שיטה זו מספקת כימות כבידתי של חומרים חומיים (למשל, חומצות חומיות ופולביות) על בסיס נטול אפר, בחומרים יבשים ונוזליים מגחלים רכים (כלומר, ליגניט מחומצן ולא מחומצן ופחם תת-ביטומיני), עפרות חומות ופצלי שמן, אפונה, קומפוסטים ודשנים מסחריים ותיקוני קרקע.
מטרת שיטה זו היא לספק ריכוז מדויק ומדויק של חומצות חומיות (HA) ו/או פולביות (FA) בגחלים רכות, עפרות חומיות ופצלי שמן, אפונים, קומפוסטים ומוצרים מסחריים המכילים חומרים חומיים. השיטה מבוססת על מיצוי אלקליין של חומרי בדיקה, באמצעות 0.1 N NaOH כמחלץ, והפרדה של חומרים חומיים מסיסים אלקליין (HS) ממוצרים שאינם מסיסים על ידי צנטריפוגה. ה- pH של תמצית אלקליין צנטריפוגה מותאם לאחר מכן pH 1 עם conc. HCl, אשר גורם משקעים של HA. ה- HA המשקף מופרדים מהשבר הפלווי (FF) (שבר ה- HS שנותר בפתרון,) על ידי צנטריפוגה. לאחר מכן ה- HA מיובש בתנור או בהקפאה ותכולת האפר של HA היבש נקבע. המשקל של HA טהור (כלומר, ללא אפר) HA מחולק לאחר מכן על ידי המשקל של המדגם ואת השבר המתקבל מוכפל על ידי 100 כדי לקבוע את % HA במדגם. כדי לקבוע את תוכן ה-FA, ה-FF נטען על שרף DAX-8 הידרופובי, אשר סופג את שבר ה-FA המכונה גם חומצה פולבית הידרופובית (HFA). שבר החומצה הלא פולבית הנותר, המכונה גם שבר פולווי ההידרופילי (HyFF) מוסר לאחר מכן על ידי שטיפת השרף עם H2O deionized עד שכל החומר שאינו מעובד מוסר לחלוטין. לאחר מכן, ה-FA מושבת עם 0.1 N NaOH. Na-fulvate וכתוצאה מכך הוא פרוטוניזציה לאחר מכן על ידי העברתו מעל שרף H + -exchange חזק. FA המתקבל הוא תנור או מיובש בהקפאה, תוכן האפר נקבע ואת הריכוז במדגם מחושב כמתואר לעיל עבור HA.
חומרים הומיים (HS) הם שאריות דינמיות הנובעות מפירוק מיקרוביאלי וטרנספורמציה של רקמות צמחים מתים1,2,3 מוגבר עם תוצרי לוואי מיקרוביאליים וביומסה 3,4,5 באמצעות תהליך המכונה humification6. HS נמצאים בקרקעות, מים טבעיים, משקעי אגם, אפונה, גחלים רכות ופצלי humic ומייצגים כ -25% מכלל הפחמן האורגני על פני כדור הארץ7. חומרים אלה הם תערובות מורכבות של אלפי מולקולות ייחודיות המחולקות לשלושה שברים עיקריים בהתבסס על המסיסות השונות שלהם בפתרונות מימיים בסיסיים וחומציים מאוד. שברים אלה הם חומצות חומיות (HAs), המהוות את השבר המסיס אלקלי אך מסיס בחומצה; חומצות פולוויות (FAs), השבר מסיס הן אלקלי והן חומצה; ושבר ההומין, שאינו מסיס בכל ערכי ה- pH6,8. השבר הפולווי (FF) מחולק עוד יותר לשברים ההידרופוביים FA (HFA) וההידרופיליים (HyFA). שברים אלה מוגדרים כחלק מה-FF הנקשר לשרף DAX-8 הידרופובי (HFA) ולחלק שאינו נקשר לשרף (HyFA).
HS משמשים יותר ויותר בחקלאות, שם הם נמצאים בשימוש נרחב כמו biostimulants יבול, בגידול בעלי חיים, במיוחד כתוסף להאכיל בעלי חיים, בכרייה בבוץ קידוח, ותיקון סביבתי כמו מעבורות אלקטרונים. המחקר בשימוש ב- HS ביישומים רפואיים אנושיים גדל גם הוא.
קיימות שיטות רבות לכמות של HA ו- FA. עם זאת, רוב השיטות הללו אינן מדויקות ואינן מדויקות. לדוגמה, שתי השיטות הנפוצות ביותר לקביעת HA בארה”ב הן השיטה הצבעונית9 ושיטת מחלקת המזון והחקלאות של קליפורניה (CDFA), שתיהן הוצגו כדי להעריך יתר על המידה את כמות HA במגוון עפרות ולחלץ מקורות ממערב ארה”ב וקנדה10. השיטה הצבעונית או הספקטרופוטומטרית אינה מדויקת מכיוון שהיא מסתמכת על ספיגת תמציות אלקליין הכוללות, בנוסף ל- HA, FA וכרומופורים אחרים שכולם נספגים באורך הגל המשמש והתקן אינו מייצג את החומרים הנבדקים10. שיטת CDFA אינה מדויקת מכיוון שהיא אינה מספקת ריכוזי HA על בסיס ללא אפר. מכיוון שלעפרות שונות יש כמויות שונות של אפר, שחלקן נישאות עם החילוץ ותהליך החילוץ עצמו מוסיף אפר, שיטה זו אינה מספקת ערך מדויק עבור ריכוזי HA10. בתגובה לצורך בשיטה מדויקת ומדויקת, נוהל כבידתי מתוקנן המבוסס על זה שפורט על ידי 11 פורסם בשנת 2014 כדי לטפל בכמות של HA ו- FA על בסיס ללא אפר12. שיטה זו הותאמה אז, עם שינויים קלים, על ידי הארגון הבינלאומי לתקנות (ISO) בשנת 2018 תחת דשנים ומרככי קרקע כ”קביעת ריכוזי חומצות פולוויות חומיות והידרופוביות בחומרי דשן”13.
מאמר זה מתאר את הפרוטוקול לחילוץ וכמות של חומצות פולוויות חומיות והידרופוביות ונותן פרטים על הדיוק והדיוק של הנתונים המופקים מהשיטה.
השלבים הראשונים של חילוץ ובידוד של HA בשיטה זו הם פשוטים יחסית. מכיוון שבידוד ה- HFA כרוך בכרומטוגרפיה של עמודות, השגת תוצאות חוזרות מגיעה עם הקפדה קפדנית על הפרטים של כל צעד ותרגול. בפרט, הכנה נכונה של שרפים היא בעלת חשיבות עליונה. חשוב מאוד כי שרף DAX-8 polymethylmethacrylate מוכן ונארז כראוי. אריזה נכונה של השרף משפיעה הן על התשואה והן על האיכות של HFA. אם קיים תקשור, אז לא טיפול מקדים (כלומר החמצה) או ספיחה של HFA יהיה שלם, ואת ההפרדה תוביל לתוצאות לא מדויקות. אם ערוצים או רווחים בשרף נצפים לפני טעינת הדגימה יש להסיר את העמודה ולנער אותה כדי להפיץ מחדש את חרוזי השרף, על ידי מתן אפשרות להם להתיישב ללא ערוצים, ולאחר מכן ארוז מחדש על ידי שאיבת DI H2O נקי דרך השרף. בנוסף, כפי שצוין בפרוטוקול, שמירה על נפח נוזל מעל השרף בעת טעינת ה- FF על השרף, תאפשר ל- FF לערבב לפני הכניסה לשרף ולגרום לספיחה יעילה יותר. עבור שרף H +-exchange החזק (טבלת חומרים), התחדשות מלאה לא ניתן למהר. חילופי Na +/H+ לוקח זמן ולכן זה נעשה בצורה הטובה ביותר בטיפול בתפזורת, כך השרף יכול להיות מעורבב תוך כדי חומצה מחדש. ערבוב השרף תוך כדי שטיפה עם DI H2O מסייע בהסרת ה-HCl העודף. כאשר עולים את השרף חומצי כדי להסיר חומצה עודפת, ערבוב השרף לעזור להסיר את HCl. חשוב מאוד להסיר את החומצה עד לנקודה שבה מוליכות חשמלית של ≤ 0.7 μS / ס”מ הוא הגיע. אם לא, HCl יועבר עם HFA.
לבסוף, כאשר desorbing HFA מן שרף DAX-8, פעם הספיגה של המשפיע שווה את הספיגה של השפכים, זה מנהג טוב לתת את הטור לשבת במשך כמה שעות כדי לראות אם כל HFA נוסף ישוחרר. אם כן, זה ייראה כמו הצהבה של הנוזל מעל השרף. במקרה כזה, ניתן להסיר את ה-HFA הנוסף על ידי ירידה מתמשכת עד שספיגות משפיעות/שפכים יהיו שוות שוב.
אחד החסרונות של בידוד HFA הוא כי התהליך כולו הוא זמן רב. הירידה המלאה של HFA מן שרף DAX-8 והסרה מלאה מן שרף H + -exchange שניהם לגרום נפח משמעותי של HFA כי יש להפחית על ידי אידוי סיבובי. זה בהחלט צוואר בקבוק בניתוח. במאמץ להפחית את הזמן הזה, desorbing HFA מן שרף DAX-8 באמצעות אצטון ולא 0.1 M NaOH הוצע14. המחברים טענו כי באמצעות 50% אצטון כמו desorbent במקום NaOH, תוצאה דומה HFA הושגה ואת DAX-8 היה מחדש כראוי ולכן צעד H +-exchange ניתן לבטל. שינוי זה הביא לזמן ניתוח מופחת מאוד כתוצאה מירידה בנפח המיוצר ואידוי סיבובי מהיר יותר של אצטון בהשוואה למים. שינוי זה ראוי למחקר נוסף.
שיטה זו מוגבלת לניתוח של חומר אורגני שעבר את תהליך ההאמרה, ובמקרה של כבול וגחלים רכות, תהליכים נוספים של כבול וגם כבול ופחם, בהתאמה. ההאמרה היא התהליך שבו מת, בעיקר חומר צמחי, נרקב על ידי רצף של חיידקים הצורכים ומשנים מצעים סרבנים יותר ויותר. תהליכים Abiotic גם להשתתף בפירוק ותגובות סינתזה מחדש. ההאמרה גורמת בסופו של דבר לייצור חומרים סרבנים יחסית הכוללים תערובות הטרוגניות של אלפי מולקולות היוצרות מגוון של משקל מולקולרי ותכולת פחמן, חמצן ומימן היוצרים HS. HS משתנים עוד יותר על ידי כבול ופחם. לכן, שיטה זו אינה מתאימה לחומרים צמחיים ששונו על ידי תהליכים כימיים. לדוגמה, ליגנוסולפונט נמצא בשימוש נרחב כנואף HFA. ליגנוסולפונט הוא תוצר לוואי של תהליך ריסוק הגופרית. לכן, חומר זה לא הופק על ידי תהליך של humification. בנוסף, ישנם חומרים רבים שנקשרים לשרף DAX-8. לדוגמה, שרף DAX-8 שימש להסרת חומרי הדברה ספיחה מפתרון15. ברור, חומרי הדברה אינם HS. לפיכך, כריכת חומר לשרף DAX-8 אינה מצדיקה טענה כי מדובר ב- HFA. התנאים המוקדמים הם גם ייצור על ידי humification ו מחייב DAX-8 שרף.
ככל שנלמד יותר על תרומתם של הרכיבים השונים של HS ביישומים שונים, זה עשוי להיות יתרון כדי להפריד עוד יותר HS ובכך לשנות את השיטה בהתאם. כפי שהוא קיים, השיטה אינה מכמתת את HYFA. עם זאת, שבר זה עשוי להיות גם פעילות למשל ביוטימולציה של צמחים, שבו FF כולו מוחל בדרך כלל בטיפולים חקלאיים ולא HFA מטוהר.
The authors have nothing to disclose.
המחברים רוצים להודות לאיגוד הסחר במוצרי Humic (HPTA) על תמיכתם במימון העבודה שהביאה לתקנון של השיטות המתוארות במאמר זה וגם לורנס מייהו וד”ר דן אולק ופול בלום לתמיכה טכנית במהלך עבודת התקינה.
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. |