SOM pek çok toprak işlevler ve işlemleri altında yatan ancak onun karakterizasyonu FTIR spektroskopisi tarafından genellikle mineral etkileşimler tarafından reddedilmiştir. Açıklanan yöntemi SOM analiz yardımcı programını kullanarak toprak spectra içinde mineral etkileşimler ampirik olarak elde edilen mineral başvuru spectra çıkararak FTIR spektroskopisi tarafından artırabilirsiniz.
Toprağın organik madde (SOM) altında yatan çok sayıda toprak süreçleri ve fonksiyonlar. Fourier transform Infrared (FTIR) spektroskopisi topraklar organik bileşen teşkil kızılötesi-aktif organik bağları algılar. Ancak, toprak (yaygın olarak < %5 oranında kitle) nispeten düşük organik madde içeriği ve mineral ve organik fonksiyonel gruplar (4.000-400 cm-1) orta-kızılötesi (MIR) bölgesinde absorbans çakışma tarafından baskın önemli girişim doğurur mineral absorbances, zor ya da bile spectra SOM karakterizasyonu için yorumlanması engelliyor. Spektral subtractions, spectra, post-hoc matematik tedavisinde mineral girişim küçültmek ve spektral bölgelerin matematiksel olarak mineral absorbances kaldırarak organik fonksiyonel gruplar için karşılık gelen çözünürlük geliştirmek. Bu ampirik olarak verilen toprak örneği için som kaldırarak elde edilebilir bir mineral zenginleştirilmiş başvuru spektrum gerektirir Mineral zenginleştirilmiş başvuru spektrum SOM absorbances temsil eden bir spektrum üretmek için toprak örneği özgün (işlenmemiş) spektrum çıkarılır. Ortak SOM kaldırma yöntemleri yüksek sıcaklık yanma (‘yakma’) ve kimyasal oksidasyon içerir. SOM kaldırma yönteminin seçimi taşıyan iki konuları: (1) SOM miktarını kaldırıldı ve mineral (2) absorbans aktarımında referans spektrum ve böylece sonuç çıkarma spektrum. Bu olası sorunları ve olmalı tespit ve spectra som organik fonksiyonel grubu bileşimi için safsata ya da önyargılı yorumlarını önlemek için sayısal SOM Temizleme elde edilen mineral zenginleştirilmiş örnek bir mineral başvuru spektrum toplamak için kullanılır. Subtractions bağlı olarak deneysel hedefleri ve örnek özellikleri, en önemlisi çıkarma faktör tayini gerçekleştirmek için çeşitli stratejiler vardır. Sonuç çıkarma spektrum dikkatli yorumu söz konusu Yöntembilimi’ne dayalı gerektirir. Pek çok toprak ve önemli mineral bileşenleri içeren çevre diğer örnekler için subtractions organik madde kompozisyon FTIR spektroskopik karakterizasyonu geliştirmek için güçlü potansiyeline sahiptir.
Toprağın organik madde (SOM) çoğu toprak örnekleri kütle tarafından küçük bir kurucu olduğunu ama birden fazla özelliklerinde karıştığı ve temel alınan toprak işlevler, besin bisiklet ve karbon tutma1gibi işler. SOM bileşimi karakterize SOM oluşumu ve ciro toprak işlevleri2,3, rolleri ile bağlamak için birkaç yaklaşım biridir. SOM kompozisyon karakterize bir toprak ve diğer çevresel örnekleri (Örneğin, karboksil C-O, alifatik C-H) organik madde teşkil fonksiyonel grupların tespiti sunan Fourier transform Infrared (FTIR) spektroskopisi, yöntemidir 4. ancak, FTIR spektroskopisi SOM fonksiyonel grup kompozisyon ifşa için yeni topraklar çoğunluğu için baskın mineral bileşeni tarafından meydan (genellikle > %95 kitle) meydan güçlü inorganik absorbances nedeniyle veya ciddi bir şekilde algılama ve organik absorbances yorumunun sınırı.
Spektral subtractions toprak örnekleri organik madde FTIR spektroskopik karakterizasyonu geliştirmek için bir yol sunar. Toprak spektrum üzerinden mineral absorbances çıkarılarak absorbances organik fonksiyonel grupların ilgi SOM kompozisyon analizi geliştirmek için kullanılabilir
(Şekil 1).
Standart FTIR spektroskopisi (yani, toprak spectra) üzerinden spektral subtractions avantajları şunlardır:
(i) geliştirilmiş çözünürlük ve normal toprak spectra göre organik absorbans bantları yorumlanması. Organik fonksiyonel grupların farklılıkları nedeniyle absorbans göreceli farklılıklar olduğu varsayımıyla organik toprak spectra bantlarında yorumlanması tarafından yapılabilir rağmen bu karşılaştırmalar örnekleri ile aynı mineraloji ve nispeten yüksek SOM sınırlar içerik ve nispeten maden-Alerjik olmak organik bantlarında, hatta bu kabul değişikliklere daha az duyarlı olabilir (Örneğin alifatik C-H stretch)5
(ii) yüksek SOM örnekleri veya organik madde zenginleştirilmiş özleri veya kesir ötesinde toprak Analizi
(iii) alanına mesocosm üzerinden deneysel tedaviler tarafından indüklenen değişiklikleri vurgulama6 ölçekler
SOM FTIR Analizi spektral subtractions ek uygulamalar arasında yapısal ve Moleküler Karakterizasyonu (Örneğin, NMR spektroskopisi, kütle spektrometresi)5,7, tamamlayıcı belirlenmesi bir ayıklama veya yıkıcı ayırma8ve adli amaçlı9Parmakizi SOM kompozisyon tarafından kaldırıldı SOM bileşimi. Bu yöntem çok çeşitli toprak, tortu10, turba11ve kömür12,13gibi ötesinde Organik mineral karışımlar için geçerlidir.
SOM FTIR spektroskopik karakterizasyonu geliştirmek için spektral subtractions potansiyelini mineral başvuru spectra elde etmek için organik madde kaldırma örnekleri kullanarak gösterilmiştir ve sonra bu maden kullanarak başvurusu spectra, performans ve ideal ve ideal olmayan spektral subtractions değerlendirilmesi. Bu gösteri kızılötesi Fourier dönüşümü (DRIFT) spectra bu toprak örnekleri4analizi için yaygın bir yaklaşım olarak (MIR, 4.000-400 cm-1), orta-kızılötesi bölgede toplanan dağınık yansıma üzerinde duruluyor.
Bir maden zenginleştirilmiş başvuru spektrum elde etmek için SOM kaldırma iki örnek yöntemleri (i) yüksek sıcaklık yanma (‘yakma’) ve (ii) kimyasal oksidasyon, seyreltik sodyum hipoklorit (NaOCl) kullanarak vardır. Bu unutulmamalıdır ki bunlar kuralcı önerileri yerine yaygın istihdam SOM çıkarma yöntemleri örnekleri vardır. SOM kaldırma diğer yöntemleri azaltılmış mineral eserler sunabilir ve/veya gelişmiş kaldırma oranları (Örneğin, düşük sıcaklık renkte)14. Yüksek sıcaklık renkte olduğunu subtractions, başlangıçta OM zenginleştirilmiş örnekleri için performans (Örneğin, çözünmüş organik madde, çöp) toprak türetilmiş için mineral zenginleştirilmiş başvuru spectra elde etmek için kullanılan ilk yöntemlerden birini15, toprak toplu olarak uygulama tarafından takip 16 örnekleri17,18. SOM kaldırmak için kullanılan örnek kimyasal oksidasyon Anderson19tarafından açıklanan NaOCl oksidasyon yöntemini temel alır. Bu was orijinal gelişmiş-x-ışını kırınım (XRD) analiz önce toprak örnekleri içinde organik madde kaldırmak için bir ön olarak ve olası kimyasal ayırma SOM sabitleme20‘ ye, duyarlı olarak araştırıldı 21. hem yüksek sıcaklık kaldırma ve kimyasal oksidasyon NaOCl kullanarak toprak özgü eserler yol açmak ve SOM kaldırma14, bir yöntem seçerken dikkat edilmesi gerekenlerin spektral yorumu üzerinde kısıtlamalar bulunmaktadır 22.
SOM kaldırma yöntemi iki konuları taşır: 1) SOM miktarını kaldırıldı ve elde edilen mineral aktarımında 2) absorbans başvuru spektrum. Neyse ki mümkündür — ve tartışmalı gerekli — tanımlamak için ve miktar bunlar sorunları SOM kompozisyon sonuç çıkarma spektrum üzerinden önyargılı Yorumları önlemek için. İdeal olarak, spektral subtractions ‘saf’ som bir spektrum vermeye salt mineral başvuru spektrum almazdı Gerçekte, sonuç çıkarma spektrum Gelişmiş orijinal (işlenmem…
The authors have nothing to disclose.
Dr. Randy Southard rehberliğinde NaOCl oksidasyon ve spektral subtractions Dr Fungai F.N.D. Mukome ile çeşitli tartışmalar için teşekkür ederiz.
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 |