo 1 M HCl gota a gota a la solución de mezcla y medición con un medidor de pH.
   Nota: Blanqueadores más comerciales (por ejemplo, Clorox) son adecuados en calidad y concentraci....

Resultados

El método de eliminación de SOM tiene implicaciones tanto práctica como teóricas para la interpretación de espectros de resta. Por ejemplo, alteraciones de digestión de alta temperatura se pueden manifestar como pérdidas o apariciones de picos o como mineral cambió de puesto o ampliado picos en el espectro de referencia de minerales. Estos artefactos espectrales son propensos a ocurrir en las regiones de superposición con grupos orgánicos en 1.600-900 cm^-1,^22<.......

Discusión

El método de eliminación de SOM lleva dos consideraciones: 1) la cantidad de SOM eliminado y artefactos 2) absorbancia en el mineral resultante espectro de referencia. Es afortunadamente posible — y posiblemente necesaria, para identificar y cantidad de estos temas para evitar interpretaciones sesgadas de la composición de la MOS del espectro resultante de la resta. Idealmente, restas espectrales emplearía un espectro de referencia sólo mineral para producir un espectro de SOM. 'puro' En realidad, el espectro resultante .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Espectrómetro Nicolet iS50	Thermo Fisher Scientific	912A0760	espectrómetro infrarrojo utilizado para recoger espectros
EasiDiff	Pike Technologies	042-1040	portamuestras de alto rendimiento
OMNIC	Thermo Fisher Scientific	INQSOF018	software utilizado para realizar sustracciones
Hipoclorito de sodio al 6% v/v	Clorox	n/a	lejía genérica comprada en la tienda para la eliminación oxidativa de la materia orgánica del suelo
Horno tipo 47900 Horno	VWR International	30609-748	para incinerar suelos para eliminar la materia orgánica del suelo
VWR Gooch Crisoles, Porcelana	Crisoles VWR International	89038-038	para incineración
Tubo VWR 50 mL estéril CS500	VWR International	89004-364	para hipoclorito de sodio
Horno de aire forzado	VWR International	89511-414	para el secado de suelos después de la oxidación y lavados con agua
VersaStar Medidor de pH Fisher	Scientific	13 645 573	para medir el pH de la solución de oxidación