Overview
マーガレット職人とキンバリー ・ フライ - デュポール大学のソース: 研究所
元素分析は、材料の組成を決定するために使用方法です。科学者は、土壌などの環境試料 2 つの生態学的重要な要素、窒素と炭素の量に特に興味を持って。フラッシュ燃焼法による元素分析は、酸化高温チャンバー内で燃焼触媒のサンプルによって動作します。燃焼の製品は N2 CO2削減し、熱伝導度検出器で検出します。
全窒素定量 (ケルダール法) と全炭素の定量 (スタッフ ・ ブラック ・ Heanes または Leco の方法) のための他の方法とは異なりフラッシュ燃焼技術は有毒な化学薬品を使用しないしより安全に使用するため。
このビデオは、Thermo fisher Scientific 社から EA 1112 のフラッシュ装置を用いて燃焼による元素分析を行います。
Principles
土壌試料は錫ディスクに置かれ、酸化触媒の存在下で 900 ° C 以上で酸素環境で燃えた場所、オートサンプラーを介して酸化炉に落ちた。サンプル中の炭素は二酸化炭素に変換され、窒素は窒素ガスといくつかの窒素酸化物に変換されます。
C + O2 → CO2
4 N + x O2 → N2 + 2xなし
ヘリウム ガスは、窒素ガスに窒素酸化物を削減し、余分な酸素を除去銅で充填 2 番目の反応管にこれらの製品を運ぶ。これが完了する 680 ° C で
ないx + Cu → N2 + CuO
O2 + 銅 → 酸化銅
ガスの流れは、満ちているストリーム ガスクロマト グラフ列に達する前に、水蒸気を削除する過塩素酸マグネシウム フィルターを流れています。
N2は約 110 ガス クロマトグラフィー コラムをまず終了します s、そして土のサンプルでアスパラギン酸、%N %C を使用して作成した標準曲線を決定ことができます約 190 s. 使用出口 CO2は。
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Procedure
1. 土壌試料の調製
- 48 h の 60 ° C で乾燥した土壌サンプル。
- 土壌を 2 mm × 2 mm ふるいを通過します。
- ボール径エンドミル研削盤に土の約 5 g を入れ、2 分を挽きます。サンプル サイズが非常に小さくなるために、同質なサンプルを得ることが重要です。
- 使用する準備ができるまで小さな容器と、デシケータでストアに粉砕した土を入れた。
2. 計測器パラメーターの設定
- オンに背面のフラッシュ EA 1112 楽器をスイッチをひっくり返すこと。
- コンピューターの電源を。
- 「熱心な 300」をダブルクリック アイコン楽器を実行するソフトウェア プログラムを起動します。
- 土壌の計測器のセットアップを実行するメソッドを開くには、「NC 土壌」アイコンをダブルクリックします。
- 「元素分析パラメーターの編集」を開き、「送信」ボタンをクリックすると、機器を熱します。パラメーターは、次のとおり (参照してください図 1-3) をする必要があります。
a. 温度: 900 ° C = 左、右 680 ° C、オーブンを = = 50 ° C
b. ガス流れ: キャリア 130 mL/分、酸素を = 250 mL/分、参照を = = 100 mL/分
c. サイクル ランタイム = 360 s
d. サンプリング遅延 = 12 s
e. 酸素噴射終り = 5 s
f. 検出器のフィラメントを = - サンプル テーブルを作成するには、「サンプル テーブルの編集」をクリックし、「記入サンプル テーブル」をクリックします。ファイル名を今日の日付に変更します。標準、空白を実行するサンプルの数を入力します。新しいサンプル テーブルで作成された最後のサンプル テーブルに置換する「置換」をクリックします。
3. 標準曲線を作成します。
- 鉗子を使用して、パックから 1 つの錫のディスクを取り出し、特殊なシール装置を使用してカップ形状に成形します。あなたの指先からオイルを転送することを避けるためにあなたの指で錫のディスクに触れないでください。(図 4-5参照)
- 鉗子を使用して、天秤で錫のディスクを置き、バランスをゼロします。
- 鉗子を使用して、天秤から錫のディスクを削除し、錫のディスクに約 1 mg アスパラギン酸の標準的な配置、microspatula を使用して、します。
- 天秤に標準のアスパラギン酸錫ディスクの重量を量る。コンピューターに熱心な 300 ソフトウェア内のデータ テーブルにこの重量を入力します。
- シールは、標準のアスパラギン酸のどれもがそれが流出されますので、鉗子と錫のディスクをアップします。オートサンプラーに錫のパッケージを配置します。(図 6を参照)
- ステップ 3.1 から 3.5、アスパラギン酸標準約 5 mg を使用してを繰り返します。
- ステップ 3.1 から 3.5 約 7.5 mg アスパラギン酸標準を使用してを繰り返します。
- アスパラギン酸標準約 10 mg を使用して、ステップ 3.1 から 3.5 を繰り返します。
4. 土壌とオートサンプラーの読み込みのサンプルします。
- 鉗子を使用して、パックから 1 つの錫のディスクを削除し、封止のデバイスを使用してカップの形状に成形します。あなたの指先からオイルを転送しないようにする指を使って tin を触れないでください。
- 鉗子を使用して、天秤で錫のディスクを置き、バランスをゼロします。
- 天秤から錫のディスクを削除し、microspatula を使用して tin のディスクに均質化された土壌の約 50 mg を置きます。
- 天秤の土壌サンプルをスズのディスクの重量を量る。コンピューターに熱心な 300 ソフトウェア内のデータ テーブルにこの重量を入力します。
- シールは、土が含まれているように鉗子を使用して tin のディスクをバックアップします。オートサンプラー トレイに錫のパッケージを転送します。
- あなたのサンプルのすべての 4.1-4.5 の手順を繰り返します。各サンプルの帳票の試験を実行することをお勧めします。帳票の実験は、実験誤差を排除するための親指の良いルールと見なされます。
5. サンプルの実行
- 計測器の適切な温度に達すると、緑色の光"温度 Ready"がオンに。コンピューターの画面の下部には、それはまた「分析のための準備ができて」を言うでしょう。
- 実行サンプルを開始する前に、入力するデータを保存する「ファイル」と"Save"をクリックします。あなたの最後の名前と日付とメソッドを保存することをお勧めします。
- 実行を開始するには、緑の矢印をクリックし、「今すぐ開始」を押します。
- サンプルを実行するあたり約 6 分かかります。
- 実行が完了したら、「再計算」し、「結果の集計」をクリックして、結果見ることができます。
図 1。フラッシュ EA 1112 パラメーター セットアップ画面 1。
図 2。フラッシュ EA 1112 パラメーター セットアップ画面 2。
図 3。フラッシュ EA 1112 パラメーター セットアップ画面 3。
図 4。鉗子で錫のディスクを削除します。
図 5。封止のデバイスを使用してカップ形状に成形錫ディスク。
図 6。錫のパッケージは、オートサンプラーに配置されています。
炭素 -「元素分析」として知られているプロセス - 環境試料中の窒素量を分析環境の生態学的性質の重要な洞察を提供します。
炭素と窒素は、人生の最も重要な要素の 2 つです。炭素はすべての生きている事の基礎を形成する有機化合物の基礎を炭水化物などの分子のための測定、生物の主要なエネルギー源として特に有用です。その一方で、窒素は、核酸・ アミノ酸などの分子に見られます。これらは、それぞれ、遺伝物質および構造と機能の有機体によって使用される蛋白質のビルディング ブロックとして役立ちます。
有機分子のこれらの異なったクラスはさまざまな生物学的役割があるために、生物は、異なる量でそれらを要求します。たとえば、土壌中における微生物は通常 24:1 の比率は露見食料源を必要です。異なる植物残渣は異なる比 13:1、アルファルファなどから、トウモロコシのように 57: 1 の範囲を持っているので、範囲が異なる、栄養素を土に返す方法が影響を受けますし、異なるレートで微生物によって分解するでしょう。
炭素と窒素の元素組成の分析の原理を紹介します土壌サンプルの元素分析を実行するためのプロトコルこの分析法の環境研究へ最後に、いくつかのアプリケーション。
元素分析は、いくつかのよく検出できる特徴的な製品で、その結果、強い酸を含む特定の化学反応の使用などの方法で実行できます。元素分析方法論の主要な改善は危険な化学薬品を使用する必要を削除、大幅簡略化とプロセスをスピードアップ、フラッシュ燃焼技術の開発およびオートメーションについて。
フラッシュ燃焼を用いた元素分析の基礎は、「酸化室」のサンプルを反応を高速化するが、触媒の存在下で 1,000 ° C 程度の高温で酸素の存在下で燃焼によって酸化することです。これは、炭酸ガスや窒素酸化物や窒素ガスに窒素にサンプル中の炭素を変換します。不活性「キャリアガス」ヘリウム、窒素酸化物、さらに銅充填「削減会議」これらの燃焼製品の輸送に使用されるよう窒素ガスに変換します。余分な水蒸気が過塩素酸マグネシウムなどの乾燥剤を濾過によりガスの混合物から削除されます。
フラッシュ燃焼生成物は、中に気体分子は通過管、液体やポリマーの薄いコーティングを含む列と呼ばれるガスクロマトグラフィーによる分離できます。ガスは繰り返しを溶解し、この基板から蒸発する分子が基板とキャリアガスと対話する方法を強く依存しているレートで、列を通過するとき。基板に溶解したより多くの時間を費やしている種はように区別されるべきガスの列をもっとゆっくり旅行します。
彼らは列を終了、ガスによって識別できます、たとえば、熱、熱伝導率として知られているプロパティを行なう方法も検出します。各ガス、コイルを通過する時間をプロットすることによって科学者は各ガスを表すのピークを持つ「クロマト グラム」を取得します。炭酸ガスと窒素ガスのそれぞれのピークの下の領域を使用して検出された量を計算することにより元のサンプルに露見比を推定しことができます。
フラッシュ燃焼法を用いた炭素と窒素の元素分析の原理を理解すると、今では、自動元素分析装置を使用してこれを実行するためのプロトコルを行ってみましょう。
分析用土壌サンプルを準備、まず、48 h の 60 ° C のオーブンでサンプルを乾燥させます。乾燥土壌を 2 × 2 mm ふるいを通過し、通過しない任意の土壌粒子を破棄します。次に、ボール径エンドミル研削盤を使用して、均質な粉を作るために 2 分のための土の約 5 g を挽きます。ポリエチレン瓶など小さい容器に粉砕した土を入れて、使用する準備ができるまで、デシケータで保存できます。
製造元の指示に従って元素分析装置の解析パラメーターを設定します。酸化炉、還元炉、ガス ・ クロマトグラフィーのオーブンの温度、キャリアガス、酸素注入速度、参照ガス、実行サイクル時間、サンプル ドロップと酸素酸化室注入と酸素注入の期間間の遅延の流量の流量が含まれます。
試料の組成を決定する定量的、するためには、アスパラギン酸など、既知の組成の化合物の量が異なるを使用して標準的なカーブが最初作成されます。
これを行うには、まずパックから錫のサンプル保持ディスクを外し、特殊なシール装置を使用してカップの形状に成形する鉗子を使用します。オイル ディスクに転送されることにつながる可能性がある、あなたの指で錫のディスクに触れないでください。
今、発振にブリキのカップを配置し、設定、風袋質量。ブリキのカップを削除し、カップにアスパラギン酸約 1 mg を標準に、microspatula を使用します。カップとレコード大量の重量を量る。ブリキのコップをシールし、反応室に自動的に各サンプルを届け、オートサンプラに入れます。
標準的な量のいくつかの上記の手順を繰り返します。その後、オートサンプラーにすべての基準を配置します。
調剤し、各均質土壌サンプルの約 50 mg を使用する基準と同様にカップの土壌サンプルの重量を量る。3 通の各サンプルを準備します。
すべてのサンプルを置いて、オートサンプラと計測器の適切な温度に達している、実行する測定を設定します。計測器のソフトウェアは標準およびサンプルごとにクロマト グラムを生成します。
使用されるパラメーターに応じて窒素ガスのピークが約 110 する必要がありますいる炭素窒素比 4:1 のアスパラギン酸と約 190, 標準曲線に二酸化炭素のピークが検出される間、クロマト グラム上の s が生成されます。この知識があれば、各標準濃度と窒素と各サンプル中の炭素の量を計算する各ピークの下の領域を使用できます。
元のサンプルの固まりに基づいて、% 窒素および各サンプルのパーセント炭素を計算できます。このデモでは約 13:1、通常オープン森林や侵襲的な欧州クロウメモドキの木によって支配される森の中の下の土の発見 14.25:1 の比率よりも低いこの土壌サンプルの露見率が見つかりました。
炭素・窒素の内容分析は様々 な土壌に加え環境試料に適用できるし、幅広い環境調査で。
この例では、研究者はサンゴ礁などの様々 な海洋生息地から水のサンプルを収集しました。海洋微生物に有機栄養素の可用性を理解するには、炭素・窒素の元素分析を含む様々 な化学パラメーターは測定しました。溶存有機炭素のレベルは、粒子状の有機物を水からろ過し、分析しながら直接水のサンプルから測定しました。
元素分析は、都市景観と水の供給を汚染することができます芝生の潅漑から流出の栄養損失をモニターにも使用できます。ここでは、科学者たちは都市の風景をシミュレートし、このプロセスを理解するテスト プロットを設定します。硝酸塩やアンモニアで収集した流出といった特定の栄養素を分析するさまざまな化学テストを用い、燃焼による元素分析は、溶存有機炭素・窒素のレベルを測定する使用されました。
最後に、草食動物の死骸で露見率の分析は捕食リスクと土壌における分解率との間の興味深いリンクを明らかにしました。本研究では、バッタはスパイダーによって捕食の危険の有無を飼育しました。これらのバッタの死骸が土のプロットで分解が許可されたと植物デトリタスを分解のための土を追加しました。
元素分析は、生態系の物質循環において予期しない複雑なダイナミクスを指しているバッタ捕食リスクで飼育が強調したバッタは分解されます土壌における分解の大幅減少率につながったこれでわずかに増加露見率を示した。
環境試料の炭素・窒素分析にゼウスのビデオを見てきただけ。今、この分析法の背後にある原理を理解しておくべきフラッシュ燃焼の元素分析装置; を使用してそれを実行する方法その環境科学への応用のいくつか。いつも見てくれてありがとう!
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Results
各サンプルのクロマト グラムを生成するには、サンプル (図 7) では窒素と炭素の量を示します。
各サンプルのクロマト グラムのピークの曲線の下の領域は標準曲線 (図 8 および 9) と比較され、窒素と、サンプル中の炭素の量が計算されます。元のサンプルの重量に基づいて、%N と %C です (図 10) を計算します。
この図の拡大版を表示するのには、ここをクリックしてください。
図 7。クロマト グラムの窒素と炭素のピークを示します。
図 8。窒素の標準曲線を測定。
図 9。炭素の試金の標準曲線。
図 10。%N と %c、元のサンプルの重量に基づいて計算します。
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Applications and Summary
土壌の窒素 (露見) 比カーボンは炭素土壌試料中の窒素の質量と質量の比です。土に土壌と何か露見率を置く (作物残渣のカバーのような) 作物残渣の分解と養分循環に影響を与えることができます。土壌微生物はある露見比は約 8:1 です。この比率を維持するために彼らは、炭素と環境から窒素を修得しなければなりません。ただし、いくつかの微生物を取得炭素を体のメンテナンスのために必要なものに加えてエネルギー源として使用するため微生物露見比約 24:1 の必要があります。24:1 以上の比率は露見葉落葉や土壌のカバーが土の場合(例えば.、57: 1 の比率は露見トウモロコシ stover)、微生物は、リターの材料を分解するために土から窒素を使用する必要があります。これは、結果、土壌中の窒素の赤字。場合 24:1 を (例えば13:1 の比率は露見アルファルファ乾草)、土の配置よりも低いの露見比葉落葉や土壌カバーを栄養素として土壌に放出されるリターの材料の分解後に残るいくつかの窒素となります。
元素分析は、土壌サンプルの露見の比率を決定するため使用することができますだけでなく、木の葉や作物残渣などの植物素材で露見比を決定するのにも使用できます。この情報は、使用する作物カバーの種類を決定するそれらを助けるために農民にとって重要です。作物残渣の露見率追加の土壌をカバーする残基が分解されますどのように迅速に影響を与えます。時間の所望の長さについて、土壌を保護するかどうかの意味を持ちます。
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