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

Utviklingen av denne metoden ble støttet av glad d'Investissement (Ffordeling) av fakultet for geofag på i Lausanne. Vi erkjenner Uganda Nasjonalt råd for vitenskap og teknologi og Uganda Wildlife autoritet for å gi oss tillatelse til å samle forskning prøver. Forfatterne videre ønsker å takke Prof Thierry Adatte for CHN og XRD analyser. Vi er takknemlige til Prof Erika Marin-Spiotta for å gi første trening i klassisk tetthet fraksjoneres. Vi takker også laboratorium manager Laetitia Monbaron for henne hjelp i å sikre forsyninger og utstyr.

Forfatterne ikke avsløre.

Suksessen til CSDF eksperimenter hengsler på valg av riktige parameterne for metoden slik at fraksjoner i relativt homogene komposisjon kan isoleres. Nøkkelfaktorer i valg av fraksjoneres parametere er omtalt nedenfor.
FLF representerer organisk materiale som interaksjon med mineraler er minimal. Utvinning av denne fraksjonen er delikat, siden en blanding av jord med tett løsning kan allerede oppløsningen noen macroaggregates. Det er imidlertid indikasjoner på at organisk materiale til stede i macroaggregates kan være mer lik fLF narkotikaprosjekter sensu enn å oLF utgitt av kraftkrevende sonication18. Noen forfattere har selv foreslått en lav-energi sonication trinn for å isolere pool av gratis og svakt mineral-samspill organisk materiale, kalt "intra samlet organiske partikler', iPOM54.
For utgivelsen av okkludert organisk materiale finnes ulike teknikker for å stoppe jord aggregat. Den mest utbredte er sonication, omrøring med paljetter og bruk av kjemiske dispergeringsmidler33,62,63. Sonication ble valgt her fordi utgang energi kan kontrolleres fint og antas å distribuere mer eller mindre jevnt i utvalget. Ved slik at behovet for å bruke kjemiske dispergeringsmidler, kan sonication anses som relativt konserveringsmiddel mot organo-mineral komplekser22,33. Dispersjon trinn, men er fortsatt en av de mest delikate operasjonene. På den ene siden, en svak dispersjon vil forlate aggregatene intakt og kan føre til estimert over hF SOC; på den annen side, føre en svært kraftig spredning skritt omfordeling av SOC over fraksjoner delvis ødeleggelse av organo-mineral komplekser. Svak organisk-sand foreninger kan være spesielt utsatt for denne prosessen. Siden okklusjon aggregater og overflate absorpsjon prosessene som oppstår langs et kontinuum2, finnes ingen perfekt løsning. Derfor må energi nivået på sonication justeres tankefullt i henhold til egenskapene jord. Kaiser og Berhe64 har publisert en svært nyttig gjennomgang som foreslår en strategi for å minimere gjenstander forårsaket av ultralyd når spre jord.
Rapporterte sonication energier spenner fra 60 til å 5000 J·mL-1. Flere forskningsgrupper har rapportert at 100 J·mL-1 kan være tilstrekkelig til å ødelegge macroaggregates og effektivt spre sandholdig jord, mens 500 J·mL-1 ville ødelegge store microaggregates og gi en rimelig spredning av reaktive jord63,65,66,67,68. I fysiske fraksjoneres ordninger, kan ikke fullstendig spredning av silt og leire størrelse aggregater være nødvendig, siden beskyttelse mekanismen er trolig bli utvisket fra sorptive stabilisering i rekkeviddene størrelse. En rimelig mål for spredning før størrelsen eller tetthet fraksjoneres være å forstyrre makro-(> 250 µm) og store mikro-(> 53 µm) aggregat. Energiene av 100 J·mL-1 (sandholdig jord) til 200 J·mL-1 (loamy jord) kan være riktige valg. En energi av 200 J·mL-1 kan allerede pakke en del av mikrobielle metabolitter (angivelig mineral-tilknyttet)69, dermed bruk av høyere sonication energier skal være underlagt forsiktig. Mineralogically reaktive jord med sementerte aggregat kan imidlertid kreve opptil 500 J·mL-1 å spre. Det er viktig at spredning energien justeres for å matche hvert jordtype, samt studere mål. Endelig, er det viktig å huske at selv etter angivelig komplett ultralyd spredning, leire-sized microaggregates er sannsynlig å vedvare70.
Problemer med harmonisering fysiske fraksjoneres teknikker ligger i heterogenitet som er funnet i jord, spesielt i sine mineralske sammensetning. Valg av kompakte løsninger skal gjøres på grunnlag av kjente eller inferred jord mineralogi, med det endelige mål å isolere brøker som er så homogen som mulig.
I artikkelen var tett løsningen SPT - pH 371,72. Lav pH minimerer tap av løselige organiske forbindelser. Imidlertid kan tetthet fraksjoneres utføres med ulike tette løsninger. Historisk organisk væsker ble brukt (tetrabromoethane, tetrachloromethane), men gradvis ble forlatt på overskuddet av uorganiske salter (jodid natrium, SPT) på grunn av toksisitet av halogenerte hydrokarboner og iboende forurensning av jord organiske. I dag, SPT er den foretrukne løsningen fordi tettheten kan justeres mellom 1.0 til 3.1 g·cm-3, kan resirkuleres og har en lav toksisitet (hvis ingested)22,50. Største produsenter tilbyr et utvalg av SPT karakterer ulik nivået av karbon- og nitrogen forurensning. Reneste karakteren anbefales tetthet fraksjoneres av jord, spesielt hvis fraksjoner skal analyseres for isotopanrikning komposisjon.
En løsning av tetthet 1.6 g·cm-3 er klassisk brukt til å skille lyset organisk fra mineral-assosiert fraksjoner - se for eksempel Golchin et al.21. Mens noen forfattere har antydet at en tetthet av 1 g·cm-3 (vann) kan være tilstrekkelig til å trekke ut de fleste av lys brøkdel73,74, har andre foreslått høyere tetthet avskjær som 1,62 eller 1.65 g·cm-3 basert på tanken på at noen organiske komponenter kunne vise tettheter til 1.60 g·cm-3 33,75,76. Tettheter så høyt som 1,85 g·cm-3 har selv vært ansatt50. Når du velger en tetthet å skille lyset fra tunge fraksjoner, bør det bemerkes at ingen perfekte løsningen finnes. Faktisk lavere tettheter risiko tillegge noen "lett" organiske til tung fraksjoner, mens høyere tettheten risiko inkludert noen mineraler i lys fraksjoner. Denne siste effekten kan oppdages når observere karbon innholdet i lys fraksjoner, % SOC lavere enn 40-45% angir en viss grad av mineral forurensning.
For tung fraksjoner, foreløpig analyse som XRD kan gi innsikt i mineraler på hoveddelen prøve60 og hjelper definere tetthet avskjær kan skille mellom mineral hovedkomponentene i en jord, husk at høy organisk belastninger vil lavere tetthet av et mineral forhold til teoretisk verdi. Tilsvarende for partikkelstørrelse separasjon hjelpe en tekstur analyse77,78 sette riktige grenser. Partikkelstørrelse separasjon er et spesielt attraktivt tillegg til enkel tetthet fraksjoneres når sekvensiell tetthet fraksjoneres er vanskelig. Dette gjelder for eksempel for jord som inneholder store mengder oxyhydroxides og lav aktivitet leire, som føre til eksempel spredning og forhindre klart separasjoner i tunge væsker. Litt partikkelstørrelse separasjon angis også skille mineraler av lignende tettheter men forskjellige størrelser (f.eks kvarts og illitt).
Gratis kalsiumioner reagere med SPT å danne uløselig Ca metatungstate. Prosedyren er dermed upassende for alkalisk jord som inneholder store mengder dårlig krystallinsk, pedogenic karbonater. Små mengder av lav-reaktivitet karbonater forstyrrer ikke fraksjoneres som prøvene ikke er igjen i kontakt med SPT for lenge. Ca metatungstate precipitates vil føre til estimert over brøkdel massene. Hvis AKU kjøres på en elementær analyserer for C konsentrasjon, problemet vil bli oppdaget, men fraksjoneres blir kompromittert.
I tillegg til disse tekniske problemer stammer den fundamentale begrensningen av CSDF (eller noen fysisk fraksjoneres ordningen) fra det faktum at reaktive mineraler i jord sjelden oppstå som diskret skiller, men i stedet som belegg og sement. Forekomsten av svært sorptive men veldig tynne belegg på ellers unreactive mineraler (som kvarts) kan føre til et forutinntatt syn organo-mineral foreninger. Forsiktighet er derfor nødvendig når tolke resultatene, spesielt for jord som reaktivitet domineres av dårlig krystallinsk og oksid faser. Ytterligere karakteristikk av brøker kan hjelpe lindre slik tvetydigheter. Likevel har detaljert fysisk fraksjoneres metoder som CSDF en enestående mulighet til å få innsikt i sammensetningen av naturlig forekommende organo-mineral komplekser. Slike innsikt forventes å gi ny forståelse av biogeochemistry av den største pool av organisk materiale i jord, en mineral-forbundet.

Jordsmonnet er et komplekst system som inneholder elementer av geologiske og biologiske opprinnelse. Studiet av sine mellommenneskelige forhold er hjørnesteinen i vår forståelse av økosystemet funksjon1. Spesielt antas organo-mineral interaksjoner å spille en nøkkelrolle i jord organisk materiale (SOM) dynamics2. Rakne SOM dynamics er et svært aktivt forskningsfelt av flere grunner. Jord med høy SOM aksjer vil tendere til å vise gode iboende fruktbarhet og kan også utgjøre en miljømessig verdifulle carbon sequestration mulighet3,4.
Organisk materiale i jord er svært heterogen, med noen komponenter snu inn i et par timer mens andre kan vare i tusenvis av år5. Determinantene av denne heterogene forblir et kontroversielt tema, men tilknytning mineral matrix antas å være spesielt viktig6,7, spesielt for undergrunnen horisonter8. Som et resultat, mottar mineral faser kjent nært knytte organisk komponenter økende interesse9,10,11.
Jord inneholder en rekke mineraler med kvalitativt og kvantitativt varierende sorptive potensial mot SOM. Mineraler med store bestemt flater og/eller svært reaktive flater har vist å ha en høy absorpsjon kapasitet for organiske forbindelser4,12. I jord, sekundær mineraler som høy aktivitet phyllosilicates (f.eks smectites), har iron oxyhydroxides og dårlig krystallinske aluminosilicates alle vist å drive betydelig sorptive bevaring av noen organiske forbindelser13 , 14 , 15 , 16 , 17. skille jord i fraksjoner ulik mineralogi kunne dermed hjelpe isolere organisk materiale bassenger med relativ funksjonelle homogenitet.
Målet med denne utredningen er å presentere en metodikk for å isolere organo-mineral komplekser etter komposisjon, som deretter muliggjør studiet av sine eiendommer. Metoden kombinerer størrelsen og tettheten fraksjoneres å fysisk separate bulk jord i en sekvens av fraksjoner av ulike sammensetning. Kombinerte størrelsen og tettheten fraksjoneres (CSDF) integrerer to effektive fysiske fraksjoneres tilnærminger (partikkel størrelse separasjon og tetthet separasjon). Kombinasjonen av disse to tilnærmingene gir forbedret oppløsning til vår forståelse av organo-mineral foreninger i jord.
Det er mange ulike tilnærminger (kjemisk, fysisk og / eller biokjemiske) som kan brukes til å angi brøker i en bulk jord eksempel18,19. Enkel tetthet fraksjoneres er en fysisk separasjon som har vært mye brukt av jord forskere til å studere SOM dynamics (se for eksempel Grunwald et al., 2017 og referanser der)20. I sin klassiske form skiller enkel tetthet fraksjoneres materialer lettere enn en gitt cutoff (vanligvis 1.6 å 1,85 g·cm-3) - lys brøken (LF) fra tyngre materialer - tunge brøken (hF). LF er videre delt inn i gratis lys brøkdel (fLF) og okkludert lys brøkdel (oLF)21.
I mange jord, er den største SOM pool funnet i hF22. SOM i hF er generelt antatt å være mer stabilt enn i LF23, men det har vist å beholde en høy komposisjonelle og sannsynligvis, funksjonelle heterogenitet18. Dette peker på behovet for å ytterligere separat på hF i mer homogen subfractions, med utsikt over isolere bassenger av SOM med distinkt biogeochemical egenskaper (for eksempel botid eller funksjonalitet). Sekvensiell tetthet fraksjoneres, som beskrevet av Sollins et al. (2009)24, har faktisk vist seg for å være en vellykket metode; ennå risikerer en separasjon utelukkende basert på tetthet å utsikt over forskjeller som oppstår fra variasjon i kornstørrelse og dermed bestemte areal. For eksempel kaolinite har omtrent samme tetthet som kvarts men kan separeres på grunnlag av sin størrelse-modus (tabell 1). CSDF inkluderer vurdering av korn og oppløsningen for fraksjoneres.
SOM fraksjoneres basert på fysiske, kjemiske og biokjemiske egenskaper har en lang historie. Fysiske metoder som CSDF er basert på fysiske attributter av jord komponenter, for eksempel størrelse (av partikler eller aggregater) eller tetthet. Kjemiske metoder omfatter selektiv utdrag av bestemte forbindelser eller klasser av forbindelser, samt kjemiske oksidering. Biokjemiske metodene er avhengig av mikrobielle oksidasjon under ulike eksperimentelle forhold. Kjemiske og biokjemiske metoder er basert på en annen måte og har ulike mål i forhold til fysiske metoder, men er likevel kort omtalt nedenfor.
Alkaliske utvinning (med natriumhydroksid for eksempel) rangerer blant de tidligste metodene brukes til å isolere kjemisk komponenten organisk jord6. Eksempler på moderne, kjemiske metoder SOM fraksjoneres er jeg) alkaliske ekstraksjon med Na-pyrophosphate å isolere SOM bundet til mineraler; II) syre hydrolyse (HCl) rettet mot kvantifisere gamle, vedvarende SOM; og iii) selektiv oksidasjon av SOM med kjemiske stoffer å angripe gratis eller ustabil SOM2. Mens disse metodene kan være nyttig å få innsikt i funksjonelt forskjellige organisk materiale bassenget, lider de flere begrensninger. Først kan utdrag være imperfektum eller ufullstendig. For eksempel ut den klassiske alkaliske metoden bare 50-70% av jord organisk karbon (SOC)6. Andre fraksjoneres produkter kan ikke representant for SOM finnes i situ og kan være vanskelig å kategorisere5. Tredje tilby disse kjemiske metoder bare begrenset innsikt organo-mineral samspillet siden mange av dem ikke Behold opprinnelige tilknytningen mellom organiske og mineraler.
Biokjemiske trekking inkludert incubations eksperimenter brukes hovedsakelig til å studere labilt og reaktive SOM (se Strosser32 for en gjennomgang av biokjemiske metoder). Inkubasjon eksperimenter kan betraktes som et mål på oksygenforbruk og er intuitivt velegnet til fastsettelse av bioavailable organisk underlag. Men gjør behovet for lang incubation ganger i forhold som avviker fra feltet (temperatur, fuktighet, fysisk forstyrrelse, fravær av nye innganger) ekstrapolering for på plass SOM dynamics delikat.
Sammenlignet med kjemiske eller biokjemiske metoder som antas å være transformative eller destruktive, fysiske fraksjoneres teknikker kan betraktes som mer konserveringsmiddel22 (med et betydningsfullt unntak av løselig organiske forbindelser, som går tapt under prosedyren). På sitt beste, fysisk jord brøker kan betraktes som et "øyeblikksbilde" solid-fase jord komponenter som finnes i feltet og kan dermed gjelder mer direkte SOM dynamikken i situ33. Videre, ikke-destruktiv natur teknikken betyr at fraksjoner kan karakteriseres senere bruker en rekke analyser eller ytterligere fraksjonert ut kjemiske eller biokjemiske metodene.
Fysisk fraksjoneres av jord er ikke en siste idé. Vitenskapelig litteratur om fysisk separasjon teknikker dateres tilbake til midten av 20-tallet. Anvendelser av tetthet fraksjoneres rapportert så tidlig som i 196534,35. I samme periode og i flere tiår, var publikasjoner om dynamikken i SOM og dets interaksjon med mineraler allerede blitt utbredt blant jord forskere36,37,38,39 .
Separasjon basert på tetthet, samlet størrelse eller partikkel størrelse er de vanligste fysiske separasjon metodene brukes i dag. En av hovedutfordringene med fysisk separasjon er isolering av homogene funksjonelle SOM bassenger, som definert av turnover hastighet, størrelse eller andre indikator på funksjonen. Kombinere separasjon metoder eller kriterier, som CSDF, kan bidra til å bringe funksjonelle oppløsning til jord brøker. faktisk synes disse metodene å bli brukt mer og mer i kombinasjon,18,,40,,41,,42,,43. Ved å kombinere sekvensiell tetthet separasjon, for å gi fraksjoner med forskjellige organisk noe innhold og mineralogiske komposisjon, med størrelse separasjon, som står for forskjellene skyldes bestemte areal, CSDF holder løftet om gir innblikk i mangfoldet og fungere organo-mineral foreninger i jord.
CSDF mål å fysisk smuldre vekk bulk jordprøver i fraksjoner av relativ mineralogiske og tekstur homogenitet. De tetthet og partikkel størrelse avskjær, samt spredning energiforbruket her er valgt basert på våre jordtype, men disse parametrene kan tilpasses avhengig av prøvene skal fractioned og formålet med undersøkelsen. I dette eksemplet har vi valgt å bruke en spredning trinn, to tetthet og én størrelse avskjær, resulterer i separasjon av bulk jord i 6 brøker (tabell 2). Figur 1 gir en begrepsforklarende oversikt over metoden. Materialet blir fractioned her er tropisk jord, men metoden kan brukes på alle jordtype samt sedimenter. CSDF er vanligvis brukt som et forberedende trinn før videre analyser, selv om fordelingen av materialer blant fraksjoner kan være veldig informativ inne og av selv. Når påføres jord, gir CSDF fraksjoner ulik (1) mineralske sammensetning (mineralogi og tekstur) og (2) SOM konsentrasjon og komposisjon.

<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

Kombinerte størrelsen og tettheten fraksjoneres (CSDF) er en metode som brukes til å skille fysisk jord i fraksjoner ulik partikkelstørrelse og mineralogi. CSDF er avhengig av sekvensiell tetthet separasjon og sedimentering skritt å isolere (1) gratis lys brøkdel (uncomplexed organisk materiale), (2) okkludert lys brøkdel (uncomplexed organisk materiale fanget i jord aggregat) og (3) et variabelt antall tunge brøker (jord mineraler og deres tilknyttede organisk materiale) ulike i sammensetning. Forutsatt at parametrene i CSDF (spredning energi, tetthet avskjær, sedimentering tid) er riktig merket, gir metoden tunge fraksjoner av relativt homogene mineralske sammensetning. Hver av disse fraksjoner forventes å ha en annen complexing evne til organisk materiale, gjengi dette en nyttig metode for å isolere og studere natur organo-mineral interaksjoner. Kombinere tetthet og partikkel størrelse separasjon gir en forbedret oppløsning sammenlignet med enkel størrelse eller tetthet fraksjoneres metoder, gir separasjon av tunge komponenter i samsvar med både mineralogi og størrelse (relatert til areal) vilkår. Som er tilfellet for alle fysiske fraksjoneres metoder, kan det anses som mindre forstyrrende eller aggressiv enn kjemisk-baserte utvinning metoder. Men CSDF er en tidkrevende metode og videre mengden materiale som er innhentet i noen fraksjoner kan være begrensende for senere analyse. Etter CSDF, fraksjoner kan bli analysert for mineralogiske komposisjon, jord organisk karbon konsentrasjon og organisk materiale kjemi. Metoden gir kvantitativ informasjon om organisk karbon distribuering innenfor en jordprøve og bringer lys sorptive kapasitet av forskjellige, naturlig forekommende mineral faser, altså mekanistisk informasjon om den fortrinnsrett natur organo-mineral interaksjoner i jord (i.e., hvilke mineraler, hva slags organisk materiale).

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

Kombinerte størrelsen og tettheten fraksjoneres (CSDF) er en metode for fysisk separate jord i fraksjoner forskjellige tekstur (partikkelstørrelse) og mineralogi (tetthet). Formålet er å isolere fraksjoner med forskjellige reactivities mot jord organisk materiale (SOM), for å bedre forstå organo-mineral interaksjoner og SOM dynamikk.

Samlede størrelsen og tettheten fraksjoneres av jord for undersøkelser av Organo-Mineral interaksjoner

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

Denne metoden er en interessant tilnærming til å studere organo-mineraler interaksjoner fordi det fraksjonerer jord organisk materiale i henhold til sin tilknytning til forskjellige mineraler. Det er en fysisk fraksjoneringsprosess, noe som betyr at den ikke endrer kjemien til brøkene. Som et resultat forteller analyse av fraksjonen oss noe om den naturlige sammensetningen av organo-mineralkomplekser.Denne metoden er veldig nyttig når vi prøver å lære mer om evnen til forskjellige jordsmonn til å sequester karbon vekk fra atmosfæren. For å skille den frie lysfraksjonen, vei fem til åtte gram lufttørket siktet jord i et 50 milliliter konisk sentrifugerør. Registrer massen av jord med fire betydelige tall.Bruk en gradert sylinder, tilsett 35 til 40 milliliter natriumpolytungstate eller SPT. Med en tetthet på 1,62 gram per kubikkcentimeter, sentrifuge i 90 minutter ved 2500 ganger tyngdekraften i en svingende bøtte sentrifuge for å ha råd til en klar separasjon mellom fri lysfraksjon og pellet. Hell alt flytende og suspendert materiale i en 250 milliliter polykarbonat sentrifugeflaske.Pass på at pallen sitter fast på bunnen av røret. Skyll materialet som ligger på veggen av røret i samme polykarbonatflaske. Bruk en sprutflaske fylt med avionisert vann som holder røret nesten opp ned over polykarbonatflasken.Sett opp en vakuum ultrafiltreringslinje med 0,45 mikronfiltre. Fukt filtrene litt og påfør vakuum før du strammer traktene for å unngå tårer. Hell langsomt innholdet i polykarbonatflasken i trakten til en vakuumfiltreringsenhet.Skyll ut rester igjen i polykarbonatflasken inn i filtreringsenheten. Ikke la oppløsningen trekke over en dybde som er større enn omtrent en centimeter over filteret. Tilsett mer enn 10 milliliter av deionisert vann til filtreringsenheten minst tre ganger for å sikre at alle spor av SPT fjernes.Pass på å skylle siden av filtreringstrakten. Når vakuumet er sluppet ut på filtreringslinjen, fjerner du trakten fra filtreringsenheten. Gjenopprett materialet som ligger til sidene i en merket aluminiumsbolle ved hjelp av en sprutflaske fylt med deionisert vann.Løft filteret forsiktig med pinsett og skyll materialet som finnes i samme aluminiumsbolle ved hjelp av en sprutflaske fylt med deionisert vann. Tørk båtinnholdet maksimalt 65 grader Celsius til konstant vekt. Etter minst 48 timer avkjøles bolleinnholdet i en desiccator som inneholder friskt tørkemiddel i minst 30 minutter.Skrap forsiktig materialet av aluminiumsbollen med en plastspatel. Registrer massen av den frie lysfraksjonen med fire signifikante tall, og plasser deretter prøven i et lagrings hetteglass. For å utføre frigjøring av okkludert lysfraksjon, tilsett 35 til 40 milliliter SPT med en tetthet på 1,62 gram per kubikkcentimeter til sentrifugerøret som inneholder pelleten fra fri lysfraksjonsekstraksjon.Resuspend pellet. Sett inn ultralydsonden på to centimeter under overflaten av løsningen og legg røret i isvann for å forhindre oppvarming av bulkoppløsning. Sonicate prøven ved hjelp av den nødvendige tiden for å nå målet energi på 280 joules per milliliter.For å skille den okkluderte lysfraksjonen, sentrifuge i 90 minutter ved 2500 ganger tyngdekraften i svingende bøtte sentrifuge. Hell alle flytende og suspenderte materialer i en 250 milliliter polykarbonat sentrifugeflaske. Pass på at pelleten sitter fast på bunnen av røret.Skyll det okkluderte lette organiske materialet som følge av hele røret i samme polykarbonatflaske som før. Tilsett nedkjølt avionisert vann til røret som inneholder pelleten opp til 40 milliliter merket. Sonicate på 75 joules per milliliter La innholdet til oppgjør for tiden som kreves for at materialet er finere enn åtte mikrometer å bosette seg.Pipette deretter ut supernatant ned til 10 milliliter merket i en 50 milliliter sentrifuge rør. Plasser rørene som inneholder mindre enn åtte mikronfraksjon, samt de som inneholder den større enn åtte mikronfraksjonen i ovnen ved 45 grader Celsius for å fordampe den gjenværende overflødige væsken. For å utføre tetthetsfraksjon, legg til 35 til 40 milliliter SPT med tettheten på 2,78 gram per kubikkcentimeter til hver størrelsesfraksjon.Resuspend pellet og sentrifuge i 90 minutter på 2500 ganger tyngdekraften. Hell deretter alle flytende og suspenderte materialer i en 250 milliliter polykarbonat sentrifugeflaske, slik at pallen forblir fast fast festet på bunnen av røret. Det kan være vanskelig å få en klar separasjon mellom det flytende materialet og pelleten.I dette tilfellet kan du prøve aspirasjon av supernatant ned til et sett nivå. Overfør nå pellets til 250 milliliter polykarbonatflasker ved hjelp av en sprutflaske fylt med deionisert vann. Tilsett deionisert vann til polykarbonatflaskene for å senke tettheten uten å overskride 200 millilitermerket.Gjør dette for alle brøker. Etter sentrifugering av flaskene i 20 minutter ved 5000 ganger tyngdekraften, dekanterer du overnatanten i den brukte SPT-krukken for resirkulering. Etter å ha utført vaskeprosedyren som beskrevet i tekstprotokollen, samle den tunge fraksjonen i en aluminiumsbolle, er den tunge fraksjonen pellet og fine partikler som ligger på siden av flaskene.Tørk den tunge fraksjonen maksimalt 105 grader Celsius til konstant vekt. Oppbevar den tunge fraksjonen på samme måte som lysfraksjonen. Fordelingen av materialmasse mellom fraksjoner viste sterke forskjeller mellom anleggene.Som først indikert gjennom bulk prøve mineralogi som vurdert av pulver X-ray diffraction, på stedet en dominert av primære silikater som kvarts og feltspater, de fleste av materialene er gjenvunnet i tung brøkdel en som ble designet for å konsentrere grove silikater. Site to viste en større prosentandel av fyllosicates for det meste kaolinitt under mineralologiske analyser. Ldigvis hadde tung brøkdel tre som var designet for å konsentrere fine silikater flere materialer på stedet to enn på stedet en.Til slutt var område tre de rikeste i oksider og viste også den største mengden materiale i tung brøkdel to som ble designet for å konsentrere grove oksider. Samlet sett indikerer dataene at metoden var vellykket i fysisk fraksjonering av bulkprøver i deres viktigste mineralologiske komponenter. Når det gjelder enhver fysisk separasjonsordning, er det viktig å skreddersy din brøkparameter til dine spesifikke mål.Sørg for å ha en testkjøring og arbeide med flere repliker for å kontrollere reproduserbarheten. Selv om natriumpolytungstate er mindre giftig enn tidligere brukt og oppløsning, forblir det irriterende og er skadelig ved svelging eller inhalert. Unngå utgivelsen i miljøet.Etter isolasjonen kan de forskjellige fraksjonene analyseres for mineralogi samt organisk materialeinnhold og sammensetning. Dette gir oss informasjon om både mineralet og den organiske materiepartneren i organo-mineralforeningen. Denne metoden kan kaste nytt lys over organisk materiale nedbrytbarhet.Faktisk tilsynelatende recalcitrants kan ikke være så mye en egenskap av en gitt organisk forbindelse, men av sin affinitet for ulike mineraler.

Research

JoVE Journal

Environment

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

Fastsettelse av Microbial Ekstracellulær enzymaktivitet i Waters, jord og sedimenter ved hjelp av høy gjennomstrømming for mikro Analyser

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

Integrert Feltet Lysimetry og Porewater Prøvetaking for Evaluation of Chemical mobilitet i jordsmonn og Etablert Vegetasjon

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

Måling av klimagass Flux fra jordbruksjord bruke statiske Chambers

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

En Bending Test for Bestemme Atterberg Plastic Limit i Soils

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

Utvinning og analyse av Microbial fosfolipid fettsyrer i jordsmonn

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

Jord Lysimeter Graving for Coupled Hydrologiske, Geokjemiske, og mikrobiologiske undersøkelser

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

Metoder for Soil Omsampling å overvåke endringer i den kjemiske Konsentrasjoner av skogsjord

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

Utvikling av nye metoder for å kvantifisere fisk tetthet med undervanns Stereo-video-verktøy

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

En ultra-rene flerlags apparater for å samle størrelse fraksjonert akvatisk Plankton og suspenderte partiklene

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