Melhorando a espectroscopia de infravermelho de caracterização da matéria orgânica do solo com subtrações espectrais

Esse método pode ajudar a melhorar a caracterização da matéria orgânica e das matrizes sólidas ambientais, como solos e sedimentos. A principal vantagem dessa técnica é que ela pode reduzir as interferências minerais nos espectros do solo que limitam a interpretação do componente de matéria orgânica dos solos. As implicações dessa técnica se estendem a outras amostras ambientais dominadas por minerais, além de solos, como sedimentos e minerais fósseis.

Geralmente, indivíduos novos neste método lutarão para determinar um fator de subtração ideal. É importante ter em mente que isso é operacionalmente determinado por suas metas experimentais. Mantenha essa mente ao explorar valores de fator de subtração.

Meu laboratório vem fazendo trabalhos de subtração há cerca de 10 anos, com o objetivo principal de identificar bandas de absorção associadas à qualidade orgânica do solo. Originalmente, queríamos estudar o papel da erosão do vento na remoção de diferentes formas de carbono do solo de solos agrícolas. A demonstração visual deste método é útil porque as etapas de oxidação intensiva em mão-de-obra e o ajuste do fator de subtração exigem alguma prática por meio do fazer, que pode ser informado observando como outros realizam esses procedimentos.

Primeiro, peneirar o solo a menos de dois milímetros, usando uma malha de aço inoxidável. Na sequência, ajuste o pH de hipoclorito de sódio de 6% para 9,5, adicionando um ácido clorídrico molar à solução, ao mesmo tempo em que mistura e mede com um medidor de pH. Adicione 25 mL de pH 9,5 hipoclorito de sódio a 4 gramas do solo peneirado em um tubo cônico de 50 mL e misture por sônica.

Após a sônica, incubar a mistura em um banho de água de 80 graus celsius por 15 minutos, para aumentar a taxa de oxidação. Centrifugar a mistura para obter um supernatante claro. Em seguida, decantar manualmente o supernaspeio em um recipiente de lixo.

Após a última etapa de oxidação, adicione 20 mL de água deionizada ao solo e misture por cinco minutos usando um agitador horizontal a 120 RPM. Centrifugar a amostra à temperatura ambiente por 15 minutos a 4000 vezes g. Usando uma espátula e água desionizada de uma garrafa de esguicho conforme necessário, transfira a pelota do solo do fundo do tubo centrífuga para um barco de pesagem de plástico.

Em seguida, o forno seque a amostra a 60 graus celsius por 48 horas. Uma vez que a amostra do solo esteja seca, quantifique o teor total de carbono orgânico por cromatografia gasosa de combustão, utilizando um analisador CN. Para a remoção som por combustão de alta temperatura, meça de um a dois gramas de solo peneirado em um cadinho de porcelana, usando uma espátula.

Em seguida, aqueça a amostra a 550 graus celsius por três horas, usando um forno de abafado. Moer amostras de solo não tratadas e tratadas com uma consistência semelhante por moagem manual. Após isso, carregue uma amostra de KBr previamente moída no copo de amostra de um espectrômetro FTIR.

Para coletar um espectro de fundo, abra o menu suspenso para experimentar e selecione o método de coleta experimental desejado no software. Clique no ícone de configuração experimental para selecionar parâmetros de aquisição espectrais. Na guia de coleta, verifique se o número de varreduras e resolução são apropriados para objetivos experimentais.

Clique bem para salvar alterações. Em seguida, clique no ícone de fundo de coleta para coletar um espectro de fundo. Em seguida, despeje a amostra de solo no copo de amostra ao ponto de um pouco de enchimento, para garantir um carregamento consistente e minimizar a rugosidade superficial.

Em seguida, a superfície suaviza o solo no copo, usando uma borda plana, de tal forma que a altura da amostra do solo é lavada com o lábio do copo. Para coletar espectros das amostras de solo não tratadas e tratadas, clique na configuração experimental. Na guia coletar, selecione usar arquivo de fundo especificado e carregue o arquivo de espectro de fundo.

Em seguida, clique bem para salvar alterações. Para iniciar a coleta espectral no solo, clique em coletar amostras. Para realizar subtrações espectrais, zero picos usando a opção de subtração do programa de software;alterar o fator de subtração, para minimizar ou reduzir os picos minerais alvos e/ou maximizar a linha de base linear.

Selecione simultaneamente o espectro do solo não tratado e tratado e clique no ícone subtraído. O primeiro espectro de solo não tratado selecionado será o espectro do qual o segundo espectro de solo tratado será subtraído. Use a barra de alternar vertical e as setas para aumentar ou diminuir o fator de subtração.

Observe as alterações no espectro de subtração visualizado. Finalmente, clique em adicionar para carregar o espectro de subtração calculado em uma janela. Mudanças comuns de bandas minerais após a alta temperatura, incluem perda de picos de OH e perdas de pico e mudanças nos picos de oxigênio de silício e alumínio.

Solo A perdeu 89% do carbono orgânico do solo por oxidação de hipoclorito de sódio, em comparação com 97% por ashing, preservando características de absorvância mineral alteradas pelo ashing. À medida que o fator de subtração aumenta, a absorção de picos correspondentes aos minerais diminui, mais notavelmente, OH e oxigênio de silício. Simultaneamente, a absorção aumenta para grupos funcionais orgânicos, como o ANO Alifático, amida CN e NH, e/ou CC aromática.Embora zerar o oxigênio de silício semelhante a quartzo em 2100 a 1780 O número de ondas é alcançado com um fator de subtração de 0,76, uma inversão proeminente em forma de W sugere que a interpretação do espectro de subtração deve ser limitada a maior que 1200 Wavenumber.

O aprimoramento do trecho de CH alifático subtraindo o espectro de referência mineral torna os demais espectros ininterpretáveis, incluindo a região correspondente à maioria dos grupos funcionais orgânicos, relevantes para a caracterização som. Para um determinado método de remoção som, as diferenças são visualmente evidentes entre os espectros de subtração de solos de matéria orgânica alta e baixa que são menos visíveis ou ausentes nos espectros do solo não tratados. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de realizar controles de qualidade, como verificar a quantidade de matéria orgânica removida por um método específico e para uma amostra específica.

Também é importante avaliar o fator de subtração para adequação aos objetivos experimentais. Após este procedimento, outros métodos, como ressonância magnética nuclear ou espectrometria de massa, podem ser realizados a fim de fornecer informações complementares sobre a estrutura de matéria orgânica do solo. Com seu desenvolvimento contínuo, essa técnica está ajudando pesquisadores das áreas de ciência do solo, geoquímica e sedimentologia, a explorar a composição funcional do grupo de matéria orgânica em amostras dominadas por minerais.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter um bom entendimento sobre como remover matéria orgânica das amostras do solo, para produzir um espectro de referência enriquecido com minerais para realizar subtração de absorventes minerais. Não se esqueça que trabalhar com oxidantes, como hipoclorito de sódio, pode ser perigoso. Precauções como equipamentos de proteção individual devem ser sempre tomadas durante a realização deste procedimento.