Análisis de carbono y nitrógeno en muestras ambientales

Fuente: Laboratorios de Margaret obrero y Kimberly Frye - Universidad de Depaul

Análisis elemental es un método utilizado para determinar la composición elemental de un material. En muestras ambientales como suelos, los científicos están particularmente interesados en las sumas de dos elementos de gran importancia ecológica, nitrógeno y carbono. Análisis elemental mediante la técnica de combustión flash trabaja oxidando la muestra con un catalizador a través de la combustión en una cámara de alta temperatura. Los productos de combustión entonces se reduce a N₂ y CO₂ y detectados con un detector de conductividad térmica.

A diferencia de otros métodos para determinación de nitrógeno total (método Kjeldahl) y la determinación de carbono total (Walkley-Black, métodos Heanes o Leco), la técnica de combustión flash no utiliza productos químicos tóxicos y por lo tanto es mucho más segura utilizar.

Este video muestran análisis elemental basada en la combustión utilizando el instrumento de 1112 EA Flash de Thermo Fisher Scientific.

Las muestras de suelo se colocan en un disco de lata y dejado caer en el reactor de oxidación mediante un muestreador automático donde se quema en un ambiente de oxígeno en más de 900 ° C en presencia de un catalizador de oxidación. El carbono en la muestra se convierte en dióxido de carbono y el nitrógeno se convierte en nitrógeno gas y algunos óxidos de nitrógeno.

C + O₂ → CO₂
4 N + x O₂ → N₂ + 2 NO_x

Gas helio lleva estos productos en un segundo tubo de ensayo llenado de cobre reduce los óxidos de nitrógeno a nitrógeno y elimina el exceso de oxígeno. Esto se ha completado a 680 ° C.

NO_x + Cu → N₂ + CuO
O₂ + Cu → CuO

La corriente de gas fluye entonces a través de un filtro llenado de perclorato de magnesio para eliminar cualquier vapor de agua antes de que la corriente alcanza la columna del cromatógrafo de gases.

N₂ saldrá la columna de cromatografía de gases, primero, a unos 110 s y entonces la voluntad de₂ CO cerca de 190 s. usando una curva estándar creada con ácido aspártico, %N y %C en la muestra de suelo se puede determinar la salida.

1. preparación de muestras de suelo

1. Muestras de suelo seco a 60 ° C durante 48 h.
2. Pasar el suelo a través de un tamiz de 2 mm x 2 mm.
3. Poner aproximadamente 5 g de suelo en el molino de bola molino y muele durante 2 min. Es importante obtener una muestra homogénea ya que su tamaño de la muestra será muy pequeño.
4. Poner suelo molido en un recipiente pequeño y almacenar en un desecador hasta que esté listo para usar.

2. configurar los parámetros del instrumento

1. Encienda el instrumento 1112 EA Flash en la parte posteriora por mover el interruptor hacia arriba.
2. Encienda el ordenador.
3. Haga doble clic en el "300 ansioso" icono para iniciar el programa de software que se ejecuta el instrumento.
4. Haga doble clic en el icono de "Suelos NC" para abrir el método que se ejecuta la configuración del instrumento para los suelos.
5. El instrumento se caliente abriendo los "parámetros de Elemental analizador de editar" y haga clic en el botón "Enviar". Los parámetros deben ser como sigue (ver figuras 1-3):
   a. temperaturas: izquierda = 900 ° C, derecha = 680 ° C, horno = 50 ° C
   b. flujo de gas: portador = 130 mL/min, oxígeno = 250 mL/min, referencia = 100 mL/min.
   c. tiempo de ejecución ciclo = 360 s
   d. muestreo de retraso = 12 s
   e. oxígeno inyección final = 5 s
   f. detector = filamento en
6. Crear una tabla de muestra haciendo clic en "Editar tabla de muestra" y luego "Rellenar tabla de muestra". Cambiar el nombre del archivo a la fecha actual. De entrada el número de muestras que va a ejecutar, incluyendo las normas y los espacios en blanco. Haga clic en "Reemplazar" para reemplazar la última tabla muestra que fue creada con la nueva mesa de muestra.

3. creación de una curva estándar

1. Con unas pinzas, quitar un disco de lata de la manada y moldearla en forma de Copa utilizando el dispositivo de cierre especial. Evite tocar el disco de lata con los dedos para evitar la transferencia de aceites de sus manos. (Ver figuras 4-5)
2. Utilizando pinzas, coloque el disco de lata en la microbalanza y cero la balanza.
3. Con unas pinzas, quitar el disco de lata de la microbalanza y usando un microspatula, coloque aproximadamente 1 mg de ácido aspártico estándar en el disco de lata.
4. Pesar la lata discos con ácido aspártico standard en la microbalanza. Se introduce este peso en la tabla de datos en el software de 300 dispuestos en el equipo.
5. Sello de hasta el disco lata con las pinzas para que ninguno del ácido aspártico estándar se derrame. Coloque el paquete de lata en el automuestreador. (Ver figura 6)
6. Repita los pasos 3.1 a 3.5, utilizando aproximadamente 5 mg de ácido aspártico estándar.
7. Repita los pasos 3.1 a 3.5, utilizando aproximadamente 7,5 mg de ácido aspártico estándar.
8. Repita los pasos 3.1 a 3.5, con aproximadamente 10 mg de ácido aspártico estándar.

4. carga el inyector automático con suelo muestras

1. Con unas pinzas, quitar un disco de lata de la manada y moldearla en forma de Copa utilizando el dispositivo de cierre. No debe tocar la lata con los dedos para evitar la transferencia de aceites de sus manos.
2. Utilizando pinzas, coloque el disco de lata en la microbalanza y cero la balanza.
3. Extraiga el disco de lata de la microbalanza y colocar aproximadamente 50 mg de suelo homogeneizado en la lata discos utilizando un microspatula.
4. Pesar el disco lata con la muestra de suelo en la microbalanza. Se introduce este peso en la tabla de datos en el software de 300 dispuestos en el equipo.
5. Sello de hasta el disco lata con las pinzas para que el suelo se encuentra. Transferir el paquete lata a la bandeja de muestreadores.
6. Repita los pasos 4.1-4.5 para todas sus muestras. Se recomienda ejecutar ensayos por triplicado de cada muestra. Un experimento por triplicado se considera una buena regla para descartar errores experimentales.

5. ejecución de las muestras

1. Cuando han alcanzado las temperaturas adecuadas en el instrumento, la "Temperatura listo" luz verde se encenderá. En la parte inferior de la pantalla del ordenador, también dirá "Listo para el análisis".
2. Antes de empezar su muestra ejecutar, haga clic en "Archivo" y "Método Save" para guardar los datos que sólo de entrada. Se recomienda guardar el método con su apellido y la fecha.
3. Para comenzar la carrera, haga clic en la flecha verde y presione "Comenzar ahora".
4. Tardará aproximadamente 6 minutos por muestra para correr.
5. Una vez finalizado el plazo, puede ver los resultados haciendo clic en "Recalcular" y "Resumen de resultados".

Figura 1. Pantalla de configuración de parámetros de 1112 EA Flash 1.

Figura 2. Pantalla de configuración de parámetros de 1112 EA Flash 2.

Figura 3. Pantalla de configuración de parámetros de 1112 EA flash 3.

Figura 4. Extracción de un disco de lata con unas pinzas.

Figura 5. El disco lata moldeado en forma de Copa utilizando el dispositivo de cierre.

Figura 6. El paquete de lata en el automuestreador.

Un cromatograma de cada muestra se produce indicando la cantidad de nitrógeno y carbono en la muestra (figura 7).

Las áreas bajo la curva en cada uno de los picos en el cromatograma de la muestra se comparan con las curvas estándar (figuras 8 y 9), y se calcula la cantidad de nitrógeno y carbono en la muestra. Basado en el peso de la muestra original, el %N y el %C es calculado (figura 10).

Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7. Cromatograma mostrando picos de nitrógeno y carbono.

Figura 8. Curva estándar de ensayo para el nitrógeno.

Figura 9. Curva estándar de ensayo para el carbón.

Figura 10. Cálculo de %N y %C, basado en el peso de la muestra original.

El carbono a la proporción de nitrógeno (c:) en el suelo es un cociente de la masa de carbono a la masa de nitrógeno en la muestra de suelo. La proporción de c del suelo y lo puso en el suelo (como la cobertura de residuos de cosecha) pueden afectar a la descomposición de residuos de cultivo y ciclo de nutrientes. Microorganismos del suelo tienen una relación c: aproximadamente 8:1. Para mantener esta proporción, que deben adquirir su carbono y nitrógeno del medio ambiente. Sin embargo, dado que parte del carbono que adquieren los microorganismos debe ser utilizado como fuente de energía además de lo que necesita para el mantenimiento del cuerpo, los microorganismos requieren una proporción c aproximadamente 24:1. Si la hoja cubierta de hojarasca o el suelo con una relación c mayor que 24:1 se coloca en el suelo (por ejemplo., rastrojo de maíz con una proporción de c de 57:1), los microorganismos se requerirá utilizar el nitrógeno del suelo para descomponer el material de la camada. Esto resulta en un déficit de nitrógeno en el suelo. Si hoja cubierta de hojarasca o el suelo con una relación c menor que 24:1 se coloca en el suelo (por ejemplo, heno de alfalfa con una relación de c: de 13:1), allí es algunos nitrógeno restante después de la descomposición de la basura material, que será lanzado en el suelo como nutrientes.

Análisis elemental no sólo pueden utilizarse para determinar la proporción de c de las muestras de suelo, sino que también pueden utilizarse para determinar el cociente de c en materiales vegetales, como hojas de árboles y residuos de cosecha. Esta información es importante para los agricultores para ayudarles a decidir qué tipo de cobertura de cultivo a utilizar. La proporción de c de los residuos de cultivo añadido cubrir el suelo influye en cómo rápidamente se descomponen los residuos. Esto tiene implicaciones para si el suelo está protegido por el tiempo deseado.