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炭素・窒素環境試料の分析

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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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