Summary
توفر هذه الطريقة قياسا كميا لجاذبية المواد الدبالية (مثل الأحماض الدبالية والفولفيك) على أساس خال من الرماد ، في المواد الجافة والسائلة من الفحم الناعم (أي الليغنيت المؤكسد وغير المؤكسد والفحم شبه البيتوميني) ، وخامات الهيومات والصخر الزيتي ، والخث ، والسماد العضوي والأسمدة التجارية وتعديلات التربة.
Abstract
الغرض من هذه الطريقة هو توفير تركيز دقيق ودقيق من الأحماض الدبالية (HA) و / أو الفولفيك (FA) في الفحم الناعم والخامات الدبالية والصخر الزيتي والخث والسماد العضوي والمنتجات التجارية المحتوية على المواد الدبالية. تعتمد هذه الطريقة على الاستخراج القلوي لمواد الاختبار ، باستخدام 0.1 N NaOH كمستخرج ، وفصل المواد الدبالية القلوية القابلة للذوبان (HS) عن المنتجات غير القابلة للذوبان عن طريق الطرد المركزي. ثم يتم ضبط الرقم الهيدروجيني للمستخلص القلوي بالطرد المركزي إلى الرقم الهيدروجيني 1 مع conc. HCl ، مما يؤدي إلى هطول الأمطار من HA. يتم فصل HA المترسب عن جزء الفولفيك (FF) (جزء من HS الذي يبقى في المحلول) عن طريق الطرد المركزي. ثم يتم تجفيف HA في الفرن أو التجميد وتحديد محتوى الرماد في HA المجفف. ثم يتم تقسيم وزن HA النقي (أي الخالي من الرماد) على وزن العينة والكسر الناتج مضروبا في 100 لتحديد النسبة المئوية HA في العينة. لتحديد محتوى FA ، يتم تحميل FF على راتنج DAX-8 الكارهة للماء ، والذي يمتص جزء FA الذي يشار إليه أيضا باسم حمض الفولفيك الكارهة للماء (HFA). ثم تتم إزالة الجزء المتبقي من حمض غير الفولفيك ، والذي يسمى أيضا جزء الفولفيك المحب للماء (HyFF) عن طريق غسل الراتنج باستخدام H2O منزوع الأيونات حتى تتم إزالة جميع المواد غير الممتصة بالكامل. ثم يتم امتصاص FA مع 0.1 N NaOH. ثم يتم بروتونات Na-fulvate الناتجة عن طريق تمريرها فوق راتنج H + - تبادل قوي. يتم تجفيف FA الناتج في الفرن أو التجميد ، وتحديد محتوى الرماد والتركيز في العينة المحسوب كما هو موضح أعلاه ل HA.
Introduction
المواد الدبالية (HS) هي بقايا ديناميكية تنتج عن التحلل الميكروبي وتحول الأنسجة النباتية الميتة1،2،3 معززة بالمنتجات الثانوية الميكروبية والكتلة الحيوية3،4،5 من خلال عملية تسمى الترطيب 6. توجد المواد الهيدروجينية في التربة والمياه الطبيعية ورواسب البحيرات والخث والفحم الناعم والصخر الزيتي الدبالي وتمثل ما يقدر بنحو 25٪ من إجمالي الكربون العضوي على الأرض7. هذه المواد عبارة عن مخاليط معقدة من آلاف الجزيئات الفريدة التي يتم تقسيمها إلى ثلاثة أجزاء رئيسية بناء على قابلياتها المختلفة للذوبان في المحاليل المائية الأساسية والحمضية القوية. هذه الكسور هي أحماض دبالية (HAs) ، والتي تتكون من الكسر القلوي القابل للذوبان ولكن غير القابل للذوبان في الحمض. أحماض الفولفيك (FAs) ، الجزء القابل للذوبان في كل من القلويات والحمض ؛ وجزء الهيومين ، وهو غير قابل للذوبان في جميع قيم الأس الهيدروجيني6,8. ينقسم جزء الفولفيك (FF) أيضا إلى أجزاء FA الكارهة للماء (HFA) والمحبة للماء (HyFA). يتم تعريف هذه الكسور على أنها جزء من FF يرتبط براتنج DAX-8 الكارهة للماء (HFA) والجزء الذي لا يرتبط بالراتنج (HyFA).
ويتزايد استخدام النظام المنسق في الزراعة، حيث يستخدم على نطاق واسع كمنشطات حيوية للمحاصيل، وفي تربية الحيوانات، ولا سيما كمضاف لأعلاف الماشية، وفي التعدين في طين الحفر، والمعالجة البيئية كمكوكات إلكترونية. كما تتزايد الأبحاث في استخدام النظام المنسق في التطبيقات الطبية البشرية.
توجد العديد من الطرق لقياس كمية HA و FA. ومع ذلك ، فإن معظم هذه الطرق ليست دقيقة ولا دقيقة. على سبيل المثال، الطريقتان الأكثر استخداما لتحديد حمض الهيالورونيك في الولايات المتحدة الأمريكية هما طريقة قياس الألوان9 وطريقة وزارة الأغذية والزراعة في كاليفورنيا (CDFA)، وكلاهما تبين أنهما يبالغان في تقدير كمية حمض الهيالورونيك في مجموعة من مصادر الخام والمستخلصات من غرب الولايات المتحدة وكندا10. طريقة قياس الألوان أو الطيف الضوئي غير دقيقة لأنها تعتمد على امتصاص المستخلصات القلوية التي تشمل، بالإضافة إلى HA، FA وغيرها من الكروموفورات التي تمتص جميعها عند الطول الموجي المستخدم ولا يمثل المعيار المواد التي يتم اختبارها10. طريقة CDFA ليست دقيقة لأنها لا توفر تركيزات HA على أساس خال من الرماد. نظرا لأن الخامات المختلفة تحتوي على كميات مختلفة من الرماد ، يتم تنفيذ بعضها مع الاستخراج وتضيف عملية الاستخراج نفسها الرماد ، فإن هذه الطريقة لا توفر قيمة دقيقة لتركيزات HA10. واستجابة للحاجة إلى طريقة دقيقة ودقيقة، تم نشر إجراء موحد لقياس الجاذبية يستند إلى الإجراء المفصل by11 في عام 2014 لمعالجة القياس الكمي لكل من HA وFA على أساس خال من الرماد12. ثم تم تكييف هذه الطريقة، مع تعديلات طفيفة، من قبل المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) في عام 2018 تحت بند الأسمدة ومكيفات التربة باسم "تحديد تركيزات أحماض الفولفيك الدبالية والكارهة للماء في مواد الأسمدة"13.
تحدد هذه الورقة بروتوكول استخراج وقياس كميات أحماض الفولفيك الدبالية والكارهة للماء وتقدم تفاصيل عن دقة ودقة البيانات المنتجة من الطريقة.
Protocol
1. إعداد عينة صلبة
- سحق ما يقرب من 5 غرام من العينة المراد تحليلها ، باستخدام هاون ومدقة ، بحيث يمر 100٪ من العينة المسحوقة عبر شبكة غربال قياسية أمريكية بحجم 200 (أي 74 ميكرومتر) مع التأكد من أن المسحوق مختلط جيدا.
- تحديد محتوى الرطوبة من مسحوق gravimmetricy.
- وزن قارب وزن الألومنيوم وتسجيل الكتلة (Wwb).
- انقل ما يقرب من 2 جم من مسحوق العينة إلى قارب الوزن وسجل الكتلة (Wws + wb).
- ضع قارب الوزن في فرن تجفيف لمدة 24 ساعة عند 102 درجة مئوية (لا تتجاوز 102 درجة مئوية). بعد 24 ساعة ، قم بإزالة قارب الوزن من فرن التجفيف وضعه في مجفف ليبرد لمدة 1 ساعة على الأقل.
- وزن وتسجيل كتلة قارب الوزن ومسحوق العينة المجففة (Wds+wb).
- حدد محتوى الرطوبة باستخدام الصيغة 1.1.
الفورمولا 1.1 محتوى الرطوبة من مسحوق عينة صلبة
٪ الرطوبة = (((Wws + wb - Wwb) - (Wds + wb - Wwb))/ (Wws + wb - Wwb)) * 100
2. إجراء الاستخراج
- عينات صلبة
- يزن حوالي 2.5 جم من مسحوق العينة المنخل (Wsamp) في قارب وزن من البلاستيك أو الألومنيوم وسجل الوزن إلى أربعة منازل عشرية.
- قم بتحميل العينة في أسطوانة متدرجة سعة 1 لتر واملأ الأسطوانة إلى 1 لتر ب 0.1 M NaOH (4 g NaOH x L-1).
- أضف قضيب تحريك مغناطيسي (على سبيل المثال، طوله من 5 إلى 7 سم) وحرك بسرعة (أي 300 – 400 دورة في الدقيقة) على طبق تحريك حتى تمتزج العينة جيدا.
- انقل محتويات الأسطوانة المتدرجة بالكامل إلى قارورة Erlenmeyer سعة 1 لتر ، وقم بإخلاء مساحة رأس القارورة بغاز N2 وقم بتغطية فتحة القارورة بغطاء محكم الإغلاق.
- ضع قارورة Erlenmeyer على طبق من التحريك واخلطها عند 300 - 400 دورة في الدقيقة لمدة 16 - 18 ساعة.
- العينات السائلة
- بالنسبة للمواد السائلة ، اخلط العينة جيدا عن طريق الاهتزاز للتأكد من خلط سائل الاختبار بشكل متجانس. تأكد من خلط أي بقايا قد تكون سقطت في قاع الحاوية جيدا.
- أضف ما يقرب من 5 جم من سائل الاختبار ، الذي تم وزنه إلى 4 منازل عشرية (WTL) ، إلى أسطوانة متدرجة سعة 1 لتر.
- املأ الأسطوانة المتدرجة ب 0.1 M NaOH إلى حجم نهائي قدره 1 لتر.
- أضف قضيب تحريك مغناطيسي (على سبيل المثال، بطول 5 – 7 سم) وحرك بسرعة (على سبيل المثال، 300 - 400 دورة في الدقيقة) على لوحة تحريك حتى تمتزج عينة الاختبار تماما.
- انقل الخليط إلى قارورة Erlenmeyer سعة 1 لتر ، وقم بإخلاء مساحة الرأس بغاز N2 وقم بتغطية فتحة القارورة بغطاء محكم الإغلاق.
- ضع قارورة Erlenmeyer على طبق من التقليب واخلطها عند 300 - 400 دورة في الدقيقة لمدة 1 ساعة.
ملاحظة: بعد هذه النقطة ، يكون التعامل مع العينات الصلبة والسائلة هو نفسه.
3. إزالة المواد غير القابلة للذوبان من المستخلصات القلوية
- عند الانتهاء من التحريك ، قم بإزالة القارورة من لوحة التحريك ، ونقل الخليط إلى أنابيب الطرد المركزي المناسبة وأجهزة الطرد المركزي للحجم بالكامل عند 4,921 × g لمدة 30 دقيقة.
- اجمع المادة القلوية التي تحتوي على HA و FA في قارورة Erlenmeyer نظيفة سعة 1 لتر تحتوي على قضيب تحريك مغناطيسي. تخلص من المواد غير القابلة للذوبان. يوصى بالترشيح من خلال الصوف الزجاجي أو ورق الترشيح النوعي بحجم 2.5 ميكرومتر بحجم المسام إذا لم يتم ترسيب الجسيمات المتبقية بعد الطرد المركزي.
4. هطول الأمطار وفصل HA من FF
- أثناء تحريك المستخلص القلوي عند 300 - 400 دورة في الدقيقة على صفيحة تحريك ، أدخل مسبار الأس الهيدروجيني في الجزء الأوسط من المحلول (عموديا) وأضف conc. HCl قطرة إلى المستخلص القلوي حتى يتم الوصول إلى درجة حموضة مستقرة من الرقم الهيدروجيني 1.0 ± 0.1.
- بمجرد الوصول إلى درجة الحموضة من الرقم الهيدروجيني 1 وتبقى مستقرة ، قم بإزالة مسبار الأس الهيدروجيني من القارورة ، واسترجع شريط التحريك ، وقم بتغطية القارورة بغطاء محكم الإغلاق واترك القارورة تجلس حتى يستقر HA المترسب في قاع القارورة.
ملاحظة: يختلف الوقت الذي يستغرقه HA لترسيب المحلول وتركه اعتمادا على مصدر وكمية HA في العينة. عادة ما يستغرق 1-6 ساعات حتى يترسب HA بالكامل وينسحب من المحلول. - جهاز الطرد المركزي المستخلص وعجل HA في 4921 × g لمدة 1 ساعة. بعد الطرد المركزي ، صب FF الفائق في Erlenmeyer نظيف سعة 1 لتر وقم بتغطيته بغطاء محكم الإغلاق.
ملاحظة: قد يكون من الضروري تخصيص وقت أطول لجهاز الطرد المركزي من أجل تعبئة HA بقوة كافية للسماح بصب FF دون تضمين أي من HA المعجلة. - ضع أنابيب الطرد المركزي في فرن تجفيف مثبت على درجة حرارة 100 درجة مئوية لمدة 24 ساعة.
- بعد التجفيف ، قم بإزالة الأنابيب من فرن التجفيف وضعها في مجفف لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة. بعد التبريد ، انقل البقايا كميا من الأنبوب عن طريق كشطها من جانبي الأنبوب وأسفله باستخدام ملعقة ، ونقلها إلى قارب وزن مقطران ، وسجل الكتلة (WEHA). هذه البقايا هي "HA المستخرجة".
ملاحظة: إذا تم استخدام أنابيب الطرد المركزي التي تزيد عن 50 مل في فصل HA و FF ، فمن الملائم نقل HA المترسب إلى أنابيب أجهزة طرد مركزي مقاومة للحرارة 50 مل لعملية التجفيف. أيضا ، إذا كان مجفف التجميد متاحا ، يمكن تجفيف HA المترسب. يعد جمع HA في حالة تجفيف التجميد أسهل لأن HA لا يلتصق بجانب الأنابيب البلاستيكية ولا يلزم التخلص منه.
5. تحديد محتوى الرماد
ملاحظة: الإجراء الخاص بتحديد محتوى الرماد في عينات HA و FA المجففة هو نفسه. يتم عرض الإجراء باستخدام تدوين ل HA.
- انقل ما يقرب من 30 ملغ من HA المجفف (WHA) إلى طبق خزفي نظيف وموزون مسبقا (WCD) تم تجفيفه مسبقا في فرن تجفيف عند 100 درجة مئوية ثم تم تبريده في مجفف إلى درجة حرارة الغرفة. بعد تسجيل الكتلة المجمعة ل HA الموزون والطبق (WHA + CD) ، قم بحرق HA في فرن مكتوم لمدة 2 ساعة عند 600 درجة مئوية.
ملاحظة: بالنسبة لكل عينة HA ، يجب معالجة ثلاث نسخ متماثلة ومتوسط محتوى الرماد المستخدم في حساب HA النقي. - بعد 2 ساعة ، أخرج الطبق ومحتوياته من فرن الكتم وضعه في مجفف ليبرد. بمجرد أن يبرد الطبق ، قم بوزن الطبق بالرماد (WASH + CD) واحسب نسبة الرماد (Ashrat) باستخدام الصيغة 1.2:
الفورمولا 1.2 عشرات = (WASH + CD - WCD) / (WHA + CD - WCD)
6. تحديد النسبة المئوية للحمض الهيالورونيك المستخرج المنقى
- أوجد الكتلة النهائية ل HA النقي (WPHA) عن طريق تصحيح محتوى الرماد باستخدام الفورمولا 1.3:
الفورمولا 1.3 WPHA = WEHA * (1- عشرات)
7. تحديد تركيز (٪) من HA النقي في عينة المصدر الأصلي
- أوجد تركيز حمض الهيالورولين الوراثي النقي باستخدام الفورمولا 1.4 و1.5:
الصيغة 1.4: ٪ HA النقي في عينة صلبة = (WPHA / Wsamp) * 100
الصيغة 1.5: ٪ HA النقي في العينة السائلة = (WPHA/WTL) * 100
8. إعداد العمود لتنقية HFA
- قم بإعداد عمود كروماتوغرافي منخفض الضغط معبأ براتنج بولي ميثيل ميثاكريليت DAX-8. إذا لم يتم استخدام الراتنج من قبل ، فقم بنقع الراتنج في الميثانول لمدة 2 ساعة ثم اشطفه جيدا باستخدام H2O منزوع الأيونات حتى تتم إزالة كل الميثانول.
- قم بإزالة جزيئات الراتنج الصغيرة التي تطفو على الماء في هذا الوقت. إذا كان الراتنج قد استخدم سابقا ، فقم بتجديده كما هو موضح في القسم 10.
- بمجرد شطفه جيدا ، صب الراتنج في عمود كروماتوغرافي زجاجي 5 × 25 سم مزود بقطعة نهاية مع فريت 10 ميكرومتر لدعم سرير الراتنج. اترك 2.5 إلى 5 سم في الجزء العلوي من العمود للحصول على محلول خال من الراتنج لتمكين خلط FF قبل دخول سرير الراتنج. قم بتركيب القطعة العلوية على العمود وقم بضخ H2O منزوع الأيونات من خلال الجزء العلوي من العمود لتعبئة سرير راتنج DAX-8 باستخدام مضخة تمعجية.
9. عزل HFA
- بمجرد تعبئة سرير الراتنج ، قم بتحميل FF على العمود باستخدام مضخة تمعجية ، تحت ضغط منخفض ، عبر الجزء العلوي من العمود. استخدم معدل تدفق يتراوح بين 35 و40 ملليلتر/دقيقة. من الأهمية بمكان أن يظل الجزء العلوي من الراتنج في العمود مغطى بالمحلول طوال عملية التحميل والشطف بأكملها لمنع تجفيف الراتنج وتوجيه المستخلص من خلال سرير الراتنج.
- بمجرد تحميل جزء الفولفيك بالكامل على الراتنج ، اغسل الراتنج بالماء منزوع الأيونات ، لإزالة "جزء الفولفيك المحب للماء" غير الممتز (HyFF) عن طريق ضخه عبر الجزء العلوي من العمود باستخدام المضخة التمعجية تحت ضغط منخفض. استخدم معدل تدفق يتراوح بين 35 و40 ملليلتر/دقيقة. تخلص من النفايات السائلة المحتوية على HyFF ما لم يتم استخدامها للتحليل.
- اغسل العمود ب H2O منزوع الأيونات حتى يصبح الامتصاص عند 350 نانومتر من النفايات السائلة للعمود مساويا (على سبيل المثال ، في حدود 0.015 وحدة امتصاص) لتلك الموجودة في H2O منزوعة الأيونات المستخدمة لغسل العمود. استخدم الماء منزوع الأيونات إلى الصفر (أي فارغ) مقياس الطيف الضوئي.
- قم بامتصاص HFA عن طريق الاستخلاص الخلفي عن طريق ضخ 0.1 M NaOH عبر الجزء السفلي من العمود باستخدام المضخة التمعجية. استخدم معدل تدفق يتراوح بين 35 و40 ملليلتر/دقيقة. التقط النفايات السائلة للمضخة (Na-fulvate في حاوية نظيفة بحجم كاف (على سبيل المثال ، 2 لتر Erlenmeyer).
ملاحظة: تمتص معظم HFA الجزء العلوي من سرير راتنج DAX-8. الارتشاف عن طريق إدخال 0.1 M NaOH من أسفل العمود يقلل من كمية 0.1 M NaOH اللازمة لامتصاص FA بالكامل. - تم امتصاص كل HFA عندما يكون امتصاص النفايات السائلة للعمود مساويا لامتصاص 0.1 M NaOH المؤثر عند 350 نانومتر. استخدم 0.1 M NaOH كفراغ الطيف الضوئي. أضف النفايات السائلة التي تم التقاطها للتحقق من امتصاص محلول FA الممتصب لضمان التقاط جميع FA.
10. HFA إزالة الرماد عن طريق البروتونات
- قم بتمرير محلول Na-fulvate ، بشكل متكرر ، عن طريق تغذية الجاذبية ، من خلال راتنج الكاتيون القوي H + - Exchange (جدول المواد) الموجود في عمود 5 × 50 سم ، مع فريت زجاجي للاحتفاظ بالراتنج ، حتى تبلغ الموصلية الكهربائية للنفايات السائلة <120 μS / cm ، كما تم قياسها باستخدام مقياس الموصلية الكهربائية. قبل كل تمرير، يتطلب راتنج H+-exchange تجديدا كما هو موضح في القسم 11.
- لضمان إزالة جميع FA من الراتنج بعد المرور النهائي ، اغسل الراتنج بالماء منزوع الأيونات حتى يصبح امتصاص النفايات السائلة عند 350 نانومتر هو نفسه (على سبيل المثال ، في حدود 0.015 وحدة امتصاص) مثل الماء منزوع الأيونات المستخدم لغسل العمود. استخدم H2O منزوع الأيونات كفراغ طيفي ضوئي. أضف الغسيل وأي أجزاء من النفايات السائلة التي يتم أخذها للتحقق من الامتصاص إلى محلول FA النقي. للمساعدة في إزالة جميع FA ، يمكن تحريك الراتنج (على سبيل المثال ، باستخدام قضيب زجاجي أو بلاستيكي طويل) عدة مرات.
- ركز FA على حجم حوالي 15 ± 2 مل باستخدام مبخر دوار عند 55 درجة مئوية.
- انقل تركيز FA سعة 15 مل بالكامل إلى أنبوب طرد مركزي بلاستيكي سعة 50 مل وجففه عند 60±3 درجة مئوية إلى جفاف مستمر في فرن التجفيف. التجفيف بالتجميد هو بديل لتجفيف الفرن. بعد التجفيف ، انقل الأنبوب إلى مجفف ليبرد.
- قم بإزالة FA من الأنبوب عن طريق كشط جوانب الأنبوب وأسفله باستخدام ملعقة ووزن FA الذي تم جمعه على ورق وزن مبطن مسبقا. هذه المادة هي "FA المستخرجة" (WEFA).
- أوجد نسبة الرماد (ASHrat) ل FA المستخرج كما هو موضح في الخطوة 6 ل HA واحسب نسبة الرماد باستخدام الصيغة 1.2. حدد وزن FA المستخرج بدون رماد (WPFA) باستخدام الفورمولا 1.3 ، مع استبدال WEFA بوزن WEHA. أخيرا ، حدد النسبة المئوية النقية FA في العينة باستخدام الفورمولا 1.4 لاستبدال WPFA ب WPHA.
11. DAX-8 تجديد الراتنج
- قم بتجديد راتنج DAX-8 عن طريق ضخ 0.1 M HCl (8.33 مل HCl مركز / 1000 مل حجم نهائي منزوع الأيونات H2O) بمعدل تدفق يتراوح بين 35 و 40 مل / دقيقة عبر الجزء السفلي من العمود حتى يكون الرقم الهيدروجيني للنفايات السائلة مساويا للدرجة الهيدروجينية للمؤثر. استخدم المضخة التمعجية لضخ جميع الكواشف عبر عمود DAX-8 أثناء التجديد.
- شطف العمود بماء DI عن طريق ضخه في الجزء العلوي من العمود حتى الرقم الهيدروجيني للنفايات السائلة يساوي الرقم الهيدروجيني للمؤثر (أي ماء DI).
12. H + - الكاتيون تبادل الراتنج تجديد
- قم بتجديد راتنج تبادل الكاتيون H+ في عملية دفعية عن طريق صب الراتنج في كوب كبير (على سبيل المثال ، كوب بلاستيكي سعة 4 لتر) ، وشطفه عدة مرات عن طريق تغطية الراتنج ب DI H2O ، وخلطه ثم سكبه من الماء.
- قم بتغطية الراتنج ب 1 M HCl (83.3 مل من مياه HCl المركزة / 1000 مل من الحجم النهائي DI). اتركيه لمدة لا تقل عن 2 ساعة مع التحريك العرضي (على سبيل المثال ، مرة واحدة كل 30 دقيقة).
- قم بإزالة الحمض الزائد من الراتنج عن طريق سكب الحمض وتغطية الراتنج بماء DI. حرك بقوة بقضيب تحريك لمدة 15 ثانية ، ثم اترك الراتنج يسقط في قاع القارورة ثم صب الماء. كرر العملية حتى ≤ التوصيل الكهربائي لماء الشطف 0.7 μS / cm.
- قم بتحميل الراتنج الذي تم تجديده مرة أخرى في العمود. قم بتغطيته ب H2O منزوع الأيونات للتأكد من بقاء الراتنج رطبا بين الاستخدامات.
Representative Results
وترد بيانات الأداء لهذه الطريقة في الجداول من 1 إلى 5. وترد في الجدول 1 دقة طريقة استخراج HA و FAH من العينات التجارية السائلة ذات التركيزات المختلفة جدا من HA و FHA.
كانت الانحرافات المعيارية النسبية (RSDs) ل HA أقل من تلك الخاصة ب HFA ، ولكن متوسط HFA RSD على العينات السائلة الثلاث كان على 6.83٪ مما يدل على درجة عالية من الدقة. نسبة هورويتز (HorRat) هي معلمة أداء طبيعية تشير إلى مدى ملاءمة طرق التحليل فيما يتعلق بدقة المختبر. هنا تم استخدامه للدقة داخل المختبر. قد تشير القيمة < 0.5 إلى متوسط غير معلن عنه أو مستوى عال من الخبرة في هذه الطريقة. تشير القيم > 2.0 إلى عدم تجانس عينات الاختبار ، أو الحاجة إلى تحسين الطريقة أو التدريب الأكثر شمولا ، والعمل دون حد الكشف أو طريقة غير قابلة للتطبيق. لتحليل العينات السائلة ، كان HorRat > 2 فقط لأحد تحليلات HFA (الجدول 1).
وترد في الجدول 2 بيانات دقيقة لاستخراج HA وHFA من ثلاث عينات من خام الدبالية. مرة أخرى ، باستثناء HFA المستخرج من Ore 2 و HA من Ore 3 ، كانت جميع HorRat أقل من 2. وهذا يدل على درجة عالية من الدقة لهذه الطريقة لاستخراج HA و HFA لعينات الخام الدبالية.
غالبا ما يقوم مصنعو المنشطات الحيوية النباتية بصياغة منتجات تحتوي على HS بالإضافة إلى مكونات أخرى مثل الأعشاب البحرية أو الأسمدة غير العضوية أو الفحم أو دبس السكر. ويقدم الجدول 3 نتائج تحليل إدراج هذه الأنواع من المواد المضافة على دقة الطريقة. لم تؤثر أي من المواد المضافة على استعادة HA أو HFA بشكل كبير (الجدول 3).
ويشير الجدول 4 والجدول 5 إلى عمليات استرداد HA وHFA، على التوالي، من العينات السائلة التي تحاكي المنتجات التجارية بتركيزات منخفضة جدا. وكانت حالات الاسترداد ممتازة وتراوحت بين 88 في المائة و 97 في المائة بالنسبة ل HA (الجدول 4) و 92 في المائة و 104 في المائة بالنسبة ل HFA (الجدول 5). وكان متوسط حالات التعافي لكل من HA و HFA 93٪ و 97٪ على التوالي وكانت نسبة RSD لكل من HS أقل من 5٪. في حين أن الدقة ممتازة ، تشير هذه البيانات إلى الحاجة إلى إجراء نسخ متماثلة مختبرية. وكان حد الكشف عن الطريقة (MDL) والحد الكمي للطريقة 4.62 و 1.47 ملغم/لتر ل HA و 4.8 و 1.53 ملغم/لتر ل HFA.
| المواد الدبالية ، ٪ | |||||||
| مادي | L16 | L17 | L2 | ||||
| HFA | هكتار | HFA | هكتار | HFA | هكتار | ||
| مندوب 1 | 1.44 | 17 | 6.59 | 7.76 | 0.36 | 4.46 | |
| مندوب 2 | 1.39 | 16.03 | 6.25 | 7.79 | 0.42 | 4.93 | |
| مندوب 3 | 1.34 | 16.44 | 6.02 | 7.55 | 0.4 | 4.46 | |
| مندوب 4 | 1.54 | 16.75 | 6.2 | 7.69 | 0.33 | 4.53 | |
| دني | 1.43 | 16.56 | 6.27 | 7.7 | 0.38 | 4.6 | |
| اس دي | 0.09 | 0.42 | 0 | 0.11 | 0.04 | 0.23 | |
| 24 | |||||||
| RSD, ٪ | 6.29 | 2.53 | 3.8 | 1.39 | 10.4 | 4.91 | |
| حور الفئران (ص) | 1.58 | 0.72 | 1.25 | 0.47 | 2.31 | 1.55 | |
| (أ) كانت ظروف الاستخراج 1 غرام في 1 لتر 0.1 م NaOH. | |||||||
الجدول 1. دقة الطريقة في استخراج وقياس كمية HA و HFA من العينات التجارية السائلة. كانت ظروف الاستخراج 1 غرام في 1 لتر 0.1 م NaOH.
| المواد الدبالية ، ٪ | ||||||
| خام 1 | خام 2 | خام 3 | ||||
| مادي | HFA | هكتار | HFA | هكتار | HFA | هكتار |
| مندوب 1 | 1.75 | 67.4 | 1.31 | 27.01 | 1.55 | 8.95 |
| مندوب 2 | 1.69 | 67.63 | 1.25 | 27.48 | 1.41 | 7.2 |
| مندوب 3 | 1.63 | 67.1 | 1.27 | 27.34 | 1.47 | 8.35 |
| مندوب 4 | 1.77 | 67.59 | 1.55 | 26.89 | 1.51 | 7.98 |
| دني | 1.71 | 67.53 | 1.35 | 27.18 | 1.49 | 8.12 |
| اس دي | 0.06 | 0.94 | 0.14 | 0.28 | 0.06 | 0.73 |
| RSD, ٪ | 3.7 | 1.39 | 10.33 | 1.02 | 4.02 | 9.02 |
| هورات(ص) | 0.99 | 0.66 | 2.71 | 0.42 | 1.07 | 3.09 |
الجدول 2. دقة الطريقة في استخراج وقياس كمية HA و HFA من الخامات الدبالية. كانت ظروف الاستخراج عينة 1 غرام في 1 لتر 0.1 م NaOH. (بيانات مأخوذة من لامار وآخرون، 2014)
| تكرار | زاني | HA, ٪ | FA, ٪ | الانتعاش النسبي HA, ٪ | الانتعاش النسبي HFA, ٪ |
| 1 | اي | 81.61 | 12.86 | ||
| 2 | اي | 80.16 | 12.78 | ||
| 1 | الاعشاب البحريه | 80.21 | 12.85 | ||
| 2 | الاعشاب البحريه | 80.72 | 12.79 | 99.5 | 99.6 |
| 1 | سماد | 80.25 | 12.98 | ||
| 2 | سماد | 79.57 | 123.77 | 98.8 | 101.6 |
| 1 | فحم | 78.79 | 12.92 | ||
| 2 | فحم | 81.27 | 12.84 | 98.9 | 101.8 |
| 1 | دبس | 79.38 | 12.99 | ||
| 2 | دبس | 81.02 | 12.72 | 99.2 | 100.9 |
| دني | 80.3 | 12.85 | |||
| اس دي | 0.885 | 0.09 | |||
| (أ) التركيز النهائي ل FA + HA البالغ 2.5 جم/لتر مضافا إلى 0.1 مليون نانو OH. (بيانات مأخوذة من Lamar et al.، 2015) | |||||
الجدول 3. تأثير الزناة على كمية HA و HFA من ليونارديت جاسكوين. (بيانات مأخوذة من Lamar et al.، 2015)
| هكتار | |||
| نموذج معرف | مستخرج، ملغ | تعافى ، ملغ | المتعافي، ٪ |
| 1 | 24.6 | 23.7 | 96.3 |
| 2 | 22.6 | 19.9 | 88.1 |
| 3 | 25.2 | 23.6 | 93.7 |
| 4 | 22.5 | 21.5 | 95.6 |
| 5 | 23.9 | 21.8 | 91.2 |
| 6 | 23.2 | 20.8 | 89.7 |
| 7 | 24 | 23.2 | 96.7 |
| دني | 23.7 | 22.1 | 93 |
| اس دي | 1.01 | 1.52 | 3.43 |
| RSD, ٪ | 4.35 | 6.88 | 3.67 |
| (بيانات مأخوذة من لامار وآخرون، 2014) | |||
الجدول 4. استعادة HA من الفراغات المرتفعة. (بيانات مأخوذة من لامار وآخرون، 2014)
| الاتحاد الإنجليزي لكرة القدم | |||
| نموذج معرف | مستخرج، ملغ | تعافى ، ملغ | المتعافي، ٪ |
| 1 | 19.9 | 19 | 95.48 |
| 2 | 23.1 | 22.9 | 99.13 |
| 3 | 20.7 | 19.4 | 93.72 |
| 4 | 20.5 | 19.8 | 96.39 |
| 5 | 20.8 | 21.6 | 103.85 |
| 6 | 21.9 | 20.1 | 91.78 |
| 7 | 22.7 | 22.3 | 98.24 |
| دني | 21.37 | 20.73 | 96.94 |
| اس دي | 1.21 | 1.53 | 3.95 |
| RSD, ٪ | 5.64 | 7.36 | 4.07 |
| (بيانات مأخوذة من لامار وآخرون، 2014) | |||
الجدول 5. استعادة HFA من الفراغات المرتفعة. (بيانات مأخوذة من لامار وآخرون، 2014)
Discussion
الخطوات الأولية لاستخراج وعزل HA في هذه الطريقة واضحة نسبيا. نظرا لأن عزل HFA ينطوي على كروماتوغرافيا العمود ، فإن الحصول على نتائج قابلة للتكرار يأتي مع الالتزام الصارم بتفاصيل كل خطوة وممارسة. على وجه الخصوص ، يعد التحضير الصحيح للراتنجات ذا أهمية أساسية. من المهم للغاية أن يتم تحضير راتنج البولي ميثيل ميثاكريليت DAX-8 وتعبئته بشكل صحيح. التعبئة الصحيحة للراتنج يؤثر على كل من العائد وجودة HFA. إذا كان التوجيه موجودا ، فلن تكتمل المعالجة المسبقة (أي التحمض) أو امتزاز HFA ، وسيؤدي الفصل إلى نتائج غير دقيقة. إذا لوحظت قنوات أو فراغات في الراتنج قبل تحميل العينة ، فيجب إزالة العمود وهزه لإعادة توزيع حبات الراتنج ، من خلال السماح لها بالاستقرار بدون قنوات ، ثم إعادة تعبئتها عن طريق ضخ DI H2O نظيف عبر الراتنج. بالإضافة إلى ذلك ، كما هو مذكور في البروتوكول ، فإن الحفاظ على حجم من السائل فوق الراتنج عند تحميل FF على الراتنج ، سيسمح ل FF بالخلط قبل دخول الراتنج ويؤدي إلى امتزاز أكثر فعالية. بالنسبة لراتنج الكاتيون القوي H + - Exchange (جدول المواد) ، لا يمكن التسرع في التجديد الكامل. يستغرق تبادل Na + / H + وقتا ، وبالتالي من الأفضل القيام بذلك في معالجة بالجملة بحيث يمكن خلط الراتنج أثناء إعادة تحمضه. يساعد خلط الراتنج أثناء الشطف باستخدام DI H2O على إزالة حمض الهيدروكلوريك الزائد. عند رفع الراتنج المحمض لإزالة الحمض الزائد ، يساعد خلط الراتنج على إزالة حمض الهيدروكلوريك. من المهم للغاية إزالة الحمض إلى النقطة التي يتم فيها الوصول إلى الموصلية الكهربائية ≤ 0.7 ميكروثانية / سم. إذا لم يكن الأمر كذلك ، ترحيل HCl مع HFA.
أخيرا ، عند امتصاص HFA من راتنج DAX-8 ، بمجرد أن يساوي امتصاص المؤثر امتصاص النفايات السائلة ، فمن الممارسات الجيدة ترك العمود يجلس لبضع ساعات لمعرفة ما إذا كان سيتم إطلاق أي HFA إضافي. إذا كان الأمر كذلك ، فسوف ينظر إليه على أنه اصفرار السائل فوق الراتنج. إذا حدث هذا ، يمكن إزالة HFA الإضافي عن طريق الامتزاز المستمر حتى تصبح الامتصاص المؤثرة / النفايات السائلة متساوية مرة أخرى.
أحد عيوب عزل HFA هو أن العملية برمتها تستغرق وقتا طويلا. يؤدي الامتزاز الكامل ل HFA من راتنج DAX-8 والإزالة الكاملة من راتنج H + Exchange إلى حجم كبير من HFA يجب تقليله عن طريق التبخر الدوار. هذا بالتأكيد عنق الزجاجة في التحليل. وفي محاولة لتقليل هذا الوقت، اقترح إزالة HFA من راتنج DAX-8 باستخدام الأسيتون بدلا من 0.1 M NaOH14. ادعى المؤلفون أنه باستخدام 50٪ من الأسيتون كممتص بدلا من NaOH ، تم الحصول على نتيجة HFA مماثلة وتم تجديد DAX-8 بشكل كاف وبالتالي يمكن القضاء على خطوة H + التبادل. أدى هذا التعديل إلى انخفاض كبير في وقت التحليل نتيجة لانخفاض الحجم المنتج والتبخر الدوار الأسرع للأسيتون مقارنة بالماء. هذا التعديل يخدع المزيد من الدراسة.
تقتصر هذه الطريقة على تحليل المواد العضوية التي خضعت لعملية الترطيب ، وبالنسبة لحالة الخث والفحم الناعم ، فإن العمليات الإضافية للخث وكل من الخث والفحم ، على التوالي. الترطيب هو العملية التي تتحلل فيها المواد الميتة ، وخاصة المواد النباتية ، بواسطة سلسلة من الميكروبات التي تستهلك وتعدل الركائز المتمردة بشكل متزايد. تشارك العمليات اللاأحيائية أيضا في تفاعلات التحلل وإعادة التوليف. يؤدي الترطيب في نهاية المطاف إلى إنتاج مواد متمردة نسبيا تتكون من مخاليط غير متجانسة من آلاف الجزيئات التي تشكل مجموعة من الوزن الجزيئي ومحتويات الكربون والأكسجين والهيدروجين التي تشكل HS. يتم تعديل النظام المنسق بشكل أكبر عن طريق الخث والتجميع. لذلك ، هذه الطريقة ليست مناسبة للمواد النباتية التي تم تعديلها بواسطة العمليات الكيميائية. على سبيل المثال ، يستخدم الليجنوسلفونات على نطاق واسع كمغشي HFA. Lignosulfonate هو منتج ثانوي لعملية لب الكبريتيت. لذلك ، لم يتم إنتاج هذه المواد من خلال عملية الترطيب. بالإضافة إلى ذلك ، هناك العديد من المواد التي ترتبط براتنج DAX-8. على سبيل المثال ، تم استخدام راتنج DAX-8 لامتصاص المبيدات الحشرية من المحلول15. من الواضح أن المبيدات الحشرية ليست HS. وبالتالي ، فإن ربط مادة ما براتنج DAX-8 لا يبرر الادعاء بأنه HFA. المتطلبات الأساسية هي الإنتاج عن طريق الترطيب والارتباط براتنج DAX-8.
ومع معرفة المزيد عن مساهمة مختلف مكونات النظام المنسق في تطبيقات مختلفة، قد يصبح من المفيد زيادة تجزئة النظام المنسق وبالتالي تعديل الطريقة وفقا لذلك. كما هو موجود ، فإن الطريقة لا تحدد كمية HYFA. ومع ذلك ، قد يكون لهذا الجزء أيضا نشاط على سبيل المثال في التحفيز الحيوي للنبات ، حيث يتم تطبيق FF بأكمله بشكل عام في العلاجات الزراعية بدلا من HFA المنقي.
Disclosures
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان.
Acknowledgments
يود المؤلفون أن يعربوا عن تقديرهم لرابطة تجارة المنتجات الدبالية (HPTA) لدعمهم في تمويل العمل الذي أدى إلى توحيد الأساليب الموضحة في هذه الورقة وكذلك لورانس مايهيو والدكتور دان أولك وبول بلوم للحصول على الدعم الفني أثناء أعمال التقييس.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Amberlite IR 120 H+-exchange resin | Sigma-Aldrich | 10322 | H+ form |
| Analytical Balance | Ohaus | PA214 | w/ glass draft shield |
| Centrifuge | Beckman Coulter | Allegra X-14 | minimum 4300 rpm |
| Centrifuge tubes | Beckman Coulter | To fit rotor selected | |
| Ceramic Combustion Crucibles | Sigma | Z247103 | |
| Chromatography column for DAX-8 | Diba | Omnifit 006EZ-50-25-FF | |
| Chromatography column for IR 120 | Chemglass | CG-1187-21 2 in. by 24 in. | |
| Dessicator | Capitol Scientic | Kimax 21200-250 | Vacuum type |
| Drying Oven | Fisher Scientific | Isotemp | Precision±3?C |
| Electrical conductivity meter | HM Digital | EC-3 | |
| Erlenmeyer Flasks | Amazon | 1L, 2L | |
| HCl concentrated | Sigma-Aldrich | 320331 | |
| Magnetic Stir Plate | Barnstead-Thermolyne | Dataplate 721 | |
| Magnetic Stir bars | These can be obtained at many outlets | ||
| Muffle Furnace | Fisher scientific | Thermolyne Type 47900 | |
| NaOH | Sigma-Aldrich | 795429 | |
| Nitrogen gas | Praxair | UNI1066 | 99.99% purity |
| Peristaltic pump | Cole Parmer | Masterflex 7518-00 | |
| Perstaltic tubing | Cole Parmer | Masterflex Pharmed 06508-17 | |
| pH meter | Oakton Instruments | WD-35618--03 | |
| Rotary Evaporator | Buchi | R-210/R-215 | |
| Spectrophotometer | Healthcare SCiences | Ultrospec II | Dual beam 200 to 900 nm with wavelength accuracy of ±1 nm and reproducibility of ±0.5 nm. |
References
- DiDonato, N., Chen, H., Waggoner, D., Hatcher, P. G. Potential origin and formation for molecular components of humic acids in soils. Geochimica et Cosmochimica Acta. 178, 210-222 (2016).
- Waggoner, D. C., Chen, H., Willoughby, A. S., Hatcher, P. G. Formation of black carbon-like and alicyclic aliphatic compounds by hydroxyl radical initiated degradation of lignin. Organic Geochemistry. 82, 69-76 (2015).
- Baldock, J. A., Skjemstad, J. O. Role of the soil matrix and minerals in protecting natural organic materials against biological attack. Organic Geochemistry. 31 (7-8), 697-710 (2015).
- Kallenbach, C. M., Frey, S. D., Grandy, A. S. Direct evidence for microbial-derived soil organic matter formation and its ecophysiological controls. Nature Communications. 7, 13630 (2016).
- Schaeffer, A., Nannipieri, P., Kastner, M., Schmidt, B., Botterweck, J. From humic substances to soil organic matter-microbial contributions. In honour of Konrad Haider and James P. Martin for their outstanding research contributionns to soil science. Journal of Soils Sediments. 15 (9), 1865-1881 (2015).
- Stevenson, F. J. Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reactions. 2e. , Wiley. (1994).
- Weber, J., Chen, Y., Jamroz, E., Miano, T. Preface: humic substances in the environment. Journal of Soils and Sediments. 18, 2665-2667 (2018).
- Schnitzer, M. Organic matter characterization. Methods of soil analysis, part 2: Chemical and microbiological properties. Page, A. L., Miller, R. H., Keeny, D. R. , American Society of Agronomy. Madison, Wisc. 581-594 (1982).
- Mehlich, A. Photometric determination of humic matter in soils: A proposed method. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 15 (12), 1417-1422 (1984).
- Lamar, R. T., Talbot, K. H. Critical comparison of humid acid test methods. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 50 (15-16), 2309-2322 (2009).
- Swift, R. S. Organic matter characterization. Methods of soil analysis, part 3: Chemical methods. Sparks, D. L. , Soil Science Society of America. Madison, WI. 1011-1069 (1996).
- Lamar, R. T., Olk, D. C., Mayhew, L., Bloom, P. R. A new standardized method for quantitation of humic and fulvic acids in humic ores and commercial products. Journal of the AOAC International. 97 (3), 722-731 (2014).
- International Organization of Standards. Fertilizers and soil conditioners-Determination of humic and hydrophobic fulvic acids concentrations in fertilizer materials. International Organization of Standards. , ISO/DIS 19822 (1982).
- Liam, L. E., Serben, T., Cano, M. Gravimetric quantification of hydrophobic filmic acids in lignite material using acetone. Journal of the AOAC International. 102 (6), 1901-1907 (2019).
- House, W. A., Zhmud, B. V., Orr, D. R., Lloyd, G. K., Irons, G. P. Transportation of pesticides by colloids. Final Report. Institute of Freshwater Ecology. National Environment Research Council. , IFE Report No. RL/T11059N1/6 (1998).
