שיפור ספקטרוסקופית אינפרא אדום אפיון של חומר אורגני בקרקע עם המתחוללות ספקטרלי
10 בינואר 2019
סום ביסוד אדמה פונקציות ותהליכים רבים, אבל את האפיון שלה על ידי FTIR ספקטרוסקופיה לעיתים קרובות תיגר הפרעות מינרלי. השיטה המתוארת יכול להגדיל את התועלת של ניתוח סום מאת FTIR ספקטרוסקופיה על-ידי חיסור ספקטרה הפניה מינרלים מינרלים הפרעות בספקטרה קרקע באמצעות מדעית שהושג.
שיטה זו יכולה לסייע בשיפור האפיון של חומר אורגני ומטריס מוצק סביבתי, כגון קרקעות ומעים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא יכולה להפחית הפרעות מינרליות בספקטרום הקרקע המגבילות את הפרשנות של מרכיב החומר האורגני של קרקעות. ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על דגימות סביבתיות אחרות הנשלטות על ידי מינרלים, מעבר לקרקעות, כגון מים ומינרלים מאובנים.
בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו בקביעת גורם חיסור אופטימלי. חשוב לזכור כי זה נקבע מבחינה מבצעית על ידי המטרות הניסיוניות שלך. זכור זאת בעת חקירת ערכי גורם חיסור.
המעבדה שלי עושה עבודות חיסור כבר כ-10 שנים, במטרה העיקרית לזהות רצועות ספיגה הקשורות לאיכות פחמן אורגנית באדמה. במקור, רצינו ללמוד את התפקיד של שחיקת רוח על הסרת צורות שונות של פחמן קרקע מקרקעות חקלאיות. הדגמה חזותית של שיטה זו מועילה מכיוון שלבי החמצון עתירי העבודה וההתאמות של גורם ההפחתה דורשים תרגול מסוים על ידי ביצוע, אשר ניתן ליידע על ידי צפייה כיצד אחרים מבצעים הליכים אלה.
ראשית, לסנר אדמה פחות משני מילימטרים, באמצעות רשת נירוסטה. לאחר מכן, להתאים את ה- pH של 6% hypochlorite נתרן ל 9.5, על ידי הוספת חומצה הידרוכלורית אחת טיפה חכם לפתרון, תוך ערבוב ומדידה עם מד pH. מוסיפים 25 מ"ל של pH 9.5 hypochlorite נתרן ל 4 גרם של האדמה sieved בצינור חרוט 50 מ"ל ומערבבים על ידי sonication.
לאחר sonication, דגירה את התערובת באמבט מים 80 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות, כדי להגדיל את שיעור החמצון. צנטריפוגה את התערובת כדי לקבל על טבעי ברור. ואז ידנית decant את supernatant לתוך מיכל פסולת.
לאחר שלב החמצון האחרון, מוסיפים 20 מ"ל של מים שעברו דה-יונה לאדמה, ומערבבים במשך חמש דקות באמצעות שייקר אופקי ב-120 סל"ד. צנטריפוגה המדגם בטמפרטורת החדר במשך 15 דקות ב 4000 פעמים גרם. באמצעות מרית ומים deionized מבקבוק להשפריץ לפי הצורך, להעביר את גלולת הקרקע מתחתית צינור הצנטריפוגה לסירת שקילה פלסטיק.
לאחר מכן, תנור לייבש את המדגם ב 60 מעלות צלזיוס במשך 48 שעות. לאחר דגימת הקרקע יבשה, לכמת את תוכן הפחמן האורגני הכולל על ידי כרומטוגרפיה גז בעירה, באמצעות מנתח CN. להסרת SOM על ידי בעירה בטמפרטורה גבוהה, למדוד אחד עד שני גרם של אדמה מסולבת לתוך כור היתוך חרסינה, באמצעות מרית.
לאחר מכן, מחממים את הדגימה ב 550 מעלות צלזיוס במשך שלוש שעות, באמצעות תנור עמום. טוחנים דגימות אדמה לא מטופלות ומטופלות לעקביות דומה על ידי שחיקת ידיים. בעקבות זאת, לטעון מדגם KBr הקרקע בעבר לתוך מדגם של ספקטרומטר FTIR.
כדי לאסוף ספקטרום רקע, פתח את התפריט הנפתח לניסוי ובחר את שיטת האיסוף הניסיונית הרצויה בתוכנה. לחץ על סמל ההתקנה הניסיונית כדי לבחור פרמטרי רכישה ספקטרליים. תחת לשונית האיסוף, ודא שמספר הסריקות והרזולוציה מתאים למטרות ניסיוניות.
לחץ על אישור כדי לשמור שינויים. לאחר מכן, לחץ על סמל רקע האיסוף כדי לאסוף ספקטרום רקע. לאחר מכן, יוצקים את דגימת הקרקע לתוך המדגם עד כדי מילוי יתר מעט, כדי להבטיח טעינה עקבית כדי למזער את חספוס פני השטח.
לאחר מכן, פני השטח להחליק את הקרקע ב, באמצעות קצה שטוח, כך הגובה של דגימת הקרקע הוא סומק עם השפה של ה. כדי לאסוף ספקטרום של דגימות הקרקע שלא טופלו וטופלו, לחץ על התקנה ניסיונית. תחת כרטיסיית האיסוף, בחר השתמש בקובץ הרקע שצוין וטען את קובץ ספקטרום הרקע.
לאחר מכן, לחץ על אישור כדי לשמור שינויים. כדי להתחיל איסוף ספקטרלי על הקרקע, לחץ על לאסוף מדגם. כדי לבצע חיסורים ספקטרליים, אפס פסגות באמצעות אפשרות החיסור של התוכנה;כדי לשנות את גורם החיסור, כדי למזער או להפחית פסגות מינרלים היעד, ו / או כדי למקסם את הבסיס ליניארי.
בחרו בו-זמנית בספקטרום הקרקע הלא מטופל והמטופל ולחצו על סמל ההפחתה. ספקטרום הקרקע הראשון שלא טופל ייבחר, יהיה הספקטרום שממנו יחסר ספקטרום הקרקע השני שטופל. השתמש בקו הלחצן הדו-מצבי האנכי ובחצים כדי להגדיל או להקטין את מגורם ההפחתה.
שימו לב לשינויים בספקטרום ההפחתה בתצוגה מקדימה. לבסוף, לחץ על הוסף כדי לטעון את ספקטרום ההפחתה המחושב לחלון. שינויים נפוצים של רצועות מינרלים בעקבות אפר בטמפרטורה גבוהה, כוללים אובדן פסגות OH והפסדי שיא ושינויים בפסגות חמצן סיליקון סריג ואלומיניום חמצן.
אדמה A איבדה 89% מהפחמן האורגני בקרקע על ידי חמצון נתרן hypochlorite, לעומת 97% על ידי אפר, תוך שמירה על תכונות ספיגת מינרלים שונו על ידי אפר. ככל שגורם ההפחתה עולה, ספיגת הפסגות המתאימות למינרלים פוחתת, בעיקר, חמצן OH וסיליקון. במקביל, ספיגה עולה עבור קבוצות פונקציונליות אורגניות, כגון CH aliphatic, amide CN ו- NH, ו / או ארומטי CC.למרות אפס את חמצן סיליקון דמוי קוורץ ב 2100 כדי 1780 Wavenumber מושגת עם גורם חיסור של 0.76, היפוך בולט בצורת W מרמז כי הפרשנות של ספקטרום חיסור צריך להיות מוגבל יותר מ 1200 Waven.
שיפור מתיחת CH aliphatic על ידי חיסור יתר של ספקטרום הייחוס המינרלי, הופך את הספקטרום הנותר לבלתי ניתן להפרכה, כולל האזור המתאים לרוב הקבוצות הפונקציונליות האורגניות, הרלוונטי לאפיון SOM. עבור שיטה נתונה של הסרת SOM, ההבדלים ניכרים חזותית בין ספקטרום ההפחתה של קרקעות חומר אורגני גבוה ונמוך כי הם פחות גלויים או נעדרים ספקטרום הקרקע מטופל. בעת ניסיון לבצע הליך זה, חשוב לזכור לבצע בקרות איכות, כגון בדיקת כמות החומר האורגני שהוסר בשיטה מסוימת ולדגימה ספציפית.
חשוב גם להעריך את גורם ההפחתה עבור התאמה למטרות הניסוי. בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות, כמו תהודה מגנטית גרעינית או ספקטרומטריית מסה, על מנת לספק מידע משלים על מבנה החומר האורגני של הקרקע. עם התפתחותה המתמשכת, טכניקה זו מסייעת לחוקרים בתחומי מדעי הקרקע, גיאוכימיה ומעים, לחקור הרכב קבוצתי תפקודי של חומר אורגני בדגימות הנשלטות על ידי מינרלים.
לאחר צפייה בסרטון זה, אתה צריך הבנה טובה על איך להסיר חומר אורגני מדגימות אדמה, כדי לייצר ספקטרום התייחסות מועשר מינרלים לביצוע חיסור של ספיגת מינרלים. אל תשכח כי עבודה עם חמצון, כגון hypochlorite נתרן, יכול להיות מסוכן. אמצעי זהירות כגון ציוד מגן אישי, תמיד יש לנקוט בעת ביצוע הליך זה.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
שיטה זו יכולה לסייע בשיפור האפיון של חומר אורגני ומטריצות מוצקות סביבתיות, כגון קרקעות ומשקעים. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא היכולת להפחית הפרעות מינרליות בספקטרום של הקרקע, המגבילות את הפרשנות של רכיב החומר האורגני בקרקעות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- ניתוח חומר אורגני בקרקע
- ספקטרוסקופיית FTIR
- אפיון דגימות סביבתיות
רקע
- חומר אורגני בקרקע (SOM) הוא קריטי עבור תפקודי קרקע רבים.
- אפיון של SOM באמצעות ספקטרוסקופיית FTIR מופרע לעיתים קרובות על ידי הפרעות מינרליות.
- ניתן להשתמש בספקטרומים של ייחוס מינרליים אמפיריים כדי לשפר את הניתוח.
- לטכניקה זו יש השלכות על דגימות סביבתיות אחרות הנשלטות על ידי מינרלים.
מטרת המחקר
- להגביר את התועלת של ניתוח SOM באמצעות ספקטרוסקופיית FTIR.
- לספק שיטה להסרת הפרעות מינרליות בספקטרום של קרקע.
- להקל על פירוש מדויק יותר של חומר אורגני בקרקעות ובמשקעים.
שיטות שהשתמשו בהן
- ספקטרוסקופיית FTIR לניתוח קרקע.
- שימוש בספקטרי ייחוס מינרליים שהתקבלו באופן אמפירי.
- קביעת גורמי חיסור אופטימליים בהתבסס על מטרות הניסוי.
- יישום השיטה על דגימות סביבתיות שונות.
תוצאות עיקריות
- השיטה מפחיתה ביעילות הפרעות מינרליות בספקטרום של קרקע.
- אפיון משופר של מרכיבי החומר האורגני בקרקעות.
- פוטנציאל ליישום על משקעים ומינרלים מאובנים.
- הנחיות למשתמשים לקביעת גורמי חיסור אופטימליים.
מסקנות
- טכניקה זו משפרת את הניתוח של חומר אורגני בקרקע.
- היא מספקת מסגרת להתמודדות עם הפרעות מינרליות.
- השיטה בעלת ערך עבור חוקרים הלומדים מטריצות סביבתיות שונות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
במו and ב-R&D של ביוטכנולוגיה, אפיון מדויק של מטריצות מורכבות הוא חיוני לאישור מטרה (target validation) ולפיתוח בדיקות. טכניקות של חיסור ספקטרלי המפחיתות הפרעות מהמטריצה מאפשרות זיהוי ברור יותר של תרכובות ביו-אקטיביות או סמנים ביולוגיים (biomarkers) בדגימות המופקות מהסביבה. גישה זו תומכת בהפחתת סיכונים מכניסטית על ידי שיפור איכות הנתונים בזרימות עבודה של גילוי מוקדם, הכוללות סריקה של מוצרים טבעיים או ניתוח פורמולציות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בדיקה של קבוצות פונקציונליות אורגניות במטריצות מורכבות על ידי הפחתת אותות מינרליים שמבלבלים את התוצאה.
- ערך תפעולי: תומך בהכנה הדירה של דגימות לצורך סריקה עקבית מבוססת FTIR של ספריות של תוצרי טבע.
סריקה ופיתוח בדיקות (Assay)
- ערך מדעי: מייצר ספקטרום חיסור עם רזולוציה משופרת של פס אלפטיים של CH, פסי CN/NH של ಅಮיד ופסים ארומטיים של CC הרלוונטיים לזיהוי אנליטים אורגניים.
- ערך תפעולי: מקל על סטנדרטיזציה של יצירת ספקטרומי ייחוס באמצעות חמצון כימי או שריפה בטמפרטורה גבוהה להבטחת חסינות הבדיקה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: משפר את אמינות אפיון החומר האורגני במודלים של קרקע/משקעים המשמשים לחקר זמינות ביולוגית של מזהמים או מטבוליזם מיקרוביאלי.
- ערך תפעולי: מאפשר הדירות בין מעבדות באמצעות פרוטוקולים מתועדים להסרת SOM ואופטימיזציה של מקדם החסירה.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד (Pipeline)
השיטה מתאימה לתהליכי עבודה בשלבי הגילוי המוקדמים, שבהם הפרעות ממטריצה מסתירות את אותות האנליט, במיוחד במיקרוביולוגיה סביבתית או בבידוד של תוצרים טבעיים. היא משפרת את המוכנות לסריקה על ידי הפקת נתונים ספקטרליים נקיים יותר לצורך השוואה בהמשך התהליך ואוצרייה של ספריות נתונים.
- ביולוגיה של הגילוי: מפחיתה עמימות מכניסטית בנתוני FTIR על ידי בידוד דפוסי בליעה אורגניים מרקע מינרלי.
- סריקה: משפרת את המוכנות של הבדיקה באמצעות ייצור הדיר השפעות של ספקטרומי ייחוס מינרליים באמצעות שיטות מאושרות להסרת SOM.
- אנליטיקה: מאפשרת השוואה כמותית של אותות קבוצות פונקציונליות אורגניות באמצעות ספקטרומי חיסור מתוקנני קו בסיס.
- מחקר תרגומי: תומכת ברציפות מדגימה סביבתית להערכה פרה-קלינית על ידי שיפור יכולת הפרשנות של נתונים במטריצות מורכבות.
- שימוש חוזר ארגוני: קובעת פרוטוקול תיקון ספקטרלי הניתן לשימוש חוזר וישים לסוגי דגימות עשירות במינרלים בתוכניות גילוי.
השפעה תפעולית ועסקית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בזיהוי תרכובות אורגניות על ידי מזעור תוצאות חיוביות שגויות הנובעות מחפיפה עם מינרלים.
- ערך תפעולי: משפר את השחזור והיכולת להרחבה של זרימות עבודה ב-FTIR באמצעות קביעה סטנדרטית של מקדם החסירה.
- ערך אסטרטגי: תומך בקבלת החלטות יעילה יותר (go/no-go) בשלבי סריקה מוקדמים על ידי שיפור נאמנות הנתונים והפחתת רעש אנליטי.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעוד ותיעדוף מודע סיכונים של פגיעות (hits) מספריות של מוצרים טבעיים או ספריות של תמציות סביבתיות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בספקטרוסקופיית FTIR ובתוכנות לעיבוד נתונים ספקטרליים.
- מחייב גישה לציוד לסוניקציה, סנטריפוגה, ייבוש בתנור ואנליזת CN.
- דורש סטנדרטיזציה בין צוותים של שיטות להסרת SOM (למשל, חמצון באמצעות נתרבן היפוכ לורית לעומת שריפה) על מנת להבטיח עקביות בספקטרום הייחוס.
- כולל שיקולי התאמה בעת יישום השיטה לסוגי קרקעות שונים או למטריצות סביבתיות עם הרכבי מינרלים משתנים.
- כולל מגבלות מעשיות, כגון ארטיפקטים פוטנציאליים של בליעה הנובעים מהחסרה מופרזת או מהסרה חלקית של SOM, אשר יש לכמת כדי למנוע פרשנות מוטה.
