Kohlenstoff und Stickstoff-Analyse von Umweltproben

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!