Analyse du carbone et de l'azote des échantillons environnementaux

Source : Laboratoires de Margaret Workman et Kimberly Frye - Depaul University

Analyse élémentaire est une méthode utilisée pour déterminer la composition élémentaire d’un matériau. Dans les échantillons environnementaux tels que les sols, les scientifiques sont particulièrement intéressés par les montants des deux éléments d’importance écologique, d’azote et de carbone. L’analyse élémentaire par la technique de combustion flash fonctionne par oxydation de l’échantillon avec un catalyseur par combustion dans une chambre haute température. Les produits de combustion sont alors réduits à N₂ et CO₂ et détectés par un détecteur de conductivité thermique.

Contrairement à d’autres méthodes pour la détermination de l’azote total (méthode de Kjeldahl) et carbone total (méthodes Heanes ou Leco, Walkley-noir), la technique de combustion flash n’utilise pas de produits chimiques toxiques et est donc beaucoup plus sûre à utiliser.

Cette vidéo fera la démonstration de l’analyse élémentaire basées sur la combustion à l’aide de l’instrument de Flash EA 1112 de Thermo Fisher Scientific.

Les échantillons de sol sont placés dans un disque étain et est tombés dans le réacteur d’oxydation par un échantillonneur automatique où elle est brûlée dans un environnement d’oxygène à plus de 900 ° C en présence d’un catalyseur d’oxydation. Le carbone dans l’échantillon est converti en dioxyde de carbone et l’azote est converti en gaz d’azote et des oxydes d’azote.

C + O₂ → CO₂
4 x O₂ → N₂ , N + 2 non_x

Hélium porte ces produits dans un deuxième tube à essais rempli de cuivre qui réduit les oxydes d’azote en azote gazeux et élimine l’excès d’oxygène. C’est terminé à 680 ° C.

AUCUN CuO de_x + Cu → N₂
O₂ + Cu → CuO

Le flux de gaz s’écoule ensuite à travers un filtre rempli de perchlorate de magnésium pour éliminer toute vapeur d’eau avant que le flux atteint la colonne de chromatographie en phase gazeuse.

Le N₂ sortira la colonne de chromatographie en phase gazeuse, tout d’abord, à environ 110 s, puis la volonté de₂ CO sortir à environ 190 Using s. courbe d’étalonnage, créée à l’aide de l’acide aspartique, %N et %C dans l’échantillon de sol peut être déterminée.

1. préparation des échantillons de sol

1. Échantillons de sol sec à 60 ° C pendant 48 h.
2. Passez le sol à travers un tamis de 2 mm x 2 mm.
3. Mettre environ 5 g du sol dans le broyeur de moulin de boule et moudre pendant 2 min. Il est important d’obtenir un échantillon homogène puisque la taille de votre échantillon sera très faible.
4. Mettre le sol blanchi dans un petit récipient et le magasin dans un dessicateur jusqu’au prêt à l’emploi.

2. configurer les paramètres de l’Instrument

1. Allumez l’appareil Flash EA 1112 dans le dos en basculant l’interrupteur vers le haut.
2. Allumez l’ordinateur.
3. Double-cliquez sur le « 300 désireux » icône pour démarrer le programme logiciel qui s’exécute à l’instrument.
4. Double-cliquez sur l’icône « NC sols » pour ouvrir la méthode qui exécute le réglage de l’instrument pour les sols.
5. Chauffer l’appareil en ouvrant les paramètres « Edit d’élémentaire Analyzer » et en cliquant sur le bouton « Envoyer ». Les paramètres doivent être comme suit (voir Figures 1 et 3) :
   a. température : gauche = 900 ° C, droite = 680 ° C, four = 50 ° C
   b. débit de gaz : transporteur = 130 mL/min, oxygène = 250 mL/min, référence = 100 mL/min
   c. cycle DUREE = 360 s
   d. échantillonnage Delay = 12 s
   e. fin d’Injection d’oxygène = 5 s
   f. détecteur = Filament sur
6. Créer un exemple de table en cliquant sur « Modifier la Table échantillon », puis « Remplir le tableau échantillon ». Changer le nom du fichier à la date du jour. Entrez le nombre d’échantillons que vous envisagez d’exécuter, y compris les normes ainsi que les blancs. Cliquez ensuite sur « Remplacer » pour remplacer le dernier tableau d’échantillon qui a été créé avec votre nouvelle table de l’échantillon.

3. création d’une courbe d’étalonnage

1. À l’aide de pinces, retirer un disque d’étain de la meute et il moule en forme de coupe à l’aide de son dispositif de fermeture spécial. Évitez de toucher le disque étain avec vos doigts pour éviter de transférer des huiles du bout des doigts. (Voir Figures 4 et 5)
2. À l’aide de pinces, placez le disque d’étain sur la microbalance et le solde à zéro.
3. À l’aide de pinces, retirer le disque d’étain de la microbalance et à l’aide d’un microspatula, placer environ 1 mg d’acide aspartique standard dans le disque d’étain.
4. Peser le disque étain avec de l’acide aspartique standard sur la microbalance. Entrer ce poids dans la table de données dans le logiciel 300 avides sur l’ordinateur.
5. Joint vers le haut le disque étain avec la pince afin que rien de l’acide aspartique standard renversera hors de lui. Placez le paquet de l’étain dans l’échantillonneur automatique. (Voir Figure 6)
6. Répétez les étapes 3.1 à 3.5, à l’aide d’environ 5 mg d’acide aspartique standard.
7. Répétez les étapes 3.1 à 3.5, à l’aide d’environ 7,5 mg d’acide aspartique standard.
8. Répétez les étapes 3.1 à 3.5, à l’aide d’environ 10 mg d’acide aspartique standard.

4. l’échantillonneur automatique avec sol de chargement d’échantillons

1. À l’aide de pinces, retirer un disque d’étain de la meute et il moule en forme de coupe à l’aide de son dispositif de fermeture. Vous ne devez pas toucher l’étain avec vos doigts pour éviter de transférer des huiles du bout des doigts.
2. À l’aide de pinces, placez le disque d’étain sur la microbalance et le solde à zéro.
3. Retirer le disque d’étain de la microbalance et placer environ 50 mg du sol homogénéisé dans le disque d’étain à l’aide d’un microspatula.
4. Peser le disque étain avec l’échantillon de sol sur la microbalance. Entrer ce poids dans la table de données dans le logiciel 300 avides sur l’ordinateur.
5. Joint vers le haut le disque d’étain à l’aide de la pince afin que le sol est contenu. Transférer le paquet étain sur le plateau de l’échantillonneur automatique.
6. Répétez les étapes 4.1 – 4,5 pour l’ensemble de vos échantillons. Il est recommandé d’exécuter les essais en triple de chaque échantillon. Une expérience en triple est considéré comme une bonne règle à exclure des erreurs expérimentales.

5. exécution des exemples

1. Lorsque les températures appropriées ont été atteints sur l’instrument, le vert « Température Ready » lumière s’allumera. Au bas de l’écran sur l’ordinateur, il va aussi dire « Ready for Analysis ».
2. Avant de commencer votre échantillon exécuter, cliquez sur « Fichier » et « Méthode Save » pour sauvegarder les données que vous entrez juste. Il est recommandé d’enregistrer la méthode avec votre prénom et la date.
3. Pour commencer la course, cliquez sur la flèche verte et appuyez sur « Démarrer maintenant ».
4. Il faudra environ 6 min par échantillon pour exécuter.
5. Après que la série est terminée, vous pouvez voir les résultats en cliquant sur « Recalcul » puis « Résumer les résultats ».

La figure 1. Écran de configuration paramètres Flash EA 1112 1.

La figure 2. Écran de configuration paramètres Flash EA 1112 2.

La figure 3. Écran de configuration paramètres Flash EA 1112 3.

La figure 4. Retirer un disque étain avec une pince.

Figure 5. Le disque étain moulé en forme de coupe à l’aide de son dispositif de fermeture.

La figure 6. Le package étain étant placé dans l’échantillonneur automatique.

Un chromatogramme pour chaque échantillon est produit montrant la quantité d’azote et de carbone dans l’échantillon (Figure 7).

Les aires sous la courbe à chacun des sommets dans le chromatogramme de l’échantillon sont comparés à des courbes standards (Figures 8 et 9), et la quantité d’azote et de carbone dans l’échantillon est calculée. Basée sur le poids de l’échantillon initial, le %N et %C est calculé (Figure 10).

S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
La figure 7. Chromatogramme montrant des pics de l’azote et du carbone.

La figure 8. Courbe standard de dosage de l’azote.

La figure 9. Courbe standard de dosage pour le carbone.

La figure 10. Calcul de %N et %C, basée sur le poids de l’échantillon original.

Le carbone à proportion de l’azote (n) dans le sol est un rapport de la masse de carbone à la masse de l’azote dans l’échantillon de sol. Le ratio c : n du sol et n’importe quoi mettre sur le sol (comme la couverture de résidus de récolte) peuvent influer sur la décomposition des résidus et le cycle des éléments nutritifs. Les microorganismes du sol ont un ratio c : n environ 8:1. Pour maintenir ce ratio, ils doivent acquérir leur carbone et azote dans l’environnement. Toutefois, étant donné que la partie du carbone qui acquièrent des micro-organismes doit être utilisé comme une source d’énergie en plus de ce qu’il a besoin pour l’entretien du corps, les microorganismes exigent un ratio c : n environ 24:1. Si la litière ou le sol foliaire avec un ratio c : n de plus de 24:1 est placé sur le sol (p. ex.., canne de maïs avec un ratio c : n de 57:1), les microorganismes devront utiliser l’azote du sol afin de décomposer la litière. Cela se traduit par un déficit en azote dans le sol. Si foliaire la litière ou le sol avec un ratio c : n d’inférieure à 24:1 est placé sur le sol (par exemple, foin de luzerne avec un rapport c : n 13:1), il y aura quelques azote restant après la décomposition de la litière, qui sera publié sous forme de nutriments dans le sol.

Analyse élémentaire ne peut être utilisé pour déterminer le ratio c : n des échantillons de sol, mais peut également être utilisé pour déterminer le ratio c : n en matières végétales, telles que des feuilles d’arbres et de débris végétaux. Cette information est importante pour les agriculteurs afin de les aider à décider quel type de couverture végétale à utiliser. Le rapport c : n entre les résidus de culture ajouté pour couvrir le sol influe sur la vitesse à laquelle le résidu se décomposent. Cela a des implications pour si le sol est protégé pour la durée désirée.