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
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Lo sviluppo di questo metodo è stato sostenuto dal Fond d'investissement (Inv.) della facoltà di Geoscienze dell'Università di Losanna. Riconosciamo il Consiglio nazionale dell'Uganda per scienza e tecnologia e Uganda Wildlife Authority per averci permesso di raccogliere campioni di ricerca. Ulteriormente gli autori desiderano ringraziare Prof Thierry Adatte per analisi CHN e XRD. Siamo grati alla Prof. ssa Erika Marin-Spiotta per formazione iniziale nel frazionamento di densità classica. Ringraziamo anche il direttore del laboratorio Laetitia Monbaron per la sua assistenza nell'assicurare rifornimenti ed attrezzature.

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Il successo degli esperimenti CSDF cerniere sulla selezione dei parametri appropriati per il metodo, così che le frazioni di composizione relativamente omogenea possono essere isolate. Considerazioni chiave nella selezione dei parametri di frazionamento sono discussi di seguito.
La fLF rappresenta materia organica per cui l'interazione con i minerali è minimo. Estrazione di questa frazione è delicata, poiché la miscelazione del terreno con la soluzione densa può già rompere alcuni macroaggregates. Tuttavia, ci sono indicazioni che il materiale organico presente nel macroaggregates può essere più simile al fLF stricto sensu rispetto all'oLF rilasciato da ad alta energia sonicazione18. Alcuni autori hanno proposto anche un passo di bassa energia sonicazione per isolare la piscina gratuita e debolmente interagenti minerale organica, definito 'intra-aggregato organico particolato', iPOM54.
Per il rilascio della sostanza organica occlusa, esistono tecniche diverse per interrompere aggregati del suolo. Le più diffuse sono sonicazione, agitazione con perle di vetro e l'uso di disperdenti chimici33,62,63. Sonicazione è stato scelto qui perché l'energia di uscita può essere finemente controllato e si crede per distribuire più o meno uniformemente nel campione. Escludendo la necessità di usare disperdenti chimici, sonicazione può essere considerato come relativamente conservante verso complessi organo-minerali22,33. Il passo di dispersione, tuttavia, rimane una delle operazioni più delicate. Da un lato, una dispersione debole lascerà intatte le aggregazioni e può portare a una stima eccessiva del hF SOC; d'altra parte, un passo di dispersione molto vigorosa potrebbe causare di ridistribuzione del SOC attraverso le frazioni di parziale distruzione di complessi organo-minerali. Le associazioni deboli organici-sabbia possono essere particolarmente vulnerabili a questo processo. Poiché l'occlusione all'interno di aggregati e l'assorbimento superficiale sono processi che si verificano lungo un continuum2, non esiste alcuna soluzione perfetta. Pertanto, il livello di energia di sonicazione deve essere regolato minuziosamente secondo le proprietà del terreno. Kaiser e Berhe64 hanno pubblicato una recensione molto utile che propone una strategia per minimizzare gli artefatti causati dall'ultrasuono quando disperdente terreni.
Segnalato la gamma di energie di sonicazione da 60 a 5.000 J·mL-1. Diversi gruppi di ricerca hanno riferito che 100 J·mL-1 potrebbe essere sufficiente per distruggere macroaggregates e disperdere efficacemente sabbiosi, mentre 500 J·mL-1 sarebbe distruggere grandi microaggregati e fornire una ragionevole dispersione di reattivi suoli63,65,66,67,68. In schemi di frazionamento fisico, dispersione completa di limo e argilla e medie aggregati non siano necessarie, poiché il meccanismo di protezione è destinato a diventare indistinguibile da sorbimento stabilizzazione in questi intervalli di grandezza. Un obiettivo ragionevole di dispersione prima del frazionamento dimensione o densità potrebbe essere interrompere macro-(> 250 µm) e grande micro-(> 53 µm) aggregati. Energie di 100 J·mL-1 (terreni sabbiosi) a 200 J·mL-1 (terreni argillosi) possono essere scelte appropriate. Un'energia di 200 J·mL-1 già può estrarre una porzione di metaboliti microbici (presumibilmente minerale-collegata)69, pertanto l'uso di energie superiori di sonicazione deve essere oggetto di attenzione. Tuttavia, terreni mineralogico reattivi con cementati aggregati potrebbero richiedere fino a 500 J·mL-1 per disperdere. È essenziale che l'energia di dispersione essere regolato per abbinare ogni tipo di terreno, nonché gli obiettivi di studio. Infine, è importante ricordare che anche dopo presumibilmente completa dispersione ultrasonica, argilla e medie microaggregati rischiano di persistere70.
Una difficoltà di armonizzare le tecniche di frazionamento fisico risiede nella eterogeneità trovato in terreni, in particolare nella loro composizione minerale. La scelta di soluzioni densi deve essere effettuata sulla base del noto o presupposta mineralogia del suolo, con l'obiettivo di isolare frazioni che sono più omogenee possibile.
Nell'articolo, la soluzione densa utilizzata era SPT - pH 371,72. Il basso pH minimizza le perdite di composti organici solubili. Tuttavia, frazionamento di densità può essere eseguita con diverse soluzioni di densi. Storicamente, liquidi organici sono stati usati (tetrabromoethane, Tetraclorometano), ma furono gradualmente abbandonati al profitto dei sali inorganici (ioduro di sodio, SPT) a causa della tossicità degli idrocarburi alogenati e la contaminazione intrinseca del suolo Organics. Al giorno d'oggi, SPT è la soluzione preferita, perché la sua densità può essere regolata tra 1.0 a 3,1 g · centimetro-3, può essere riciclato ed ha una bassa tossicità (a meno che ingerito)22,50. Principali produttori offrono un gradi di gamma di SPT differiscono per il livello di contaminazione del carbonio e dell'azoto. Per frazionamento di densità dei suoli, il grado più puro è consigliato, soprattutto se le frazioni devono essere analizzati per la composizione isotopica.
Una soluzione di densità 1.6 g · centimetro-3 classicamente è stata utilizzata per separare light organici dalle frazioni minerali-associati - Vedi ad esempio Golchin et al.21. Mentre alcuni autori hanno suggerito che una densità di 1 g · centimetro-3 (acqua) potrebbe essere sufficiente per estrarre la maggior parte della frazione leggera73,74, altri hanno proposto più alto densità cut-off come 1.62 o 1,65 g · centimetro-3 basato su l'idea che alcuni componenti organici potrebbero mostrare densità fino a 1,60 g · centimetro-3 33,75,76. Densità più alto 1,85 g · centimetro-3 sono state impiegate50. Quando si seleziona una densità per separare la luce dalle frazioni pesanti, si deve osservare che non esiste alcuna soluzione perfetta. Infatti, più a basso rischio di densità attribuendo alcuni organics 'luce' le frazioni pesanti, mentre più alto rischio di densità, tra cui alcuni minerali in frazioni leggere. Questo ultimo effetto può essere rilevato quando osservando il contenuto di carbonio delle frazioni leggeri, con una % inferiore al 40-45% che indica qualche grado di contaminazione minerale SOC.
Per frazioni pesanti, analisi preliminare come XRD possono fornire la comprensione nella mineralogia della maggior parte del campione di60 e aiutare a definire la densità cut-off in grado di distinguere tra le principali componenti minerali di un terreno, tenendo presente che l'alta bio carichi, si abbasseranno la densità di un minerale rispetto al suo valore teorico. Allo stesso modo, per la separazione granulometrica, un analisi tessiturali77,78 può aiutare impostare i limiti appropriati. Separazione di dimensione delle particelle è un'aggiunta particolarmente attraente al frazionamento di densità semplice ogni volta che il frazionamento sequenziale densità è difficile. Questo è il caso per esempio per i terreni contenenti grandi quantità di ossi-idrossidi e argille di bassa attività, che provocano dispersione di campione e prevenire separazioni chiare in liquidi pesanti. Un passo di separazione granulometrica è anche indicato per separare i minerali delle densità simile ma dimensioni diverse (ad es., quarzo e illite).
Ioni di calcio liberi reagiscono con SPT per formare insolubile Ca metatungstate. La procedura è così inadeguata per suoli alcalini che contengono grandi quantità di carbonati scarsamente cristallini, pedogenic. Piccole quantità di carbonati di basso-reattività non interferiscono con il frazionamento, purché i campioni non sono lasciati a contatto con SPT per troppo tempo. CA metatungstate precipitati porterà ad una stima eccessiva delle masse di frazione. Se LFs vengono eseguiti su un analizzatore elementare per concentrazione C, verrà individuato il problema ma il frazionamento sarà compromessa.
Oltre a queste difficoltà tecniche, la limitazione fondamentale di CSDF (o di qualsiasi schema di frazionamento fisico) deriva dal fatto che reattive minerali in terreni raramente accadere come discreti separa, ma invece come rivestimenti e cementi. L'avvenimento di rivestimenti molto sottili ma altamente sorbimento sui minerali altrimenti non reattivi (ad esempio quarzo) può portare ad una vista parziale delle associazioni organo-minerali. Attenzione è richiesta così nell'interpretazione dei risultati, in particolare per terreni cui reattività è dominata da una scarsa cristallina e fasi di ossido. Ulteriore caratterizzazione delle frazioni può contribuire ad alleviare tali ambiguità. Tuttavia, metodi di frazionamento fisica dettagliata come CSDF hanno una capacità senza pari per comprendere la composizione del naturale complessi organo-minerali. Tale visione dovrebbe dare nuova comprensione dei biogeochimica della piscina più grande di materia organica nel suolo, quello minerale-collegata.

Il suolo è un sistema complesso che contiene elementi di origine geologica e biologica. Lo studio della loro interrelazione è una pietra angolare della nostra comprensione dell'ecosistema funzione1. In particolare, organo-minerali interazioni sono pensati per svolgere un ruolo chiave nel terreno materia organica (SOM) dinamica2. Snodamento SOM dynamics è attualmente un'area di ricerca molto attivo per diversi motivi. Un terreno presentano elevati stock SOM tenderà a mostrare buona fertilità intrinseca e può anche costituire un ambiente prezioso carbonio sequestro opportunità3,4.
Materia organica nel suolo è molto eterogenea, con alcuni componenti che gira nello spazio entro poche ore, mentre gli altri possono persistere per migliaia di anni5. I fattori determinanti di questa eterogeneità rimangono un argomento controverso, ma associazione con la matrice minerale è pensato per essere particolarmente importante6,7, soprattutto per sottosuolo orizzonti8. Di conseguenza, fasi minerali noti per associare strettamente con componenti organici stanno ricevendo crescente interesse9,10,11.
Suoli contengono una vasta gamma di minerali con qualitativamente e quantitativamente diversi sorbimento potenziale verso som Minerali con grandi superfici specifiche e/o superfici altamente reattivi sono stati indicati per avere una capacità di assorbimento assorbimento elevato per composti organici4,12. Nel suolo, minerali secondari come ad alta attività fillosilicati (ad es., smectite), ossi-idrossidi di ferro e alluminosilicati scarsamente cristallina hanno tutti dimostrato di impegnarsi in modo significativo nella conservazione sorbimento di alcuni composti organici13 , 14 , 15 , 16 , 17. la separazione del terreno in frazioni differiscono in mineralogia potrebbe aiutare così isolare piscine di materia organica con relativa omogeneità funzionale.
Lo scopo di questa carta è di presentare una metodologia per isolare complessi organo-minerali secondo la composizione, che poi facilita lo studio delle loro proprietà. Il metodo combina dimensioni e densità di frazionamento per separare fisicamente del suolo alla rinfusa in una sequenza delle frazioni di diversa composizione. Frazionamento di dimensioni e densità di combinata (CSDF) integra due approcci efficaci frazionamento fisico (separazione di dimensione delle particelle e densità). La combinazione di questi due approcci porta la risoluzione migliore per la nostra comprensione delle associazioni di organo-minerali nel terreno.
Ci sono molti approcci diversi (chimici, fisici e / o biochimici) che possono essere utilizzati per specificare le frazioni in un terreno di massa campione18,19. Frazionamento di densità semplice è una separazione fisica che è stato ampiamente utilizzata dagli scienziati del suolo per studiare la dinamica SOM (Vedi per esempio Grunwald et al., 2017 e bibliografia citata)20. Nella sua forma classica, frazionamento semplice densità separa materiali più leggeri di un determinato valore soglia (generalmente 1.6 a 1,85 g · centimetro-3) - la frazione leggera (LF) da materiali più pesanti - frazione pesante (hF). Il LF è a volte ulteriormente suddiviso in frazione leggera gratuita (fLF) e frazione leggera occlusa (oLF)21.
In molti terreni, la più grande piscina SOM è trovata nel hF22. SOM in hF è pensato generalmente per essere più stabile di quello nel LF23, eppure è stato dimostrato per mantenere un alto compositivo e, probabilmente, eterogeneità funzionale18. Ciò indica la necessità di ulteriore separato l'hF in subfractions più omogeneo, con la vista di isolamento piscine di SOM con proprietà distinte biogeochimici (ad esempio tempo di residenza o funzionalità). Frazionamento sequenziale densità, come descritto da Sollins et al (2009)24, infatti ha dimostrato di essere un metodo di successo; ancora una separazione di fatto esclusivamente sulla base della densità corre il rischio di affacciato su differenze derivanti dalla variazione nel formato di grano e quindi superficie specifica. Per esempio, caolinite ha circa la stessa densità di quarzo, ma può essere separati in base alle sue modalità di dimensione (tabella 1). CSDF comprende la considerazione della dimensione del grano e migliora la risoluzione del frazionamento.
Frazionamento di SOM basato sulle proprietà fisiche, chimiche o biochimiche ha una lunga storia. Metodi fisici come CSDF si basano su caratteristiche fisiche dei componenti del suolo, quali la dimensione (di particelle o aggregati) o densità. Metodi chimici includono estrazioni selettive di composti specifici o classi di composti, come pure ossidazione chimica. Metodi biochimici si basano sull'ossidazione microbica nelle varie circostanze sperimentali. Metodi chimici e biochimici si basano su principi diversi e hanno obiettivi diversi rispetto ai metodi fisici ma tuttavia brevemente sono esaminati qui di seguito.
L'estrazione alcalina (con idrossido di sodio per esempio) truppa fra i primi metodi utilizzati per isolare chimicamente la componente organica dei suoli6. Esempi di metodi più moderni, chimici per frazionamento SOM comprendono: i) estrazione alcalina con Na-pirofosfato finalizzato a isolare SOM associato ai minerali; II) acido idrolisi (HCl) volti a quantificare SOM antica, persistente; e iii) ossidazione selettiva di SOM con agenti chimici volti a attaccare gratuito o labile SOM2. Mentre questi metodi possono essere utili per approfondire la materia organica funzionalmente diversi pool, soffrono di diverse limitazioni. In primo luogo, le estrazioni possono essere imperfetta o incompleta. Ad esempio, il classico metodo alcalino estrae soltanto 50-70% di terreno carbonio organico (SOC)6. In secondo luogo, frazionamento prodotti potrebbero non essere rappresentativi del SOM trovato in situ e possono essere difficili da categorizzare5. In terzo luogo, questi metodi chimici offrono solo visione limitata l'interazione di organo-minerali poiché molti di loro non mantengono l'associazione originale tra sostanze organiche e minerali.
Biochimico estrazione compresi gli esperimenti le incubazioni vengono utilizzati principalmente per studiare SOM labile e reattiva (Vedi Strosser32 per una revisione dei metodi biochimici). Esperimenti di incubazione può essere pensato come una misura della richiesta biochimica di ossigeno ed è intuitivamente adatti alla determinazione di substrati organici biodisponibile. Tuttavia, la necessità di tempi di incubazione lungo in condizioni che differiscono dal campo (temperatura, umidità, disturbo fisico, assenza di nuovi input) rende l'estrapolazione a dinamiche SOM in situ delicata.
Rispetto ai metodi chimici o biochimici che sono creduti per essere trasformativo o distruttivo, tecniche di frazionamento fisico possono essere considerati come più conservante22 (con l'importante eccezione dei composti organici solubili, che vengono persi durante la procedura). Alle loro migliore, fisico del suolo frazioni possono essere pensate come un 'snapshot' dei componenti in fase solida del suolo come presente nel campo e potrebbero così si riferiscono più direttamente alla SOM dynamics in situ33. Inoltre, la natura distruttiva della tecnica significa che le frazioni possono essere caratterizzate successivamente utilizzando una varietà di analisi o ulteriormente frazionato secondo metodi chimici o biochimici.
Fisico frazionamento dei suoli non è un'idea recente. Letteratura scientifica sulle date di tecniche di separazione fisica torna a metà del 20 secolo. Applicazioni di frazionamento di densità sono state segnalate già nel 196534,35. Durante lo stesso periodo e nei decenni successivi, pubblicazioni circa le dinamiche del SOM e la sua interazione con i minerali erano già diventando diffuse tra suolo scienziati36,37,38,39 .
Separazione in base alla densità, dimensione aggregata di dimensione o delle particelle sono i più comuni metodi di separazione fisica utilizzati attualmente. Una delle principali sfide della separazione fisica è l'isolamento delle piscine SOM funzionale omogenee, come definito dal tasso di turn over, dimensioni o altro indicatore di funzione. La combinazione di metodi di separazione o criteri, come CSDF, può aiutare a portare la risoluzione funzionale frazioni del suolo; Infatti, questi metodi sembrano essere sempre più utilizzate in combinazione18,40,41,42,43. Combinando sequenziale densità differenziata, in grado di cedere le frazioni con diversi organiche importa contenute e composizione mineralogica, con separazione di dimensioni, che rappresenta le differenze attribuibili alla superficie specifica, CSDF mantiene la promessa di producendo spaccato della diversità e la funzione delle associazioni di organo-minerali nel terreno.
CSDF mira a frazionare fisicamente campioni di terreno alla rinfusa in frazioni di relativa omogeneità mineralogica e tessiturale. La densità e la particella dimensione cut-off, come pure l'energia di dispersione utilizzati qui è stati selezionati basato sul nostro tipo di suolo, ma questi parametri possono essere adattati a seconda i campioni per essere frazionato e lo scopo dello studio. In questo esempio, abbiamo scelto di utilizzare il passaggio di una dispersione, due densità e un dimensioni cut-off, conseguente la separazione del terreno alla rinfusa in 6 frazioni (tabella 2). Figura 1 fornisce una panoramica concettuale del metodo. I materiali essere frazionato qui sono suoli tropicali, ma il metodo può essere applicato a qualsiasi tipo di suolo, nonché i sedimenti. CSDF viene generalmente utilizzato come fase preparatoria prima di ulteriori analisi, anche se la distribuzione dei materiali tra frazioni può essere molto istruttiva di per sé. Quando applicato a terreni, CSDF produce frazioni a composizione (1) minerale (mineralogia e texture) e (2) SOM concentrazione e composizione differenti.

<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

Frazionamento di dimensioni e densità di combinata (CSDF) è un metodo utilizzato per separare fisicamente terreno in frazioni differenti per mineralogia e dimensione delle particelle. CSDF si basa su passaggi di sedimentazione e separazione di densità sequenziale per isolare (1) la frazione di luce libera (uncomplexed materia organica), (2) la frazione leggera occlusa (uncomplexed materia organica intrappolata in aggregati del suolo) e (3) un numero variabile di pesanti frazioni (minerali del suolo e la loro sostanza organica associata) differiscono nella composizione. Condizione che siano selezionati correttamente i parametri di CSDF (energia di dispersione, densità cut-off, tempo di sedimentazione), il metodo produce frazioni pesanti di composizione minerale relativamente omogenea. Ciascuna di queste frazioni dovrebbe avere una capacità complessante differenti verso la materia organica, rendendo questo un metodo utile per isolare e studiare la natura delle interazioni di organo-minerali. Combinando la separazione di dimensione della particella e densità porta una risoluzione migliore rispetto alla semplice dimensione o densità metodi di frazionamento, consentendo la separazione dei componenti pesanti secondo mineralogia e la dimensione (legate alla superficie) criteri. Come è il caso per tutti i metodi di frazionamento fisico, può essere considerato come meno dirompente o aggressivo rispetto ai metodi basati su chimicamente estrazione. Tuttavia, CSDF è un metodo che richiede tempo e inoltre, la quantità di materiale ottenuto in alcune frazioni può essere limitante per la successiva analisi. In seguito CSDF, le frazioni possono essere analizzate per composizione mineralogica, la concentrazione di carbonio organico del suolo e la chimica di materia organica. Il metodo fornisce informazioni quantitative sulla distribuzione del carbonio organico all'interno di un campione di terreno e porta alla luce la capacità sorbimento delle fasi minerali differenti, naturale, fornendo così informazioni meccanicistiche circa la preferenziale natura delle interazioni di organo-minerale nel suolo (ad esempio., quali minerali, che tipo di materia organica).

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

Frazionamento di dimensioni e densità di combinata (CSDF) è un metodo per separare fisicamente terreno in frazioni diverse texture (dimensione delle particelle) e mineralogia (densità). Lo scopo è quello di isolare le frazioni con differenti reattività verso la materia organica del suolo (SOM), per comprendere meglio le interazioni organo-minerali e SOM dinamiche.

Dimensione combinata e densità frazionamento dei terreni per le indagini delle interazioni di Organo-minerali

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

Questo metodo è un approccio interessante per studiare le interazioni organo-minerali perché fraziona la materia organica del suolo in base alla sua associazione con diversi minerali. È un processo di frazionamento fisico, il che significa che non altera la chimica delle frazioni. Di conseguenza, l'analisi della frazione ci dice qualcosa sulla composizione naturale dei complessi organo-minerali.Questo metodo è davvero utile mentre cerchiamo di saperne di più sulla capacità di diversi terreni di sequestrire il carbonio lontano dall'atmosfera. Per separare la frazione di luce libera, pesare da cinque a otto grammi di terreno setacciato essiccato all'aria in un tubo di centrifuga conico da 50 millilitri. Registrare la massa del suolo con quattro figure significative.Utilizzando un cilindro graduato, aggiungere da 35 a 40 millilitri di politungstato di sodio o SPT. Con una densità di 1,62 grammi per centimetro cubo, centrifugare per 90 minuti a 2500 volte la gravità in una centrifuga a secchio oscillante per permettersi una netta separazione tra la frazione di luce libera e il pellet. Versare tutto il materiale galleggiante e sospeso in una bottiglia di centrifuga in policarbonato da 250 millilitri.Assicurarsi che il pallet rimanga saldamente alloggiato nella parte inferiore del tubo. Risciacquare il materiale aderendo alla parete del tubo nella stessa bottiglia di policarbonato. Utilizzare una bottiglia di schizzi riempita con acqua deionizzata che tiene il tubo quasi a testa in giù sopra la bottiglia di policarbonato.Impostare una linea di ultrafiltrazione sottovuoto con filtri da 0,45 micron. Inumidire leggermente i filtri e applicare il vuoto prima di stringere gli imbuti per evitare lacerazioni. Versare lentamente il contenuto della bottiglia di policarbonato nell'imbuto di un'unità di filtrazione sottovuoto.Risciacquare eventuali residui lasciati nella bottiglia di policarbonato nell'unità di filtrazione. Non permettere alla soluzione di accostare una profondità superiore a circa un centimetro sul filtro. Aggiungere più di 10 millilitri di acqua deionizzata all'unità filtrante almeno tre volte per garantire che tutte le tracce di SPT vengano rimosse.Assicurarsi di risciacquare il lato dell'imbuto di filtrazione. Dopo aver rilasciato il vuoto sulla linea di filtrazione, rimuovere l'imbuto dall'unità di filtrazione. Recuperare il materiale che aderisce ai lati in una ciotola di alluminio etichettata utilizzando una bottiglia di schizzi riempita con acqua deionizzata.Sollevare con cura il filtro con una pinzetta e risciacquare il materiale presente nella stessa ciotola di alluminio utilizzando una bottiglia di schizzi riempita con acqua deionizzata. Asciugare il contenuto della barca a un massimo di 65 gradi Celsius a peso costante. Dopo almeno 48 ore, raffreddare il contenuto della ciotola in un essiccatore contenente essiccante fresco per almeno 30 minuti.Raschiare delicatamente il materiale dalla ciotola di alluminio con una spatola di plastica. Registrare la massa della frazione di luce libera con quattro figure significative, quindi posizionare il campione in una fiala di stoccaggio. Per eseguire il rilascio della frazione di luce occlusa, aggiungere da 35 a 40 millilitri di SPT con una densità di 1,62 grammi per centimetro cubo al tubo di centrifuga contenente il pellet dall'estrazione della frazione di luce libera.Rimosogliere il pellet. Inserire la sonda ad ultrasuoni a due centimetri sotto la superficie della soluzione e posizionare il tubo in acqua ghiacciata per evitare il riscaldamento della soluzione sfusa. Sonicare il campione utilizzando il tempo necessario per raggiungere l'energia target di 280 joule per millilitro.Per separare la frazione di luce occlusa, centrifugare per 90 minuti a 2500 volte la gravità nella centrifuga a benna oscillante. Versare tutti i materiali galleggianti e sospesi in una bottiglia di centrifuga in policarbonato da 250 millilitri. Assicurarsi che il pellet rimanga saldamente alloggiato nella parte inferiore del tubo.Risciacquare il materiale organico leggero occluso aderendo a tutto il tubo nella stessa bottiglia di policarbonato di prima. Aggiungere acqua deionizzata refrigerata al tubo contenente il pellet fino al segno di 40 millilitri. Sonicare a 75 joule per millilitro Lasciare il contenuto in liquidazione per il tempo necessario affinché il materiale sia più fine di otto micron per stabilirsi.Quindi pipettare il supernatante fino al segno di 10 millilitri in un tubo di centrifuga da 50 millilitri. Posizionare i tubi contenenti la frazione inferiore a otto micron e quelli contenenti la frazione superiore a otto micron nel forno a 45 gradi Celsius per evaporare il liquido in eccesso rimanente. Per eseguire il frazionamento della densità, aggiungere da 35 a 40 millilitri di SPT con la densità di 2,78 grammi per centimetro cubo a ogni frazione di dimensione.Resuspend il pellet e la centrifuga per 90 minuti a 2500 volte la gravità. Quindi, versare tutti i materiali galleggianti e sospesi in una bottiglia di centrifuga in policarbonato da 250 millilitri, assicurando che il pallet rimanga saldamente alloggiato nella parte inferiore del tubo. Può essere difficile ottenere una netta separazione tra il materiale galleggiante e il pellet.In questo caso, puoi provare l'aspirazione del supernatante fino a un livello prestabilito. Ora trasferisci i pellet in bottiglie di policarbonato da 250 millilitri usando una bottiglia di schizzi riempita con acqua deionizzata. Aggiungere acqua deionizzata alle bottiglie in policarbonato per abbassare la densità senza superare il segno dei 200 millilitri.Fallo per tutte le frazioni. Dopo la centrifugazione delle bottiglie per 20 minuti a gravità 5000 volte, decantare il supernatante nel barattolo SPT usato per il riciclaggio. Dopo aver eseguito la procedura di lavaggio come descritto nel protocollo di testo, raccogliere la frazione pesante in una ciotola di alluminio, la frazione pesante è il pellet e le particelle fini che aderiscono al lato delle bottiglie.Asciugare la frazione pesante ad un massimo di 105 gradi Celsius a peso costante. Conservare la frazione pesante allo stesso modo della frazione leggera. La distribuzione della massa materiale tra le frazioni, ha mostrato forti differenze tra i siti.Come inizialmente indicato attraverso la mineralogia dei campioni sfusi valutata dalla diffrazione a raggi X in polvere, nel sito dominato da silicati primari come quarzo e feldspato, la maggior parte dei materiali viene recuperata in frazione pesante, progettata per concentrare silicati grossolani. Il secondo sito ha mostrato una percentuale maggiore di fillosilicati per lo più caolinite durante l'analisi mineralogica. Di conseguenza, la frazione pesante tre, progettata per concentrare i silicati fini, aveva più materiali nel sito due che nel sito uno.Infine, il terzo sito era il più ricco di ossidi e mostrava anche la maggiore quantità di materiale nella frazione pesante due che era stato progettato per concentrare gli ossidi grossolani. Nel complesso, i dati indicano che il metodo è riuscito a frazionare fisicamente campioni di massa nei loro principali componenti mineralogici. Per quanto riguarda qualsiasi schema di separazione fisica, è importante adattare il parametro di frazionamento ai tuoi obiettivi specifici.Assicurarsi di eseguire un test e di utilizzare diverse repliche per verificare la riproducibilità. Anche se il politungstato di sodio è meno tossico di quanto precedentemente usato e soluzione, rimane irritante ed è dannoso se ingerito o inalato. Evitare il suo rilascio nell'ambiente.Dopo l'isolamento, le diverse frazioni possono essere analizzate per la mineralogia, nonché per il contenuto e la composizione della materia organica. Questo ci dà informazioni sia sul partner di materia minerale che organica nell'associazione organo-minerale. Questo metodo può gettare nuova luce sulla degradabilità della materia organica.In effetti i recalcitranti apparenti potrebbero non essere tanto una proprietà di un dato composto organico, ma della sua affinità per diversi minerali.

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