Name: combined size and density fractionation of soils for investigations of organo-mineral interactions
Uploaded: 2019-02-15T13:30:00
Duration: 8 min 38 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions at JoVE.com

פיתוח שיטה זו נתמכה על ידי d'Investissement פונד (FINV) של פקולטה של מדעי-אוניברסיטת לוזאן. אנו להכיר המועצה הארצית אוגנדה לענייני מדע, טכנולוגיה אוגנדה חיות בר סמכות למתן אותנו הרשאה לאסוף דגימות מחקר. המחברים עוד רוצים להודות פרופסור תיירי Adatte עבור ניתוחים CHN, XRD. אנחנו אסירי תודה על פרופסור אריקה מרין-Spiotta למתן הכשרה ראשונית צפיפות קלאסית fractionation אנו מודים גם מנהל מעבדה Monbaron יהיה על הסיוע באבטחת אספקה וציוד.

המחברים אין לחשוף.

ההצלחה של ניסויים CSDF צירים על הבחירה של פרמטרים מתאימים עבור פעולת השירות, כך שברים של הרכב יחסית הומוגנית עשוי להיות מבודדים. שיקולים מרכזיים בבחירה של פרמטרים fractionation נדונים להלן.
FLF מייצג חומר אורגני אשר אינטראקציה עם מינרלים היא מזערית. מיצוי של השבר הזה הוא עדין, מאחר ערבוב של אדמה עם הפתרון צפוף עשוי כבר הפרידה קצת macroaggregates. עם זאת, ישנם סימנים חומר אורגני נוכח macroaggregates שעשויים להיות דומה יותר fLF stricto. שאתה מאשר את oLF שפורסמו על ידי חומר בעל אנרגיה גבוהה sonication18. יש מחברים יש אפילו הציע צעד sonication אנרגיה נמוכה כדי לבודד את מאגר בחינם, חלש אינטראקציה-מינרליים חומר אורגני, כינה 'אינטרה-צבירה ואלכסנדר', iPOM54.
עבור שחרורו של חומר אורגני occluded, טכניקות שונות קיימים כדי לשבש את אדמת אגרגטים. הנפוצים הם sonication, עצבנות עם חרוזי זכוכית ושימוש dispersants כימי-33,-62,-63. Sonication נבחר כאן כי פלט האנרגיה יכול להיות נשלט דק, הוא האמין לפיזור אחיד פחות או יותר במדגם. מאת מסלק את הצורך להשתמש dispersants כימי, sonication עלול להחשב בתור משמר יחסית לכיוון דשן אורגני מינרלי מתחמי22,33. השלב פיזור, לעומת זאת, נשאר אחד של פעולות העדינים ביותר. מצד אחד, פיזור חלש יעזבו מצרפי ללא פגע, עלול להוביל ניטראלים מבחינת hF SOC; מצד שני, צעד פיזור מאוד נמרצת עלול לגרום חלוקה מחדש של SOC לאורך השברים על ידי הרס חלקי של מתחמי דשן אורגני מינרלי. אגודות חול אורגני חלש יכול להיות פגיעים במיוחד לתהליך זה. מאז סגר בתוך השטח וספיחה אגרגטים תהליכים המתרחשים לאורך הרצף2, אין פתרון מושלם קיימת. לכן, רמת האנרגיה של sonication צריך להיות מותאם בהרהור על פי המאפיינים קרקע. קייזר, Berhe64 פרסמו סקירה מאוד מועיל כי מציע אסטרטגיה כדי למזער את חפצי הנגרמת על ידי אולטרסאונד, כאשר פיזור קרקעות.
דיווח sonication אנרגיות נע בין 60 ל 5,000 J·mL-1. מספר קבוצות המחקר דיווחו על כך 100 J·mL-1 יכול להספיק להשמיד את macroaggregates ומעוררים ביעילות בנוטריינטים החולי, בעוד 500 J·mL-1 להשמיד את microaggregates גדולים ומספקים פיזור סביר של תגובתי קרקעות63,65,66,67,68. במזימות fractionation הפיזי, פיזור מלא של טין, אגרגטים בגודל של קליי לא יהיה נחוץ, מאחר מנגנון הגנה הוא עשוי להפוך להבחין מגניחותיה מייצב sorptive בטווחים אלה גודל. מטרה סבירה של פיזור לפני fractionation גודל או צפיפות ייתכן לשבש מאקרו-(> 250 מיקרומטר) ו אגרגטים גדולים מיקרו-(מיקרומטר > 53). האנרגיות של 100 J·mL-1 (חולי קרקעות) כדי 200 J·mL-1 (קרקעות שהצטברה) עשוי להיות הבחירות המתאימה. אנרגיה של 200 J·mL-1 כבר תוכל לחלץ את חלק של מטבוליטים מיקרוביאלית (כביכול מינרליים הקשורים)69, ולכן השימוש של אנרגיות גבוהות יותר sonication צריך להיות כפוף התראה. עם זאת, קרקעות mineralogically מגיב עם אגרגטים cemented יכול לדרוש J·mL עד 500-1 כדי לפזר. זה חיוני כי פיזור האנרגיה ניתן לכוונן להתאים לכל סוג הקרקע, כמו גם ללמוד מטרות. לבסוף, חשוב לזכור כי גם לאחר פיזור קולי שלמה לכאורה, בגודל של קליי microaggregates צפויים להימשך70.
קושי עם הרמוניה טכניקות גופניות fractionation שוכן הטרוגניות נמצאו בקרקעות, בפרט בהרכב המינרלים שלהם. הבחירה של פתרונות צפופה צריך להיעשות על סמך ידועות או להסיק מינרלוגיה אדמה, עם המטרה הסופית לבודד שברים אשר הם כמו הומוגניות ככל האפשר.
במאמר, הפתרון צפופה בשימוש היה SPT - pH 371,72. ה-pH נמוך מזעור הפסדים של תרכובות אורגניות מסיסים. עם זאת, ניתן לבצע צפיפות fractionation עם פתרונות שונים צפופה. מבחינה היסטורית, נוזלים אורגניים היו בשימוש (tetrabromoethane, tetrachloromethane), אך ננטשו בהדרגה-הרווח של מלחים אורגניים (סודיום יודיד, SPT) בשל הרעילות של פחמימנים הלוגניים, זיהום הטבועה של אדמה אורגניקס. כיום, SPT היא הפתרון המועדף כי צפיפות שלה ניתן להתאים בין 1.0 ל 3.1 g·cm-3, זה יכול להיות ממוחזרים ויש לו רעילות נמוכה (אלא אם כן בלע)22,50. היצרנים העיקריים מציעים ציונים בטווח של SPT שונות ברמת זיהום פחמן וחנקן. עבור צפיפות fractionation של קרקעות, מומלץ הציון הטהורה ביותר, במיוחד אם השברים שינותח עבור הרכב איזוטרופי.
פתרון של צפיפות 1.6 g·cm-3 בסגנון קלאסי שימש כדי להפריד בין אור אורגני של שברים הקשורים מינרליים - ראה לדוגמה Golchin et al.21. בעוד יש מחברים הראו כי צפיפות של 1 g·cm-3 (מים) יכול להיות מספיק כדי לחלץ את רוב שבר קל73,74, לאחרים יש המוצע גבוה יותר צפיפות גזור-offs כגון 1.62 או 1.65 g·cm-3 המבוסס על הרעיון כי מספר רכיבים אורגניים יכול להראות צפיפויות עד75, 33,-3 g·cm 1.6076. צפיפות גבוהה כמו 1.85 g·cm-3 אפילו היו מועסקים50. בעת בחירת צפיפות להפריד אור שברים כבד, יודגש כי אין פתרון מושלם קיים. אכן, להקטין הסיכון צפיפויות וייחסו כמה אורגניקס 'אור' כדי שברים כבד, תוך סיכון גבוה יותר של צפיפויות, כולל מינרלים מסוימים לתוך האור שברים. שניתן לאתר את האפקט האחרון הזה כאשר התבוננות פחמן של שברים אור, עם % SOC נמוכים מ- 40-45% המציינת מידה מסוימת של המינרלים זיהום.
עבור שברים כבד, ניתוח ראשוני כגון XRD יכולה לספק תובנות מינרלוגיה הנפח לטעום60 ו לעזור להגדיר את צפיפות גזור-offs יכולת הבחנה בין המינרלים המרכיבים העיקריים של קרקע, נזכור גבוה אורגני loadings להוריד את הצפיפות של המינרל בהשוואה לערך התיאורטי שלו. באופן דומה, גודל החלקיקים לפרידה,77,ניתוח רקמתי78 יכולה לעזור להגדיר מגבלות המתאים. גודל החלקיקים ההפרדה הוא תוספת אטרקטיביים במיוחד צפיפות פשוטה fractionation בכל פעם fractionation רציפים צפיפות קשה. זהו המקרה למשל קרקעות המכיל כמויות גדולות של oxyhydroxides נמוך-פעילות חרסיות, אשר התוצאה לדוגמה פיזור ולמנוע הפרדות ברור נוזלים כבד. צעד גודל החלקיקים הפרדה מסומן גם להפרדת המינרלים של צפיפות דומה אבל בגדלים שונים (למשל, קוורץ, איליט).
יוני הסידן חינם יגיבו SPT כדי ליצור metatungstate Ca קשי תמס. ההליך ולכן אינו מתאים עבור קרקעות אלקליין המכיל כמויות גדולות של גבישי לקוי, pedogenic פחמתי. כמויות קטנות של תגובתיות נמוכה פחמתי לא יפריעו fractionation כל עוד הדגימות נותרו לא בקשר עם SPT במשך זמן רב מדי. פוחת משקעים metatungstate רשות אישורים יוביל ניטראלים של שבר ההמונים. אם הסימולטור הן פועלות מנתח היסודות C ריכוז, שיגלו את הבעיה אך fractionation ייחשף.
בנוסף אלו קשיים טכניים, המגבלה הבסיסית של CSDF (או של כל ערכת fractionation הפיזי) נובע מהעובדה כי מינרלים תגובתי בקרקעות מתרחשות לעיתים נדירות כיחידים דיסקרטית אבל במקום וגם ציפויים שהספורט. המופע של ציפויים sorptive מאוד אבל מאוד רזה על מינרלים אינרטיים אחרת (כגון קוורץ) יכול להוביל השקפה מוטה של עמותות דשן אורגני מינרלי. זהירות נדרשת ובכך בעת פירוש תוצאות, במיוחד עבור תגובתיות אשר נשלטת על ידי גרוע גבישי ותנאי תחמוצת שלבים. אפיון נוסף של שברים יכול לעזור להקל על כזה אי בהירות. בכל זאת, fractionation פיזית מפורטת שיטות כמו CSDF יש יכולת תחרות כדי לזכות בתובנה ההרכב של מתחמי דשן אורגני מינרלי-באופן טבעי כל כך תובנה צפוי להניב הבנה חדשה של דילדול הבריכה הגדולה ביותר של חומר אורגני בקרקעות, האחד הקשורים מינרליים.

אדמה היא מערכת מורכבת המכילה יסודות ממוצא הגאולוגי וביולוגי. המחקר של הבין-הקשרם הוא אבן יסוד של ההבנה שלנו של מערכת אקולוגית פונקציה1. בפרט, האינטראקציות אורגניות-מינרליים נחשבים לשחק תפקיד מפתח קרקע חומר אורגני (סום) דינמיקה2. דינמיקה סום unravelling הוא כיום תחום מחקרי פעיל מאוד מכמה סיבות. קרקע עם מניות סום גבוהה נוטים להראות טוב פוריות מהותי, עשויים ומתנה של פחמן לסביבה יקר פחמיות הזדמנות3,4.
חומר אורגני בקרקע היא הטרוגנית מאוד, עם רכיבים מסוימים מסובבים במרחב תוך כמה שעות בזמן שאחרים ועשוי להימשך במשך אלפי שנים5. גורמים של הטרוגניות זו נשארים נושא שנוי במחלוקת, אך הקשר עם המטריצה מינרלים נחשבת חשוב במיוחד6,7, במיוחד על מנת אופקים8. כתוצאה מכך, שלבים המינרלים הידועים לקשר הדוק עם רכיבים אורגניים מקבלים ריבית גובר9,10,11.
קרקעות מכילים מגוון רחב של מינרלים והונגריות איכותית, באופן כמותי פוטנציאל sorptive לכיוון. תודה מינרלים עם אזורים גדולים של משטח מסוים ו/או משטחים תגובתי הוכחו יש יכולת גבוהה וספיחה תרכובות אורגניות4,12. בקרקעות, מינרלים משניים כמו בחלק העליון-פעילות (למשל, smectites), oxyhydroxides ברזל, aluminosilicates לקוי גבישי כל הוכחו לעסוק באופן משמעותי שימור כמה תרכובות אורגניות13 sorptive , 14 , 15 , 16 , 17. הפרדת אדמה לתוך שברים שונות ב מינרלוגיה ובכך יעזור לבודד את החומר האורגני בריכות עם הומוגניות יחסית פונקציונלי.
מטרת מאמר זה היא להציג מתודולוגיה לבודד דשן אורגני מינרלי מתחמי לפי הרכב, אשר ואז מקלה על חקר המאפיינים שלהם. השיטה משלבת fractionation גודל וצפיפות להפריד פיזית בצובר אדמה לתוך רצף של שברים של הרכב שונה. Fractionation גודל וצפיפות משולב (CSDF) משלב שתי גישות fractionation גופנית יעילה (חלקיקים בגודל ההפרדה והפרדה צפיפות). השילוב של שתי גישות אלה מביא משופרות ברזולוציה ההבנה שלנו של דשן אורגני מינרלי אגודות בקרקע.
ישנן הרבה גישות שונות (כימית, פיזית ו / או ביוכימי) יכול לשמש כדי לציין שברים ב18,19דגימת קרקע בצובר. צפיפות פשוטה fractionation הוא הפרדה פיזית אשר כבר בשימוש נרחב על ידי מדענים אדמה בחקר דינמיקה סום (ראו למשל גרונוולד ואח ', 2017 הפניות ובזה)20. בצורתו הקלאסית, fractionation צפיפות פשוטה מפרידה חומרים קלים יותר ניתוק מסוים (בדרך כלל 1.6 ל- 1.85 g·cm-3) - תאורה השבר (LF) מחומרים כבדים - השבר כבד (hF). אם זה לפעמים יותר לפצל שבר אור חינם (fLF) ושבר אור occluded (oLF)21.
בקרקעות רבים, הבריכה סום הגדול ביותר נמצא hF22. סום ב- hF כלל נחשבת יציבה יותר מאשר ב- אם23, אך הוכח כדי לשמור על גבוה ההלחנה, ומן הסתם, הטרוגניות פונקציונלי18. זה מצביע על הצורך נפרדת נוספת של hF לתוך subfractions הומוגנית, במטרה לבודד את שלוליות סום עם מאפיינים biogeochemical נפרדים (כגון זמן מגורים או פונקציונליות). צפיפות רציפים fractionation, כפי שתואר על ידי Sollins et al. (2009)24, אכן הוכיחה להיות שיטה מוצלחת; עדיין הפרדה נעשה אך ורק על בסיס צפיפות מפעיל את הסיכון של המשקיפים על הבדלים הנובעים וריאציה של גודל גרגר ובכך סגולי. למשל, קאוליניט יש כ צפיפות זהה כמו קוורץ, אך עשוי להיות נפרד על בסיס מצב גודל שלה (טבלה 1). CSDF לוקחת בחשבון גודל גרגר ומשפר את הרזולוציה של fractionation.
Fractionation SOM בהתבסס על מאפייני פיזית, כימית או ביוכימי יש היסטוריה ארוכה. אמצעים פיזיים כגון CSDF מבוססים על המאפיינים הפיזיים של רכיבי הקרקע, כגון גודל (של חלקיקים או אגרגטים) או צפיפות. שיטות כימיות כוללות עקירות סלקטיבי של תרכובות ייעודיות או מחלקות של תרכובות, כמו גם חמצון כימי. שיטות ביוכימיות להסתמך על חמצון מיקרוביאלי בתנאים שונים ניסיוני. שיטות כימי וביוכימי מבוססים על עקרונות שונים יש מטרות שונות לעומת שיטות פיזית אך בכל זאת בקצרה להלן סקירה.
החילוץ אלקליין (עם נתרן הידרוקסידי לדוגמה) מדרג בין השיטות הקדומים נהגו כימית לבודד את המרכיב האורגני של קרקעות6. דוגמאות של שיטות מודרניות יותר, כימיה סום fractionation כולל אני) החילוץ אלקליין עם Na-רב-תכליתי שמטרתו לבודד סום מאוגדים מינרלים; ii) חומצה הידרוליזה (HCl) מכוון לכימות סום הישן, מתמיד; ו- iii) חמצון סלקטיבי של SOM עם חומרים כימיים שמטרתה לתקוף סום חינם או יציב2. בעוד ששיטות אלה יכול להיות שימושי לזכות בתובנה בריכה שונים פונקציונלית חומר אורגני, הם סובלים מספר מגבלות. קודם כל, הקוד שיחולץ יכול להיות שגויה או לא מושלם. לדוגמה, שיטת אלקליין קלאסית תמציות רק 50-70% של אדמת פחמן אורגני (SOC)6. שנית, מוצרים fractionation לא יכול להיות נציג של ה-SOM נמצאו באתרו , עלול להיות קשה לסווג את5. שלישית, שיטות כימיות אלו מציעים רק מוגבל תובנה האינטראקציה דשן אורגני מינרלי מאחר שרבים מהם אינם שומרים על האגודה המקורי בין אורגניקס ומינרלים.
חילוץ הביוכימי כולל ניסויים incubations משמשים בעיקר ללמוד יציב ומגיבים סום (ראה Strosser32 עבור סקירה של שיטות ביוכימיות). הדגירה ניסויים יכול להיחשב כאמצעי של דרישת חמצן ביוכימיים, באופן אינטואיטיבי ולסדרם על הקביעה של מצעים אורגני bioavailable. עם זאת, בצורך דגירה ארוך פעמים בתנאים שונים מן השדה (טמפרטורה, לחות, הפרעה פיזית, היעדר חידושים) עושה את אקסטרפולציה מקומיים סום דיינמיקס עדין.
לעומת שיטות כימיות או ביוכימי אשר מאמינים כי טרנספורמטיבי או הרסני, טכניקות fractionation הפיזי יכול להיחשב משמרים יותר22 (למעט חשוב של תרכובות אורגניות מסיסים, אשר הולכים לאיבוד במהלך ההליך). על האדמה הטובה, הפיזי שלהם שברים יכול להיחשב על 'תמונה' של קרקע מוצקה-שלב רכיבי כמו הנוכחי בשדה, יכול ובכך מתייחסים יותר ישירות dynamics בחיי עירסום33. יתר על כן, הטבע הרסניות של הטכניקה אומר כי השברים ניתן לאחר מכן לאפיין באמצעות מגוון של ניתוחים או fractionated נוסף על פי שיטות כימיות או ביוכימי.
Fractionation הפיזי של קרקעות אינו רעיון האחרונות. הספרות המדעית על הפרדה פיזית טכניקות שתחילתה במאה ה באמצע שנות ה-20. יישומים של צפיפות fractionation דווחו מוקדם ככל 196534,35. במהלך אותה תקופה, בעשורים הבאים, פרסומים על הדינמיקה של SOM והאינטראקציה שלו עם מינרלים כבר נעשו נפוצה בקרב קרקע מדענים36,37,38,39 .
הפרדה המבוססת על צפיפות, גודל גודל או חלקיק צבירה הן שיטות הפרדה פיזית הנפוצות ביותר בשימוש כיום. אחד האתגרים העיקריים של הפרדה פיזית הוא בידודו של בריכות סום פונקציונלי הומוגנית, כפי שהוגדרו על ידי להפוך מעל קצב, גודל או אחרים מחוון של פונקציה. שילוב של שיטות הפרדה או קריטריונים, כמו CSDF, עשוי לסייע להביא פתרון פונקציונלי שברים אדמה; אכן, שיטות אלה נראה לשמש יותר שילוב18,40,41,42,43. על ידי שילוב של הפרדה צפיפות רציפים, מסוגל להניב שברים שונים אורגני מחומר תוכן, הרכב למינרלוגיה, עם גודל הפרדה, עובייה ההבדלים המיוחס סגולי, CSDF טומנת בחובה הבטחה מניבים תובנות המגוון ואת תפקוד אגודות דשן אורגני מינרלי בקרקע.
CSDF שואפת פיזית fractionate דגימות. אדמה בצובר לתוך שברים של הומוגניות יחסית למינרלוגיה ואני רקמתי. את צפיפות, חלקיקים בגודל החתך-offs, כמו גם את האנרגיה פיזור המשמש כאן נבחרו על סמך סוג הקרקע שלנו, אבל פרמטרים אלה עשוי להיות מותאם בהתאם את הדוגמאות כדי להיות fractioned את מטרת המחקר. בדוגמה זו, בחרנו להשתמש שלב פיזור אחד, שני צפיפות, אחת גודל החתך-offs, וכתוצאה מכך ההפרדה של הקרקע בצובר לתוך 6 שברים (טבלה 2). איור 1 נותן סקירה הרעיוני של השיטה. החומרים fractioned כאן הם קרקעות טרופיים, אך השיטה שניתן להחיל על כל סוג הקרקע, כמו גם משקעים. CSDF משמשת בדרך כלל כשלב הכנה לפני ניתוחים נוספים, אף-על-פי ההתפלגות של חומרים בין שברים יכול להיות מאלפת כשלעצמה. כאשר מוחל על קרקעות, CSDF מניב שברים שונות בהרכב המינרלים (1) (מינרלוגיה ומרקם), (2) סום הריכוז ואת הרכב.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Fractionation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium polytungstate</td>
			<td>Sometu</td>
			<td></td>
			<td>SPT 0 (low C and N) is recommended. Lower grade polytungstate may contaminate samples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrometers (1-1.5, 1.5-2, 2-2.5, 2.5-3 g.cm-3)</td>
			<td>Allafrance</td>
			<td></td>
			<td>Calibrated at 20 &#176;C, e.g. 3050FG250/20-qp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex mixer</td>
			<td>Fisher</td>
			<td></td>
			<td>Fixed speed standard vortex mixer, e.g. 02-215-410</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonifier</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td>Qsonica LLC - Q500 system with standard probe 4220</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonifier stand</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td>Large clamp stand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonifier enclosure</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td>Soundproof cabinet (optional)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Swinging-bucket centrifuge</td>
			<td>Beckman</td>
			<td></td>
			<td>Able to achieve speeds of 4000 g or more, fitted with rotor accommodating 50 mL Falcon tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-speed centrifuge with fixed angle rotor</td>
			<td>Beckman</td>
			<td></td>
			<td>Able to achieve speeds of 7500 g or more, fitted with rotor accommodating 250 mL bottles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL centrifuge Falcon tubes</td>
			<td>Corning</td>
			<td></td>
			<td>e.g. 352070</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>250 mL centrifuge bottles</td>
			<td>Beckman</td>
			<td></td>
			<td>Polycarbonate bottles (e.g. 352070) are recommended because they are clearer than other plastics.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vaccum filtration units</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Polusulfone reusable units, e.g. 3029</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene hose</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>To connect the filtration unit to vaccuum source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrafiltration disks, 0.45 &#181;m pore size</td>
			<td>Millipore</td>
			<td></td>
			<td>e.g. HAWP04700</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dessicator cabinet</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>3 shelves, e.g. 305317-0120</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drierite absorbent indicating</td>
			<td>Millipore</td>
			<td></td>
			<td>Blue drierite, e.g. 10276750</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scintillation vials</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>HDPE - separated cap 20mL, e.g. 12341599</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>150 mL aluminium boats (smooth sides)</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory oven</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recycling SPT column</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cation exchange resin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Dowex&#174; Marathon&#8482; C sodium form, strongly acidic, 20-50 mesh</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Activated charcoal</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Darco S-51, 4-12 mesh</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass wool</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>Pyrex</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter paper, 2.5 &#181;m pore size</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Whatman grade 42, e.g. WHA1442150</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Reagent grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Reagent grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate 1000mL graduated cylinder</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stand and clamp</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Size L - 2-prong</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene hose</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene hose clamp</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene funnels</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene bottle (1L, 2L)</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating plate</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combined size and density fractionation of soils for investigations of organo-mineral interactions

Fractionation גודל וצפיפות משולב (CSDF) היא שיטה להפרדת פיזית אדמה לתוך שברים שונות גודל החלקיקים, מינרלוגיה. CSDF מסתמך על צפיפות רציפים ההפרדה והצטברות צעדים כדי לבודד (1) שבר אור חינם (חומר אורגני uncomplexed), (2) שבר אור occluded (uncomplexed חומר אורגני לכוד בתוך אדמת אגרגטים) ו (3) מספר משתנה של כבד שברים (מינרלים בקרקע, חומר אורגני המשויך שלהם) שונות בהרכב. ובלבד הפרמטרים של CSDF (פיזור אנרגיה, צפיפות גזור-offs, זמן משקעי סחף) נבחרו כראוי, השיטה מניבה כבד שברי בהרכב המינרלים יחסית הומוגנית. כל אלו שברים צפוי יש יכולת שונה complexing לעבר חומר אורגני, טיוח זה שיטה שימושית לבודד וללמוד את אופי האינטראקציות אורגניות-מינרליים. שילוב של צפיפות, חלקיקים בגודל ההפרדה מביא פתרון משופרת לעומת גודל או צפיפות fractionation שיטות פשוטות, המאפשר הפרדת רכיבים כבד בהתאם מינרלוגיה וגודל (הקשורים שטח) קריטריונים. כמו במקרה של כל שיטות fractionation הפיזי, יכול להיחשב גם פחות משובש או אגרסיביים יותר בשיטות כימית מבוססי החילוץ. עם זאת, CSDF היא שיטה גוזלת זמן, יתר על כן, יכול להגביל כמות חומר שהושג בחלקים מסוימים לצורך ניתוח מאוחר יותר. בעקבות CSDF, השברים יכול להיות מנותח עבור הרכב למינרלוגיה, ריכוז פחמן אורגני אדמה וכימיה חומר אורגני. השיטה מספקת מידע כמותי אודות פחמן אורגני הפצה בתוך דגימת אדמה ומביא האור יכולת sorptive של השלבים מינרלים שונים, באופן טבעי, ובכך לספק מידע מכניסטית אודות מועדף אופי האינטראקציות אורגניות-מינרליים בקרקעות (כלומר., אילו מינרלים, איזה סוג של חומר אורגני).

Watch this Scientific Journal Video about Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions at JoVE.com

Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions

Fractionation גודל וצפיפות משולב (CSDF) היא שיטה להפרדת פיזית אדמה לתוך שברים שונות מרקם (גודל החלקיקים) ו מינרלוגיה (צפיפות). המטרה היא לבודד שברים עם reactivities שונים לעבר חומר אורגני בקרקע (סום), על מנת להבין טוב יותר את האינטראקציות אורגניות-מינרליים ואת הדינמיקה סום.

גודל משולב של צפיפות Fractionation של קרקעות החקירות של האינטראקציות אורגניות-מינרליים

Combined size and density fractionation (CSDF) is a method used to physically separate soil into fractions differing in particle size and mineralogy. CSDF ...

שיטה זו היא גישה מעניינת ללמוד אינטראקציות אורגנו-מינרלים כי זה שברים חומר אורגני הקרקע על פי הקשר שלה עם מינרלים שונים. זה תהליך שבר פיזי, מה שאומר שזה לא משנה את הכימיה של השברים. כתוצאה מכך, ניתוח השבר אומר לנו משהו על ההרכב הטבעי של קומפלקסים אורגנו-מינרלים.שיטה זו היא באמת שימושית כפי שאנו מנסים ללמוד יותר על היכולת של קרקעות שונות כדי לרוקן פחמן מן האטמוספירה. כדי להפריד את שבר האור החופשי, לשקול חמישה עד שמונה גרם של אדמה מיובשת אוויר sieved בצינור צנטריפוגה חרוט 50 מיליליטר. רשום את מסת האדמה עם ארבע דמויות משמעותיות.באמצעות גליל בוגר, להוסיף 35 עד 40 מיליליטר של נתרן polytungstate או SPT. עם צפיפות של 1.62 גרם לסנטימטר מעוקב, צנטריפוגה במשך 90 דקות ב 2500 פעמים כוח המשיכה בצנטריפוגה דלי מתנדנדת להרשות לעצמה הפרדה ברורה בין שבר האור החופשי ואת גלולה. יוצקים את כל החומר צף תלוי לתוך בקבוק צנטריפוגה פוליקרבונט 250 מיליליטר.ודא כי המשטח נשאר תקוע היטב בחלק התחתון של הצינור. שוטפים את החומר הנדקר לקיר הצינור לאותו בקבוק פוליקרבונט. השתמש בקבוק להשפריץ מלא מים deionized מחזיק את הצינור כמעט הפוך מעל בקבוק פוליקרבונט.הגדר קו אולטרה-סינון ואקום עם מסנני 0.45 מיקרון. מעט לחות את המסננים ולהחיל ואקום לפני הידוק המשפכים, כדי למנוע דמעות. יוצקים לאט את התוכן של בקבוק פוליקרבונט לתוך משפך של יחידת סינון ואקום.שטפו את כל השאריות שנותרו בבקבוק הפוליקרבונט ליחידת הסינון. אל תאפשר לפתרון למשוך מעל עומק הגדול מס"מ אחד בערך מעל המסנן. הוסף יותר מ 10 מיליליטר של מים deionized ליחידת הסינון לפחות שלוש פעמים כדי להבטיח כי כל העקבות של SPT יוסרו.הקפד לשטוף את הצד של משפך הסינון. לאחר שחרור ואקום על קו הסינון, להסיר את המשפך מיחידה הסינון. לשחזר את החומר דבק בצדדים לתוך קערת אלומיניום שכותרתו באמצעות בקבוק להשפריץ מלא מים deionized.בזהירות להרים את המסנן עם פינצטה ולשטוף את החומר הנוכחי לתוך אותה קערת אלומיניום באמצעות בקבוק להשפריץ מלא מים deionized. יבש את תכולת הסירה במשקל מרבי של 65 מעלות צלזיוס למשקל קבוע. לאחר 48 שעות לפחות, מצננים את תכולת הקערה בערבול המכיל יומר טרי למשך 30 דקות לפחות.מגרדים בעדינות את החומר מקעת האלומיניום עם מרית פלסטיק. הקלט את המסה של שבר האור החופשי בארבע דמויות משמעותיות ולאחר מכן מקם את המדגם בבקבוקון אחסון. כדי לבצע שחרור של שבר אור occluded, להוסיף 35 כדי 40 מיליליטר של SPT עם צפיפות של 1.62 גרם לסנטימטר מעוקב לצינור צנטריפוגה המכיל את גלולה מן החילוץ שבר אור חינם.תן מחדש את גלולת הכדור. הכנס את החללית הקולית בשני סנטימטרים מתחת לפני השטח של הפתרון והצב את הצינור במים קרים כדי למנוע חימום פתרון בתפזורת. Sonicate המדגם באמצעות הזמן הדרוש כדי להגיע לאנרגיית היעד של 280 joules למיליליטר.כדי להפריד את שבר האור הסגור, צנטריפוגה במשך 90 דקות ב 2500 פעמים כוח המשיכה בצנטריפוגה מתנדנד דלי. יוצקים את כל החומרים הצפים וההשעיה לתוך בקבוק צנטריפוגה פוליקרבונט 250 מיליליטר. ודא כי גלולה נשאר תקוע היטב בחלק התחתון של הצינור.יש לשטוף את החומר האור האורני הסגור, הנייד את כל הצינור לאותו בקבוק פוליקרבונט כבעבר. מוסיפים מים בקירור לצינור המכיל את גלולה עד סימן 40 מיליליטר. Sonicate ב 75 joules למיליליטר השאר את התוכן להתיישבות לזמן הנדרש עבור חומר עדין יותר משמונה מיקרון להתיישב.ואז פיפטה את supernatant עד סימן 10 מיליליטר לתוך צינור צנטריפוגה 50 מיליליטר. מניחים את הצינורות המכילים את שבר פחות משמונה מיקרון, כמו גם אלה המכילים את שבר יותר משמונה מיקרון לתוך התנור ב 45 מעלות צלזיוס כדי להתאדות את הנוזל העודף הנותר. כדי לבצע שבר צפיפות, להוסיף 35 עד 40 מיליליטר של SPT עם צפיפות של 2.78 גרם לסנטימטר מעוקב לכל שבר גודל.תן מחדש את גלולה וצנטריפוגה במשך 90 דקות ב 2500 פעמים כוח הכבידה. לאחר מכן, יוצקים את כל החומרים הצפים וההשעיה לתוך בקבוק צנטריפוגה פוליקרבונט 250 מיליליטר, להבטיח כי המשטח נשאר תקוע היטב בתחתית הצינור. זה עלול להיות קשה לקבל הפרדה ברורה בין החומר הצף ואת גלולה.במקרה זה, אתה יכול לנסות את השאיפה של supernatant עד לרמה מוגדרת. עכשיו להעביר את כדורי לתוך 250 בקבוקי פוליקרבונט מיליליטר באמצעות בקבוק להשפריץ מלא במים deionized. הוסף מים deionized לבקבוקי פוליקרבונט כדי להפחית את הצפיפות מבלי לחרוג סימן 200 מיליליטר.עשה זאת עבור כל השברים. לאחר צנטריפוגה של הבקבוקים במשך 20 דקות ב 5000 פעמים כוח הכבידה, decant supernatant לתוך צנצנת SPT בשימוש למיחזור. לאחר ביצוע הליך הכביסה כמתואר בפרוטוקול הטקסט, לאסוף את השבר הכבד בקערת אלומיניום, השבר הכבד הוא גלולה וחלקיקים עדינים דבקים בצד של הבקבוקים.יבש את השבר הכבד במשקל מרבי של 105 מעלות צלזיוס למשקל קבוע. אחסן את השבר הכבד באותו אופן כמו שבר האור. התפלגות מסת החומר בין שברים, הראתה הבדלים חזקים בין אתרים.כפי שצוין בתחילה באמצעות מינרלוגיה מדגם בתפזורת כפי שהוערך על ידי אבקת רנטגן דיפרציה, באתר אחד נשלט על ידי סיליקטים ראשוניים כגון קוורץ ו פצלת פצלת השחת, רוב החומרים התאוששו בשבריר כבד אחד אשר תוכנן לרכז סיליקוטים גסים. אתר 2 הראה אחוז גדול יותר של phyllosilicates בעיקר kaolinite במהלך ניתוח מינרלוגי. בהתאם לכך, שבר כבד שלוש אשר תוכנן לרכז סיליקטים בסדר היו יותר חומרים באתר 2 מאשר באתר אחד.לבסוף, אתר 3 היה העשיר ביותר בתחמוצות וגם הראה את הכמות הגדולה ביותר של חומר בשבריר כבד 2 אשר תוכנן לרכז תחמוצות גסות. בסך הכל, הנתונים מצביעים על כך שהשיטה הצליחה להחליק פיזית דגימות בתפזורת לרכיבים המינרלוגיים העיקריים שלהם. באשר לכל ערכת הפרדה פיזית, חשוב להתאים את פרמטר השבר שלך ליעדים הספציפיים שלך.הקפד לרוץ בדיקה ולעבוד עם מספר שכפולים כדי לבדוק את יכולת ההעתקה. למרות נתרן polytungstate הוא פחות רעיל מאשר בשימוש בעבר פתרון, זה נשאר מגסה מזיק אם בלע או בשאיפה. הימנע משחרורו לסביבה.לאחר הבידוד, ניתן לנתח את החלקים השונים עבור מינרלוגיה, כמו גם תוכן חומר אורגני והרכב. זה נותן לנו מידע על המינרל ועל שותף החומר האורגני באגודת האורגנו-מינרלים. שיטה זו עשויה לשפוך אור חדש על פגיעה בחומר אורגני.אכן recalcitrants לכאורה לא יכול להיות כל כך הרבה מאפיין של תרכובת אורגנית נתונה אבל של זיקה שלה מינרלים שונים.

Research

JoVE Journal

Environment

Determination of Microbial Extracellular Enzyme Activity in Waters, Soils, and Sediments using High Throughput Microplate Assays

קביעת מיקרוביאלית התאית אנזים הפעילות במים, קרקעות, ומשקעים באמצעות מבחני Microplate תפוקה גבוהה

Much of the nutrient cycling and carbon  processing in natural environments occurs through the activity of extracellular  enzymes released by ...

Integrated Field Lysimetry and Porewater Sampling for Evaluation of Chemical Mobility in Soils and Established Vegetation

משולב שדה Lysimetry וPorewater דגימה להערכת כימית ניידות בקרקעות וצמחייה הוקמה

Potentially toxic chemicals are routinely applied to land to meet growing demands on waste management and food production, but the fate of these chemicals ...

Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

מדידה של שטף גזי חממה מקרקעות חקלאיות באמצעות לשכות סטטי

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the ...

A Bending Test for Determining the Atterberg Plastic Limit in Soils

מבחן כיפוף לקביעת מגבלת פלסטיק Atterberg בקרקעות

The thread rolling test is the most commonly used method to determine the plastic limit (PL) in soils. It has been widely criticized, because a ...

Extraction and Analysis of Microbial Phospholipid Fatty Acids in Soils

הפקה וניתוח של פוספוליפידים מיקרוביאלית חומצות שומן בקרקעות

Phospholipid fatty acids (PLFAs) are key components of microbial cell membranes. The analysis of PLFAs extracted from soils can provide information about ...

Soil Lysimeter Excavation for Coupled Hydrological, Geochemical, and Microbiological Investigations

חפירה באדמה Lysimeter עבור ההידרולוגי מצמידים, גיאוכימיות, וחקירות מיקרוביולוגיות

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled ...

Methods of Soil Resampling to Monitor Changes in the Chemical Concentrations of Forest Soils

שיטות Resampling הקרקע לעקוב אחר שינויים בריכוזיים הכימית של קרקעות יער

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental ...

Development of New Methods for Quantifying Fish Density Using Underwater Stereo-video Tools

פיתוח שיטות חדשות לכימות תנועת הדגים בצפיפות בכלים סטריאו-וידאו תת-מימי

The use of video camera systems in ecological studies of fish continues to gain traction as a viable, non-extractive method of measuring fish lengths and ...

An Ultra-clean Multilayer Apparatus for Collecting Size Fractionated Marine Plankton and Suspended Particles

מנגנון רב שכבתי אולטרה נקי של איסוף פלנקטון ימית גודל Fractionated וחלקיקים מושעה

The distributions of many trace elements in the ocean are strongly associated with the growth, death, and re-mineralization of marine plankton and those ...