JoVE Journal > Biochemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Divulgaciones
Acknowledgements
Materials
Referencias
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Bioquímica

Humat Cevselerinde, DOC'ta, Humifik Malzemelerde ve Hümrik Madde İçeren Ticari Ürünlerde Humik ve Fulvik Asitlerin Nicelleştirilmesi

Published: March 18, 2022
doi:
10.3791/61233
,
1Bio Huma Netics, Inc.

Summary

Bu yöntem, nemli maddelerin (örneğin, nemli ve fulvik asitler) külsüz bir temelde, yumuşak kömürlerden (yani oksitlenmiş ve oksitlenmemiş linyit ve bitüm altı kömür), humat cevse ve şistler, turbalar, kompostlar ve ticari gübreler ve toprak değişikliklerinden elde edilen kuru ve sıvı malzemelerde gravimetrik bir nicelleştirilmesini sağlar.

Abstract

Bu yöntemin amacı yumuşak kömürlerde, humik cevselerde ve şistlerde, turbalarda, kompostlarda ve hüm soğuk madde içeren ticari ürünlerde doğru ve hassas bir humik (HA) ve/veya fulvik asit (FA) konsantrasyonu sağlamaktır. Yöntem, test malzemelerinin alkali ekstraksiyonuna, 0.1 N NaOH’un ekstraktant olarak kullanılmasına ve alkali çözünür çözünmeyen humik maddelerin (HS) santrifüjleme ile çözünmeyen ürünlerden ayrılmasına dayanır. Santrifüjlü alkali ekstrenin pH’ı daha sonra conc. HCl ile pH 1’e ayarlanır ve bu da HA’nın çökeltmesine neden olur. Çökeltilmiş HA, fulvik fraksiyonundan (FF) (çözeltide kalan HS fraksiyonu), santrifüjleme ile ayrılır. HA daha sonra fırınlanır veya dondurulur kurutulmuş ve kurutulmuş HA’nın kül içeriği belirlenir. Saf (yani külsüz) HA’nın ağırlığı daha sonra numunenin ağırlığına bölünür ve elde edilen fraksiyon, numunedeki % HA’yı belirlemek için 100 ile çarpılır. SK içeriğini belirlemek için FF, hidrofobik fulvik asit (HFA) olarak da adlandırılan FA fraksiyonunu adsorbe eden bir hidrofobik DAX-8 reçinesine yüklenir. Hidrofilik fulvik fraksiyon (HyFF) olarak da adlandırılan kalan fulvik asit fraksiyonu, daha sonra reçine deiyonize H2O ile yıkanarak, tüm emilmeyen malzemeler tamamen çıkarılana kadar çıkarılır. Fa daha sonra 0.1 N NaOH ile desorbed edilir. Elde edilen Na-fulvate daha sonra güçlü bir H +-exchange reçinesi üzerinden geçirilerek protonlanır. Elde eden SK fırın veya dondurularak kurutulmuş, belirlenen kül içeriği ve ha için yukarıda açıklandığı gibi hesaplanan numunedeki konsantrasyondur.

Introduction

Hümbür maddeler (HS), mikrobiyal yan ürünler ve biyokütle ile artırılmış ölü bitki dokularının mikrobiyal ayrışması ve dönüşümünden kaynaklanan dinamik kalıntılardır6. HS topraklarda, doğal sularda, göl çökeltilerinde, turbalarda, yumuşak kömürlerde ve hüm soğuk şistlerde bulunur ve yeryüzündeki toplam organik karbonun tahmini% 25’ini temsil eder7. Bu maddeler, güçlü temel ve asit sulu çözeltilerdeki farklı çözünürlüklerine dayanarak üç ana fraksiyona kesirlenmiş binlerce benzersiz molekülün karmaşık karışımlarıdır. Bu fraksiyonlar, alkali çözünür ancak asit çözünmeyen fraksiyonu oluşturan hümpik asitlerdir (HAs); fulvik asitler (FAs), hem alkali hem de asitte çözünen fraksiyon; ve tüm pH değerlerinde çözünmeyen humin fraksiyonu6,8. Fulvik fraksiyon (FF) hidrofobik FA (HFA) ve hidrofilik (HyFA) fraksiyonlarına daha da ayrılır. Bu kesirler, FF’nin hidrofobik DAX-8 reçinesine (HFA) bağlanan kısmı ve reçineye (HyFA) bağlanmayan kısmı olarak tanımlanır.

HS, mahsul biyostimülan olarak yaygın olarak kullanıldığı tarımda, hayvancılıkta, özellikle hayvancılık yem katkı maddesi olarak, sondaj çamurlarında madencilikte ve elektron mekikleri olarak çevresel iyileştirmede giderek daha fazla kullanılmaktadır. HS’nin insan tıbbi uygulamalarında kullanımına yönelik araştırmalar da artmaktadır.

HA ve FA niceliği için birçok yöntem mevcuttur. Ancak, bu yöntemlerin çoğu ne doğru ne de kesindir. Örneğin, ABD’de HA’nın belirlenmesi için en yaygın kullanılan iki yöntem, her ikisi de batı ABD ve Kanada10’dan gelen çeşitli cevher ve ekstrakt kaynaklarındaki HA miktarını abarttığı gösterilen kolorimetrik yöntem9 ve Kaliforniya Gıda ve Tarım Bakanlığı (CDFA) yöntemidir. Kolorimetrik veya spektrofotometrik yöntem yanlıştır, çünkü ha, FA ve kullanılan dalga boyunda emilen diğer kromoforlara ek olarak ve standart test edilen malzemeleri temsil etmediği için alkali özlerin emilmesine dayanır10. CDFA yöntemi, külsüz olarak HA konsantrasyonları sağlamadığı için doğru değildir. Farklı cevkiler, bazıları ekstraksiyonla taşınan ve ekstraksiyon işleminin kendisi kül ekleyen farklı miktarda küle sahip olduğundan, bu yöntem HA konsantrasyonları için doğru bir değer sağlamaz10. Doğru ve kesin bir yöntem ihtiyacına yanıt olarak, hem HA hem de FA’nın külsüz olarak niceliğini ele almak için 2014’te ayrıntılı by11’e dayanan standartlaştırılmış bir gravimetrik prosedür yayınlandı12. Bu yöntem daha sonra, 2018 yılında Uluslararası Standardizasyon Örgütü (ISO) tarafından Gübreler ve toprak kremleri altında “Gübre malzemelerinde hümdük ve hidrofobik fulvik asit konsantrasyonlarının belirlenmesi” olarak küçük değişikliklerle uyarlanmıştır 13.

Bu makale, hüm humik ve hidrofobik fulvik asitlerin ekstraksiyonu ve nicelliği için protokolü özetler ve yöntemden üretilen verilerin doğruluğu ve hassasiyeti hakkında ayrıntılı bilgi verir.

Protocol

1. Katı numune hazırlama Analiz edilecek numunenin yaklaşık 5 g’ını bir harç ve pestil kullanarak ezin, böylece ezilmiş numunenin% 100’ü 200 numaralı ABD Standart Elek örgü boyutundan (yani 74 μm) geçer ve tozun iyi karıştığından emin olun. Tozun nem içeriğini gravimetrik olarak belirleyin. Alüminyum bir tartım teknesini tartın ve kütleyi (Wwb) kaydedin. Yaklaşık 2 g numune tozunun tartım teknesine aktarılması ve kütlenin kaydedilmesi (Wws+wb). Tartı teknesini 102 °C’de 24 saat (102 °C’yi aşmayın) bir kurutma fırınına yerleştirin. 24 saat sonra, tartım teknesini kurutma fırınından çıkarın ve en az 1 saat soğuması için bir kurutucuya yerleştirin. Tartım teknesinin kütlesini ve kurutulmuş numune tozunun (Wds+wb) ağırlığını ve kaydını yaparak kaydedin. Formül 1.1’i kullanarak nem içeriğini belirleyin.Formula 1.1 Katı numune tozunun nem içeriğiNem yüzdesi = ((((Wws+wb- Wwb) – (Wds+wb – Wwb))/ (Wws+wb – Wwb)) * 100 2. Ekstraksiyon prosedürü Katı numuneler Elenmiş numune tozunun (Wsamp) yaklaşık 2,5 g’ını plastik veya alüminyum bir tartım teknesine tartın ve ağırlığı dört ondalık yere kaydedin. Numuneyi 1 L mezunu bir silindire yükleyin ve silindiri 0,1 M NaOH (4 g NaOH x L-1) ile 1 L’ye doldurun. Manyetik bir karıştırma çubuğu (örneğin, 5 – 7 cm uzunluğunda) ekleyin ve numune iyice karışana kadar bir karıştırma plakasına hızla karıştırın (yani, 300 – 400 rpm). Mezun silindirin tüm içeriğini 1 L Erlenmeyer şişesine aktarın, şişenin kafa boşluğunun N2 gazı ile boşaltın ve şişe açıklığı hava geçirmez bir kapakla örtün. Erlenmeyer şişesini bir karıştırma plakasına yerleştirin ve 16 – 18 saat boyunca 300 – 400 rpm’de karıştırın. Sıvı numuneler Sıvı malzemeler için, test sıvısının homojen bir şekilde karıştırılmasını sağlamak için numuneyi sallayarak iyice karıştırın. Kabın dibine düşmüş olabilecek kalıntıların iyice karıştırılmış olduğundan emin olun. 1 L dereceli silindire 4 ondalık basamak (WTL) ağırlığında yaklaşık 5 g test sıvısı ekleyin. Mezun silindiri 0,1 M NaOH ile 1 L’lik son hacme kadar doldurun. Manyetik bir karıştırma çubuğu ekleyin (örneğin, 5 – 7 cm uzunluğunda) ve test numunesi tamamen karışana kadar bir karıştırma plakasına hızla karıştırın (örneğin, 300 – 400 rpm). Karışımı 1 L Erlenmeyer şişesine aktarın, kafa boşluğuyu N2 gazı ile boşaltın ve şişe açıklığı hava geçirmez bir kapakla örtün. Erlenmeyer şişesini bir karıştırma plakasına yerleştirin ve 1 saat boyunca 300 – 400 rpm’de karıştırın.NOT: Bu noktadan sonra katı ve sıvı numunelerin işlenmesi aynıdır. 3. Çözünmeyen malzemelerin alkali özlerden uzaklaştırılması Karıştırma işlemi tamamlandığında, şişeyi karıştırma plakasından çıkarın, karışımı uygun santrifüj tüplerine aktarın ve tüm hacmi 30 dakika boyunca 4.921 x g’da santrifüjleyin. HA ve FA içeren alkalin süpernatantını manyetik karıştırma çubuğu içeren temiz bir 1 L Erlenmeyer şişesinde toplayın. Çözünmeyen malzemeyi atın. Santrifüjlemeden sonra artık parçacıklar çökeltilmiş değilse, cam yünü veya nitel 2,5 μm gözenek boyutu filtre kağıdı ile filtrasyon önerilir. 4. Yağış ve HA’nın FF’den ayrılması Alkali ekstresini bir karıştırma plakasında 300 – 400 rpm’de karıştırırken, çözeltinin orta kısmına (dikey olarak) bir pH probu yerleştirin ve pH 1.0 ± 0.1’lik kararlı bir pH’a ulaşılana kadar alkalin özüne damla yönünde bir pCl ekleyin. pH 1’in pH’ına ulaşıldıktan ve sabit kaldıktan sonra, pH probunun şişeden çıkarılması, karıştırma çubuğunun alınması, şişenin hava geçirmez bir kapakla örtülması ve çökük HA şişenin dibine yerleşene kadar şişenin oturmasına izin verin.NOT: Çözeltinin çökeltmek ve bırakmak için bir HA’nın gereken süre, numunedeki HA kaynağına ve miktarına bağlı olarak değişir. HA’nın çözeltiyi tamamen çökeltmesi ve bırakması genellikle 1 -6 saat sürer. Özü santrifüj ve çökülen HA 1 saat boyunca 4921 x g . Santrifüjlemeden sonra, süpernatant FF’yi temiz bir 1 L Erlenmeyer’e dökün ve hava geçirmez bir kapakla örtün.NOT: HA’yı, çökelenmiş HA’dan herhangi birini dahil etmeden FF’nin dekante edilmesine izin sağlayacak kadar sıkı bir şekilde paketlemek için daha uzun bir santrifüj süresi gerekebilir. Santrifüj tüplerini 24 saat boyunca 100 °C’de tutulan bir kurutma fırınına yerleştirin. Kuruduktan sonra, tüpleri kurutma fırınından çıkarın ve oda sıcaklığına soğuması için bir kurutucuya yerleştirin. Soğuduktan sonra, kalıntıyı bir spatula ile tüpün yanlarından ve dibinden kazıyarak tüpten nicel olarak aktarın, katranlı bir tartı teknesine aktarın ve kütleyi (WEHA) kaydedin. Bu kalıntı “Ayıklanmış HA”dır.NOT: HA ve FF’nin ayrılmasında 50 mL’den büyük santrifüj tüpleri kullanılmışsa, çökmekte olan HA’yı kurutma işlemi için sıcaklığa dayanıklı 50 mL santrifüj tüplerine aktarmak uygundur. Ayrıca, bir dondurarak kurutucu mevcutsa, çökelenmiş HA dondurularak kurutulabilir. HA’nın dondurularak kurutulmuş halde toplanması daha kolaydır, çünkü HA plastik tüplerin yanına yapışmaz ve ıskartaya çıkarılması gerekmez. 5. Kül içeriğinin belirlenmesi NOT: Kurutulmuş HA ve FA örneklerinin kül içeriğinin belirlenmesi prosedürü aynıdır. HA için notasyon kullanan yordam gösterilir. Kurutulmuş HA’nın (WHA) yaklaşık 30 mg’ını, daha önce 100 °C’de bir kurutma fırınında kurutulan ve daha sonra bir kurutucuda soğutulan temiz, önceden tartılmış bir seramik kabın (WCD) oda sıcaklığına aktarın. Ağırlıklı HA ve tabağın (WHA+CD) birleşik kütlesini kaydettikten sonra, HA’yı 600 ° C’de 2 saat boyunca bir susturucu fırınında yakın.NOT: Her HA örneği için üç çoğaltma işlenmeli ve saf HA’nın hesaplanmasında kullanılan ortalama kül içeriği işlenmelidir. 2 saat sonra, tabağı ve içindekileri susturucu fırınından çıkarın ve soğuması için bir kurutucuya yerleştirin. Soğuduktan sonra, yemeği külle (WASH + CD) tartın ve formül 1.2’yi kullanarak kül oranını (Ashrat) hesaplayın:Formula 1.2 Ashrat = (WASH+CD – WCD) / (WHA+CD – WCD) 6. Saflaştırılmış çıkarılmış HA yüzdesinin belirlenmesi Formula 1.3 kullanarak kül içeriğini düzelterek saf HA’nın (WPHA) son kütlesini belirleyin:Formula 1.3 WPHA = WEHA * (1- Ashrat) 7. Orijinal kaynak numunede saf HA konsantrasyonunun (%) belirlenmesi Formula 1.4 ve 1.5 kullanarak saf HA konsantrasyonunun belirlenmesi:Formula 1.4: Katı numunede saf HA % = (WPHA/Wsamp) * 100Formula 1.5: Sıvı numunede saf HA % = (WPHA/WTL) * 100 8. HFA saflaştırması için sütun hazırlığı Polimetilasyonthacrylate DAX-8 reçinesi ile dolu düşük basınçlı bir kromatografi sütunu hazırlayın. Reçine daha önce kullanılmamışsa, reçineyi 2 saat boyunca metanolde bekletin ve ardından tüm metanol çıkarılana kadar deiyonize H2O ile iyice durulayın. Şu anda su üzerinde yüzen küçük reçine parçacıklarını çıkarın. Reçine daha önce kullanılmışsa, bölüm 10’da açıklandığı gibi yeniden yükleyin. İyice durulandıktan sonra, reçine yatak desteği için 10 μm frit ile bir uç parçası ile donatılmış 5 x 25 cm cam kromatografi sütununa reçineyi dökün. Reçine yatağına girmeden önce FF’nin karıştırılmasını sağlamak için reçine içermeyen çözelti için kolonun üstünde 2,5 ila 5 cm bırakın. Üst parçayı kolona takın ve deiyonize H2O’yu sütunun üstünden geçirerek PERIStaltik bir pompa kullanarak DAX-8 reçine yatağını paketleyin. 9. HFA İzolasyonu Reçine yatağı paketlendikten sonra, FF’yi düşük basınç altında, sütunun üstünden peristaltik bir pompa kullanarak sütuna yükleyin. 35 – 40 mL/dk akış hızı kullanın. Reçine yatağı olsa da reçinenin kurumasını ve ekstraktın kanalize olmasını önlemek için, sütundaki reçinenin üst kısmının tüm yükleme ve durulama prosedürü boyunca çözelti ile kaplı kalması önemlidir. Fulvik fraksiyon reçineye tamamen yüklendikten sonra, reçineyi deiyonize suyla yıkayın, adsorbe edilmemiş “hidrofilik fulvik fraksiyonunu” (HyFF) düşük basınç altında peristaltik pompayı kullanarak sütunun üstünden pompalayarak çıkarın. 35 – 40 mL/dk akış hızı kullanın. HyFF içeren atık suyu analiz için kullanılmayacaksa atın. Sütun atık sularının 350 nm’sinde emilim, sütunu yıkamak için kullanılan deiyonize H2O’nunkine eşit olana kadar (örneğin, 0,015 absorbans birimi içinde) deiyonize H2O ile kolonu yıkayın. Spektrofotometreyi sıfıra (yani boş) deiyonize su kullanın. Peristaltik pompayı kullanarak kolonun alt kısmından 0,1 M NaOH pompalayarak HFA’yı geri elüasyonla desorblayın. 35 – 40 mL/dk akış hızı kullanın. Pompa atık sularını yakalayın (Na-fulvate yeterince temiz bir kapta (örneğin, 2 L Erlenmeyer).NOT: HFA adsorblarının çoğu DAX-8 reçine yatağının en üstüne kadar. Sütunun altından 0,1 M NaOH’u tanıtarak desorpsiyon, SK’yı tamamen desorb etmek için gereken 0,1 M NaOH miktarını en aza indirir. Sütun atık sularının emiciliği 350 nm’de 0,1 M NaOH’un emiciliğine eşit olduğunda tüm HFA desorbed edilmiştir. Spektrofotometrik boşluk olarak 0,1 M NaOH kullanın. Tüm SK’nın yakalandığından emin olmak için desorbed FA çözümünün emiciliğini kontrol etmek için alınan atık suyu ekleyin. 10. HFA protonasyon ile küllenme Na-fulvate çözeltisini, yerçekimi beslemesi ile, 5 × 50 cm’lik bir sütunda bulunan güçlü katyon H+- değişim reçinesi (Malzeme Masası) aracılığıyla, reçineyi korumak için cam frit ile, atık suların elektrik iletkenliği <120 μS / cm olana kadar, elektrik iletkenlik ölçerle ölçülene kadar geçirin. Her geçişten önce, H+-exchange reçine bölüm 11’de açıklandığı gibi yenileme gerektirir. Son geçişten sonra tüm SK’nın reçineden çıkarılmasını sağlamak için, reçineyi 350 nm’deki atık su emiciliği, sütunu yıkamak için kullanılan deiyonize su ile aynı olana kadar (örneğin, 0,015 emilme birimi içinde) deiyonize suyla yıkayın. Spektrofotometrik boşluk olarak deiyonize H2O kullanın. Saflaştırılmış SK çözeltisine emiciliği kontrol etmek için yıkamayı ve alınan atık su kısımlarını ekleyin. Tüm SK’nın çıkarılmasına yardımcı olmak için, reçine birkaç kez çalkalanabilir (örneğin, uzun bir cam veya plastik çubuk kullanılarak). 55 °C’de döner evaporatör kullanarak SK’yı yaklaşık 15 ± 2 mL’lik bir hacme konsantre edin. 15 mL FA konsantresini tamamen 50 mL plastik santrifüj tüpüne aktarın ve kurutma fırınında sabit kuruluğa 60±3 °C’de kurutun. Dondurularak kurutma fırın kurutmaya bir alternatiftir. Kuruduktan sonra tüpü soğuması için bir kurutucuya aktarın. Tüp kenarlarını ve altını bir spatula ile kazıyarak FA’yı tüpten çıkarın ve toplanan SK’yı önceden katranlanmış tartım kağıdında tartın. Bu malzeme “Ayıklanmış SK” (WEFA). HA için Adım 6’da açıklandığı gibi ayıklanan SK’nın kül oranını (ASHrat) belirleyin ve Formula 1.2’yi kullanarak kül oranını hesaplayın. Formula 1.3 kullanarak külsüz çıkarılan FA’nın (WPFA) ağırlığını belirleyin ve WEFA’nın ağırlığının WEFA’nın ikamesini belirleyin. Son olarak, WPHA için WPFA’nın yerine Formül 1.4 kullanarak örnekteki % saf SK’yi belirleyin. 11. DAX-8 reçine rejenerasyonu 0,1 M HCl (8,33 mL konsantre HCl/1000 mL son hacim deiyonize H2O) pompalayarak DAX-8 reçinesini, atık suyun pH’ı etkilinin pH’ına eşit olana kadar sütunun altından 35 – 40 mL/dk akış hızında yeniden yenileyin. Rejenerasyon sırasında tüm reaktifleri DAX-8 kolonuna pompalamak için peristaltik pompayı kullanın. Bulutsuzun pH’ı, etkilinin pH’ına (yani DI suyu) eşit olana kadar sütunun üst kısmına pompalayarak DI suyu ile durulayın. 12. H+-katyon değişimi reçine rejenerasyon Reçineyi büyük bir kabın içine (örneğin, 4 L plastik beher) dökerek bir toplu işlemde H+ katyon değişim reçinesini yenileyin, reçineyi DI H2O ile kaplayarak, karıştırarak ve sonra suyu dökerek birkaç kez durulayın. Reçineyi 1 M HCl (83,3 mL konsantre HCl/1000 mL son hacim DI su) ile örtün. Ara sıra karıştırarak en az 2 saat bekletin (örneğin, her 30 dakikada bir). Asitten dökülerek ve reçineyi DI suyu ile kaplayarak reçineden fazla asidi çıkarın. 15 sn karıştırma çubuğu ile kuvvetlice karıştırın, ardından reçinenin şişenin dibine düşmesine izin verin ve ardından suyu dökün. Durulama suyunun elektrik iletkenliği 0,7 μS/cm ≤ kadar işlemi tekrarlayın. Yeniden yapılan reçineyi sütuna geri yükleyin. Reçinenin kullanımlar arasında ıslak kaldığından emin olmak için deiyonize H2O ile örtün.

Representative Results

Yöntemin performans verileri Tablo 1 – 5’te sağlanmıştır. Ha ve FAH’ın çok farklı konsantrasyonlarda HA ve FHA konsantrasyonlarına sahip sıvı ticari numunelerden çıkarılması için yöntemin hassasiyeti Tablo 1’de verilmiştir. HA için göreli standart sapmalar (RSD) HFA’ya göre daha düşüktü, ancak üç sıvı numunesi üzerindeki ortalama HFA RSD’si% 6.83’teydi ve bu da yüksek derecede hassasiyet gösteriyor. Horwitz oranı (HorRat), laboratuvar hassasiyeti ile ilgili bir analiz yönteminin uygunluğunu gösteren normalleştirilmiş bir performans parametresidir. Burada laboratuvar içi hassasiyet için kullanıldı. Değer değerler, test örneklerinin heterojenliğini, yöntem optimizasyonuna veya daha kapsamlı eğitime duyulan ihtiyacı, algılama sınırının altında veya uygulanamaz bir yöntemin altında çalıştığını gösterir. Sıvı numunelerin analizi için HorRat, HFA analizlerinden biri için sadece 2 > (Tablo 1). Üç hümpik cevze örneğinden HA ve HFA’nın çıkarılması için hassas veriler Tablo 2’de verilmiştir. Yine, Cevher 2’den çıkarılan HFA ve Cevher 3’ten ha hariç, HorRat’ların hepsi 2’nin altındaydı. Bu, hümpik cevze örnekleri için HA ve HFA’nın çıkarılması için bu yöntemin yüksek derecede hassasiyetini göstermektedir. Bitki biyostimülansı üreticileri genellikle deniz yosunu, inorganik gübreler, kömürler veya pekmez gibi diğer bileşenlere ek olarak HS içeren ürünler formüle eder. Tablo 3, bu tür katkı maddelerinin yöntemin hassasiyetine dahil edilmesinin bir analizinin sonuçlarını verir. Katkı maddelerinin hiçbiri HA veya HFA’nın geri kazanımını önemli ölçüde etkilemedi (Tablo 3). Tablo 4 ve Tablo 5 , ha ve HFA’nın geri kazanımlarını sırasıyla, çok düşük konsantrasyonlara sahip ticari ürünleri simüle eden sıvı numunelerden rapor eder. İyileşmeler mükemmeldi ve HA (Tablo 4) için% 88 ila% 97 ve HFA için% 92 ve% 104 arasında değişmektedir (Tablo 5). HA ve HFA için ortalama iyileşmeler sırasıyla % 93 ve% 97 idi ve her iki HS için % RSD% 5’ten azdı. Hassasiyet mükemmel olsa da, bu veriler laboratuvar çoğaltmaları yapma ihtiyacını gösterir. Yöntem algılama sınırı (MDL) ve yöntem nicellik sınırı HA için 4.62 ve 1.47 mg/L, HFA için 4.8 ve 1.53 mg/L olarak belirlendi. Hümsuik maddeler, % Malzeme L16 L17 L2 HFA HA HFA HA HFA HA Temsilci 1 1.44 17 6.59 7.76 0.36 4.46 Temsilci 2 1.39 16.03 6.25 7.79 0.42 4.93 Temsilci 3 1.34 16.44 6.02 7.55 0.4 4.46 Temsilci 4 1.54 16.75 6.2 7.69 0.33 4.53 Demek 1.43 16.56 6.27 7.7 0.38 4.6 SD 0.09 0.42 0 0.11 0.04 0.23 24 RSD, % 6.29 2.53 3.8 1.39 10.4 4.91 Hor Rat(r) 1.58 0.72 1.25 0.47 2.31 1.55 bir Ekstraksiyon koşulları 1 L 0.1 M NaOH’da 1 g’dı. Tablo 1. Sıvı ticari numunelerden HA ve HFA’nın ekstraksiyonu ve niceliğinde yöntemin hassasiyeti. Ekstraksiyon koşulları 1 L 0.1 M NaOH’da 1 g’dı. Hümsuik maddeler, % Cevki 1 Cevki 2 Cevki 3 Malzeme HFA HA HFA HA HFA HA Temsilci 1 1.75 67.4 1.31 27.01 1.55 8.95 Temsilci 2 1.69 67.63 1.25 27.48 1.41 7.2 Temsilci 3 1.63 67.1 1.27 27.34 1.47 8.35 Temsilci 4 1.77 67.59 1.55 26.89 1.51 7.98 Demek 1.71 67.53 1.35 27.18 1.49 8.12 SD 0.06 0.94 0.14 0.28 0.06 0.73 RSD, % 3.7 1.39 10.33 1.02 4.02 9.02 HorRat(r) 0.99 0.66 2.71 0.42 1.07 3.09 Tablo 2. Humik cevrelerden HA ve HFA ekstraksiyonu ve niceliğinde yöntemin hassasiyeti. Ekstraksiyon koşulları 1 L 0.1 M NaOH’da 1 g örnekti. (Lamar ve ark., 2014’ten alınan veriler) Çoğaltmak Zina HA, % Sk, % Göreli Kurtarma HA, % Göreli Kurtarma HFA’sı, % 1 Hiç kimse 81.61 12.86 2 Hiç kimse 80.16 12.78 1 Yosun 80.21 12.85 2 Yosun 80.72 12.79 99.5 99.6 1 Gübre 80.25 12.98 2 Gübre 79.57 123.77 98.8 101.6 1 Kömür 78.79 12.92 2 Kömür 81.27 12.84 98.9 101.8 1 Pekmez 79.38 12.99 2 Pekmez 81.02 12.72 99.2 100.9 Demek 80.3 12.85 SD 0.885 0.09 0,1 M NaOH’a 2,5 g/L’lik son fa + HA konsantrasyonu eklendi. (Lamar ve ark., 2015’ten alınan veriler) Tablo 3. Zinaların Gascoyne leonarditinden HA ve HFA nicelliği üzerindeki etkisi. (Lamar ve ark., 2015’ten alınan veriler) HA Örnek Kimlik Ayıklanmış, mg Kurtarıldı, mg Kurtarıldı, % 1 24.6 23.7 96.3 2 22.6 19.9 88.1 3 25.2 23.6 93.7 4 22.5 21.5 95.6 5 23.9 21.8 91.2 6 23.2 20.8 89.7 7 24 23.2 96.7 Demek 23.7 22.1 93 SD 1.01 1.52 3.43 RSD, % 4.35 6.88 3.67 (Lamar ve ark., 2014’ten alınan veriler) Tablo 4. HA’nın çivili boşluklardan kurtarılması. (Lamar ve ark., 2014’ten alınan veriler) FA Örnek Kimlik Ayıklanmış, mg Kurtarıldı, mg Kurtarıldı, % 1 19.9 19 95.48 2 23.1 22.9 99.13 3 20.7 19.4 93.72 4 20.5 19.8 96.39 5 20.8 21.6 103.85 6 21.9 20.1 91.78 7 22.7 22.3 98.24 Demek 21.37 20.73 96.94 SD 1.21 1.53 3.95 RSD, % 5.64 7.36 4.07 (Lamar ve ark., 2014’ten alınan veriler) Tablo 5. HFA’nın çivili boşluklardan kurtarılması. (Lamar ve ark., 2014’ten alınan veriler)

Discussion

Bu yöntemde HA’nın çıkarılması ve yalıtılımının ilk adımları nispeten basittir. HFA’nın izolasyonu sütun kromatografisini içerdiğinden, tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek, her adımın ve uygulamanın ayrıntılarına sıkı sıkıya bağlı kalarak gelir. Özellikle, reçinelerin doğru hazırlanması birincil öneme sahiptir. Polimetilmetikakrilat DAX-8 reçinesinin uygun şekilde hazırlanması ve paketlenerek paketlensin. Reçinenin doğru paketlenerek HFA’nın hem verimini hem de kalitesini etkiler. Kanallama varsa, ne ön işlem (yani asitleştirme) ne de HFA adsorpsiyonu tamamlanmaz ve ayırma yanlış sonuçlara yol açar. Numune yüklemeden önce reçinedeki kanallar veya boşluklar gözlenirse, sütun çıkarılmalı ve reçine boncuklarını kanalsız yerleşmelerine izin vererek yeniden dağıtmak için çalkalanmalı ve ardından reçineden temiz DI H2O pompalanarak yeniden paketlenmelidir. Ek olarak, protokolde belirtildiği gibi, FF’yi reçineye yüklerken reçinenin üzerinde bir sıvı hacminin korunması, FF’nin reçineye girmeden önce karışmasını ve daha etkili adsorpsiyonla sonuçlanmasını sağlayacaktır. Güçlü katyon H+-exchange reçinesi (Malzeme Tablosu) için tam rejenerasyon aceleye getirilemez. Na+/H+ değişimi zaman alır ve bu nedenle bu en iyi toplu tedavide yapılır, böylece reçine yeniden asitlenirken karıştırılabilir. DI H2O ile durulama sırasında reçineyi karıştırmak fazla HCl’nin giderilmesine yardımcı olur. Aşırı asidi gidermek için asitlenmiş reçineyi yükseltirken, reçineyi karıştırmak HCl’nin çıkarılmasına yardımcı olun. Asidin 0,7 μS/cm’lik ≤ elektrik iletkenliğine ulaşıldığı noktaya kadar çıkarılması son derece önemlidir. Değilse, HCL HFA ile taşınacaktır.

Son olarak, HFA’yı DAX-8 reçinesinden arındırırken, etkilinin emiciliği atık su emicisine eşit olduğunda, sütunun ek HFA’nın serbest bırakılacağını görmek için birkaç saat oturmasına izin vermek iyi bir uygulamadır. Eğer öyleyse, reçinenin üzerindeki sıvının sararması olarak görülecektir. Bu durumda, ek HFA, etkili/ atık emici absorbanslar tekrar eşit olana kadar devam eden desorpsiyon ile çıkarılabilir.

HFA izolasyonunun dezavantajlarından biri, tüm sürecin zaman alıcı olmasıdır. HFA’nın DAX-8 reçinesinden tamamen arındırılması ve H+exchange reçinesinden tamamen çıkarılması, her ikisi de döner buharlaşma ile azaltılması gereken önemli miktarda HFA ile sonuçlanır. Bu kesinlikle analizde bir darboğaz. Bu süreyi azaltmak için, HFA’nın 0,1 M NaOH yerine aseton kullanarak DAX-8 reçinesinden arındırıldığı önerilmiştir14. Yazarlar, NaOH yerine% 50 asetonun desorbent olarak kullanılmasıyla, benzer bir HFA sonucu elde edildiğini ve DAX-8’in yeterince yenilendiğini ve böylece H+-değişim adımının ortadan kaldırılabileceğini iddia ettiler. Bu değişiklik, üretilen hacmin azalması ve asetonun suya kıyasla daha hızlı döner buharlaşması sonucunda analiz süresinin büyük ölçüde azalmasına neden oldu. Bu değişiklik daha fazla çalışmayı hak ediyor.

Bu yöntem, nemlendirme sürecinden geçen organik maddenin analizi ve turba ve yumuşak kömürler için, sırasıyla turbalama ve hem bezelye hem de kömürleşmenin ileri süreçleri ile sınırlıdır. Humification, ölülerin, özellikle bitki materyalinin, giderek daha fazla recalcitrant substratları tüketen ve değiştiren bir dizi mikrop tarafından ayrıştırıldığı süreçtir. Abiyotik süreçler de ayrışma ve yeniden sentez reaksiyonlarına katılır. Humification sonuçta, HS oluşturan bir dizi moleküler ağırlık ve karbon, oksijen ve hidrojen içeriği oluşturan binlerce molekülün heterojen karışımlarından oluşan nispeten recalcitrant malzemelerin üretimi ile sonuçlanır. HS, tavuslaştırma ve kömürleşme ile daha da değiştirilir. Bu nedenle, bu yöntem kimyasal prosesler tarafından değiştirilmiş bitki malzemeleri için uygun değildir. Örneğin, lignosülfonat yaygın olarak bir HFA zina olarak kullanılır. Lignosulfonat, sülfit hamurlama işleminin bir yan ürünüdür. Bu nedenle, bu malzeme humifikasyon işlemi ile üretilmemiştir. Ek olarak, DAX-8 reçinesine bağlanan birçok madde vardır. Örneğin, DAX-8 reçinesi çözeltiden pestisitleri adsorbe etmek için kullanılmıştır15. Açıkçası, pestisitler HS değildir. Bu nedenle, bir malzemenin DAX-8 reçinesine bağlanması, HFA olduğu iddiasını haklı çıkarmaz. Önkoşullar hem humifikasyonla üretim hem de DAX-8 reçinesine bağlamadır.

HS’nin çeşitli bileşenlerinin farklı uygulamalara katkısı hakkında daha fazla bilgi edinildikçe, HS’yi daha da fraksiyone etmek ve böylece yöntemi buna göre değiştirmek avantajlı hale gelebilir. Var olduğu gibi, yöntem HYFA’yi ölçmez. Bununla birlikte, bu fraksiyonun, örneğin tüm FF’nin saflaştırılmış HFA yerine genellikle tarımsal tedavilerde uygulandığı bitki biyostimülasyonunda da aktivitesi olabilir.

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar, humik ürünler ticaret derneğini (HPTA) bu makalede açıklanan yöntemlerin standardizasyonu ile sonuçlanan çalışmaları finanse etmedeki destekleri için ve ayrıca Lawrence Mayhew ve Dr. Dan Olk ve Paul Bloom’u standardizasyon çalışmaları sırasında teknik destek için kabul etmek istiyor.

Materials

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.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referencias

  1. DiDonato, N., Chen, H., Waggoner, D., Hatcher, P. G. Potential origin and formation for molecular components of humic acids in soils. Geochimica et Cosmochimica Acta. 178, 210-222 (2016).
  2. Waggoner, D. C., Chen, H., Willoughby, A. S., Hatcher, P. G. Formation of black carbon-like and alicyclic aliphatic compounds by hydroxyl radical initiated degradation of lignin. Organic Geochemistry. 82, 69-76 (2015).
  3. Baldock, J. A., Skjemstad, J. O. Role of the soil matrix and minerals in protecting natural organic materials against biological attack. Organic Geochemistry. 31 (7-8), 697-710 (2015).
  4. Kallenbach, C. M., Frey, S. D., Grandy, A. S. Direct evidence for microbial-derived soil organic matter formation and its ecophysiological controls. Nature Communications. 7, 13630 (2016).
  5. Schaeffer, A., Nannipieri, P., Kastner, M., Schmidt, B., Botterweck, J. From humic substances to soil organic matter-microbial contributions. In honour of Konrad Haider and James P. Martin for their outstanding research contributionns to soil science. Journal of Soils Sediments. 15 (9), 1865-1881 (2015).
  6. Stevenson, F. J. . Humus Chemistry: Genesis, Composition, Reactions. 2e. , (1994).
  7. Weber, J., Chen, Y., Jamroz, E., Miano, T. Preface: humic substances in the environment. Journal of Soils and Sediments. 18, 2665-2667 (2018).
  8. Schnitzer, M., Page, A. L., Miller, R. H., Keeny, D. R. Organic matter characterization. Methods of soil analysis, part 2: Chemical and microbiological properties. , 581-594 (1982).
  9. Mehlich, A. Photometric determination of humic matter in soils: A proposed method. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 15 (12), 1417-1422 (1984).
  10. Lamar, R. T., Talbot, K. H. Critical comparison of humid acid test methods. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 50 (15-16), 2309-2322 (2009).
  11. Swift, R. S., Sparks, D. L. Organic matter characterization. Methods of soil analysis, part 3: Chemical methods. , 1011-1069 (1996).
  12. Lamar, R. T., Olk, D. C., Mayhew, L., Bloom, P. R. A new standardized method for quantitation of humic and fulvic acids in humic ores and commercial products. Journal of the AOAC International. 97 (3), 722-731 (2014).
  13. International Organization of Standards. Fertilizers and soil conditioners-Determination of humic and hydrophobic fulvic acids concentrations in fertilizer materials. International Organization of Standards. , (1982).
  14. Liam, L. E., Serben, T., Cano, M. Gravimetric quantification of hydrophobic filmic acids in lignite material using acetone. Journal of the AOAC International. 102 (6), 1901-1907 (2019).
  15. House, W. A., Zhmud, B. V., Orr, D. R., Lloyd, G. K., Irons, G. P. Transportation of pesticides by colloids. Final Report. Institute of Freshwater Ecology. National Environment Research Council. , (1998).

Tags

QuantificationHumic AcidsFulvic AcidsHumate OresDOCHumified MaterialsHumic Substance-containing Commercial ProductsGravimetric AnalysisAsh-free BasisExtraction ProcessMoisture ContentSolid SampleLiquid Material Extraction

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artículo
Lamar, R. T., Monda, H. Quantification of Humic and Fulvic Acids in Humate Ores, DOC, Humified Materials and Humic Substance-Containing Commercial Products. J. Vis. Exp. (181), e61233, doi:10.3791/61233 (2022).
Descargar cita
Reimpresiones y permisos

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image