Name: improving infrared spectroscopy characterization of soil organic matter with spectral subtractions
Uploaded: 2019-01-10T12:30:00
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NaOCl 산화와 박사 Fungai F.N.D. Mukome와 스펙트럼 차감의 다양 한 토론에 닥터 랜디 Southard에서 지도 부탁 드립니다.

1. 치료 비 드리프트 분광학 및 솜 제거에 대 한 토양 준비
<ol><li>< 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.</li>
</ol>2. 솜 화학 산화 제거: NaOCl의 예
<ol><li>혼합 및 pH 측정기로 측정 하는 동안 솔루션에 dropwise 1 M HCl를 추가 하 여 6 %w / v NaOCl ...

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 ?...

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 (즉, 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.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1093">
	<tbody>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:263px;">Nicolet iS50 spectrometer</td>
			<td style="width:180px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:128px;">912A0760</td>
			<td style="width:523px;">infrared spectrometer used to collect spectra</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:263px;">EasiDiff</td>
			<td style="width:180px;">Pike Technologies</td>
			<td style="width:128px;">042-1040</td>
			<td>high throughput sample holder</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:263px;">OMNIC</td>
			<td style="width:180px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:128px;">INQSOF018</td>
			<td>software used to perform subtractions</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">6% v/v sodium hypochlorite</td>
			<td style="width:180px;">Clorox</td>
			<td style="width:128px;">n/a</td>
			<td>generic store-bought bleach for oxidative removal of soil organic matter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Type 47900 Furnace</td>
			<td style="width:180px;">VWR International</td>
			<td style="width:128px;">30609-748</td>
			<td>muffle furnace for ashing soils to removal soil organic matter</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:263px;">VWR Gooch Crucibles, Porcelain&#160;</td>
			<td style="width:180px;">VWR International</td>
			<td style="width:128px;">89038-038</td>
			<td>crucibles for ashing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">VWR Tube 50 mL Sterile CS500&#160;</td>
			<td style="width:180px;">VWR International</td>
			<td style="width:128px;">89004-364</td>
			<td>for sodium hypochlorite</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Forced air oven</td>
			<td style="width:180px;">VWR International</td>
			<td>89511-414</td>
			<td>for drying soils after oxidation and water washes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">VersaStar pH meter</td>
			<td style="width:180px;">Fisher Scientific</td>
			<td>13 645 573</td>
			<td>for measuring pH of oxidation solution</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

improving infrared spectroscopy characterization of soil organic matter with spectral subtractions

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.

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...

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Improving Infrared Spectroscopy Characterization of Soil Organic Matter with Spectral Subtractions

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.

스펙트럼 차감으로 토양 유기 물질의 적외선 분광학 특성 개선

Soil organic matter (SOM) underlies numerous soil processes and functions. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy detects infrared-active organic ...

이 방법은 토양 및 퇴적물과 같은 유기물 및 환경 고체 행렬의 특성화를 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 토양의 유기물질 성분의 해석을 제한하는 토양 스펙트럼의 광물 간섭을 줄일 수 있다는 것입니다. 이 기술의 의미는 퇴적물 및 화석 광물과 같은 토양을 넘어 광물이 지배하는 다른 환경 샘플로 확장됩니다.일반적으로 이 방법에 익숙하지 않은 개인은 최적의 빼기 요인을 결정하는 데 어려움을 겪게 됩니다. 이것은 실험적인 목표에 의해 운영적으로 결정된다는 점을 명심하는 것이 중요합니다. 빼기 계수 값을 탐색할 때 이 점을 염두에 두십시오.내 실험실은 토양 유기 탄소 품질과 관련된 흡수대를 식별하는 주요 목표로 약 10 년 동안 감산 작업을 하고있다. 원래, 우리는 농업 토양에서 토양 탄소의 다른 형태의 제거에 바람 침식의 역할을 연구하고 싶었다. 이 방법의 시각적 데모는 노동 집약적 인 산화 단계와 뺄셈 계수의 조정은 다른 사람들이 이러한 절차를 수행하는 방법을 보고 알 수있는 수행에 의해 몇 가지 연습을 필요로하기 때문에 도움이됩니다.첫째, 스테인레스 스틸 메쉬를 사용하여 토양을 2밀리미터 미만으로 체질합니다. 이에 따라, pH 미터와 혼합 및 측정하면서 용액에 1개의 어금다염 낙하를 추가하여 6%의 하이포염소산 나트륨을 9.5로 조정한다. 50mL 원물 튜브에 체질 토양 4 그램에 pH 9.5 나트륨 hypochlorite의 25 mL을 추가하고 초음파 처리에 의해 혼합.초음파 처리 후, 산화 속도를 높이기 위해 80섭씨 급수 욕조에서 혼합물을 배양하여 15분간 배양한다. 명확한 상신을 얻기 위해 혼합물을 원심 분리합니다. 그런 다음 수동으로 상체를 폐기물 용기에 넣습니다.마지막 산화 단계 후, 토양에 20mL의 탈이온된 물을 넣고 120 RPM에서 수평 셰이커를 사용하여 5분간 섞는다. 4000배 g에서 15분 동안 실온에서 샘플을 원심분리합니다. 필요에 따라 분출병에서 주걱과 탈이온된 물을 사용하여 원심분리관 바닥에서 플라스틱 계량 보트로 토양 펠릿을 옮기습니다.그런 다음 오븐에서 샘플을 섭씨 60도에서 48시간 동안 건조시건조합니다. 토양 샘플이 건조되면 CN 분석기를 사용하여 연소 가스 크로마토그래피를 사용하여 총 유기 탄소 함량을 정량화합니다. 고온 연소에 의한 SOM 제거의 경우 주걱을 사용하여 체질 토양 1~2그램을 도자기 도가니로 측정합니다.그런 다음 머플 로를 사용하여 샘플을 섭씨 550도에서 3시간 동안 가열합니다. 처리되지 않은 토양 샘플을 손 연삭으로 유사한 일관성으로 연마합니다. 이에 따라 이전에 접지된 KBr 샘플을 FTIR 분광계의 샘플 컵에 적재합니다.백그라운드 스펙트럼을 수집하려면 실험을 위한 드롭다운 메뉴를 열고 소프트웨어에서 원하는 실험 수집 방법을 선택합니다. 실험 설정 아이콘을 클릭하여 스펙트럼 획득 매개 변수를 선택합니다. 수집 탭에서 검사 수와 해상도가 실험 목표에 적합한지 확인합니다.변경 내용을 저장하려면 확인을 클릭합니다. 그런 다음 배경 스펙트럼을 수집하려면 배경 아이콘수집을 클릭합니다. 다음으로, 토양 샘플을 샘플 컵에 약간 과충제 지점에 붓고 일관된 하중을 보장하고 표면 거칠기를 최소화합니다.이어서, 표면은 평평한 가장자리를 사용하여 컵의 토양을 매끄럽게 하고, 토양 시료의 높이가 컵의 입술과 함께 플러시되도록 한다. 처리되지 않은 토양 샘플의 스펙트럼을 수집하려면 실험 설정을 클릭합니다. 수집 탭에서 지정된 배경 파일을 선택하고 백그라운드 스펙트럼 파일을 로드합니다.그런 다음 변경 내용을 저장하려면 확인을 클릭합니다. 토양에서 스펙트럼 수집을 시작하려면 샘플을 수집하려면 클릭하십시오. 스펙트럼 뺄셈을 수행하기 위해 소프트웨어 프로그램의 빼기 옵션을 사용하여 피크를 0밖으로 빼고, 빼기 계수를 변경하거나, 대상 광물 피크를 최소화하거나 줄이거나, 선형 기준선을 최대화합니다.처리되지 않은 처리되지 않은 토양 스펙트럼을 동시에 선택하고 빼기 아이콘을 클릭합니다. 선택된 제1 처리되지 않은 토양 스펙트럼은 제2처리토양 스펙트럼이 차감되는 스펙트럼이 될 것이다. 세로 토글 막대와 화살표를 사용하여 빼기 계수를 늘리거나 줄입니다.미리 보기된 빼기 스펙트럼의 변화를 관찰합니다. 마지막으로 추가를 클릭하여 계산된 빼기 스펙트럼을 창에 로드합니다. 고온 재화에 따른 미네랄 밴드의 일반적인 변화는 OH 피크의 손실과 최대 손실 및 격자 실리콘 산소 및 알루미늄 산소 피크의 변화를 포함합니다.토양 A는 고화나트륨 산화에 의해 토양 유기 탄소의 89%를 잃었으며, 재화에 의해 97%에 비해, 재화에 의해 변경된 미네랄 흡광도 특징을 보존하였다. 빼기 요인이 증가함에 따라 미네랄에 해당하는 피크의 흡수도가 감소합니다. 동시에, 알리파틱 CH, 아미데 CN 및 NH, 및/또는 방향족 CC와 같은 유기 기능성 군의 흡수력이 증가합니다.2100에서 1780 파수에서 석영 같은 실리콘 산소를 제로화하면 0.76의 빼기 계수로 달성되지만, 눈에 띄는 W자형 반전은 감산 스펙트럼의 해석을 120파수보다 더 큰 것으로 제한해야 한다는 것을 시사한다.미네랄 레퍼런스 스펙트럼을 과도하게 빼서 aliphatic CH 스트레치를 향상시키고, SOM 특성화와 관련된 대부분의 유기 기능 성 그룹에 대응하는 영역을 포함하여 나머지 스펙트럼을 해석할 수 없게 만듭니다. SOM 제거의 주어진 방법의 경우, 처리되지 않은 토양 스펙트럼에서 덜 눈에 띄지 않거나 결석높은 유기물질 토양의 감산 스펙트럼 사이에 차이가 시각적으로 분명하다. 이 절차를 시도하는 동안 특정 방법 및 특정 샘플에서 제거된 유기물의 양을 확인하는 것과 같은 품질 관리를 수행하는 것이 중요합니다.또한 실험 목표에 대한 적합성에 대한 빼기 계수를 평가하는 것도 중요합니다. 이 절차에 따라 핵 자기 공명 또는 질량 분석과 같은 다른 방법은 토양 유기물 구조에 대한 보완적인 정보를 제공하기 위해 수행 될 수 있습니다. 이 기술은 지속적인 개발로 토양 과학, 지구화학 및 퇴적학 분야의 연구원들이 광물 지배적 인 샘플에서 유기 물질의 기능 그룹 구성을 탐구하는 데 도움이됩니다.이 비디오를 시청한 후에는 토양 샘플에서 유기물을 제거하고 미네랄 흡수력을 빼기 위한 미네랄이 풍부한 기준 스펙트럼을 생성하는 방법에 대한 좋은 이해를 가져야 합니다. 하이산염 나트륨과 같은 산화제와 함께 일하는 것이 위험할 수 있다는 것을 잊지 마십시오. 개인 보호 장비와 같은 예방 조치는 항상이 절차를 수행하는 동안 취해야합니다.

Research

JoVE Journal

Environment

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

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연속의 설계 및 운영<sup&gt; 13</sup&gt; C 및<sup&gt; 15</sup통일 또는 차등을위한&gt; N 레이블 상공 회의소, 대사 및 구조, 식물 동위 원소 라벨링

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

연구

환경과학

Assessment of Labile Organic Carbon in Soil Using Sequential Fumigation Incubation Procedures

순차 훈증 배양 절차를 사용하여 토양으로 불안정 유기 탄소의 평가

Management practices and environmental changes can alter soil nutrient and carbon cycling. Soil labile organic carbon, a readily decomposable C pool, is ...

A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

거싯 Thermogradient 표는 토양 프로세스 식물 성장 평가 및 모니터링을위한 토양 온도를 제어하는

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a ...

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

을 통해 유기 물질 생지 화학을 용해의 이해<em&gt; 현장에서</em&gt; 스트림 생태계에서 영양소 조작을

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

A Lipid Extraction and Analysis Method for Characterizing Soil Microbes in Experiments with Many Samples

많은 샘플을 이용한 실험에서 토양 미생물을 특성화하기위한 지질 추출 및 분석 방법

Microbial communities are important drivers and regulators of ecosystem processes. To understand how management of ecosystems may affect microbial ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor

생산 및 흐름 튜브 반응 기에서 유기 미 립 자 물질의 측정

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber

생산 및 하버드 환경 챔버에 유기 미 립 자 물질의 측정

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric ...

Characterization of Aquatic Biofilms with Flow Cytometry

Cytometry와 수생 Biofilms의 특성

Biofilms are dynamic consortia of microorganism that play a key role in freshwater ecosystems. By changing their community structure, biofilms respond ...

Use of Principal Components for Scaling Up Topographic Models to Map Soil Redistribution and Soil Organic Carbon

토양 재배포 및 토양 유기 탄소를 매핑할 지형 모델 확장에 대 한 주요 부품의 사용

Landscape topography is a critical factor affecting soil formation and plays an important role in determining soil properties on the earth surface, as it ...