Kohlenstoff und Stickstoff-Analyse von Umweltproben

Environmental Science

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Overview

Quelle: Labors von Margaret Workman und Kimberly Frye - Depaul University

Elementare Analyse ist eine Methode zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung des Materials. In Umweltproben wie Böden interessieren sich Wissenschaftler vor allem in den Mengen von zwei ökologisch wichtige Elemente, Stickstoff und Kohlenstoff. Elementaranalyse von der Flash-Verbrennungstechnik funktioniert durch Oxidation der Probe mit einem Katalysator durch Verbrennung in einer Hochtemperatur-Kammer. Die Produkte der Verbrennung sind dann N2 und CO2 reduziert und mit einer Wärmeleitfähigkeit Detektor erkannt.

Im Gegensatz zu anderen Methoden für die Gesamt-Stickstoff-Bestimmung (Kjeldahl-Methode) und CO2-Bestimmung (Walkley-schwarz, Heanes oder Leco Methoden) die Flash-Verbrennungstechnik verwendet keine giftige Chemikalien und ist daher viel sicherer zu nutzen.

Dieses Video veranschaulicht Verbrennung basierende Elementaranalyse mit dem Flash EA 1112 Instrument von Thermo Fisher Scientific.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Environmental Science. Kohlenstoff und Stickstoff-Analyse von Umweltproben. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Die Bodenproben sind platziert in einer Zinn Disc und ließ sich in der Oxidation Reaktor über eine Autosampler wo es in einer Sauerstoff-Umgebung um mehr als 900 ° C in Anwesenheit eines Oxidationskatalysators verbrannt. Der Kohlenstoff in der Probe ist zu Kohlendioxid und Stickstoff ist Stickstoffgas und einige Stickoxide umgewandelt.

C + O2 → CO2
4 X O2 → N2 , N + 2 NeinX

Helium-Gas trägt diese Produkte in einer zweiten Reaktionsgefäß mit Kupfer, das die Stickoxide zu Stickstoff reduziert und entfernt überschüssigen Sauerstoff gefüllt. Dies erfolgt bei 680 ° C.

KEINEX + Cu → N2 + CuO
O2 + Cu → CuO

Der Gasstrom fließt dann durch einen Filter gefüllt mit Magnesium Perchlorat, Wasserdampf zu entfernen, bevor der Stream die Gaschromatograph Spalte erreicht.

N-2 verlässt die Gaschromatographie-Spalte zuerst bei etwa 110 s, und dann die CO2 wird Ausfahrt rund 190 S. mit eine Standardkurve erstellt mit Asparaginsäure, %N und %C in der Bodenprobe ermittelt werden.

Procedure

1. Vorbereitung von Bodenproben

  1. Trocknen Sie Bodenproben bei 60 ° C für 48 Stunden.
  2. Passieren Sie den Boden durch ein 2 x 2 mm Sieb.
  3. Ca. 5 g des Bodens in die Kugel Mühle Mühle und Mahlen für 2 min. Es ist wichtig, eine homogene Probe zu bekommen, da Ihre Stichprobengröße sehr klein sein wird.
  4. Setzen Sie gefrästen Boden in einen kleinen Behälter und Speicher in einem Exsikkator erst unmittelbar vor Gebrauch.

2. Einrichten der Geräteparameter

  1. Schalten Sie die Flash EA 1112 Instrument in den Rücken mit dem Schalter oben.
  2. Schalten Sie den Computer.
  3. Klicken Sie doppelt auf die "eifrig 300"-Symbol, um das Softwareprogramm zu starten, die das Instrument ausgeführt wird.
  4. Doppelklick auf das "NC Böden"-Symbol, um die Methode zu öffnen, die das Instrument-Setup für Böden läuft.
  5. Erwärmen Sie das Instrument durch die Öffnung der "Elemental Analyzer Parameter bearbeiten" und klicken Sie auf die Schaltfläche "Senden". Der Parameter sollte wie folgt (siehe Abbildungen 1-3):
    a. Temperaturen: Links = 900 ° C, rechts = 680 ° C Ofen = 50 ° C
    b. gas-Durchfluss: Träger = 130 mL/min, Sauerstoff = 250 mL/min, Referenz = 100 mL/min
    c. Zyklus Laufzeit = 360 s
    d. Probenahme Verzögerung = 12 s
    e. Sauerstoff-Injektion-Ende = 5 s
    f. Detektor = Filament auf
  6. Erstellen Sie eine Beispieltabelle, durch Klicken auf "Probe-Tabelle bearbeiten" und dann "Beispieltabelle füllen". Ändern Sie den Dateinamen zum heutigen Datum. Geben Sie die Anzahl der Samples, die ausgeführt werden soll, einschließlich der Normen und Rohlinge. Klicken Sie auf "Ersetzen", um die letzten Beispieltabelle zu ersetzen, die mit Ihrem neuen Beispieltabelle erstellt wurde.

3. Erstellen einer Standardkurve

  1. Mit Pinzette, eine Zinn-Disc aus dem Pack zu entfernen und in eine Tasse Form unter Verwendung der speziellen Dichtungsvorrichtung Schimmel. Berühren Sie die Zinn-CD mit den Fingern zu vermeiden Übertragung von Ölen aus Ihren Fingerspitzen. (Siehe Abbildungen 4 – 5)
  2. Mit Pinzette, die Mikrowaage Zinn Scheibe aufsetzen und die Waage auf Null.
  3. Mit Pinzette, die Mikrowaage entnehmen Sie Zinn Disk und mit einer Microspatula, legen Sie ca. 1 mg Asparaginsäure standard in der Zinn-Disc.
  4. Die Mikrowaage belasten Sie Zinn Scheibe mit standard Asparaginsäure. Geben Sie dieses Gewicht in der Datentabelle in der eifrig 300-Software auf dem Computer.
  5. Seal bis die Zinn Scheibe mit der Zange so, dass keiner der standard Asparaginsäure daraus verschüttet wird. Legen Sie die Zinn-Paket in den Autosampler. (Siehe Abbildung 6)
  6. Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.5, mit etwa 5 mg Asparaginsäure standard.
  7. Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.5, mit ca. 7,5 mg Asparaginsäure standard.
  8. Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.5, mit ca. 10 mg Asparaginsäure standard.

4. laden den Autosampler mit Boden Proben

  1. Mit Pinzette, eine Zinn-Disc aus dem Pack zu entfernen und in eine Tasse Form mit der Dichteinrichtung zu Formen. Sie darf nicht die Dose mit den Fingern zu vermeiden Übertragung von Ölen aus Ihren Fingerspitzen berühren.
  2. Mit Pinzette, die Mikrowaage Zinn Scheibe aufsetzen und die Waage auf Null.
  3. Der Zinn-CD aus die Mikrowaage und etwa 50 mg der homogenisierten Boden in die Zinn Scheibe mit einem Microspatula.
  4. Die Mikrowaage belasten Sie Zinn Scheibe mit Bodenprobe. Geben Sie dieses Gewicht in der Datentabelle in der eifrig 300-Software auf dem Computer.
  5. Seal bis die Zinn Scheibe mit der Pinzette, so dass der Boden enthalten ist. Übertragen Sie das Zinn Paket Autosampler Tray.
  6. Wiederholen Sie die Schritte 4.1 – 4.5 für alle Ihre Proben. Es wird empfohlen, dreifacher Versuche jeder Probe laufen. Eine dreifacher Experiment gilt als Faustregel, experimentellen Fehler auszuschließen.

5. Ausführen der Beispiele

  1. Wenn die entsprechenden Temperaturen auf dem Instrument erreicht haben, wird das Grün "Temperatur bereit" Licht einschalten. Am unteren Rand des Bildschirms auf dem Computer wird es auch "Bereit für die Analyse" sagen.
  2. Bevor Sie beginnen Ihre Probe laufen Sie, klicken Sie auf "Datei" und "Save-Methode", um die Daten zu speichern, die Sie einfach geben. Es wird empfohlen, die Methode mit Ihren Namen und das Datum zu speichern.
  3. Um den Lauf zu beginnen, klicken Sie auf den grünen Pfeil und drücken Sie "Jetzt starten".
  4. Es dauert ca. 6 Minuten pro Probe zu laufen.
  5. Nachdem das abgeschlossen ist, sehen Sie die Ergebnisse durch Klicken auf "Neuberechnung" dann "Ergebnisse zusammenfassen".

Figure 1
Abbildung 1. Flash-EA-1112-Parameter-Setup-Bildschirm 1.

Figure 2
Abbildung 2. Flash-EA-1112-Parameter-Setup-Bildschirm 2.

Figure 3
Abbildung 3. Flash-EA-1112-Parameter-Setup-Bildschirm 3.

Figure 4
Abbildung 4. Entfernen einer Zinn Disc mit der Pinzette.

Figure 5
Abbildung 5. Die Zinn Scheibe geformt in eine Tasse Form mit der Dichteinrichtung.

Figure 6
Abbildung 6. Das Zinn-Paket in den Autosampler.

Analyse der Mengen von Kohlenstoff und Stickstoff in Umweltproben - ein Prozess, bekannt als "Elementaranalyse" - Einblicke wichtige in die ökologischen Eigenschaften der Umwelt.

Kohlenstoff und Stickstoff sind zwei der wichtigsten Elemente für das Leben. Carbon ist die Grundlage von organischen Verbindungen, die die Grundlage aller Lebewesen und eignet sich besonders als ein Maß für Moleküle wie Kohlenhydrate, die primäre Energiequelle für Organismen. Auf der anderen Seite wird Stickstoff in Molekülen wie Nukleinsäuren und Aminosäuren gefunden. Diese dienen, bzw. als genetisches Material sowie die Bausteine der Proteine für Struktur und Funktion von Organismen verwendet.

Da diese verschiedenen Klassen organischer Moleküle unterschiedliche biologische Rollen haben, fordern sie Organismen in unterschiedlichen Mengen. Beispielsweise benötigen Mikroorganismen im Boden in der Regel Nahrungsquellen mit einem dadurch Verhältnis von 24:1. Weil verschiedene Pflanzenreste haben verschiedene dadurch Verhältnisse, die von 13:1, wie Alfalfa, zu 57:1, wie Mais, werden sie zerlegt durch Mikroben zu unterschiedlichen Preisen und in unterschiedlichem Maße, wiederum beeinflussen wie Nährstoffe an den Boden zurückgegeben werden.

Dieses Video wird die Grundsätze zur Analyse von Kohlenstoff und Stickstoff Elementzusammensetzung einführen; ein Protokoll zur Durchführung der Elementaranalyse in Bodenproben; und zu guter Letzt einige Anwendungen der diese Analysemethode zur Umweltforschung.

Elementaranalyse kann durchgeführt werden, in eine Reihe von Möglichkeiten, wie die Verwendung von bestimmten chemischen Reaktionen, oft verbunden mit starken Säuren, was zu charakteristischen Produkten, die erkannt werden können. Eine wesentliche Verbesserung in der Elementaranalyse Methodik entwickelte sich die Flash-Verbrennungstechnik, die die Notwendigkeit der Verwendung von gefährlicher Chemikalien entfernt, erheblich vereinfacht und beschleunigt den Prozess, und erlaubt für die Automatisierung.

Flash-Verbrennung-basierte Elementaranalyse beruht, die Probe in eine Kammer"Oxidation" durch Verbrennen in Gegenwart von Sauerstoff bei hohen Temperaturen von ca. 1.000 ° C in Gegenwart eines Katalysators, die Beschleunigung der Reaktion zu oxidieren. Dies wandelt den Kohlenstoff in der Probe in Kohlendioxid und Stickstoff in Stickstoffoxid und Stickstoff Gase. Eine inerte "Trägergas" wie Helium dann eingesetzt wird, um diese Verbrennungsprodukte zu einer "Reduktion Kammer" mit Kupfer Füllung zu transportieren, wo die Stickoxide weiter sind in Stickstoff umgewandelt. Überschüssige Wasserdampf wird durch Filtration mit einem Trockenmittel wie Magnesium Perchlorat aus dem Gasgemisch entfernt.

Die Flash-Verbrennungsprodukte können dann durch Gaschromatographie, getrennt werden, während die Gasmoleküle Schlauch, eine Spalte, mit einer dünnen Schicht von Flüssigkeit oder Polymer namens durchlaufen. Die Gase immer wieder auflösen und aus diesem Substrat zu verdampfen, als Durchgang durch die Spalte, zu Preisen, die sind abhängig, wie stark die Moleküle mit dem Substrat und das Trägergas interagieren. Eine Spezies, die verbringt mehr Zeit in das Substrat aufgelöst reist langsamer durch die Spalte, so dass die Gase zu unterscheiden.

Sobald sie die Spalte verlassen, können die Gase durch, z. B. identifiziert werden erkennen, wie gut sie Wärme, eine Eigenschaft bekannt als thermische Leitfähigkeit zu leiten. Durch Auftragen der Zeitaufwand jedes Gas durch die Spule zu reisen, erhalten Wissenschaftler eine "Chromatogramm" mit Gipfeln, die jedes Gas darstellen. Durch die Berechnung der gefundenen Mengen an Kohlendioxid und Stickstoff Gase mit dem Bereich unter den jeweiligen Gipfeln, kann dadurch Verhältnis in der ursprünglichen Probe dann abgeleitet werden.

Nun, da Sie die Prinzipien von Kohlenstoff und Stickstoff Elementaranalyse mit der Flash-Verbrennung-Methode zu verstehen, gehen Sie wir durch ein Protokoll für die Durchführung dieses mit einer automatisierten elementar-Analyzer.

Um den Bodenproben zur Analyse vorzubereiten, zuerst trocknen Sie die Proben in einem 60 ° C Backofen für 48 h. Dann passieren Sie die getrockneten Boden durch ein 2 x 2 mm Sieb, und verwerfen Sie alle Bodenpartikel, die nicht passieren. Verwenden Sie anschließend eine Kugel Mühle Mühle, ca. 5 g des Bodens für 2 min zu einem homogenen Pulver mahlen. Setzen Sie des gefrästen Bodens in einen kleinen Behälter wie einem Polyethylen-Fläschchen, und bis zum Gebrauch in den Exsikkator gestellt zu speichern.

Legen Sie die Analyseparameter auf der elementaren Analyzer nach Anweisungen des Herstellers. Dazu gehören die Temperaturen Oxidation Ofen, der Verringerung der Ofen und die Gaschromatographie-Ofen, die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergas, die Sauerstoff-Injektion-Rate, die Durchflussmenge der Referenzgas, die Zykluszeit laufen, die Verzögerung zwischen Probeninjektion Drop und Sauerstoff in die Kammer der Oxidation und die Dauer des Sauerstoff-Injektion.

Um die Zusammensetzung der Probe quantitativ zu bestimmen, wird zunächst eine Standardkurve erstellt mit unterschiedlichen Mengen einer Verbindung der bekannten Zusammensetzung wie Asparaginsäure.

Um dies zu tun, zuerst verwenden Sie Zange, eine Packung eine Zinn Probe-Holding Disc entnehmen und in eine Tasse Form mit spezialisierten Dichtungsvorrichtung Schimmel. Berühren Sie die Zinn Scheibe mit den Fingern, wie das für die Übertragung von Ölen auf die Disc führen könnte.

Jetzt legen die Blechtasse auf einer Mikrowaage, und legen Sie die Tara Masse. Entfernen Sie die Blechtasse zu, dann verwenden Sie eine Microspatula um ca. 1 mg der Asparaginsäure standard in die Tasse platzieren. Wiegen Sie die Tasse und die Masse. Dann versiegeln Sie die Blechtasse zu, und legen Sie sie in den Autosampler, der automatisch jede Probe in der Reaktionskammer liefern wird.

Wiederholen Sie die obigen Schritte für mehrere Beträge des Standards. Legen Sie alle Standards in den Autosampler.

Verzichten Sie und wiegen Sie die Bodenproben in Zinn Tassen ebenso wie den Standards, mit etwa 50 mg jeden homogenisierte Bodenprobe. Jede Probe in dreifacher Ausfertigung vorbereiten.

Nachdem alle Proben werden in den Autosampler, und die entsprechenden Temperaturen im Gerät erreicht wurden, setzen Sie die Messungen ausgeführt. Die Gerätesoftware wird ein Chromatogramm für jeden Standard und Probe produzieren.

Abhängig von den Parametern verwendet, sollte der Gipfel für Stickstoff-Gas bei etwa 110 s auf dem Chromatogramm, während die Kohlendioxid-Peak bei etwa 190 S. Standardkurven erkannt wird entstehen mit Asparaginsäure, die eine Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis von 4 zu 1 hat. Mit diesem wissen, zusammen mit der Konzentration von jedem Standard kann Bereich unter jede Spitze verwendet werden, um die Menge an Stickstoff und Kohlenstoff in jeder Probe zu berechnen.

Basierend auf die Masse der ursprünglichen Probe, können die Prozent Stickstoff und Prozent Kohlenstoff jeder Probe berechnet werden. In dieser Demo das dadurch Verhältnis von dieser Bodenprobe erwies sich etwa 13:1, niedriger ist als das Verhältnis der 14.25:1 in der Regel für Boden unter offene Wälder und indikativ Hölzer dominieren die invasive europäischen Sanddorn Bäume gefunden.

Kohlenstoff und Stickstoff-Content-Analyse kann auf eine Vielzahl von Umweltproben neben Boden angewendet werden und hat breite Anwendungen in der Umweltforschung.

In diesem Beispiel Forscher Wasserproben aus verschiedenen marinen Lebensräumen wie Korallenriffe gesammelt. Um die Verfügbarkeit von Nährstoffen, marine mikrobieller Gemeinschaften zu verstehen, wurden verschiedene chemische Parameter gemessen, einschließlich Kohlenstoff und Stickstoff Elementaranalyse. Ebenen des gelösten organischen Kohlenstoffs wurden direkt aus der Wasserprobe gemessen, während organische Partikel aus dem Wasser gefiltert und analysiert.

Elementaranalyse kann auch zur Überwachung Nährstoffverlust im Abfluss aus der Bewässerung von Stadtlandschaften und Rasenflächen, die Wasserversorgungen verschmutzen können. Hier Wissenschaftler eingerichtet Testplots simulieren Stadtlandschaften und diesen Prozess besser zu verstehen. Eine Vielzahl von chemischen Tests wurden verwendet, um bestimmte Nährstoffe wie Nitrat und Ammoniak in der gesammelten Stichwahl zu analysieren, und Verbrennung basierende Elementaranalyse wurde verwendet, um den Pegel des gelösten organischen Kohlenstoff und Stickstoff messen.

Schließlich ergab die Analyse des Verhältnis dadurch Pflanzenfresser Schlachtkörper eine interessante Verbindung zwischen Raub und die Zersetzungsrate im Boden. In dieser Studie wurden die Heuschrecken mit oder ohne die Gefahr der Plünderung durch Spinnen aufgezogen. Kadaver von diesen Heuschrecken durften dann in Parzellen des Bodens zersetzen und Anlage Detritus wurden später hinzugefügt, um den Boden für die Zersetzung.

Elementaranalyse zeigte leicht erhöhten dadurch Verhältnis in Heuschrecken mit Raub Risiko aufgezogen, aber dies wiederum führte zu deutlich verringerten Geschwindigkeit der Zersetzung im Boden, in dem die gestresste Heuschrecke zerlegt wurde, auf unerwartete komplexe Dynamik im Ökosystem Nährstoffkreisläufe.

Sie haben nur Jupiters Video auf Kohlenstoff und Stickstoff Analyse von Umweltproben angesehen. Sie sollten jetzt die Prinzipien, die hinter dieser Methode der Analyse verstehen; wie Sie es mit einem Flash-Verbrennung elementaren Analyzer ausführen; und einige ihrer Anwendungen in Umweltwissenschaften. Wie immer vielen Dank für das ansehen!

Results

Ein Chromatogramm für jede Probe entsteht, zeigt die Menge an Stickstoff und Kohlenstoff in der Probe (Abbildung 7).

Die Flächen unter der Kurve bei jedem von den Gipfeln in der Probe Chromatogramm sind im Vergleich zu den Standardkurven (Abbildungen 8 und 9), und die Menge an Stickstoff und Kohlenstoff in der Probe berechnet. Bezogen auf das Gewicht der ursprünglichen Stichprobe, %N und %C ist berechnet (Abbildung 10).

Figure 7
Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 7. Chromatogramm mit Stickstoff und Kohlenstoff Gipfeln.

Figure 8
Abbildung 8. Assay-Standardkurve für Stickstoff.

Figure 9
Abbildung 9. Assay-Standardkurve für Kohlenstoff.

Figure 10
Abbildung 10. Berechnung von %N und %C, bezogen auf das Gewicht der ursprünglichen Probe.

Applications and Summary

Der Kohlenstoff zu Stickstoff (dadurch)-Verhältnis im Boden ist ein Quotient aus der Masse von Kohlenstoff auf die Masse der Stickstoff in der Bodenprobe. Das dadurch Verhältnis von Boden- und alles setzen auf dem Boden (wie Ernte-Rückstände-Decke) Ernte Rückstände Zersetzung und Nährstoffkreisläufe beeinflussen können. Bodenmikroorganismen haben dadurch Verhältnis von etwa 8:1. Um dieses Verhältnis zu erhalten, müssen sie ihre Kohlenstoff und Stickstoff aus der Umgebung erwerben. Da einige des Kohlenstoffs, die die Mikroorganismen erwerben muss, als eine Quelle der Energie verwendet werden zusätzlich zu was sie für die Körperwartung braucht, benötigen die Mikroorganismen jedoch dadurch Verhältnis ungefähr 24:1. Wenn Blatt Wurf oder Boden Abdeckung mit einem dadurch Verhältnis von größer als 24:1 auf dem Boden platziert ist (zB., Mais Stover mit einem dadurch Verhältnis von 57:1), die Mikroorganismen müssen Stickstoff aus dem Boden zu nutzen, um das Streumaterial zersetzen. Dies führt zu einem Defizit von Stickstoff im Boden. Wenn Blatt Wurf oder Boden Deckel mit einem dadurch Verhältnis von weniger als 24:1 auf den Boden (z.B. Luzerneheu mit einem dadurch Verhältnis von 13:1), es steht werden einige Stickstoff bleibt nach der Zerlegung von Streumaterial, die als Nährstoffe in den Boden veröffentlicht werden.

Elementaranalyse kann verwendet werden, um dadurch Verhältnis von Bodenproben bestimmen nicht nur, sondern kann auch verwendet werden, um festzustellen, das dadurch Verhältnis in pflanzlichen Materialien, wie Blätter und Ernterückstände. Diese Information ist wichtig für die Landwirte um zu helfen, zu entscheiden, welche Art von Ernte-Decke zu verwenden. Das dadurch Verhältnis von der Ernterückstände hinzugefügt zur Deckung des Bodens beeinflusst, wie schnell die Rückstände zersetzt wird. Dies hat Auswirkungen auf unabhängig davon, ob der Boden für die von Ihnen gewünschte Zeitspanne geschützt ist.

1. Vorbereitung von Bodenproben

  1. Trocknen Sie Bodenproben bei 60 ° C für 48 Stunden.
  2. Passieren Sie den Boden durch ein 2 x 2 mm Sieb.
  3. Ca. 5 g des Bodens in die Kugel Mühle Mühle und Mahlen für 2 min. Es ist wichtig, eine homogene Probe zu bekommen, da Ihre Stichprobengröße sehr klein sein wird.
  4. Setzen Sie gefrästen Boden in einen kleinen Behälter und Speicher in einem Exsikkator erst unmittelbar vor Gebrauch.

2. Einrichten der Geräteparameter

  1. Schalten Sie die Flash EA 1112 Instrument in den Rücken mit dem Schalter oben.
  2. Schalten Sie den Computer.
  3. Klicken Sie doppelt auf die "eifrig 300"-Symbol, um das Softwareprogramm zu starten, die das Instrument ausgeführt wird.
  4. Doppelklick auf das "NC Böden"-Symbol, um die Methode zu öffnen, die das Instrument-Setup für Böden läuft.
  5. Erwärmen Sie das Instrument durch die Öffnung der "Elemental Analyzer Parameter bearbeiten" und klicken Sie auf die Schaltfläche "Senden". Der Parameter sollte wie folgt (siehe Abbildungen 1-3):
    a. Temperaturen: Links = 900 ° C, rechts = 680 ° C Ofen = 50 ° C
    b. gas-Durchfluss: Träger = 130 mL/min, Sauerstoff = 250 mL/min, Referenz = 100 mL/min
    c. Zyklus Laufzeit = 360 s
    d. Probenahme Verzögerung = 12 s
    e. Sauerstoff-Injektion-Ende = 5 s
    f. Detektor = Filament auf
  6. Erstellen Sie eine Beispieltabelle, durch Klicken auf "Probe-Tabelle bearbeiten" und dann "Beispieltabelle füllen". Ändern Sie den Dateinamen zum heutigen Datum. Geben Sie die Anzahl der Samples, die ausgeführt werden soll, einschließlich der Normen und Rohlinge. Klicken Sie auf "Ersetzen", um die letzten Beispieltabelle zu ersetzen, die mit Ihrem neuen Beispieltabelle erstellt wurde.

3. Erstellen einer Standardkurve

  1. Mit Pinzette, eine Zinn-Disc aus dem Pack zu entfernen und in eine Tasse Form unter Verwendung der speziellen Dichtungsvorrichtung Schimmel. Berühren Sie die Zinn-CD mit den Fingern zu vermeiden Übertragung von Ölen aus Ihren Fingerspitzen. (Siehe Abbildungen 4 – 5)
  2. Mit Pinzette, die Mikrowaage Zinn Scheibe aufsetzen und die Waage auf Null.
  3. Mit Pinzette, die Mikrowaage entnehmen Sie Zinn Disk und mit einer Microspatula, legen Sie ca. 1 mg Asparaginsäure standard in der Zinn-Disc.
  4. Die Mikrowaage belasten Sie Zinn Scheibe mit standard Asparaginsäure. Geben Sie dieses Gewicht in der Datentabelle in der eifrig 300-Software auf dem Computer.
  5. Seal bis die Zinn Scheibe mit der Zange so, dass keiner der standard Asparaginsäure daraus verschüttet wird. Legen Sie die Zinn-Paket in den Autosampler. (Siehe Abbildung 6)
  6. Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.5, mit etwa 5 mg Asparaginsäure standard.
  7. Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.5, mit ca. 7,5 mg Asparaginsäure standard.
  8. Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.5, mit ca. 10 mg Asparaginsäure standard.

4. laden den Autosampler mit Boden Proben

  1. Mit Pinzette, eine Zinn-Disc aus dem Pack zu entfernen und in eine Tasse Form mit der Dichteinrichtung zu Formen. Sie darf nicht die Dose mit den Fingern zu vermeiden Übertragung von Ölen aus Ihren Fingerspitzen berühren.
  2. Mit Pinzette, die Mikrowaage Zinn Scheibe aufsetzen und die Waage auf Null.
  3. Der Zinn-CD aus die Mikrowaage und etwa 50 mg der homogenisierten Boden in die Zinn Scheibe mit einem Microspatula.
  4. Die Mikrowaage belasten Sie Zinn Scheibe mit Bodenprobe. Geben Sie dieses Gewicht in der Datentabelle in der eifrig 300-Software auf dem Computer.
  5. Seal bis die Zinn Scheibe mit der Pinzette, so dass der Boden enthalten ist. Übertragen Sie das Zinn Paket Autosampler Tray.
  6. Wiederholen Sie die Schritte 4.1 – 4.5 für alle Ihre Proben. Es wird empfohlen, dreifacher Versuche jeder Probe laufen. Eine dreifacher Experiment gilt als Faustregel, experimentellen Fehler auszuschließen.

5. Ausführen der Beispiele

  1. Wenn die entsprechenden Temperaturen auf dem Instrument erreicht haben, wird das Grün "Temperatur bereit" Licht einschalten. Am unteren Rand des Bildschirms auf dem Computer wird es auch "Bereit für die Analyse" sagen.
  2. Bevor Sie beginnen Ihre Probe laufen Sie, klicken Sie auf "Datei" und "Save-Methode", um die Daten zu speichern, die Sie einfach geben. Es wird empfohlen, die Methode mit Ihren Namen und das Datum zu speichern.
  3. Um den Lauf zu beginnen, klicken Sie auf den grünen Pfeil und drücken Sie "Jetzt starten".
  4. Es dauert ca. 6 Minuten pro Probe zu laufen.
  5. Nachdem das abgeschlossen ist, sehen Sie die Ergebnisse durch Klicken auf "Neuberechnung" dann "Ergebnisse zusammenfassen".

Figure 1
Abbildung 1. Flash-EA-1112-Parameter-Setup-Bildschirm 1.

Figure 2
Abbildung 2. Flash-EA-1112-Parameter-Setup-Bildschirm 2.

Figure 3
Abbildung 3. Flash-EA-1112-Parameter-Setup-Bildschirm 3.

Figure 4
Abbildung 4. Entfernen einer Zinn Disc mit der Pinzette.

Figure 5
Abbildung 5. Die Zinn Scheibe geformt in eine Tasse Form mit der Dichteinrichtung.

Figure 6
Abbildung 6. Das Zinn-Paket in den Autosampler.

Analyse der Mengen von Kohlenstoff und Stickstoff in Umweltproben - ein Prozess, bekannt als "Elementaranalyse" - Einblicke wichtige in die ökologischen Eigenschaften der Umwelt.

Kohlenstoff und Stickstoff sind zwei der wichtigsten Elemente für das Leben. Carbon ist die Grundlage von organischen Verbindungen, die die Grundlage aller Lebewesen und eignet sich besonders als ein Maß für Moleküle wie Kohlenhydrate, die primäre Energiequelle für Organismen. Auf der anderen Seite wird Stickstoff in Molekülen wie Nukleinsäuren und Aminosäuren gefunden. Diese dienen, bzw. als genetisches Material sowie die Bausteine der Proteine für Struktur und Funktion von Organismen verwendet.

Da diese verschiedenen Klassen organischer Moleküle unterschiedliche biologische Rollen haben, fordern sie Organismen in unterschiedlichen Mengen. Beispielsweise benötigen Mikroorganismen im Boden in der Regel Nahrungsquellen mit einem dadurch Verhältnis von 24:1. Weil verschiedene Pflanzenreste haben verschiedene dadurch Verhältnisse, die von 13:1, wie Alfalfa, zu 57:1, wie Mais, werden sie zerlegt durch Mikroben zu unterschiedlichen Preisen und in unterschiedlichem Maße, wiederum beeinflussen wie Nährstoffe an den Boden zurückgegeben werden.

Dieses Video wird die Grundsätze zur Analyse von Kohlenstoff und Stickstoff Elementzusammensetzung einführen; ein Protokoll zur Durchführung der Elementaranalyse in Bodenproben; und zu guter Letzt einige Anwendungen der diese Analysemethode zur Umweltforschung.

Elementaranalyse kann durchgeführt werden, in eine Reihe von Möglichkeiten, wie die Verwendung von bestimmten chemischen Reaktionen, oft verbunden mit starken Säuren, was zu charakteristischen Produkten, die erkannt werden können. Eine wesentliche Verbesserung in der Elementaranalyse Methodik entwickelte sich die Flash-Verbrennungstechnik, die die Notwendigkeit der Verwendung von gefährlicher Chemikalien entfernt, erheblich vereinfacht und beschleunigt den Prozess, und erlaubt für die Automatisierung.

Flash-Verbrennung-basierte Elementaranalyse beruht, die Probe in eine Kammer"Oxidation" durch Verbrennen in Gegenwart von Sauerstoff bei hohen Temperaturen von ca. 1.000 ° C in Gegenwart eines Katalysators, die Beschleunigung der Reaktion zu oxidieren. Dies wandelt den Kohlenstoff in der Probe in Kohlendioxid und Stickstoff in Stickstoffoxid und Stickstoff Gase. Eine inerte "Trägergas" wie Helium dann eingesetzt wird, um diese Verbrennungsprodukte zu einer "Reduktion Kammer" mit Kupfer Füllung zu transportieren, wo die Stickoxide weiter sind in Stickstoff umgewandelt. Überschüssige Wasserdampf wird durch Filtration mit einem Trockenmittel wie Magnesium Perchlorat aus dem Gasgemisch entfernt.

Die Flash-Verbrennungsprodukte können dann durch Gaschromatographie, getrennt werden, während die Gasmoleküle Schlauch, eine Spalte, mit einer dünnen Schicht von Flüssigkeit oder Polymer namens durchlaufen. Die Gase immer wieder auflösen und aus diesem Substrat zu verdampfen, als Durchgang durch die Spalte, zu Preisen, die sind abhängig, wie stark die Moleküle mit dem Substrat und das Trägergas interagieren. Eine Spezies, die verbringt mehr Zeit in das Substrat aufgelöst reist langsamer durch die Spalte, so dass die Gase zu unterscheiden.

Sobald sie die Spalte verlassen, können die Gase durch, z. B. identifiziert werden erkennen, wie gut sie Wärme, eine Eigenschaft bekannt als thermische Leitfähigkeit zu leiten. Durch Auftragen der Zeitaufwand jedes Gas durch die Spule zu reisen, erhalten Wissenschaftler eine "Chromatogramm" mit Gipfeln, die jedes Gas darstellen. Durch die Berechnung der gefundenen Mengen an Kohlendioxid und Stickstoff Gase mit dem Bereich unter den jeweiligen Gipfeln, kann dadurch Verhältnis in der ursprünglichen Probe dann abgeleitet werden.

Nun, da Sie die Prinzipien von Kohlenstoff und Stickstoff Elementaranalyse mit der Flash-Verbrennung-Methode zu verstehen, gehen Sie wir durch ein Protokoll für die Durchführung dieses mit einer automatisierten elementar-Analyzer.

Um den Bodenproben zur Analyse vorzubereiten, zuerst trocknen Sie die Proben in einem 60 ° C Backofen für 48 h. Dann passieren Sie die getrockneten Boden durch ein 2 x 2 mm Sieb, und verwerfen Sie alle Bodenpartikel, die nicht passieren. Verwenden Sie anschließend eine Kugel Mühle Mühle, ca. 5 g des Bodens für 2 min zu einem homogenen Pulver mahlen. Setzen Sie des gefrästen Bodens in einen kleinen Behälter wie einem Polyethylen-Fläschchen, und bis zum Gebrauch in den Exsikkator gestellt zu speichern.

Legen Sie die Analyseparameter auf der elementaren Analyzer nach Anweisungen des Herstellers. Dazu gehören die Temperaturen Oxidation Ofen, der Verringerung der Ofen und die Gaschromatographie-Ofen, die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergas, die Sauerstoff-Injektion-Rate, die Durchflussmenge der Referenzgas, die Zykluszeit laufen, die Verzögerung zwischen Probeninjektion Drop und Sauerstoff in die Kammer der Oxidation und die Dauer des Sauerstoff-Injektion.

Um die Zusammensetzung der Probe quantitativ zu bestimmen, wird zunächst eine Standardkurve erstellt mit unterschiedlichen Mengen einer Verbindung der bekannten Zusammensetzung wie Asparaginsäure.

Um dies zu tun, zuerst verwenden Sie Zange, eine Packung eine Zinn Probe-Holding Disc entnehmen und in eine Tasse Form mit spezialisierten Dichtungsvorrichtung Schimmel. Berühren Sie die Zinn Scheibe mit den Fingern, wie das für die Übertragung von Ölen auf die Disc führen könnte.

Jetzt legen die Blechtasse auf einer Mikrowaage, und legen Sie die Tara Masse. Entfernen Sie die Blechtasse zu, dann verwenden Sie eine Microspatula um ca. 1 mg der Asparaginsäure standard in die Tasse platzieren. Wiegen Sie die Tasse und die Masse. Dann versiegeln Sie die Blechtasse zu, und legen Sie sie in den Autosampler, der automatisch jede Probe in der Reaktionskammer liefern wird.

Wiederholen Sie die obigen Schritte für mehrere Beträge des Standards. Legen Sie alle Standards in den Autosampler.

Verzichten Sie und wiegen Sie die Bodenproben in Zinn Tassen ebenso wie den Standards, mit etwa 50 mg jeden homogenisierte Bodenprobe. Jede Probe in dreifacher Ausfertigung vorbereiten.

Nachdem alle Proben werden in den Autosampler, und die entsprechenden Temperaturen im Gerät erreicht wurden, setzen Sie die Messungen ausgeführt. Die Gerätesoftware wird ein Chromatogramm für jeden Standard und Probe produzieren.

Abhängig von den Parametern verwendet, sollte der Gipfel für Stickstoff-Gas bei etwa 110 s auf dem Chromatogramm, während die Kohlendioxid-Peak bei etwa 190 S. Standardkurven erkannt wird entstehen mit Asparaginsäure, die eine Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis von 4 zu 1 hat. Mit diesem wissen, zusammen mit der Konzentration von jedem Standard kann Bereich unter jede Spitze verwendet werden, um die Menge an Stickstoff und Kohlenstoff in jeder Probe zu berechnen.

Basierend auf die Masse der ursprünglichen Probe, können die Prozent Stickstoff und Prozent Kohlenstoff jeder Probe berechnet werden. In dieser Demo das dadurch Verhältnis von dieser Bodenprobe erwies sich etwa 13:1, niedriger ist als das Verhältnis der 14.25:1 in der Regel für Boden unter offene Wälder und indikativ Hölzer dominieren die invasive europäischen Sanddorn Bäume gefunden.

Kohlenstoff und Stickstoff-Content-Analyse kann auf eine Vielzahl von Umweltproben neben Boden angewendet werden und hat breite Anwendungen in der Umweltforschung.

In diesem Beispiel Forscher Wasserproben aus verschiedenen marinen Lebensräumen wie Korallenriffe gesammelt. Um die Verfügbarkeit von Nährstoffen, marine mikrobieller Gemeinschaften zu verstehen, wurden verschiedene chemische Parameter gemessen, einschließlich Kohlenstoff und Stickstoff Elementaranalyse. Ebenen des gelösten organischen Kohlenstoffs wurden direkt aus der Wasserprobe gemessen, während organische Partikel aus dem Wasser gefiltert und analysiert.

Elementaranalyse kann auch zur Überwachung Nährstoffverlust im Abfluss aus der Bewässerung von Stadtlandschaften und Rasenflächen, die Wasserversorgungen verschmutzen können. Hier Wissenschaftler eingerichtet Testplots simulieren Stadtlandschaften und diesen Prozess besser zu verstehen. Eine Vielzahl von chemischen Tests wurden verwendet, um bestimmte Nährstoffe wie Nitrat und Ammoniak in der gesammelten Stichwahl zu analysieren, und Verbrennung basierende Elementaranalyse wurde verwendet, um den Pegel des gelösten organischen Kohlenstoff und Stickstoff messen.

Schließlich ergab die Analyse des Verhältnis dadurch Pflanzenfresser Schlachtkörper eine interessante Verbindung zwischen Raub und die Zersetzungsrate im Boden. In dieser Studie wurden die Heuschrecken mit oder ohne die Gefahr der Plünderung durch Spinnen aufgezogen. Kadaver von diesen Heuschrecken durften dann in Parzellen des Bodens zersetzen und Anlage Detritus wurden später hinzugefügt, um den Boden für die Zersetzung.

Elementaranalyse zeigte leicht erhöhten dadurch Verhältnis in Heuschrecken mit Raub Risiko aufgezogen, aber dies wiederum führte zu deutlich verringerten Geschwindigkeit der Zersetzung im Boden, in dem die gestresste Heuschrecke zerlegt wurde, auf unerwartete komplexe Dynamik im Ökosystem Nährstoffkreisläufe.

Sie haben nur Jupiters Video auf Kohlenstoff und Stickstoff Analyse von Umweltproben angesehen. Sie sollten jetzt die Prinzipien, die hinter dieser Methode der Analyse verstehen; wie Sie es mit einem Flash-Verbrennung elementaren Analyzer ausführen; und einige ihrer Anwendungen in Umweltwissenschaften. Wie immer vielen Dank für das ansehen!

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