Kohlenstoff und Stickstoff-Analyse von Umweltproben

Quelle: Labors von Margaret Workman und Kimberly Frye - Depaul University

Elementare Analyse ist eine Methode zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung des Materials. In Umweltproben wie Böden interessieren sich Wissenschaftler vor allem in den Mengen von zwei ökologisch wichtige Elemente, Stickstoff und Kohlenstoff. Elementaranalyse von der Flash-Verbrennungstechnik funktioniert durch Oxidation der Probe mit einem Katalysator durch Verbrennung in einer Hochtemperatur-Kammer. Die Produkte der Verbrennung sind dann N₂ und CO₂ reduziert und mit einer Wärmeleitfähigkeit Detektor erkannt.

Im Gegensatz zu anderen Methoden für die Gesamt-Stickstoff-Bestimmung (Kjeldahl-Methode) und CO2-Bestimmung (Walkley-schwarz, Heanes oder Leco Methoden) die Flash-Verbrennungstechnik verwendet keine giftige Chemikalien und ist daher viel sicherer zu nutzen.

Dieses Video veranschaulicht Verbrennung basierende Elementaranalyse mit dem Flash EA 1112 Instrument von Thermo Fisher Scientific.

Die Bodenproben sind platziert in einer Zinn Disc und ließ sich in der Oxidation Reaktor über eine Autosampler wo es in einer Sauerstoff-Umgebung um mehr als 900 ° C in Anwesenheit eines Oxidationskatalysators verbrannt. Der Kohlenstoff in der Probe ist zu Kohlendioxid und Stickstoff ist Stickstoffgas und einige Stickoxide umgewandelt.

C + O₂ → CO₂
4 X O₂ → N₂ , N + 2 Nein_X

Helium-Gas trägt diese Produkte in einer zweiten Reaktionsgefäß mit Kupfer, das die Stickoxide zu Stickstoff reduziert und entfernt überschüssigen Sauerstoff gefüllt. Dies erfolgt bei 680 ° C.

KEINE_X + Cu → N₂ + CuO
O₂ + Cu → CuO

Der Gasstrom fließt dann durch einen Filter gefüllt mit Magnesium Perchlorat, Wasserdampf zu entfernen, bevor der Stream die Gaschromatograph Spalte erreicht.

N-₂ verlässt die Gaschromatographie-Spalte zuerst bei etwa 110 s, und dann die CO₂ wird Ausfahrt rund 190 S. mit eine Standardkurve erstellt mit Asparaginsäure, %N und %C in der Bodenprobe ermittelt werden.

1. Vorbereitung von Bodenproben

1. Trocknen Sie Bodenproben bei 60 ° C für 48 Stunden.
2. Passieren Sie den Boden durch ein 2 x 2 mm Sieb.
3. Ca. 5 g des Bodens in die Kugel Mühle Mühle und Mahlen für 2 min. Es ist wichtig, eine homogene Probe zu bekommen, da Ihre Stichprobengröße sehr klein sein wird.
4. Setzen Sie gefrästen Boden in einen kleinen Behälter und Speicher in einem Exsikkator erst unmittelbar vor Gebrauch.

2. Einrichten der Geräteparameter

1. Schalten Sie die Flash EA 1112 Instrument in den Rücken mit dem Schalter oben.
2. Schalten Sie den Computer.
3. Klicken Sie doppelt auf die "eifrig 300"-Symbol, um das Softwareprogramm zu starten, die das Instrument ausgeführt wird.
4. Doppelklick auf das "NC Böden"-Symbol, um die Methode zu öffnen, die das Instrument-Setup für Böden läuft.
5. Erwärmen Sie das Instrument durch die Öffnung der "Elemental Analyzer Parameter bearbeiten" und klicken Sie auf die Schaltfläche "Senden". Der Parameter sollte wie folgt (siehe Abbildungen 1-3):
   a. Temperaturen: Links = 900 ° C, rechts = 680 ° C Ofen = 50 ° C
   b. gas-Durchfluss: Träger = 130 mL/min, Sauerstoff = 250 mL/min, Referenz = 100 mL/min
   c. Zyklus Laufzeit = 360 s
   d. Probenahme Verzögerung = 12 s
   e. Sauerstoff-Injektion-Ende = 5 s
   f. Detektor = Filament auf
6. Erstellen Sie eine Beispieltabelle, durch Klicken auf "Probe-Tabelle bearbeiten" und dann "Beispieltabelle füllen". Ändern Sie den Dateinamen zum heutigen Datum. Geben Sie die Anzahl der Samples, die ausgeführt werden soll, einschließlich der Normen und Rohlinge. Klicken Sie auf "Ersetzen", um die letzten Beispieltabelle zu ersetzen, die mit Ihrem neuen Beispieltabelle erstellt wurde.

3. Erstellen einer Standardkurve

1. Mit Pinzette, eine Zinn-Disc aus dem Pack zu entfernen und in eine Tasse Form unter Verwendung der speziellen Dichtungsvorrichtung Schimmel. Berühren Sie die Zinn-CD mit den Fingern zu vermeiden Übertragung von Ölen aus Ihren Fingerspitzen. (Siehe Abbildungen 4 – 5)
2. Mit Pinzette, die Mikrowaage Zinn Scheibe aufsetzen und die Waage auf Null.
3. Mit Pinzette, die Mikrowaage entnehmen Sie Zinn Disk und mit einer Microspatula, legen Sie ca. 1 mg Asparaginsäure standard in der Zinn-Disc.
4. Die Mikrowaage belasten Sie Zinn Scheibe mit standard Asparaginsäure. Geben Sie dieses Gewicht in der Datentabelle in der eifrig 300-Software auf dem Computer.
5. Seal bis die Zinn Scheibe mit der Zange so, dass keiner der standard Asparaginsäure daraus verschüttet wird. Legen Sie die Zinn-Paket in den Autosampler. (Siehe Abbildung 6)
6. Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.5, mit etwa 5 mg Asparaginsäure standard.
7. Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.5, mit ca. 7,5 mg Asparaginsäure standard.
8. Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.5, mit ca. 10 mg Asparaginsäure standard.

4. laden den Autosampler mit Boden Proben

1. Mit Pinzette, eine Zinn-Disc aus dem Pack zu entfernen und in eine Tasse Form mit der Dichteinrichtung zu Formen. Sie darf nicht die Dose mit den Fingern zu vermeiden Übertragung von Ölen aus Ihren Fingerspitzen berühren.
2. Mit Pinzette, die Mikrowaage Zinn Scheibe aufsetzen und die Waage auf Null.
3. Der Zinn-CD aus die Mikrowaage und etwa 50 mg der homogenisierten Boden in die Zinn Scheibe mit einem Microspatula.
4. Die Mikrowaage belasten Sie Zinn Scheibe mit Bodenprobe. Geben Sie dieses Gewicht in der Datentabelle in der eifrig 300-Software auf dem Computer.
5. Seal bis die Zinn Scheibe mit der Pinzette, so dass der Boden enthalten ist. Übertragen Sie das Zinn Paket Autosampler Tray.
6. Wiederholen Sie die Schritte 4.1 – 4.5 für alle Ihre Proben. Es wird empfohlen, dreifacher Versuche jeder Probe laufen. Eine dreifacher Experiment gilt als Faustregel, experimentellen Fehler auszuschließen.

5. Ausführen der Beispiele

1. Wenn die entsprechenden Temperaturen auf dem Instrument erreicht haben, wird das Grün "Temperatur bereit" Licht einschalten. Am unteren Rand des Bildschirms auf dem Computer wird es auch "Bereit für die Analyse" sagen.
2. Bevor Sie beginnen Ihre Probe laufen Sie, klicken Sie auf "Datei" und "Save-Methode", um die Daten zu speichern, die Sie einfach geben. Es wird empfohlen, die Methode mit Ihren Namen und das Datum zu speichern.
3. Um den Lauf zu beginnen, klicken Sie auf den grünen Pfeil und drücken Sie "Jetzt starten".
4. Es dauert ca. 6 Minuten pro Probe zu laufen.
5. Nachdem das abgeschlossen ist, sehen Sie die Ergebnisse durch Klicken auf "Neuberechnung" dann "Ergebnisse zusammenfassen".

Abbildung 1. Flash-EA-1112-Parameter-Setup-Bildschirm 1.

Abbildung 2. Flash-EA-1112-Parameter-Setup-Bildschirm 2.

Abbildung 3. Flash-EA-1112-Parameter-Setup-Bildschirm 3.

Abbildung 4. Entfernen einer Zinn Disc mit der Pinzette.

Abbildung 5. Die Zinn Scheibe geformt in eine Tasse Form mit der Dichteinrichtung.

Abbildung 6. Das Zinn-Paket in den Autosampler.

Ein Chromatogramm für jede Probe entsteht, zeigt die Menge an Stickstoff und Kohlenstoff in der Probe (Abbildung 7).

Die Flächen unter der Kurve bei jedem von den Gipfeln in der Probe Chromatogramm sind im Vergleich zu den Standardkurven (Abbildungen 8 und 9), und die Menge an Stickstoff und Kohlenstoff in der Probe berechnet. Bezogen auf das Gewicht der ursprünglichen Stichprobe, %N und %C ist berechnet (Abbildung 10).

Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 7. Chromatogramm mit Stickstoff und Kohlenstoff Gipfeln.

Abbildung 8. Assay-Standardkurve für Stickstoff.

Abbildung 9. Assay-Standardkurve für Kohlenstoff.

Abbildung 10. Berechnung von %N und %C, bezogen auf das Gewicht der ursprünglichen Probe.

Der Kohlenstoff zu Stickstoff (dadurch)-Verhältnis im Boden ist ein Quotient aus der Masse von Kohlenstoff auf die Masse der Stickstoff in der Bodenprobe. Das dadurch Verhältnis von Boden- und alles setzen auf dem Boden (wie Ernte-Rückstände-Decke) Ernte Rückstände Zersetzung und Nährstoffkreisläufe beeinflussen können. Bodenmikroorganismen haben dadurch Verhältnis von etwa 8:1. Um dieses Verhältnis zu erhalten, müssen sie ihre Kohlenstoff und Stickstoff aus der Umgebung erwerben. Da einige des Kohlenstoffs, die die Mikroorganismen erwerben muss, als eine Quelle der Energie verwendet werden zusätzlich zu was sie für die Körperwartung braucht, benötigen die Mikroorganismen jedoch dadurch Verhältnis ungefähr 24:1. Wenn Blatt Wurf oder Boden Abdeckung mit einem dadurch Verhältnis von größer als 24:1 auf dem Boden platziert ist (zB., Mais Stover mit einem dadurch Verhältnis von 57:1), die Mikroorganismen müssen Stickstoff aus dem Boden zu nutzen, um das Streumaterial zersetzen. Dies führt zu einem Defizit von Stickstoff im Boden. Wenn Blatt Wurf oder Boden Deckel mit einem dadurch Verhältnis von weniger als 24:1 auf den Boden (z.B. Luzerneheu mit einem dadurch Verhältnis von 13:1), es steht werden einige Stickstoff bleibt nach der Zerlegung von Streumaterial, die als Nährstoffe in den Boden veröffentlicht werden.

Elementaranalyse kann verwendet werden, um dadurch Verhältnis von Bodenproben bestimmen nicht nur, sondern kann auch verwendet werden, um festzustellen, das dadurch Verhältnis in pflanzlichen Materialien, wie Blätter und Ernterückstände. Diese Information ist wichtig für die Landwirte um zu helfen, zu entscheiden, welche Art von Ernte-Decke zu verwenden. Das dadurch Verhältnis von der Ernterückstände hinzugefügt zur Deckung des Bodens beeinflusst, wie schnell die Rückstände zersetzt wird. Dies hat Auswirkungen auf unabhängig davon, ob der Boden für die von Ihnen gewünschte Zeitspanne geschützt ist.