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Carbone et azote analyse d’échantillons environnementaux
 

Carbone et azote analyse d’échantillons environnementaux

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Analyser les quantités de carbone et d’azote dans les échantillons environnementaux - un processus appelé « analyse élémentaire » - offre un important aperçu les propriétés écologiques de l’environnement.

Carbone et azote sont deux des éléments plus importants pour la vie. Carbone est le fondement des composés organiques qui constituent le fondement de tous les êtres vivants et est particulièrement utile comme une mesure pour les molécules telles que les glucides, la source d’énergie primaire pour les organismes. En revanche, azote se trouve dans des molécules comme les acides nucléiques et aminés. Celles-ci servent, respectivement, en tant que matériel génétique et les blocs de construction des protéines utilisées par les organismes pour la structure et la fonction.

Parce que ces différentes classes de molécules organiques ont différents rôles biologiques, les organismes ont besoin à des quantités différentes. Par exemple, microorganismes dans le sol nécessitent des sources de nourriture avec un ratio c : n de 24:1. Parce que les résidus végétaux différents ont des rapports de c : n différentes allant de 13:1, comme la luzerne, à 57:1, comme le maïs, ils seront être décomposés par les microbes à des rythmes différents et à des degrés divers, à son tour affecte comment les nutriments sont retournés au sol.

Cette vidéo mettra en place les principes de l’analyse de composition élémentaire carbone et d’azote ; un protocole pour effectuer des analyses élémentaires sur des échantillons de sol ; et enfin, quelques applications de cette méthode d’analyse à la recherche environnementale.

Analyse élémentaire peut être effectuée dans un certain nombre de façons, telles que l’utilisation de réactions chimiques spécifiques, impliquant souvent des acides forts, ayant pour résultat les produits caractéristiques qui peuvent être décelés. Une amélioration majeure dans la méthodologie de l’analyse élémentaire a été le développement de la technique de combustion flash, qui a supprimé la nécessité d’utiliser des produits chimiques dangereux, grandement simplifié et accéléré le processus, et permettait d’automatisation.

La base de l’analyse élémentaire flash basées sur la combustion consiste à oxyder l’échantillon dans une « chambre d’oxydation », de brûler en présence d’oxygène à haute température d’environ 1 000 ° C en présence d’un catalyseur, qui accélèrent la réaction. Cela convertit le carbone dans l’échantillon en dioxyde de carbone et l’azote dans l’oxyde d’azote et d’azote. Un inerte « gaz porteur » tels que l’hélium est ensuite utilisé pour le transport de ces produits de combustion à une « chambre de réduction » avec remplissage en cuivre, où les oxydes d’azote sont plus réduit en azote gazeux. Vapeur d’eau excédentaire est prélevé du mélange gazeux par filtration avec un déshydratant comme le perchlorate de magnésium.

Les produits de combustion flash peuvent ensuite être séparés par chromatographie en phase gazeuse, au cours de laquelle les molécules de gaz passent par tube, appelé une colonne contenant une mince couche de liquide ou polymère. Les gaz se dissolvent et vaporisent de ce substrat pendant qu’ils traversent la colonne, à des tarifs qui dépendent fortement les molécules interagissent avec le substrat et le gaz porteur à plusieurs reprises. Une espèce qui passe plus de temps dissous dans le substrat se rendra plus lentement à travers la colonne, permettant ainsi les gaz devant être différenciés.

Une fois qu’ils sortent de la colonne, les gaz peuvent être identifiés par, par exemple, détecter la façon dont ils conduisent la chaleur, une propriété appelée conductivité thermique. En traçant les délais de chaque gaz à voyager à travers la bobine, les scientifiques obtenir « chromatogramme » avec des pics qui représentent chaque gaz. En calculant les montants détectés de dioxyde de carbone et d’azote en utilisant l’aire sous les pics respectifs, le ratio c : n de l’échantillon original peut alors être déduit.

Maintenant que vous comprenez les principes de l’analyse élémentaire carbone et d’azote à l’aide de la méthode de combustion flash, Let ' s go via un protocole pour effectuer cela à l’aide d’un analyseur élémentaire automatisé.

Pour préparer les échantillons de sol pour l’analyse, tout d’abord, sécher les échantillons dans un four à 60 ° C pendant 48 h. Ensuite, passez le sol sec à travers un tamis de 2 x 2 mm et jeter n’importe quelle particule de sol qui ne passe pas à travers. Ensuite, utilisez une meule de moulin de boule à moudre environ 5 g du sol pendant 2 min faire une poudre homogène. Mettre le sol blanchi dans un petit récipient comme une cuvette de polyéthylène et stockez-le dans un dessicateur jusqu'à utilisation.

Réglez les paramètres de l’analyse sur l’analyseur élémentaire conformément aux instructions du fabricant. Il s’agit de la température de la chaudière de l’oxydation, le four de réduction et le four de la chromatographie en phase gazeuse, le débit du gaz vecteur, le débit d’injection d’oxygène, le débit de gaz de référence, la durée du programme à exécuter, le délai entre l’injection de goutte et de l’oxygène de l’échantillon dans la chambre de l’oxydation et la durée de l’injection d’oxygène.

Afin de déterminer quantitativement la composition de l’échantillon, une courbe d’étalonnage est d’abord créée à l’aide de différentes quantités d’un composé de composition connue, tels que l’acide aspartique.

Pour ce faire, utilisez d’abord la pince pour retirer un disque porte-échantillon étain d’un bloc et il moule en forme de coupe à l’aide de son dispositif de fermeture spécialisé. Évitez de toucher le disque étain avec les doigts, car qui pourrait entraîner le transfert d’huiles sur le disque.

Maintenant, placez la tasse étain sur une microbalance et définir la tare masse. Retirez la coupelle en étain, puis utilisez un microspatula pour placer environ 1 mg de l’acide aspartique standard dans la tasse. Peser la coupe et l’enregistrement de la messe. Puis, scellez la coupe en étain et placez-le dans l’échantillonneur automatique, qui fournira automatiquement chaque échantillon dans la chambre de réaction.

Répétez les étapes ci-dessus pour plusieurs montants de la norme. Puis, placez toutes les normes sur l’échantillonneur automatique.

Distribuer et peser les échantillons de sol en étain tasses de même que les normes, à l’aide d’environ 50 mg de chaque échantillon de sol homogénéisé. Préparer chaque échantillon en triple exemplaire.

Une fois que tous les échantillons sont placés dans l’échantillonneur automatique, et les températures appropriées ont été trouvées dans l’instrument, définir les mesures à exécuter. Le logiciel de l’instrument va produire un chromatogramme pour chaque étalon et l’échantillon.

Selon les paramètres utilisés, le pic d’azote gazeux devrait se situer à environ 110 s sur le chromatogramme, tandis que le pic de dioxyde de carbone est détecté à environ 190 s. courbes Standard sont générés avec l’acide aspartique, qui possède un carbone à proportion de l’azote de 4 à 1. Avec ces connaissances, ainsi que la concentration de chaque étalon, les superficies de chaque pic peuvent être utilisé pour calculer la quantité d’azote et de carbone dans chaque échantillon.

Basé sur la masse de l’échantillon initial, le pour cent-azote et en carbone pour cent de l’échantillon peuvent être calculées. Dans cette démonstration, le ratio c : n de cet échantillon de sol s’est avéré pour être environ 13:1, inférieur au rapport de 14.25:1 que se trouve habituellement pour le sol sous les zones boisées ouvertes et l’indicatif du verbe forêt dominée par les arbres envahissantes nerprun.

Analyse de contenu de carbone et d’azote peut être appliqué à une variété d’échantillons environnementaux en plus du sol et a de vastes applications dans la recherche environnementale.

Dans cet exemple, les chercheurs ont recueilli des échantillons d’eau de divers habitats marins, tels que les récifs coralliens. Pour comprendre la disponibilité de nutriments organiques pour les communautés microbiennes marines, divers paramètres chimiques ont été mesurés, y compris l’analyse élémentaire carbone et d’azote. Niveaux de carbone organique dissous ont été mesurés directement sur l’échantillon de l’eau, tandis que les particules de matière organique a été filtré de l’eau et analysés.

Analyse élémentaire peut également servir à contrôler les pertes d’éléments nutritifs dans les eaux de ruissellement de l’irrigation des paysages urbains et des pelouses, ce qui peuvent polluer les réserves d’eau. Ici, les scientifiques mis en place des parcelles d’essai pour simuler des paysages urbains et de mieux comprendre ce processus. Une variété de tests chimiques ont été utilisées pour analyser des nutriments spécifiques comme les nitrates et d’ammoniac dans l’eaux de ruissellement recueillie et analyse élémentaire basées sur la combustion a été utilisée pour mesurer les niveaux de carbone organique dissous et d’azote.

Enfin, analyser le ratio c : n dans les carcasses des herbivores ont révélé un lien intéressant entre le risque de prédation et le taux de décomposition dans le sol. Dans cette étude, les sauterelles ont été élevés avec ou sans le risque de prédation par les araignées. Carcasses de ces sauterelles étaient alors autorisés à se décomposer dans les parcelles de terre et débris végétaux ont été ajoutés plus tard au sol pour la décomposition.

Analyse élémentaire ont montré rapport c : n légèrement plus élevés avec les risques de prédation de sauterelles, mais ce qui a conduit à son tour de façon significative diminution du taux de décomposition dans le sol dans lequel la sauterelle stressée a été décomposée, pointant vers une dynamique complexe inattendue dans l’écosystème cycle des éléments nutritifs.

Vous avez juste regardé les vidéo de JoVE sur l’analyse d’échantillons environnementaux carbone et d’azote. Vous devez maintenant comprendre les principes qui sous-tendent cette méthode d’analyse ; Comment faire en utilisant un analyseur élémentaire de combustion flash ; et certaines de ses applications en sciences de l’environnement. Comme toujours, Merci pour regarder !

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