스펙트럼 차감으로 토양 유기 물질의 적외선 분광학 특성 개선

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Summary

SOM 기초가 많은 토양 기능 및 프로세스, 하지만 FTIR 분광학에 의해 그것의 특성은 종종 미네랄 간섭에 의해 도전. 설명된 방법을 경험적으로 얻은 사용 하 여 토양 스펙트럼에 미네랄 방해 미네랄 참조 스펙트럼을 빼서 FTIR 분광학에 의해 솜 분석 유틸리티를 높일 수 있습니다.

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Margenot, A. J., Parikh, S. J., Calderón, F. J. Improving Infrared Spectroscopy Characterization of Soil Organic Matter with Spectral Subtractions. J. Vis. Exp. (143), e57464, doi:10.3791/57464 (2019).

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Abstract

토양 유기 물 (SOM) 기초가 수많은 토양 프로세스 및 기능. 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 분광학 적외선 활성 유기 채권 토양의 유기 구성 요소를 구성 하는 검색 합니다. 그러나, 토양 질량 (일반적으로 < 5%)의 상대적으로 낮은 유기 물 내용 및 무기물 및 유기 기능 그룹 중 적외선 (미르) 지역 (4000-400 c m-1)에서 흡 광도 중복 engenders 상당한 방해 지배에 의해 무기물 absorbances, 도전 또는 심지어 방지 솜 특성화에 대 한 스펙트럼의 해석 스펙트럼 차감, 스펙트럼의 게시물-특별 수학 치료 미네랄 간섭을 줄일 하 고 수학적으로 미네랄 absorbances를 제거 하 여 유기 기능 그룹에 해당 하는 스펙트럼 영역의 해상도 향상 시킬 수 있습니다. 얻어질 수 있는 경험적으로 주어진된 토양 샘플에 대 한 솜을 제거 하 여 미네랄 농축 참조 스펙트럼 필요 미네랄 농축 참조 스펙트럼 솜 absorbances를 나타내는 스펙트럼을 생산 하는 토양 샘플의 원래 (치료) 스펙트럼에서 뺍니다. 일반 솜 제거 방법에는 높은 온도 연소 ('ashing') 및 화학 산화 포함 됩니다. SOM 제거 방법의 선택을 운반 두 고려 사항: (1) 솜의 양을 제거 하 고 미네랄의 흡수도 (2) 아티팩트는 스펙트럼 참조 따라서 결과 빼기 스펙트럼. 이러한 잠재적인 문제 수 있습니다, 그리고, 식별 및 솜의 유기 기능 그룹 구성에 대 한 스펙트럼의 그릇 된 또는 편견 해석을 피하기 위해 정량 솜 제거, 다음 결과 미네랄 농축 샘플 미네랄 참조 스펙트럼을 수집 하는 데 사용 됩니다. 여러 전략 수행 실험 목표와 샘플 특성, 특히 빼기 비율의 결정에 따라 성경에 존재 한다. 결과 빼기 스펙트럼 주의 해석을 상기 방법론에 따라 필요 합니다. 많은 토양 및 다른 환경 샘플 상당한 무기물 구성 요소가 포함 된에 대 한 감산 유기 물질 구성의 FTIR 분 광 특성을 향상 시키기 위해 강한 잠재력이 있다.

Introduction

토양 유기 물 (SOM) 질량 대부분 토양 샘플에서 사소한 구성입니다 하지만 여러 속성에 연루 및 영양소 순환 및 탄소 격리1기본 토양 기능을 처리 합니다. 솜의 구성 특성화 솜 형성 및 토양 기능2,3에 그것의 역할와 회전율에 연결할 여러 방법 중 하나입니다. 특성화 솜 구성의 한 가지 방법은 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 분광학, 토양 및 다른 환경 샘플 (예를 들어, carboxyl C-O, 지방 족 C-H)에 유기 물을 구성 하는 기능 그룹의 탐지를 제공 하는 그러나 4. 토양의 대부분에 대 한 지배적인 무기물 구성 요소에 의해 공개 솜 기능 그룹 구성에 대 한 FTIR 분광학의 유틸리티는 도전 하는, (> 95% 일반적으로 대량) 때문에 도전 하는 강력한 무기 absorbances 또는 심각 하 게 제한 감지 및 유기 absorbances의 해석.

스펙트럼 차감 토양 샘플에서 유기 물질의 FTIR 분 광 특성을 개선할 수 있는 방법을 제공 합니다. 토양 스펙트럼에서 미네랄 absorbances을 빼서 솜 구성의 분석에 대 한 관심의 유기 기능 그룹의 absorbances 향상을 사용할 수 있습니다.

(그림 1)입니다.

표준 FTIR 분광학 (, 토양 스펙트럼)을 통해 스펙트럼 차감의 장점은 다음과 같습니다.

(i) 향상 된 해상도 및 일반 토양 스펙트럼에 비해 유기 흡 광도 밴드의 해석. 이 같은 광물 학 및 상대적으로 높은 솜 샘플에 대 한 비교를 제한 하는 토양 스펙트럼에 유기 밴드의 해석 흡 광도 상대적 차이 유기 기능 그룹에 차이 가정 하 여 수행할 수 있습니다, 비록 콘텐츠, 그리고 유기농 밴드에, 심지어 그 고려 상대적으로 미네랄-자유를 변화에 덜 민감한 있을 수 있습니다 (예: 지방 족 C H 스트레칭)5

(ii) 높은 솜 샘플 또는 유기 물질 농축 추출 물 분수를 넘어 토양 분석

(6 조정 iii) 필드에 mesocosm에서 실험적 치료에 의해 유도 된 변화 강조

솜의 FTIR 분석에서 스펙트럼 감산의 추가 응용 프로그램 (예:NMR 분광학, 질량 분석) 구조 및 분자 characterizations5,7, 보완 포함 식별 하는 일부는 추출 또는 파괴적인 분류8, 그리고 법의학 목적9지문 솜 구성에 의해 제거의 구성. 이 방법은 다양 한 토양, 침전 물10, 토 탄11및 석탄12,13를 포함 하 여 넘어 미네랄 유기 혼합물에 적용 됩니다.

미네랄 참조 스펙트럼을 얻기 위해 유기 물질 제거의 예를 사용 하 여 솜의 FTIR 분 광 특성을 향상 시키기 위해 스펙트럼 차감의 잠재력을 설명 하 고 이러한 미네랄을 사용 하 여 참조할 스펙트럼, 수행 및 이상적이 고 비 이상적 스펙트럼 차감 계산합니다. 이 데모 확산 반사율 적외선 푸리에 변환 (드리프트) 스펙트럼 중 적외선 영역 (미르, 4000-400 c m-1), 이것이 토양 샘플4의 분석에 대 한 광범위 한 접근으로 수집에 중점을 둡니다.

미네랄 농축 참조 스펙트럼을 얻기 위해 솜 제거의 두 예 방법 (i) 높은 온도 연소 ('ashing') 및 (ii) 화학 산화, 희석 나트륨 차 아 염소 산 (NaOCl)를 사용 하 여 있습니다. 이들은 일반적으로 고용된 솜 제거 방법, 보다는 오히려 규정 권고의 예는 주목 한다. SOM 제거의 다른 방법 감소 미네랄 아티팩트를 제공할 수 있습니다 및/또는 향상 된 제거 속도 (예를 들어, 낮은 온도 ashing)14. 높은-온도 ashing 토양 (예를 들어, 용 존된 유기 물, 쓰레기)에서 파생 된 OM 농축 샘플에 대 한 차감를 처음 수행 하는 방법에 대 한 참조 미네랄 풍부한 스펙트럼을 얻을 하는 데 사용 하는 첫 번째 방법 중 하나는15, 16 뒤에 대량 토양에의 응용 샘플17,18. 솜을 제거 하는 데 사용 하는 예제에서는 화학 산화 NaOCl 산화 앤더슨19에서 설명 된 방법을 기반으로 합니다. 이것 이전에 x 선 회절 (XRD) 분석, 토양 샘플에 유기 물질을 제거 하기 위한 전처리로 원래 개발 되었다 하 고 잠재적인 화학 분류 솜 안정화20, 에 민감한으로 조사 되었습니다. 21. 고 열 제거와 화학 산화 NaOCl을 사용 하 여 토양 특정 아티팩트를 수반 하 고 솜 제거14, 의 방법을 선택할 때 고려해 야 하는 스펙트럼 해석에 제한이 수 모두 22.

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Protocol

1. 치료 비 드리프트 분광학 및 솜 제거에 대 한 토양 준비

  1. < 2 mm 스테인레스 스틸 메쉬 ('순수 지구 분수')를 사용 하 여 토양 체질.
    참고:이 데모 비슷한 질감 이지만 총 솜 콘텐츠 (표 1)에서 거의 3 차이의 두 토양을 사용합니다.

2. 솜 화학 산화 제거: NaOCl의 예

  1. 혼합 및 pH 측정기로 측정 하는 동안 솔루션에 dropwise 1 M HCl를 추가 하 여 6 %w / v NaOCl pH 9.5의 pH를 조정 합니다.
    참고: 대부분의 상업적인 표 백제 (예를들면, Clorox) 품질 및 농도 (일반적으로 3-7% NaOCl v/v)에 적합 하지만 pH > 12. NaOCl 유기 물질의 산화는 pH에 따라 다릅니다, 그리고 pH 9.5 토양 샘플19,23와 그것의 사용에 대 한 것이 좋습니다, 그것은 대부분 상용 백제의 pH를 조정 하는 데 필요한.
  2. 25 mL NaOCl (6 %w / v, pH 9.5) 토양에 추가 4 g (sieved, 공기 건조) 50 mL 원뿔 튜브에 쥡니다에 의해 혼합 (600 s, 출력 주파수 20 kHz, 전력 200 W).
  3. 뜨거운 물 목욕 (15 분, 80 ° C) 산화 속도를 증가에서 혼합물을 품 어.
  4. (예를 들어, 낮은 짜임새 토양에 대 한 4000 × g에서 15 분, 실 온) 분명 상쾌한을 원심 분리기. 수동으로 폐기물 컨테이너에는 상쾌한을 가만히 따르다.
    참고: (보수적 가정 아무 산화 NaOCl의 따라서 없는 소비) 상쾌한에 NaOCl의 농도 가정 사용을 위해 상업적으로 사용 가능한 표 백제로 동일 합니다. 더 정밀한 짜임새 토양 분명 상쾌한을 주어진된 원심 분리기 속도 (예를 들어, 4000 × g)에서 원심 분리 (예를 들어, 추가 15-30 분까지) 시간이 필요할 수 있습니다.
  5. 3 산화 단계의 총에 대 한 두 번 2.3-2.4 단계를 반복 합니다.
  6. 마지막 산화 단계 후 토양과 혼합 수평 통 (120 rpm)를 사용 하 여 5 분 동안에 20 mL 이온된 H2O (dH2O)를 추가 합니다. 4000 × g 및 실 온에서 15 분 동안 원심 분리기. 3 치료의 총에 대 한 반복 합니다.
  7. 주걱과 dH2O 물 총 병에서 필요에 따라 추출 사용 하 고 플라스틱으로 원심 분리기 튜브의 바닥에서 토양 펠 릿 밖으로 세척 보트 (또는 높은 표면적과 다른 컨테이너) 무게. 오븐-퍼 (최대 60 ° C, 48 h) air-dried 상태로.
  8. 건조 되 면 토양 샘플은, c/N 분석기24를 사용 하 여 연소 가스 크로마토그래피에 의해 총 유기 탄소 함량을 계량. SOM 제거 유기 탄소 농도 산화 처리 전후에 차이 계산 합니다.
    참고: 유기 물질과 토양 구조의 손실로, 인해 토양이 됩니다 crusting, 경향이 특히 낮은 모래 내용 가진 토양. 그것은 부드러운 압력을 적용 및 다시 겉 껍질이 있는 토양 균질 연 삭 손 필요할 수 있습니다. 무기 탄소 (즉, 탄산염)와 토양 연소 가스 크로마토그래피25,26에 의해 유기 탄소 측정에 대 한 추가 단계가 필요 합니다.

3. 솜 제거 높은 온도 연소

  1. 토양의 측정 1 ~ 2 g (sieved, 공기 건조) 주걱을 사용 하 여 사기 그릇 도가니로.
  2. 휩 싸이 다 용광로 사용 하 여 3 h 550 ° C에서 열.
    참고:이 상대적으로 높은 온도에서 연소를 사용 하 여 솜 제거의 예 방법입니다. (예를 들어, 온도) 절차 논의 를 참조 하십시오.

4. 드리프트 분광학

참고:이 예제에서는 재료의 테이블에 에서 나열 된 연결 분석기 소프트웨어 사용 됩니다.

  1. 치료 되지 않는 토양 및 미네랄 풍부한 참조 샘플 (솜을 제거 처리)의 스펙트럼을 취득 합니다.
    1. 토양 샘플을 준비 합니다.
      1. (선택 사항) 샘플을 희석.
        1. 사용 분석 학년 케이시 (또는 다른 할로겐 소금) 105 ° C에서 건조 하 고 잔여 수 분을 제거 하려면 desiccator에 저장. 토양 샘플에 대 한 효과적인 케이시 희석 < 1% 순수한 화합물에 대 한 달리 1-33%의 범위에서 얻을 수 있습니다.
        2. 100-400 밀리 그램의 최종 샘플 크기에 대 한 케이시 토양 믹스. 예를 들어 3% 희석 부드럽게 갈기 60에 대 한 케이시의 60 mg와 건조 샘플의 12 mg는 마 노 박격포와 유 봉 s. 다음, '접어' 완벽 하 게 균질 샘플을 케이시의 328 mg.
        3. 케이시와 직렬 희석을 사용 하 여 높은 최종 희석 전송률 (< 1%). 복제 희석 되도록 재현성, 희석된 샘플 101-102 를 사용 하는 때문에 특히 깔끔한 샘플 보다 더 적은 토양을 수행 합니다.
      2. 손으로 분쇄 및 체질 (예를 들어, 60 # 체를 사용 하 여 250 µ m) 유사한 일관성 치료 및 치료 토양 샘플을 갈기.
        참고: 비교에 연 삭, 더 일관성은에 의해 촉진 자동화, 특히 볼 밀링 하 여. 그러나, 상대적으로 적은 양의 솜 제거 (예를 들어, 1-3 g ashing 도가니 볼륨 때문에 대 한) 방법에서 사용 하는 토양 더 실용적 수 있습니다 연 삭 그 손.
    2. 배경 스펙트럼을 수집 합니다.
      1. 샘플 컵 또는 접시 잘 케이시 (토양 매트릭스 효과 모방 하기 위해 토양 샘플 (4.1.1.2 참조)와 같은 방식으로 지상)의 샘플을 로드 합니다.
        참고: "배경 스펙트럼"는 다른 미네랄 농축 참조 스펙트럼 차감을 수행 하는 데 사용 하는 (4.1.3 참조). 배경 스펙트럼 토양 샘플에 스펙트럼의 수집 하는 동안 대기를 제거 하는 소프트웨어 및 다른 주변 absorbances에 의해 사용 됩니다. 모든 소프트웨어 설명 선택한 소프트웨어에 관련 되며 다른 소프트웨어에 적응 시킬 필요가 있을 것 이다.
      2. CO2-및 H2O-하 찮은 공기 (퍼지 가스 발전기)를 통해 또는 컬렉션 조건에서 큰 일관성에 대 한 N2 가스 분석기 챔버를 제거. 예를 들어 컬렉션 주변 분위기에서 스펙트럼의 습도와 CO2 흡 광도 스펙트럼에 변화를 일으킬 수 있는 작은 변동 수반 수 있습니다.
        참고: 최신 분석기 습도 효과 줄일 수 있습니다 거울 (, 금, SiC) 할 수 있습니다.
      3. 동일한 검출기 및 수집 매개 변수 설정, 스캔 번호, 해상도, 샘플의 스펙트럼을 수집 하는 데 사용 됩니다, wavenumber 범위 등을 사용 하 여 배경 스펙트럼을 수집 합니다.
        1. 실험 에 대 한 드롭 다운 메뉴를 열고 원하는 실험 수집 방법 (, 수집 모드)를 선택 합니다.
          참고: 선택한 분석기를 사용 하 여이 예제에서 ( 테이블의 자료를 참조), 선택 된 방법은 iS50 주 구획.
        2. 실험 설정 아이콘을 스펙트럼 수집 매개 변수를 선택을 누릅니다.
        3. 수집 탭 확인 검사 및 해결의 수는 실험 목적;에 대 한 적절 한 예를 들어 깔끔한 토양의 드리프트 스펙트럼에 대 한 일반적인 설정은 4 cm-1 해상도 128 검사입니다. 확인 변경 내용을 저장 하려면 클릭 합니다.
        4. 배경 스펙트럼 수집 수집 배경 아이콘을 클릭 합니다. 토양 (치료 및 치료)의 스펙트럼의 컬렉션에서 사용에 대 한 배경 스펙트럼을 저장 합니다.
    3. 토양 샘플의 스펙트럼을 취득 합니다.
      참고: 배경 및 샘플 (치료 되지 않는 토양, 토양 미네랄 농축)을 수집 하 동일한 수집 매개 변수를 사용 스펙트럼. 차이 검출기 중 획득 시간 해상도 포즈 컬렉션 시간 스펙트럼 품질에 미치는 영향 무역-오프. 128-512 검사에서 토양 스펙트럼 범위에 대 한 일반적인 검사 숫자. 스캔 수를 줄 수 고 복제 대상 총 스캔 수를 평균. 예를 들어 두 개의 분석 복제-두 개의 별도 우물에 로드 된 같은 샘플-수집 될 수 있습니다 64 스캔을 사용 하 여 128 검사의 총 평균 하 고.
      1. 토양 샘플을 로드 합니다. 일관 된 로드를 보장 하 고 표면 거칠기를 최소화, 샘플 샘플 컵에 부 어 (또는 음) 입술 이나 컵의 가장자리 위에 overfilling 약간의 포인트에. 다음, 표면 매끄러운은 흙의 높이 샘플 컵에서 (예를 들어, 면도기) 평면 가장자리를 사용 하 여 컵에 토양은 물을 컵의 입술.
        참고: 때문에 확산 반사율 모드에서 토양 같은 매트릭스와 적외선 빛의 상호 작용, 샘플 로드는 드리프트 스펙트럼 좌우할 수 있다. 샘플 해야 하지 편평 또는 흡 광도 영향을 미칠 수 있는 밀도 포장 하기 때문에 압력을 복종. 샘플의 미세한 입자 크기 표면 다듬기 (4.1.2.1 참조)의 더 대단한 용이성을 보장 합니다. 분석기 모델 및 샘플 밀도 따라 샘플 컵을 채우기 위해 필요한 샘플의 질량 600mg 300에서 배열할 것 이다. 플레이트 웰 스의 경우이 또한 잘 크기에 따라 다릅니다. 웰 스의 큰 번호와 접시 작은 우물 있고 그러므로 더 적은 샘플을 요구할 것 이다. 예를 들어 96 잘 접시 일반적으로 있다 360 µ L의 잘 볼륨 반면 24-잘 접시 3.4 mL의 잘 볼륨.
      2. 치료 및 치료 토양 샘플의 스펙트럼을 수집 합니다. 배경 스펙트럼 수집 이전 (4.1.2.3.4 참조) 첫 번째 검사에 사용 됩니다. 실험 설정을 클릭 합니다. 수집 사용 하 여 지정 된 배경 파일 을 선택 하 고 배경 스펙트럼 파일을 로드 합니다. 확인 변경 내용을 저장 하려면 클릭 합니다. 토양에 스펙트럼 컬렉션을 시작 하려면 수집 샘플을 클릭 합니다.
        참고: 다시 다른 우물 또는 매트릭스 밀도 표면 거칠기와 다양성을 생산 하는 산란 아티팩트에 대 한 계정 복제 스펙트럼을 수집할 샘플 컵에 동일한 샘플을 로드 합니다.
  2. 스펙트럼 차감을 수행 합니다.
    참고: 빼기 팩터 (SF) 무게는 absorbances 미네랄 참조 스펙트럼에서 치료 되지 않는 토양의 스펙트럼에 해당 wavenumber에 absorbances에서 뺀 정도. 솜 하 유기 absorbances의 해상도 개선에 집중 하는 성경에 대 한 (예를 들어, 4000 650 또는 400 c m-1는 발견자에 따라) 대부분 분석기에서 제공 하는 미르의 전체를 활용 하는 것이 좋습니다. 다음 단계는 SF를 결정 하기 위한 경험적 방법을 설명 합니다. 모든 소프트웨어 설명 선택한 소프트웨어에 관련 되며 다른 소프트웨어에 적응 시킬 필요가 있을 것 이다.
    1. 최소화 또는 대상 미네랄 봉우리를 줄일 빼기 팩터 (SF)를 변경 하는 소프트웨어 프로그램의 빼기 옵션을 사용 하 여 봉우리 및/또는 미네랄 봉우리, 밖으로 또는 선형 기준14를 최대화 하기 위해 0.
    2. 동시에 치료 및 치료 토양 스펙트럼을 선택 하 고 빼기 아이콘 (화면 상단 중앙); 첫 번째 스펙트럼 선택 (치료 되지 않는 토양) 스펙트럼 두 번째 스펙트럼 (대우 토양) 것 이다 공제 될 것입니다.
    3. 수직 토글 바 또는 화살표를 사용 하 여 증가 또는 감소 (화면 왼쪽) SF. 미리 빼기 스펙트럼의 변화를 관찰 합니다.
      1. 이 반복 기능을 사용 하 여 대표 결과에 설명 된 대로 적절 한 SF를 결정. 숫자 SF 값 토글 바 나타납니다. SF의 범위 값을 조정 하려면 미세한 Coarser 단추를 사용 합니다.
    4. 창에 계산 된 빼기 스펙트럼을 로드를 추가 (화면의 오른쪽 상단)을 클릭 합니다.
      참고: absorbances는 미네랄의 대부분부터 (만약에 모두 아닙니다) 대부분의 토양 샘플에서 농도와 선형 아니에요 일반적으로 모든 미네랄 봉우리를 제거 가능. 미네랄 봉우리 덜 반전 하는 경향이 생각 하는 것이 좋습니다 (예: 석 영 같은 Si-O 2100 1,780 c m-1에서)14 SF를 조정 하 여 제로 아웃 대상 피크로 사용할 수.
    5. 치료 되지 않는 토양 스펙트럼에서 동일한 빼기 스펙트럼의 독립적인 계산 수 있도록 충분 한 세부 빼기는 수행 하는 방법에 기록 및 보고서 방법론 세부 사항을 포함 하 여: 빼기, 사용 wavenumber 지역 (1) (2) SF 또는 범위의 SFs 사용, 그리고 (3) (미네랄) 피크 또는 지역 대상 밖으로 0-ing.
      참고: 빼기의 안정성의 좋은 테스트는 새 같은 사용자에 의해 또는 독립적으로 보고 빼기 매개 변수를 사용 하 여 다른 사용자에 의해 수행.
  3. 스펙트럼을 해석 합니다.
    1. 스펙트럼 해석 분석 하 고 해석 결과 빼기 스펙트럼, 유기 기능 그룹4absorbances의 특정 할당에 사용할 수 있는 다양 한 리소스를 사용 하 여 수행 합니다.
      참고: 빼기 스펙트럼의 다른 용도 (예를 들면, 주성분 분석) 복수 변수 분석, 토양 analytes27, 그리고 심지어 법정 지문9의 chemometric 예측 포함.

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Representative Results

SOM 제거의 방법은 빼기 스펙트럼의 해석에 대 한 이론 뿐 아니라 실용적인 의미를 갖는다. 예를 들어 고온 ashing에서 변경 손실 또는 봉우리의 또는으로 모습으로 증명할 수 있는 미네랄 이동 또는 미네랄 참조 스펙트럼에서 봉우리를 확대. 이러한 스펙트럼 아티팩트 1600 900 cm-1,22 해석 유기농 밴드의 손상에서 유기 밴드와 함께 오버랩의 지역에서 발생 하는 경향이 있다. 밴드 고온 ashing (≥ 550 ° C)를 다음 그림 2 에 분명와 격자 Si-O에 1050-800 c m-1에서 알-O 봉우리 오 봉우리 3700-3600 c m-1에서 손실 및 최대 손실 및 교대를 포함 하는 광물의 일반적인 변화. 다른 한편으로, 화학 산화를 사용 하 여 솜 제거 미네랄 기능 그룹을 유지 하는 경향이 있다 하 고 따라서 위험이 적은 유물 ( 내용참조). 그러나, 이것은 일반적으로 낮은 솜 제거28, 예를 들어 토양 (표 2)에 대 한 입증의 비용에 온다. 이 총 솜 풀 보다 빼기 스펙트럼에서 유기 기능 그룹 구성의 해석을 제한합니다.

화학 oxidations ashing 미네랄 배경 때문에 그들은 일반적으로 무기물 구조를 보존 하 고 따라서 피하 artifactual 흡 광도 기능 참조 스펙트럼에 따라서 결과 빼기 가구에 대 한 하는 매력적인 대안이 될 수 있다 스펙트럼의14,22. 예를 들어 토양 미네랄 흡수도 기능을 유지 하면서 ashing (표 2)에 의해 97%에 비해 NaOCl 산화에 의해 토양 유기 탄소 (SOC)의 손실된 89 %ashing (그림 2)으로 변경. 다른 한편으로, NaOCl 내성 유기 물질 되지 것입니다 솜 의미의 불완전 하 고 잠재적으로 선택적인 제거 특징5,,2930, 빼기의 주의 해석 요구 스펙트럼14. 솜을 측정 수행 각 추가 산화 처리로 손실 솜 제거를 위한 산화 치료의 최적의 번호를 식별 하기 위해 사용할 수 있습니다. NaOCl을 사용 하 여 예제 산화 방법의 평가 솜 제거 샘플의 솜 콘텐츠 낮은 여부에 관계 없이 3 산화 단계 후 plateaued 보여주었다 (< 2 %C) 또는 높이 (36 %C). 각 연속 산화 단계는 상쾌한의 색상은 백제의 원래 녹색-황색 색깔까지 밝은 갈색 레드 퍼플/블랙/오렌지의 다양 한 그늘에서 변경 (즉, unreacted 희석 NaOCl).

균질 토양 입자 크기를 줄이고 연 삭 큰 입자와 강하게 흡수 하는 구성 요소31의 반전에서 산란 줄여 스펙트럼 품질 향상 시킬 수 있습니다. 250-100 µ m의 최대 입자 크기 이러한 아티팩트32를 최소화 하기 위해 최적의 간주 되었습니다, 하지만 최근 평가 2000 µ m를 넘어 연 삭 개선 되지 않으면 반드시 chemometric 예측33, 스펙트럼 품질 제안 34. 그러나, 더 세밀 하 게 지상 토양 샘플 여전히 향상 된 (선명) 흡 광도 피크를 얻을 수 있습니다 및 전시 감소 흡 광도 변화33, 스펙트럼 차감 혜택을 예상 될 것 이다. 다른 한편으로, 몇몇 학문 (예를 들어, 200 µ m) 연 삭 표준 체질 (예를 들어, 2000 µ m) 보다35,36입자 크기 분포에 더 많은 질을 일으킬 수 발견 했다. 이 스펙트럼 품질에 미치는 영향 실험 목표 (예를 들어, 흡 광도 밴드, C 분수의 chemometric 예측의 해석)에 의존 하 여 토양 속성 (예를 들어, 질감, 광물)29높습니다. 토양 및 목표의 주어진된 세트에 대 한 연 삭 빼기 스펙트럼에 크기의 효과 평가 하는 것이 좋습니다. 미네랄 참조 스펙트럼에 대 한 사용 하는 치료 토양 샘플 솜 제거에 의해의 중단으로 인해 해당 치료 토양 보다 미세한 입자 크기를가지고 것입니다.

깔끔한 (타지) 토양 샘플의 사용 때문에 더 쉽게 분석 및 높은 처리량 속도 드리프트 분광학의 사용에서 대폭적 이다. 샘플 희석은 전통적으로 고 순도 샘플 적외선 투명 할로겐 소금 (예를 들어, 케이시, NaBr, 기)를 사용 하 여 수행 됩니다. 그러나 드리프트 토양의 유기 성분의 분 광 특성,, 할로겐 소금 희석 덜 유리 하다. 이 때문에 샘플의 희석 지배적인 (미네랄) 구성 요소는 아니지만 반드시 그 대표 작은 (유기) 구성 요소5,37에 대 한 absorbances의 해상도 개선 하는 경향이 있다. 그럼에도 불구 하 고, 각 샘플5에 대 한 경험적으로 평가 될 수 있는 토양 샘플의 희석에 대 한 혜택 될 수 있습니다.

스펙트럼 차감에 빼기 팩터 (SF)의 역할을 설명 하기 위해 빼기 스펙트럼 (그림 3) 참조로 사용 하 여 산화 NaOCl 토양의 토양에 대 한 취득 하는 것이 좋습니다. SF 0에서 1로 증가, 광물에 해당 하는 밴드의 흡 광도 감소, 특히 광물 표면 O-H 3,618 cm-1 에 1880 및 808 cm-1에 Si-O. 동시에, 지방 족 C-H와 같은 유기 기능 그룹을 대표 하는 밴드에 대 한 흡 광도 증가 스트레칭 2,920 cm-1 에 그리고 잠재적으로 C-N 아 미드 및 N-H 및 방향족 C = C 1,558 cm-1에. 그러나 증가 함께 SF의 확장,, 뒤집어 2100-1780 cm-1 에 Si-O 같은 미네랄 absorbances의 등장. NaOCl로 산화 (테이블 1, 2), 2.2 %C 토양에 총 SOC의 89%를 제거 하 고 솜은 58% C38추정, 그에 주어진 0.97의 이론적인 SF 산출 될 수 있다. 그러나, 흡 광도의 비 선형성이이 SF (그림 3)를 사용 하 여 미네랄 기능 빼기에 발생 합니다.

보다 실용적인 접근 운영 '취소' 또는 대상 peak(s) 개 0-ing에 의해 제거 미네랄 흡수도 기능에 따라 SF를 결정 하는. 2100-1780 cm-1 에 석 영 같은 시 O 기능 그들은 덜 취약 반사 반사14,37은 근본적인 Si-O 진동에서 발생 하기 때문에 적당 한 대상 미네랄 absorbances 있습니다. 예를 들어 그림 3, 석 영 Si-O의 0-ing에에서 2100-1,780 c m-1 는 SF 제안 범위 0.7-0.8 보다는 선험적으로 SF 0.97의 지배적인 무기물 absorbances를 감소 시키기를 위한 더 적당 한 것 차이에서 계산 (, 솜 제거) 두 토양 샘플 사이 질량.

선택 하는 SF에 잠재적인 함정 반전 및 oversubtraction, 둘 다 강한 빼기, 치료 되지 않는 토양 스펙트럼의 미러 이미지 또는 거꾸로 피크 또는 "W" 모양14유사한 부정적인 봉우리' '에 의해 입증. 여가 1150-800 cm-1에 Si-O에 대 한 일반적인 하지만 최소화 될 수 있다 모두를 피하기 위해 가능 하지 않을 수 있습니다. 때문에이 지역에서 흡 광도 빼기를 수행 하는 방법을 반영 수 여 지역 비 grata 스펙트럼 해석22,39 로 주목 해야 한다 흡수 하는 구성 요소, 특히 미성년자에 대 한 보다 OM. 같은 성분

현대 FTIR 분석기를 동반 하는 스펙트럼 소프트웨어 가이드 및 감산 실행을 유용할 수 있습니다. 이러한 소프트웨어의 유틸리티 결과 빼기 스펙트럼을 보는 동안 SFs의 실시간 및 반복 조정에 놓여 있습니다. 그러나, 기본 SF 스펙트럼 소프트웨어에 의해 제안 된 소프트웨어 기준 실험 목표와 토양 (예:, 비-선형 흡 광도, 미네랄 기능의 반전) 같은 샘플에 대 한 적절 하지 않을 수 있기 때문에 주의 간주 되어야 합니다. 예를 들어 그림 3 에서 빼기 스펙트럼을 계산 하는 데 사용 하는 특정 소프트웨어 결과 빼기 스펙트럼40, 그리 워는 기준선의 선형화에 따라 1.45, SF 제안 ( 재료의 표참조)는 1800-1000 c m-1에서 유기 absorbances의 해석을 위한 2100-1780 cm-1 에 Si-o 0-ing의 목적. 그것은 소프트웨어에 의해 제안 하는 SF도 소프트웨어 최적화 정의 스펙트럼 영역에 대 한 빼기 때문에 빼기 위해 선택한 wavenumber 범위에 의해 영향을 주의 하는 것이 중요. 소프트웨어의 추가 혜택 감산을 수행 하기 전에 스펙트럼 품질 (, 선형 기준선) 향상 (, Kubelka-Munk, 전원 기능) 스펙트럼 처리 변환을 포함.

미네랄 참조 스펙트럼 흡 광도 기능 수행 및 스펙트럼 성경 해석에 대 한 결과와 솜 제거의 방법에 의해 영향을 포함할 수 있습니다. 치료 및 ashed 미네랄 참조 스펙트럼 (그림 2) 간의 차이의 비교 식별할 수 있습니다 이러한 기능 중 유물 솜 제거의 원인일 수 있습니다. NaOCl 산화 달리 ashing 생산 미네랄 기능 그룹, 특히 phyllosilicate 표면 및 중간층 O-H (3700-3600 c m-1), 알-오 (915 cm-1), 및 Si-O (796, 521 cm-1)를 대표 하는 흡 광도 밴드에 변화 . 석 영 같은 Si-O 밴드 (2100-1,780, 1,159 cm-1) 어느 치료에 대 한 흡 광도 (강도 또는 wavenumber)에 표시 된 변화를 전시 하지 않았다.

-빼기의 예 및 미확인된 아티팩트 솜 제거 방법의 선택에서 결과의 위험 ashing 그림 4에서 550 ° C에 대 한 시연입니다. 석 영 같은 시-2100 1,780 c m-1 에서 o 0-ing 0.76의 SF와 함께 이루어집니다, 하지만 1100-450 c m-1 에서 저명한 W 모양의 반전 빼기 스펙트럼의 해석 > 1200 c m-1에 국한 되어야 합니다 제안 합니다. 참조로 스펙트럼 높은 온도 ashing, 3700-3600 c m-1 에서 표면 오 ( 그림 2참조)이 날카로운 봉우리 밖으로 0 대상 해서는 안 유물 있다는 것을 의미 하는 미네랄의 손실에 의해 얻은. 시도 그렇게 할 가능성이 다른 괴기 한 지구를 손상 것 이다. 예를 들어 인식 하지 3700-3600 c m-1 에서 기능으로 아티팩트 수를 줄이기 위해 SF에 증가 사용자 동기 부여 (SF = 1.24) 또는 0을 시도 (SF = 1.51)-나머지 괴기 한 지구를 뺀 비용이 유물 1800-1200 c m-1 (그림 4)에서 유기 absorbances를 포함 하 여.

그것은 또한-다른 괴기 한 지구 (그림 5)에 대 한 효과 고려 하지 않고 특정 밴드를 강화 하기 위해에서와 같은 미네랄 참조 스펙트럼을 뺄 수 있습니다. 이 실험 목표 ( 내용참조)에 의해 정당화 될 수 있습니다, 하는 동안 ' 모든 비용 ' 3000-2800 c m-1 에서 지방 족 C H 스트레치 강화의 그림 5 의 예제 렌더링 스펙트럼의 나머지 부분 경우일, 1800-1000 c m-1에서 솜 특성화 관련 유기 기능 그룹의 대부분에 해당 하는 지역에 포함 하 여. -빼기의 지표로 반전 경향이 Si-O 넘어 스펙트럼 기능 심화 반전 SF로 밴드 1.72에 1.35 0.81에서 증가. 반대로, 이러한 대상 미네랄 밴드의 불완전 한 제거 SF 높습니다 의미 0.32의 SF와 빼기에 대 한 증거로 서 부족 한 수행. 0.81의 SF 적으로 대상 Si-O 아웃 제로 아웃 기능 2100 1,780 cm-1 에 뒤집어 최소화 하면서.

높은 온도 ashing 및 화학 산화 하 여 얻은 참조 스펙트럼에서 계산 뺄셈 스펙트럼의 비교 표시 빼기 1, 750-1350 c m-1 유기 기능 그룹에 기인에 의해 강화 하는 일반적인 기능 뿐만 아니라 때문에 미네랄의 차이 전시 하 고 솜의 양을 (그림 6)를 제거 하는 잠재적으로. 유사한 SF ashing 여 미네랄 참조를 사용 하 여 성경에 대 한 얻은 유의 (SF = 0.76, 그림 4) NaOCl 산화 대 (SF = 0.81, 그림 5). SOM 제거의 주어진된 방법에 대 한 차이 시각적으로 분명 하 게 표시 또는 결 석는 높고 낮은 유기 물 토양의 빼기 스펙트럼 사이 해당 하는 지방 족 C-H (스트레칭)에 치료 되지 않는 토양 스펙트럼 (그림 6)에서 2916 cm-1, 그리고 케 톤 아 미드 C = O 1,568 c m-1, 지방 족 C-H (벤드) 1,427 cm-1, 그리고 페 놀 및/또는 carboxyl C O에서 1647 cm-1, C N 아 미드 및 N-H 활용된 C = C의 가능한 기여 1275 cm-1에. 샘플 유형 및 흡 광도 범위에 따라 확실히 변화 된 유기 기능 그룹에 할당 될 수 있는 absorbances에 상대적인 변화를 평가 하기 위해 운영 방법으로 빼기 스펙트럼 이해는 필수적 이다 (로 인해 잠재적으로 겹치는 밴드)4.

Figure 1
그림 1입니다. 유기농 밴드 솜 제거 화학 산화 (NaOCl)에 의해 다음 같은 토양의 배경 스펙트럼을 사용 하 여 향상 시키기 위해 스펙트럼 뺄셈의 그림. 드리프트 스펙트럼 토양 샘플의 케이시 희석 하지 않고 수집 했다. 토양은 캘리포니아의 새크라멘토 밸리 (22 mg C g-1 토양)에서 농업 사용 Mollic Xerofluvent. 뺄셈 스펙트럼 1.0 요소의 빼기로 계산 했다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2입니다. 다른 솜 제거 방법으로 얻은 스펙트럼 차감을 수행 하기 위한 미네랄 농축 배경 또는 참고 스펙트럼의 비교. 치료 및 치료 토양의 비교는 캘리포니아, 미국 (22 mg C g-1) 혼합된 충적 층에 형성 된 Mollic Xerofluvent의 표면 수평선 (p)에 대 한 표시 됩니다. (위), 치료 하지 않고 원래 토양에 해당 하는 스펙트럼 토양 솜 제거 치료 화학 산화 (NaOCl) (가운데)과 높은 온도 연소 (550 ° C) (아래)의 다음 다음. 드리프트 스펙트럼 케이시 희석 하지 않고 토양 샘플에 수집 되었다. 회색 상자 가운데 3620 cm-1, 1870 cm-1 , 800 cm-1에 토양 스펙트럼의 미네랄 흡수도 밴드 특성을 강조 표시 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3입니다. 간격으로 0.1 0.1 (최소한의 빼기)에서 1.0 (원래 토양 및 참조 스펙트럼의 동등한 빼기) 빼기 팩터 (SF) 증가의 예. SF 가중치 정도는 참조 스펙트럼 (토양 A 난방 후 3 h 550 ° C에서) 원래 (치료) 토양 스펙트럼 (A 토양)에서 뺍니다. 뺄셈 요소 감소, 미네랄에 해당 하는 흡 광도 밴드 증가 (3,618 cm-1, 1880 cm-1, 808 cm-1), 그리고 생명체를 대표 하는 밴드 감소 (2,920 cm-11,558 cm-1, 1240 c m-1 ). 드리프트 스펙트럼 케이시 희석 하지 않고 토양 샘플에 수집 되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 4
그림 4입니다. -빼기 및 미확인된 아티팩트 솜 제거 방법 (ashing 550 ° c)에서 발생 하는 위험 예. 2100 1,780 cm-1 (회색 상자)에서 석 영 같은 시 o 0-ing와도 (SF = 0.76), 1100-450 cm-1 (화살표)에서 눈에 띄는 W 모양의 반전 빼기 스펙트럼의 해석에 국한 되어야 합니다 제안 > 1200 c m-1. 3700-3600 c m-1 (회색 상자)에서 무기물 표면 오의 손실이이 피크 가능성 임을 나타냅니다 ( 그림 2참조) 이후 참조 스펙트럼 높은 온도 ashing (550 ° C)에 의해 얻은, 유물. 아티팩트 사용자 증가를 줄이기 위해 SF를 오해 수로 3700-3600 c m-1 에서 기능을 인식 하지 (SF = 1.24) 또는 0 초과 (SF = 1.51) 유기를 포함 하 여 나머지 스펙트럼 지구를 oversubtracting 비용이 스펙트럼 기능 1800-1200 c m-1에서 absorbances. 추가 유물 ashing 2300 c m-1 (화살표)에 기능을 포함. 드리프트 스펙트럼 케이시 희석 하지 않고 토양 샘플에 수집 되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 5
그림 5입니다. NaOCl 산화 하 여 얻은 미네랄 참조를 사용 하 여 이상적이 고 비 이상적 빼기 스펙트럼의 예. 부족 한 빼기 (낮은 SF = 0.32) 저명한 미네랄 absorbances (회색 상자)은 여전히 존재 하는 것을 의미. 증가 하는 석 영 같은 SiO 2100 1,780 cm-1 에 개 0 SF (SF = 0.81)이 미네랄 흡수도 최소화 하 여 Si-O의 1800-1000 c m-1에서 미네랄 중복에 대 한 프록시 제거의 기준 중 균형 < 1100 cm -1, 그리고 선형 기준선을 유지. 스트레치 3000-2800 c m-1에서 C-H는-지방 족을 더 강화 하려고, SF (1.35, 1.72)에 증가 될 수 있습니다 하지만이 다양 한 oversubtraction에서 결과. 스펙트럼은 드리프트 분광학에 의해 스트레이트 (케이시 희석 없음) 샘플에 수집 되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 6
그림 6입니다. 높은 (맨 위) 및 낮음 (아래쪽) 유기 물 토양 개선 원래 토양 스펙트럼에 비해 유기 absorbances의 해석 스펙트럼 차감의 잠재력을 보여주는의 드리프트 스펙트럼의 비교를 짝. 미네랄 (회색 상자) 및 유기 (파선) 흡 광도 밴드에 해당 하는 absorbances에서 차이 높고 낮은 솜 토양 사이 또는 스펙트럼의 세 세트 중 분명: 원래 (치료) 토양의 스펙트럼 및에 의해 얻어진 스펙트럼 미네랄 풍부한 토양을 사용 하 여 열 연소 ('ashing') 또는 화학 산화 하 여 얻은 미네랄 참조 스펙트럼에 대 한 치료 되지 않는 토양 스펙트럼에서 미네랄 참조 빼서 사이 고가 저가 솜 샘플 다른 유기 absorbances 지방 족 C-H (2,916 c m-1), 케 톤 및 아 미드 C = O 활용된 C = C (1647 cm-1), 아 미드 C-N와 N H 가능한 아로마 C = C (의 가능한 기여와 함께 관찰 수 있습니다. 1,568 c m-1), 지방 족 C-H (1,427 cm-1), 및 carboxyl 및 페 놀 C-O (1275 cm-1). 토양은 새크라멘토 골짜기 (캘리포니아, 미국)에서 혼합된 충적 층에서 형성 하는 Entisols의 Ap 지평선에서. 스펙트럼에 스트레이트 (케이시 희석 없음) 샘플 수집 했다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

토양
콘텐츠
SOC
(mg g-1)
C:N pH
(1:2, 물)
클레이
(mg g-1)
모래
(mg g-1)
A 높은 22 9.4 6.5 166 133
B 낮은 7 9.3 6.7 126 451
SOC, 토양 유기 탄소; C:N, 탄소 질소 비율

표 1입니다. 스펙트럼 뺄셈 솜 드리프트 분광학을 사용 하 여 특성을 개선 하기 위한 방법을 설명 하는 데 사용 하는 토양의 속성. 유사한 광물의 토양은 하지만 유기 물 농도 있는 다름을 전시. 토양은 새크라멘토 골짜기의 캘리포니아, 미국에 있는 혼합된 충적 층에 형성 하는 Entisols의 Ap 수평선에서 샘플링 했다.

토양
콘텐츠
SOC
(mg g-1)
SOC 손실 (%)
NaOCl 황소 ashed
(500 ° C)
A 높은 22 -89.1 -96.5
B 낮은 7 -82.5 -97.2
SOC, 토양 유기 탄소; NaOCl-황소, 염소 산화

표 2입니다. 다양 한 화학 산화 대 연소 하 여 솜의 제거 율의 예. 유기 물 제거를 취급 하는 토양 샘플 드리프트 분광학을 사용 하 여 솜 기능 그룹 구성의 특성을 개선 하기 위해 스펙트럼 차감을 수행 하기 위한 미네랄 농축 참조 스펙트럼을 취득 하는 데 사용 됩니다.

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Discussion

솜을 제거 하는 방법 두 가지 고려 사항이 수행: 1) 솜의 양을 제거 하 고 결과 미네랄의 흡수도 2) 아티팩트 참조 스펙트럼. 다행히 가능 하다-그리고 틀림 없이 필요한-식별 하 고 수량 이러한 편 파 해석 결과 빼기 스펙트럼에서 솜 구성의 피하기 위하여. 이상적으로, 스펙트럼 차감 '순수' 솜의 스펙트럼을 미네랄 전용 참조 스펙트럼을 채택할 것입니다. 현실에서는, 결과 빼기 스펙트럼 absorbances 해당 솜 하는 향상 된 원래 (치료) 토양 스펙트럼을 기준으로 전시 한다. 이것은 토양 샘플에서 미네랄 성분의 비 선형 흡수도 방지 모든 미네랄 absorbances의 완전 한 빼기 때문 에입니다. Artifactual 미네랄 absorbances/솜의 불완전 한 제거 또는 제한 특정 흡 광도 기능 해석 또는 해석 총 솜 풀의 각각.

여기에 표시 된 예제에 의해 입증, 미네랄 참조 스펙트럼 (열 연소 또는 ashing, 및 화학 산화)를 솜을 제거 하기 위한 두 가지 일반적인 방법 솜 제거의 정도 및 스펙트럼 아티팩트 간의 트레이드 오프를 생기게 하는 경향이 있다. 이 빼기 스펙트럼의 해석에 대 한 뚜렷한 결과 했습니다. 같은 이유로 그것 추정 솜 콘텐츠 점화 (로) 방법에 손실에 사용 됩니다, 높은-온도 ashing (≥ 350 ° C) 거의 모든 솜을 제거 하지만 광물 결정 구조를 변경 하 고 따라서 미네랄 흡수도 밴드에 변화를 생산할 가능성이 높습니다. 같이, ashing 전후 미네랄에서 스펙트럼 기여 다른 경우 빼기 스펙트럼에 유물으로 명단 것입니다 이러한. 미네랄, 미네랄 관련 될 수 있는 열 감도 스펙트럼 차감 기준 스펙트럼 ashing, 특히 높은 온도 (, 550 ° C)에 의해 얻은 계산의 유틸리티에 타협을 강요 합니다. 미네랄 변경 미네랄 유형과 ashing 온도 dehydroxylation, 중간층 붕괴 및 탈수41,,4243, 등 다양 한 광물의 토양의 스펙트럼에서 문서화 되었습니다. 10 , 28 , 44 , 45.

토양 샘플의 정보는 광물 학에 방지 하거나 최소화 하는 미네랄 변경 (예를 들어, kaolinite 350 ° C 이상에서 중간층 붕괴) ashing 온도 결정 하기 위해 사전 사용할 수 있습니다. 미네랄 아티팩트 확인 고 겪고 토양 샘플 ashing 온도 변화 및 치료 토양 및 순수 미네랄 표준10,46의 스펙트럼으로 결과 스펙트럼을 비교 하 여 예상 될 수 있습니다. 하나 또한 빼기 아티팩트 ashing 상수에서 토양 샘플에서 결과 유지 하기 위해 샘플 세트 광물 학을 제한할 수 있습니다. 마지막으로, (예를 들어, 350 ° C) 낮은 ashing 온도 일부 유기 밴드10,47을 향상 시키기 위해 사용할 수 있습니다. 화학 oxidations와 마찬가지로 낮은 온도 사용 하 여 일반적으로 온다 낮은28 (표 2)와 잠재적으로 선택적인10 솜 제거의 비용에.

화학 oxidations 일반 phyllosilicates, 특히 미네랄 변경 발생할 가능성이 있지만 산화 철 (유압) 등 다른 미네랄 분수에 영향을 미칠 수 있습니다. 토양 샘플의 광물 학 한 산화 제를 선택할 때 고려 되어야 한다. 예를 들어 염소 최소한으로 상대적으로 높은 양의 솜 또는 다른 산화 대리인 (예를들면, 과산화 수소)48,,4950 달리 무기물 산화물의 아무 해체를 제거할 수 있습니다. , 51. 이러한 효과 광물 학 솜에 따라 것으로 예상 된다 (예를 들어, 미네랄 바인딩된 유기 물질의 높은 비율 수 있습니다 일부만 하지 다른 oxidations에 더 강한).

이유 왜 0-ing 대상 미네랄 밴드 밖으로 계산 하는 소프트웨어에 의존 또는 선험적 SFs 보다 더 나은 전략은 이러한 대상 미네랄 밴드 완전히 제거 되지 않습니다 경우 조정 해야 할 수도 있습니다. 이 토양 샘플에서 높은 phyllosilicate 농도와 스펙트럼 (예를 들면, 1100-950 cm-1에 Si-O 스트레치)22, 특히 분석의 광범위 한 연습에에서 따라서 비 선형 흡 광도 미네랄 밴드에 대 한 일반적인 깔끔한 샘플 (아무 할로겐 소금 희석), SF의 조정 실험 목적에 따라 광 밴드를 최소화 하기 위해 탐색 해야 합니다.

스펙트럼 차감 겹치는 미네랄 absorbances와 지역에서 유기 absorbances의 판독을 개선 하 여 솜을 구성 하는 유기 기능 그룹을 해석 하는 데 사용할 토양 스펙트럼의 능력에 표시 개선을 제공 합니다. 비록 상대적으로 미네랄-자유를 유기 밴드 스펙트럼 차감에서 활용할 수 있습니다. 예를 들어 3000-2800 c m-1 에서 지방 족 C H 스트레치 토양 스펙트럼22, 적어도 미네랄 혼동 유기 밴드 간주 됩니다 하지만 해상도 아직도 향상 될 수 있습니다 눈에 띄게 스펙트럼 차감52. SOM 해야 하지 수 conflated 메서드 또는 그 수정 (예를 들어, 성경)의 제한 같은 복잡성은 솜, 고유의 특성 때문에 같은 화학적으로 복잡 한 샘플의 FTIR 스펙트럼의 해석에 도전 하도 다른 분 광 방식 (예를 들면, 핵 자기 공명 분광학)1,5에 도전 한다.

스펙트럼 차감 제공 주소 제약 솜의 분 광 분석에 내재 하는 독특한 전략 광물 지배 토양 샘플, 그리고 강한 complementarity에서에서 발생 하는 자신의 고유한 제한5, 다른 방법에 14. 예를 들어 솜의 FTIR 분광학 분석을 개선 하기 위해 별도 접근은 화 수 소산 (HF) 대부분의 미네랄 구성 요소 제거를 가진 토양의 사전 치료. 토양 샘플의 demineralization NMR 분 광 분석에 대 한 일과 이기 때문에, 같은 HF 치료 토양 또한 종종 FTIR 분광학에 의해 분석 된다. 그러나, HF와 demineralization 타협의 유틸리티는 독립 실행형 접근53,54로 솜의 상당한 손실을 낳 다 수 있습니다. 예를 들어 거의 1 / 3 (표 1 2) 토양 A의 솜의 HF 치료5동안 제거 되었습니다.

토양의 분석에 대 한 감산의 유틸리티 방해 미네랄 absorbances55, 모두의 완전 한 뺄셈을 양보 하는 것 보다는 특정 wavenumber(s)에 대 한 관심의 잠재적인 유기 밴드를 강화 하는 것이 중요 하다 56,,5758. 이러한 이유로, 차감 수 있습니다 다소 적합 특정 스펙트럼 영역. 구 엔 외. 4 성경은 1800-1600 c m-1는 리브스 III22 는 정확한 성경 유물도 함께 가능 했다 스펙트럼 영역으로 진단에서 유기 밴드를 향상 시키기 위해 가장 유용할 것 인식 높은-온도 ashing 얻은 스펙트럼을 참조 합니다. 이 지역에서 광물 Si-O absorbances 정확 하 게, 비 선형 흡 광도와 뒤집어 1050-980 cm-1 37 Si-O 같은 미네랄 밴드의 다른 영역 (예를 들어, 1000-400 c m-1)과 달리 빼기 59.

미래의 작업의 잠재적으로 유익한 지역 체계적으로 주소 토양 속성 샘플 특정 결과 솜 제거의 방법에 의해 수반 것으로 예상 것입니다. 스펙트럼 차감을 주요 과제 근처 또는 전체 솜 제거는 광물 참조 스펙트럼을 얻기의 어려움은 아직 최소 또는 솜 제거에서 아무 유물. 높은-온도 ashing 및 화학 산화의 현재 방법 생기게 이러한 두 가지 목표 사이 교환. 솜의 범위에 걸쳐 광물 관련 아티팩트 FTIR 스펙트럼에서 감지를 식별 제거 조건 및 토양 종류, 뿐만 아니라 순수 미네랄 표준 것입니다 토양 특정 권장 사항을22구축 향한 첫 번째 단계. 대체 솜 제거 방법 아직 체계적으로 조사 해야 합니다. 제거 방법 포함 (종종 낮은 압력 하에서 수행 되는) 낮은 온도 ashing 유망 화학 oxidations, 과산화 수소와 나트륨 peroxodisulphate14.

다양 한 방법으로 얻은 빼기 스펙트럼 비교 토양 HF를 사용 하 여 광된의 스펙트럼을 사용할 수 있습니다. HF 해산 하 고 솜 농축 샘플 저조한 토양 샘플의 미네랄 성분의 대부분을 제거 사용할 수 있습니다. HF 치료 토양 샘플의 스펙트럼 이론에서 유사 해야 솜, 솜 HF demineralization 빼기 대 여의 스펙트럼 비교의 완전 제거 하 여 얻은 미네랄 참조 스펙트럼을 사용 하 여 같은 토양의 빼기 스펙트럼 때문 교차 유효성 검사는 흡 광도 밴드, 유물을 확인 하 고 반전 (< 1200 c m-1)를 통해 빼기 아티팩트 경향이 지역에서 특히 스펙트럼 할당5, 자신감을 증가 사용 될 수 있습니다. 그러나, HF 치료 동안 무기물 및 유기 구성의 불완전 및 선택적 제거 의미 스펙트럼 HF 치료 토양의 솜, 스펙트럼 차감 달리 해야 하는 운영 비교만의 '목표' 스펙트럼을 제공 하지 않을 수 있습니다. 잠재적인 아티팩트에 비추어 신중 하 게 고려해.

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Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgements

NaOCl 산화와 박사 Fungai F.N.D. Mukome와 스펙트럼 차감의 다양 한 토론에 닥터 랜디 Southard에서 지도 부탁 드립니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Nicolet iS50 spectrometer Thermo Fisher Scientific 912A0760 infrared spectrometer used to collect spectra
EasiDiff Pike Technologies 042-1040 high throughput sample holder
OMNIC Thermo Fisher Scientific INQSOF018 software used to perform subtractions
6% v/v sodium hypochlorite Clorox n/a generic store-bought bleach for oxidative removal of soil organic matter
Type 47900 Furnace VWR International 30609-748 muffle furnace for ashing soils to removal soil organic matter
VWR Gooch Crucibles, Porcelain  VWR International 89038-038 crucibles for ashing
VWR Tube 50 mL Sterile CS500  VWR International 89004-364 for sodium hypochlorite
Forced air oven VWR International 89511-414 for drying soils after oxidation and water washes
VersaStar pH meter Fisher Scientific 13 645 573 for measuring pH of oxidation solution

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