JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

سوم يكمن وراء كثير من وظائف التربة والعمليات، ولكن توصيفه بالتحليل الطيفي فتير كثيرا ما يطعن بتداخلات المعدنية. الأسلوب وصف زيادة فائدة تحليل سوم بالتحليل الطيفي فتير بطرح تداخلات المعدنية في أطياف التربة باستخدام تجريبيا الحصول على مرجع المعدنية الأطياف.

Abstract

المواد العضوية في التربة (SOM) يكمن وراء العديد من عمليات التربة ووظائفها. تحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء (FTIR) الطيفي بالكشف عن الأشعة تحت الحمراء نشط سندات العضوية التي تشكل العنصر العضوي للتربة. ومع ذلك، محتوى منخفض نسبيا من المواد العضوية للتربة (عادة < 5% بالكتلة) وتداخل امتصاص من المجموعات الوظيفية العضوية والمعدنية في المنطقة (مير) منتصف الأشعة تحت الحمراء (4,000-400 سم-1) يولد تدخلا كبيرا المهيمنة أبسوربانسيس المعدنية، تحدي أو حتى منع تفسير الأطياف لتوصيف سوم. يمكن تقليل التدخل المعدنية الطيفية الطرح، علاج رياضي وظيفة مخصصة من الأطياف، وتعزيز القرار الطيفية المناطق المقابلة للمجموعات الوظيفية العضوية عن طريق إزالة رياضيا أبسوربانسيس المعدنية. وهذا يتطلب مجموعة مرجع أثري المعدنية، التي يمكن الحصول تجريبيا لنموذج معين من تربة عن طريق إزالة سوم. يتم طرح الطيف مرجع أثري المعدنية من الطيف الأصلية (غير المعالجة) من عينة التربة لإنتاج طائفة تمثل absorbances سوم. وتشمل الطرق الشائعة لإزالة سوم الاحتراق درجات حرارة عالية ('أشينج')، والأكسدة الكيميائية. اختيار طريقة إزالة سوم يحمل اعتبارين اثنين: (1) مقدار سوم إزالة، ومرجع (2) امتصاص التحف المعدنية في الطيف، وهكذا طيف الطرح الناتجة. هذه القضايا المحتملة يمكن، وينبغي، حددت وكمياً لتفادي التفسيرات المضللة أو متحيزة من الأطياف لتشكيل المجموعة الوظيفية العضوية سوم. بعد إزالة سوم، يستخدم العينة الغنية بالمعادن الناتجة لجمع طائفة مرجع معدنية. توجد عدة استراتيجيات لتنفيذ الطرح تبعاً لأهداف تجريبية وخصائص العينة، أبرزها تحديد عامل الطرح. يتطلب الطرح الطيف الناتجة عن تفسير دقيق على أساس المنهجية المذكورة آنفا. للعديد من التربة والعينات البيئية الأخرى التي تحتوي على مكونات معدنية كبيرة، يكون الطرح إمكانات قوية لتحسين توصيف فتير الطيفية لتكوين المواد العضوية.

Introduction

المواد العضوية في التربة (SOM) هو مكونة طفيفة بقداس في معظم عينات التربة ولكن تورط في العديد من الخصائص والعمليات وظائف التربة الكامنة، مثل المغذيات ركوب الدراجات والكربون تنحية من1. وصف تكوين سوم واحدة من عدة طرق لربط تشكيل سوم ودوران مع دور (أدوار) في التربة وظائف2،3. هو أسلوب واحد لوصف تكوين سوم فورييه تحويل الأشعة تحت الحمراء (FTIR) التحليل الطيفي، الذي يوفر الكشف عن المجموعات الوظيفية التي تشكل المواد العضوية في التربة والعينات البيئية الأخرى (مثلاً، الكربوكسيل ج-س، ح ج الاليفاتيه) 4. ومع ذلك، الأداة المساعدة فتير التحليل الطيفي للكشف عن تكوين مجموعة وظيفية سوم هو تحدي العنصر الغالب المعدنية لمعظم أنواع التربة (عادة > 95% الشامل) بسبب أبسوربانسيس غير العضوية القوية التي تشكل تحديا أو تحد بشدة من كشف وتفسير أبسوربانسيس العضوية.

الطرح الطيفي توفر وسيلة لتحسين توصيف فتير الطيفية للمواد العضوية في عينات التربة. طرح أبسوربانسيس المعدنية من الطيف التربة يمكن استخدامها لتعزيز أبسوربانسيس مجموعات الوظيفية العضوية ذات الأهمية في تحليل تكوين سوم

(الشكل 1).

وتشمل مزايا الطرح الطيفي على التحليل الطيفي فتير القياسي (أي، أطياف التربة):

(ط) تحسين القرار والتفسير لعصابات امتصاص العضوية مقارنة بأطياف التربة العادية. على الرغم من أن يمكن أن يؤديها التفسير للعصابات العضوية في التربة الأطياف افتراض أن الاختلافات النسبية في امتصاص نظراً للاختلافات في المجموعات الوظيفية العضوية، وهذا يحد بمقارنات للعينات مع نفس علم المعادن وسوم مرتفعة نسبيا المحتوى، وقد تكون أقل حساسية للتغيرات في العصابات العضوية، حتى تلك تعتبر خالية نسبيا من المعادن (مثل الاليفاتيه تمتد ج-ح)5

(الثاني) تحليل التربة وراء ارتفاع سوم عينات أو مقتطفات التخصيب مسألة العضوية أو الكسور

(ثالثا) تسليط الضوء على التغيرات التي تحدثها علاجات تجريبية من ميسوكوسم إلى الحقل جداول6

وتشمل تطبيقات إضافية من الطرح الطيفية في تحليل فتير سوم مكملة الأوصاف الهيكلية والجزيئية (مثلاً، مطيافية الرنين المغناطيسي النووي، والطيف الكتلي)5،7، التعرف تكوين سوم إزالتها باستخراج أو تجزئة المدمرة8، وتكوين سوم البصمات لأغراض الطب الشرعي9. هذا الأسلوب ينطبق على طائفة واسعة من الخلائط المعدنية العضوية خارج التربة، بما في ذلك الرواسب10، الخث11و12،الفحم13.

هو أظهر إمكانات الطرح الطيفي لتحسين توصيف الطيفية فتير سوم باستخدام أمثلة من إزالة المواد العضوية للحصول على مرجع المعدنية الأطياف، ومن ثم، باستخدام هذه المعادن الرجوع الأطياف، أداء و تقييم الطرح الطيفي المثالية وغير المثالية. ويركز هذه التظاهرة على الانعكاس منتشر تحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء (الانجراف) الأطياف التي جمعت في منطقة منتصف الأشعة تحت الحمراء (مير، 4,000-400 سم-1)، وهذا نهج واسع النطاق لتحليل عينات التربة4.

هي أساليب إزالة سوم المثال اثنين للحصول على طائفة مرجع أثري المعدنية (ط) ارتفاع درجة حرارة الاحتراق ('أشينج') وأكسدة (ثانيا) الكيميائية، استخدام مخفف من تحت كلوريت الصوديوم (ناوكل). تجدر الإشارة إلى أن هذه أمثلة لطرق إزالة سوم العاملين عموما، بدلاً من توصيات إلزامية. طرق أخرى لإزالة سوم قد تقدم انخفاض القطع الأثرية المعدنية و/أو تعزيز إزالة معدلات (مثلاً، أشينج درجات الحرارة المنخفضة)14. أشينج درجة الحرارة العالية كانت واحدة من أولى الطرق المستخدمة للحصول على مرجع أثري المعدنية الأطياف لأداء عمليات الطرح، في البداية للتخصيب أم عينات مستمدة من التربة (مثلاً، المواد العضوية المذابة، القمامة)15، عينات 16 متبوعاً بتطبيقه على الجزء الأكبر من التربة17،18. الأكسدة الكيميائية مثال يستخدم لإزالة سوم يستند إلى أسلوب أكسدة NaOCl وصف أندرسون19. هذا وضعت أصلاً كالمعالجة مسبقة لإزالة المواد العضوية في عينات التربة قبل تحليل حيود الأشعة السينية (XRD)، وقد تم التحقيق في وصفها تجزئة كيميائية محتملة حساسة ل تحقيق الاستقرار سوم20، 21-على حد سواء إزالة ارتفاع درجة الحرارة والأكسدة الكيميائية باستخدام ناوكل يمكن أن تنطوي على القطع الأثرية الخاصة بالتربة وأن القيود المفروضة على تفسير الطيفية التي ينبغي مراعاتها عند اختيار طريقة ل إزالة سوم14، 22.

Protocol

1-إعداد التربة للانجراف غير المعالجة بالتحليل الطيفي وإزالة سوم

  1. منخل التربة إلى < 2 مم باستخدام شبكة الفولاذ المقاوم للصدأ ('الكسر الجميلة من الأرض').
    ملاحظة: تستخدم هذه التظاهرة التربة هما من مادة مشابهة ولكن فرق 3-fold تقريبا في مجموع سوم المحتوى (الجدول 1).

2-سوم الإزالة بواسطة الأكسدة الكيميائية: مثال NaOCl

  1. ضبط الأس الهيدروجيني من 6% w/v ناوكل على درجة الحموضة 9.5 بإضافة 1 M HCl dropwise إلى الحل حين خلط وقياس مع مقياس الأس الهيدروجيني.
    ملاحظة: المبيضات التجارية الأكثر (مثلاً، كلوركس) هي مناسبة في الجودة والتركيز (عادة 3-7% NaOCl v/v) لكن سيكون الرقم الهيدروجيني > 12. كما NaOCl أكسدة المواد العضوية تعتمد على درجة الحموضة، ودرجة الحموضة 9.5 ينصح لاستخدامه مع عينات التربة19،23، من الضروري ضبط الأس الهيدروجيني لمعظم المبيضات المتاحة تجارياً.
  2. إضافة 25 مل NaOCl (6% w/v، pH 9.5) إلى التربة ز 4 (غربلة، تجفف في الهواء) في أنبوب 50 مل المخروطية ومزيج من سونيكاتيون (600 s، وتواتر إخراج 20 كيلوهرتز، قوة 200 واط).
  3. احتضان هذا الخليط في حمام الماء الساخن (15 دقيقة، 80 درجة مئوية) لزيادة معدل الأكسدة.
  4. أجهزة الطرد المركزي الحصول المادة طافية واضحة (مثل15 دقيقة في 4,000 ز × لخشونة التربة محكم؛ ودرجة حرارة الغرفة). يدوياً صب المادة طافية في حاوية نفايات.
    ملاحظة: تركيز ناوكل في المادة طافية (على افتراض متحفظ لا الأكسدة، وهكذا لا يوجد استهلاك NaOCl) هو نفس التبييض المتوفرة تجارياً للاستخدام المنزلي. قد تتطلب الدقيقة ذات نسيج التربة أطول وقت الطرد المركزي (مثلاً، حتى 15-30 دقيقة إضافية) بسرعة الطرد مركزي معينة (مثلاً، 4,000 × ز) الحصول المادة طافية واضحة.
  5. كرر الخطوات من 2.3 و 2.4 مرتين لما مجموعة ثلاث خطوات الأكسدة.
  6. بعد آخر خطوة الأكسدة، إضافة منزوع 20 مل ح2س (dH2س) إلى التربة والمزيج لمدة 5 دقائق باستخدام شاكر أفقي (120 لفة في الدقيقة). أجهزة الطرد المركزي لمدة 15 دقيقة في 000 4 × ز ودرجة حرارة الغرفة. تكرار لما مجموعة ثلاثة علاجات.
  7. باستخدام ملعقة و dH2س من زجاجة بخ حسب الحاجة، استخراج وغسل التربة بيليه من الجزء السفلي من الأنبوب الطرد المركزي في بلاستيك وزن القارب (أو حاوية أخرى مع مساحة سطح عالية). فرن جاف (60 درجة مئوية كحد أقصى، ح 48) إلى حالة الهواء المجفف.
  8. مرة واحدة هو المجففة عينة التربة، قياس محتوى الكربون العضوي الكلي باحتراق الغاز اللوني باستخدام محلل c/N24. حساب إزالة سوم كالفرق في تركيز الكربون العضوي قبل وبعد العلاج الأكسدة.
    ملاحظة: بسبب فقدان المادة العضوية وبنية التربة، التربة سوف تكون عرضه تقشر، لا سيما للتربة ذات المحتوى المنخفض من الرمال. قد يكون من الضروري تطبيق ضغط لطيف و/أو من ناحية طحن لمجانسة إعادة التربة متقشرة. التربة مع الكربون غير العضوي (أي كربونات) تتطلب خطوات إضافية لتحديد كمية الكربون العضوي باحتراق الغاز اللوني25،26.

3. إزالة سوم بالاحتراق ذات درجة الحرارة العالية

  1. ز قياس ~ 1-2 من التربة (غربلة، تجفف في الهواء) في بوتقة خزف باستخدام ملعقة.
  2. الحرارة عند 550 درجة مئوية ح 3 استخدام فرن دثر.
    ملاحظة: هذا أسلوب مثال لإزالة سوم استخدام الاحتراق في درجة حرارة عالية نسبيا. الرجوع إلى مناقشة حول الإجراءات البديلة (مثلاً، درجة الحرارة).

4-الانجراف التحليل الطيفي

ملاحظة: على سبيل المثال، سيتم استخدام برمجيات مطياف فتير المدرجة في الجدول للمواد .

  1. الحصول على الأطياف من التربة غير المعالجة وعينه مرجعية المخصب المعدنية (علاج لإزالة سوم).
    1. إعداد عينات التربة.
      1. تمييع العينات (اختياري).
        1. استخدام الصف التحليلية KBr (أو الملح هاليد الأخرى) المجففة عند 105 درجة مئوية والمخزنة في مجفف لإزالة الرطوبة المتبقية. لعينات التربة، يمكن أن يتحقق تخفيف KBr فعالة في نطاق من 1-33 في المائة، مقابل < 1% للمركبات النقية.
        2. مزيج التربة وشركة KBr لحجم عينة نهائي من 100-400 ملغ. على سبيل المثال، لإضعاف 3%، بلطف طحن 12 ملغ عينة الجافة بملغ 60 من شركة KBr 60 s مع عقيق قذائف الهاون والمدقة. ثم، 'أمثال' ملغ 328 من شركة KBr مجانسة العينة تماما.
        3. استخدام تخفيف المسلسل مع شركة KBr للحصول على نسبة عالية تمييع نهائي (< 1%). إجراء تخفيف تكرار لضمان إمكانية تكرار نتائج، لا سيما وأن استخدام عينات المخفف 101-102 التربة أقل من العينات نظيفة.
      2. طحن عينات التربة المعالجة وغير المعالجة إلى اتساق مماثلة باليد الطحن والنخل (مثلاً، 250 ميكرون استخدام غربال رقم 60).
        ملاحظة: مقارنة لجهة الطحن، وقدر أكبر من الاتساق يسر التشغيل الآلي للمكاتب، لا سيما بالطحن الكرة. بيد أن طحن اليد قد تكون كمية صغيرة نسبيا من التربة المستخدمة في وسائل إزالة (مثلاً، 1-3 ز أشينج بسبب حجم بوتقة) سوم أكثر عملية.
    2. جمع طيف الخلفية.
      1. تحميل عينة من شركة KBr (الأرض بنفس الطريقة كعينات التربة (انظر 4.1.1.2) لمحاكاة الآثار مصفوفة التربة) في كأس عينة أو لوحة جيدا.
        ملاحظة: "الطيف الخلفية" يختلف عن الطيف مرجع أثري المعدنية (انظر 4.1.3) تستخدم للقيام بعمليات الطرح. سيتم استخدام الطيف خلفية بالبرنامج لإزالة الغلاف الجوي وغيره أبسوربانسيس المحيطة أثناء جمع الأطياف في عينات التربة. جميع البرمجيات الوصف الخاصة بالبرنامج الذي تم اختياره، وسيكون من الضروري أن تتكيف مع البرامج الأخرى.
      2. تطهير الدائرة مطياف مع CO2-وح2س-نقيت الهواء (عن طريق مولد غاز تصريف) أو N2 الغاز لتحقيق مزيد من الاتساق في جمع الأحوال. على سبيل المثال، قد تترتب عليه مجموعة من الأطياف تحت الغلاف الجوي المحيط التقلبات الصغيرة في الرطوبة و أول أكسيد الكربون2 التي يمكن أن تتسبب في تغييرات في امتصاص الأطياف.
        ملاحظة: قد مطيافات أحدث المرايا (مثلاً، الذهب، SiC) الذي يمكن أن يساعد على تقليل آثار الرطوبة.
      3. جمع طائفة أساسية استخدام كاشف واقتناء المعلمة الإعدادات نفسها، بما في ذلك فحص عدد ونطاق وافينومبير والقرار، التي سيتم استخدامها لجمع أطياف العينات.
        1. فتح القائمة المنسدلة التجربة وتحديد أسلوب جمع التجريبية المطلوبة (مثلاً، وضع اقتناء).
          ملاحظة: في هذا المثال باستخدام مطياف المختارة (انظر الجدول للمواد)، الأسلوب المختار هو المقصورة الرئيسية iS50.
        2. انقر فوق رمز برنامج الإعداد التجريبية لتحديد معلمات اقتناء الطيفية.
        3. تحت علامة التبويب تجميع ، تحقق من عدد عمليات التفحص والقرار المناسب لأهداف تجريبية؛ على سبيل المثال، إعداد مشترك للاطياف انجراف التربة نظيفة من مسح 128 في القرار-1 4 سم. انقر فوق موافق لحفظ التغييرات.
        4. انقر فوق رمز جمع معلومات أساسية لجمع طائفة أساسية. حفظ الطيف الخلفية لاستخدامها في جمع أطياف التربة (المعالجة وغير المعالجة).
    3. الحصول على الأطياف لعينات التربة.
      ملاحظة: استخدام نفس المعلمات اقتناء لجمع معلومات أساسية وعينه (التربة غير المعالجة، والتربة الغنية بالمعادن) الأطياف. الاختلافات بين أجهزة الكشف في وقت الامتلاك والقرار تشكل المقايضات التي تؤثر على وقت جمع ونوعية الطيفية. أرقام مسح نموذجي للتربة الأطياف تتراوح بين 128-512 بالأشعة. يمكن تقليل عدد المسح الضوئي وبلغ replicates الحصول على رقم فحص إجمالي المستهدف. على سبيل المثال، يمكن جمع اثنين replicates التحليلية-نفس العينة محملة في بئرين منفصلة--استخدام 64 بمسح كل وبلغ ما مجموعة 128 بالأشعة.
      1. تحميل عينة التربة. لضمان تحميل متسقة والتقليل من خشونة السطح، صب العينات في كأس عينة (أو جيدا) إلى نقطة يفعم قليلاً فوق الشفاه أو على حافة الكأس. ثم السلس سطح التربة في كأس استخدام حافة مسطحة (مثلاً، أسلاك شائكة) أن ارتفاع التربة عينة في الكأس دافق بشفة الكأس.
        ملاحظة: بسبب التفاعل بين الأشعة تحت الحمراء مصفوفة مثل التربة في وضع الانعكاس منتشر، يمكن أن تؤثر تحميل عينة الأطياف الانجراف. لا ينبغي تهدأ عينات أو يتعرضون لضغوط للتعبئة الكثافة يمكن أن تؤثر على امتصاص. حجم الجسيمات الدقيقة للعينات يضمن سهولة أكبر في سطح تجانس (انظر 4.1.2.1). اعتماداً على نموذج مطياف وكثافة العينة، وسوف تتراوح كتلة العينة اللازمة لملء فنجان عينة من 300 600 مغ. في حالة الآبار اللوحة، وهذا يتوقف أيضا على حجم جيدا. لوحات مع عدد أكبر من الآبار آبار أصغر، وسيتطلب ذلك أقل عينة. على سبيل المثال، لوحات 96-جيدا قد يشيع قدرا جيدا من ميليلتر 360 بينما لوحات 24-جيدا حجم 3.4 مل جيدا.
      2. جمع أطياف عينات التربة المعالجة وغير المعالجة. ويستخدم الاختيار الأولى التي جمعها الطيف الخلفية سابقا (انظر 4.1.2.3.4). انقر فوق الإعداد التجريبية. ضمن علامة التبويب جمع ، حدد استخدام الخلفية المحدد ملف وتحميل الملف الطيف في الخلفية. انقر فوق موافق لحفظ التغييرات. لبدء جمع الطيفية في التربة، انقر فوق جمع العينة.
        ملاحظة: إعادة تحميل نفس العينة في آبار مختلفة أو كأس العينة لجمع الأطياف نسخ متماثل لحساب تشتت التحف المنتجة بخشونة السطح وتقلب في مصفوفة الكثافة.
  2. القيام بعمليات الطرح الطيفي.
    ملاحظة: يزن عامل الطرح (SF) الدرجة التي يتم طرح absorbances في الطيف مرجع المعدنية من absorbances في وافينومبير المناظرة في طائفة التربة غير المعالجة. للطرح وركزت على تحسين قرار أبسوربانسيس العضوية لتوصيف سوم، من المستحسن للاستفادة بأكملها مير تتيحها مطيافات معظم (مثلاً، 4,000 إلى 650 أو سم 400-1، اعتماداً الكاشف). تصف الخطوات التالية طريقة تجريبية لتحديد سادس. جميع البرمجيات الوصف الخاصة بالبرنامج الذي تم اختياره، وسيكون من الضروري أن تتكيف مع البرامج الأخرى.
    1. صفر إلى الذروة باستخدام خيار الطرح للبرنامج لتغيير عامل الطرح (SF) لتقليل أو الحد من قمم معدنية مستهدفة و/أو قمم المعدنية، و/أو إلى أقصى حد ممكن في أساس خطي14.
    2. في نفس الوقت حدد الأطياف التربة المعالجة وغير المعالجة وانقر على أيقونة استقطاع (مركز أعلى الشاشة)؛ الطيف الأول المحدد (التربة غير المعالجة) سوف تكون الطيف التي سوف تطرح الطيف الثاني (التربة المعالجة).
    3. استخدام تبديل عمودي شريط أو الأسهم لزيادة أو إنقاص سادس (الأيسر من الشاشة). مراقبة التغيرات في الطيف الطرح الذي تمت معاينته.
      1. استخدام هذه الميزة تكرارية لتحديد سادس مناسبة كما هو موضح في نتائج الممثل. تظهر القيمة SF العددية في منتصف شريط تبديل. لضبط قيم مجموعة SF، استخدم أزرار فينير و كوارسير .
    4. انقر فوق إضافة (العلوي الأيسر من الشاشة) لتحميل الطيف الطرح المحسوبة في نافذة.
      ملاحظة: أن غالبية المعادن absorbances ليست خطية مع تركيز في عينات التربة معظم (أن لم يكن كلها)، أنها عادة لا مجدية لإزالة جميع قمم المعدنية. من المستحسن أن قمم المعدنية تعتبر أقل عرضه لانعكاس (مثلاً، مثل الكوارتز، يا سي في سم 2,100-1,780-1)14 كذروة المستهدفة إلى الصفر بضبط سادس.
    5. تفاصيل المنهجية سجل وتقرير عن كيفية تنفيذ الطرح مع تفاصيل كافية للسماح بحساب مستقل من نفس الطيف الطرح من الطيف التربة غير المعالجة، بما في ذلك: (1) منطقة وافينومبير المستخدمة للطرح، (2). SF أو طائفة من SFs المستخدمة، و (3) الذروة (المعدنية) أو المنطقة المستهدفة جي صفر الخروج.
      ملاحظة: اختبارا جيدا لموثوقية الطرح أن يكون ذلك إجراء جديد بنفس المستخدم و/أو بشكل مستقل بمستخدم آخر باستخدام المعلمات الطرح المبلغ عنها.
  3. تفسير الأطياف.
    1. إجراء تفسير الطيفية باستخدام مختلف الموارد المتاحة لتحليل وتفسير الأطياف الطرح الناتجة عن ذلك، القيام بمهام معينة من أبسوربانسيس إلى المجموعات الوظيفية العضوية4.
      ملاحظة: تتضمن الاستخدامات الأخرى للاطياف الطرح التحليل متعدد المتغيرات (مثلاً، تحليل المكونات الرئيسية)، والتنبؤ تشيموميتريك التربة تحليلها27، و أخذ البصمات الطب الشرعي حتى9.

النتائج

طريقة سوم إزالة آثار العملية فضلا عن النظرية لتفسير الأطياف الطرح. على سبيل المثال، المعدنية يمكن أن تظهر التعديلات من أشينج درجة حرارة عالية كخسائر أو المظاهر من القمم و/أو كتحول أو توسيع قمم في الطيف مرجع المعدنية. هذه التحف الطيفية المعرضة لتحدث في مناطق التداخل مع ال?...

Discussion

الطريقة لإزالة سوم يحمل اعتبارين اثنين: إزالة 1) مقدار سوم، ومرجع 2) امتصاص القطع الأثرية المعدنية الناتجة في الطيف. من الممكن لحسن الحظ – ويمكن القول أن من الضروري – لتحديد وكمية هذه المسائل بغية تفادي التفسيرات المنحازة لتكوين سوم من الطيف الطرح الناتجة عن ذلك. ومن الناحية المثالية، سوف ?...

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

ونحن نقدر بتوجيه من الدكتور راندي ساوثارد على أكسدة NaOCl ومناقشات مختلفة من الطرح الطيفي مع الدكتور فونجاي F.N.D. موكومي.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Nicolet iS50 spectrometerThermo Fisher Scientific912A0760infrared spectrometer used to collect spectra
EasiDiffPike Technologies042-1040high throughput sample holder
OMNICThermo Fisher ScientificINQSOF018software used to perform subtractions
6% v/v sodium hypochloriteCloroxn/ageneric store-bought bleach for oxidative removal of soil organic matter
Type 47900 FurnaceVWR International30609-748muffle furnace for ashing soils to removal soil organic matter
VWR Gooch Crucibles, Porcelain VWR International89038-038crucibles for ashing
VWR Tube 50 mL Sterile CS500 VWR International89004-364for sodium hypochlorite
Forced air ovenVWR International89511-414for drying soils after oxidation and water washes
VersaStar pH meterFisher Scientific13 645 573for measuring pH of oxidation solution

References

  1. Schmidt, M. W. I., et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478 (7367), 49-56 (2011).
  2. Masoom, H., et al. Soil Organic Matter in Its Native State: Unravelling the Most Complex Biomaterial on Earth. Environmental Science & Technology. 50 (4), 1670-1680 (2016).
  3. 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).
  4. Parikh, S. J., Goyne, K. W., Margenot, A. J., Mukome, F. N. D., Calderón, F. J. . Advances in Agronomy. 126, 1-148 (2014).
  5. Margenot, A. J., Calderón, F. J., Magrini, K. A., Evans, R. J. Application of DRIFTS, 13C NMR, and py-MBMS to Characterize the Effects of Soil Science Oxidation Assays on Soil Organic Matter Composition in a Mollic Xerofluvent. Applied Spectroscopy. 71 (7), 1506-1518 (2017).
  6. Calderón, F. J., Benjamin, J., Vigil, M. F. A Comparison of Corn (Zea mays L.) Residue and Its Biochar on Soil C and Plant Growth. PLoS ONE. 10 (4), e0121006 (2015).
  7. Veum, K., Goyne, K., Kremer, R., Miles, R., Sudduth, K. Biological indicators of soil quality and soil organic matter characteristics in an agricultural management continuum. Biogeochemistry. 117 (1), 81-99 (2014).
  8. Cheshire, M. V., Dumat, C., Fraser, A. R., Hillier, S., Staunton, S. The interaction between soil organic matter and soil clay minerals by selective removal and controlled addition of organic matter. European Journal of Soil Science. 51 (3), 497-509 (2000).
  9. Cox, R., Peterson, H., Young, J., Cusik, C., Espinoza, E. The forensic analysis of soil organic by FTIR. Forensic science international. 108 (2), 107-116 (2000).
  10. Padilla, J. E., et al. Diffuse-reflectance mid-infrared spectroscopy reveals chemical differences in soil organic matter carried in different size wind eroded sediments. Aeolian Research. 15, 193-201 (2014).
  11. Artz, R. R. E., et al. FTIR spectroscopy can be used as a screening tool for organic matter quality in regenerating cutover peatlands. Soil Biology and Biochemistry. 40 (2), 515-527 (2008).
  12. Painter, P. C., Coleman, M. M., Jenkins, R. G., Walker, P. L. Fourier transform infrared study of acid-demineralized coal. Fuel. 57 (2), 125-126 (1978).
  13. Painter, P. C., Snyder, R. W., Pearson, D. E., Kwong, J. Fourier transform infrared study of the variation in the oxidation of a coking coal. Fuel. 59 (5), 282-286 (1980).
  14. Margenot, A. J., Calderón, F. J., Parikh, S. J. Limitations and Potential of Spectral Subtractions in Fourier-Transform Infrared Spectroscopy of Soil Samples. Soil Science Society of America Journal. 80 (1), 10-26 (2015).
  15. Chefetz, B., Hader, Y., Chen, Y. Dissolved Organic Carbon Fractions Formed during Composting of Municipal Solid Waste: Properties and Significance. Acta hydrochimica et hydrobiologica. 26 (3), 172-179 (1998).
  16. Haberhauer, G., Rafferty, B., Strebl, F., Gerzabek, M. H. Comparison of the composition of forest soil litter derived from three different sites at various decompositional stages using FTIR spectroscopy. Geoderma. 83 (3), 331-342 (1998).
  17. Sarkhot, D. V., Comerford, N. B., Jokela, E. J., Reeves, J. B., Harris, W. G. Aggregation and Aggregate Carbon in a Forested Southeastern Coastal Plain Spodosol. Soil Sci. Soc. Am. J. 71 (6), 1779-1787 (2007).
  18. Calderón, F. J., Reeves, J. B., Collins, H. P., Paul, E. A. Chemical Differences in Soil Organic Matter Fractions Determined by Diffuse-Reflectance Mid-Infrared Spectroscopy. Soil Sci Soc. Am. J. 75 (2), 568-579 (2011).
  19. Anderson, J. U. An improved pretreatment for mineralogical analysis of samples containing organic matter. Clays and Clay Minerals. 10 (3), 380-388 (1963).
  20. Zimmermann, M., Leifeld, J., Abiven, S., Schmidt, M. W. I., Fuhrer, J. Sodium hypochlorite separates an older soil organic matter fraction than acid hydrolysis. Geoderma. 139 (1-2), 171-179 (2007).
  21. Aoyama, M. DRIFT spectroscopy combined with sodium hypochlorite oxidation reveals different organic matter characteristics in density-size fractions of organically managed soils. Canadian Journal of Soil Science. , 1-11 (2016).
  22. Reeves, J. B. Mid-infrared spectral interpretation of soils: Is it practical or accurate?. Geoderma. 189, 508-513 (2012).
  23. Cavallaro, N., McBride, M. B. Effect of selective dissolution on charge and surface properties of an acid soil clay. Clays clay miner. 32, 283-290 (1984).
  24. Yeomans, J. C., Bremner, J. M. Carbon and nitrogen analysis of soils by automated combustion techniques. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 22 (9-10), 843-850 (1991).
  25. Harris, D., Horwáth, W. R., van Kessel, C. Acid fumigation of soils to remove carbonates prior to total organic carbon or CARBON-13 isotopic analysis. Soil Science Society of America Journal. 65 (6), 1853-1856 (2001).
  26. Wang, X., Wang, J., Zhang, J. Comparisons of Three Methods for Organic and Inorganic Carbon in Calcareous Soils of Northwestern China. PLOS ONE. 7 (8), e44334 (2012).
  27. Kamau-Rewe, M., et al. Generic Prediction of Soil Organic Carbon in Alfisols Using Diffuse Reflectance Fourier-Transform Mid-Infrared Spectroscopy. Soil Sci. Soc. Am. J. 75 (6), 2358-2360 (2011).
  28. Margenot, A. J., Calderón, F. J., Bowles, T. M., Parikh, S. J., Jackson, L. E. Soil Organic Matter Functional Group Composition in Relation to Organic Carbon, Nitrogen, and Phosphorus Fractions in Organically Managed Tomato Fields. Soil Science Society of America Journal. 79, 772-782 (2015).
  29. Yeasmin, S., Singh, B., Johnston, C. T., Sparks, D. L. Evaluation of pre-treatment procedures for improved interpretation of mid infrared spectra of soil organic matter. Geoderma. 304 (Supplement C), 83-92 (2017).
  30. Yeasmin, S., Singh, B., Johnston, C. T., Sparks, D. L. Organic carbon characteristics in density fractions of soils with contrasting mineralogies. Geochimica et Cosmochimica Acta. 218 (Supplement C), 215-236 (2017).
  31. Farmer, V. C. Effects of grinding during the preparation of alkali-halide disks on the infra-red spectra of hydroxylic compounds. Spectrochimica Acta. 8 (6), 374-389 (1957).
  32. Reeves, J. B., Smith, D. B. The potential of mid- and near-infrared diffuse reflectance spectroscopy for determining major- and trace-element concentrations in soils from a geochemical survey of North America. Appl Geochem. 24 (8), 1472-1481 (2009).
  33. Guillou, F. L., et al. How does grinding affect the mid-infrared spectra of soil and their multivariate calibrations to texture and organic carbon?. Soil Research. 53 (8), 913-921 (2015).
  34. Stumpe, B., Weihermüller, L., Marschner, B. Sample preparation and selection for qualitative and quantitative analyses of soil organic carbon with mid-infrared reflectance spectroscopy. European Journal of Soil Science. 62 (6), 849-862 (2011).
  35. Barthès, B. G., Brunet, D., Ferrer, H., Chotte, J. -. L., Feller, C. Determination of Total Carbon and Nitrogen Content in a Range of Tropical Soils Using near Infrared Spectroscopy: Influence of Replication and Sample Grinding and Drying. J Near Infrared Spectrosc. 14 (5), 341-348 (2006).
  36. Nduwamungu, C., Ziadi, N., Tremblay, G. F., Parent, L. -. &. #. 2. 0. 1. ;. Near-Infrared Reflectance Spectroscopy Prediction of Soil Properties: Effects of Sample Cups and Preparation. Soil Science Society of America Journal. 73 (6), 1896-1903 (2009).
  37. Nguyen, T., Janik, L. J., Raupach, M. Diffuse reflectance infrared Fourier transform (DRIFT) spectroscopy in soil studies. Soil Research. 29 (1), 49-67 (1991).
  38. Essington, M. E. . Soil and Water Chemistry: An Integrative Approach. , (2004).
  39. Reeves, J. B., Francis, B. A., Hamilton, S. K. Specular Reflection and Diffuse Reflectance Spectroscopy of Soils. Applied Spectroscopy. 59 (1), 39-46 (2005).
  40. Thermo Scientific. . OMNIC User's Guide. , (2006).
  41. Frost, R. L., Vassallo, A. M. The dehydroxylation of the kaolinite clay minerals using infrared emission spectroscopy. Clays and Clay Minerals. 44 (5), 635-651 (1996).
  42. Prasad, P. S. R., et al. In situ FTIR study on the dehydration of natural goethite. Journal of Asian Earth Sciences. 27 (4), 503-511 (2006).
  43. Suitch, P. R. Mechanism for the Dehydroxylation of Kaolinite, Dickite, and Nacrite from Room Temperature to 455°C. Journal of the American Ceramic Society. 69 (1), 61-65 (1986).
  44. Ernakovich, J. G., Wallenstein, M. D., Calderón, F. J. Chemical Indicators of Cryoturbation and Microbial Processing throughout an Alaskan Permafrost Soil Depth Profile. Soil Sci. Soc. Am. J. , (2015).
  45. Suarez, M. D., Southard, R. J., Parikh, S. J. Understanding Variations of Soil Mapping Units and Associated Data for Forensic Science. Journal of Forensic Sciences. , (2015).
  46. Kaiser, M., Ellerbrock, R. H., Gerke, H. H. Long-term effects of crop rotation and fertilization on soil organic matter composition. European Journal of Soil Science. 58 (6), 1460-1470 (2007).
  47. Janik, L. J., Merry, R. H., Skjemstad, J. O. Can mid infrared diffuse reflectance analysis replace soil extractions?. Australian Journal of Experimental Agriculture. 38 (7), 681-696 (1998).
  48. Adegoroye, A., Uhlik, P., Omotoso, O., Xu, Z., Masliyah, J. A comprehensive analysis of organic matter removal from clay-sized minerals extracted from oil sands using low temperature ashing and hydrogen peroxide. Energy & Fuels. 23 (7), 3716-3720 (2009).
  49. Mikutta, R., Kleber, M., Jahn, R. Poorly crystalline minerals protect organic carbon in clay subfractions from acid subsoil horizons. Geoderma. 128 (1-2), 106-115 (2005).
  50. Siregar, A., Kleber, M., Mikutta, R., Jahn, R. Sodium hypochlorite oxidation reduces soil organic matter concentrations without affecting inorganic soil constituents. European Journal of Soil Science. 56 (4), 481-490 (2005).
  51. von Lützow, M., et al. SOM fractionation methods: Relevance to functional pools and to stabilization mechanisms. Soil Biology and Biochemistry. 39 (9), 2183-2207 (2007).
  52. Margenot, A. J., Calderón, F. J., Magrini, K. A., Evans, R. J. Application of DRIFTS, 13C NMR, and py-MBMS to Characterize the Effects of Soil Science Oxidation Assays on Soil Organic Matter Composition in a Mollic Xerofluvent. Applied Spectroscopy. , 0003702817691776 (2017).
  53. Rumpel, C., et al. Alteration of soil organic matter following treatment with hydrofluoric acid (HF). Organic Geochemistry. 37 (11), 1437-1451 (2006).
  54. Sanderman, J., et al. Is demineralization with dilute hydrofluoric acid a viable method for isolating mineral stabilized soil organic matter?. Geoderma. 304 (Supplement C), 4-11 (2017).
  55. Hirschfeld, T., McClure, G. L. . Computerized Quantitative Infrared Analysis. , 169-179 (1987).
  56. Joussein, E., et al. Halloysite clay minerals - a review. Clay Minerals. 40 (4), 383-426 (2005).
  57. Smith, B. C. . Fundamentals of Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Second Edition. , (2011).
  58. Weis, D. D., Ewing, G. E. Absorption Anomalies in Ratio and Subtraction FT-IR Spectroscopy. Anal. Chem. 70, 3175 (1998).
  59. Reeves, J. B., McCarty, G. W., Calderon, F., Hively, W. D., Franzluebbers, A. J., Follett, R. F. . Managing Agricultural Greenhouse Gases. , 345-366 (2012).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

143 SOM FTIR

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved