Kvantifiering av humus- och fulvicsyror i humatemalmar, DOC, humifierade material och humiska ämnesinnehållande kommersiella produkter

Summary

Denna metod ger en gravimetrisk kvantifiering av humusämnen (t.ex. humus- och fulvicsyror) på askfri basis, i torra och flytande material från mjuka kol (dvs. oxiderade och icke-oxiderade brunkol och subbituminösa kol), humatemalm och skiffer, torv, kompostering och handelsgödselmedel samt jordändringar.

Abstract

Syftet med denna metod är att ge en exakt och exakt koncentration av humus (HA) och/eller fulvicsyror (FA) i mjuka kol, humusmalm och skiffer, torv, komposter och humiska ämnesinnehållande kommersiella produkter. Metoden är baserad på alkalisk extraktion av testmaterial, med användning av 0,1 N NaOH som extraktant, och separation av alkaliska lösliga humiska ämnen (HS) från olösliga produkter genom centrifugering. PH-värdet för det centrifugerade alkaliska extraktet justeras sedan till pH 1 med conc. HCl, vilket resulterar i utfällning av HA. Den utfällda HA separeras från fulvicfraktionen (FF) (den fraktion av HS som förblir i lösning)genom centrifugering. HA ugns- eller frystorkad och askhalten i den torkade HA bestäms. Vikten av den rena (dvs. askfria) HA divideras sedan med provets vikt och den resulterande fraktionen multipliceras med 100 för att bestämma % HA i provet. För att bestämma FA-halten laddas FF på ett hydrofobiskt DAX-8-harts, som adsorberar FA-fraktionen även kallad hydrofob fulvic syra (HFA). Den återstående icke-fulvic syrafraktionen, även kallad den hydrofila fulvic fraktionen (HyFF) avlägsnas sedan genom att tvätta hartset med avjoniserad _H2O tills allt icke-absorberat material är helt borttaget. FA desorbeds därefter med 0.1 N NaOH. Den resulterande Na-fulvate protoneras sedan genom att passera den över ett starkt H ⁺-utbytesharts. Den resulterande FA är ugns- eller frystorkad, askhalten bestämd och koncentrationen i provet beräknad enligt beskrivningen ovan för HA.

Introduction

Humic substances (HS) är dynamiska rester som är resultatet av mikrobiell nedbrytning och omvandling av döda växtvävnader1,2,3 förstärkta med mikrobiella biprodukter och biomassa3,4,5 genom en process som kallas ^{humification6}. HS finns i jordar, naturliga vatten, sjösediment, torv, mjukt kol och humusskiffer och utgör uppskattningsvis 25% av det totala organiska kolet på ^jorden7. Dessa ämnen är komplexa blandningar av tusentals unika molekyler som fraktioneras i tre huvudfraktioner baserat på deras olika lösligheter i starkt grundläggande och syra vattenhaltiga lösningar. Dessa fraktioner är humussyror (HAs), som utgör den alkalilösliga men syralösliga fraktionen. fulvicsyror (FAs), fraktionen löslig i både alkali och syra; och huminfraktionen, som är olöslig vid alla pH-värden6,8. Fulvicfraktionen (FF) är vidare indelad i de hydrofobiska FA-fraktionerna (HFA) och hydrofila (HyFA). Dessa fraktioner definieras som den del av FF som binder till ett hydrofobiskt DAX-8-harts (HFA) och den del som inte binder till hartset (HyFA).

HS används i allt större utsträckning inom jordbruket, där de i stor utsträckning används som biostimulantia för grödor, i djurhållning, särskilt som fodertillsats, vid gruvdrift i borrslam och miljösanering som elektronskyttlar. Forskningen inom användning av HS i mänskliga medicinska tillämpningar ökar också.

Det finns många metoder för kvantitet av HA och FA. De flesta av dessa metoder är dock varken exakta eller exakta. Till exempel är de två mest använda metoderna för bestämning av HA i USA den kolorimetriska ^metoden9 och California Department of Food and Agriculture (CDFA) metod, som båda visade sig överskatta mängden HA i en rad malm- och extraktkällor från västra USA och ^Kanada10. Den kolorimetriska eller spektrofotometriska metoden är felaktig eftersom den bygger på absorbansen av alkaliska extrakt som förutom HA inkluderar FA och andra kromoforer som alla absorberar vid den våglängd som används och standarden inte är representativ för de material som ^testas10. CDFA-metoden är inte korrekt eftersom den inte ger HA-koncentrationer på askfri basis. Eftersom olika malmer har olika mängder aska, varav vissa transporteras med extraktionen och själva extraktionsprocessen tillför aska, ger denna metod inte ett exakt värde för ^{HA-koncentrationer10}. Som svar på behovet av en exakt och exakt metod publicerades ett standardiserat gravimetriskt förfarande baserat på det som beskrivs ^av11 2014 för att ta itu med kvantitet av både HA och FA på askfri ^basis12. Denna metod anpassades sedan, med mindre modifieringar, av Internationella standardiseringsorganisationen (ISO) 2018 under Gödningsmedel och jordbalsam som “Bestämning av humiska och hydrofoba fulvic syror koncentrationer i gödselmedelsmaterial”¹³.

Detta dokument beskriver protokollet för extraktion och kvantering av humus och hydrofobiska fulvic syror och ger detaljer om noggrannheten och precisionen hos de data som produceras från metoden.

Protocol

1. Fast provberedning Krossa ungefär 5 g av provet som ska analyseras med hjälp av mortel och mortel, så att 100% av det krossade provet passerar genom en U. S. Standard Siktmaskstorlek nr 200 (dvs. 74 μm) och se till att pulvret är väl blandat. Bestäm fukthalten i pulvret gravimetriskt. Väg en aluminiumvägningsbåt och registrera massan (Wwb). Överför cirka 2 g provpulver till vägningsbåten och registrera massan (Wws+wb). Placera vägningsbåten i en torkugn i 24 timmar vid 102 °C (överskrid inte 102 °C). Efter 24 timmar, ta bort vägbåten från torkugnen och placera den i en desiccator för att svalna i minst 1 h. Väg och registrera vägbåtens massa och torkat provpulver (Wds+wb). Bestäm fukthalten med hjälp av formel 1.1.Formel 1.1 Fukthalt i fast provpulver% fukt = ((Wws+wb- Wwb) – (Wds+wb – Wwb))/ (Wws+wb – Wwb)) * 100 2. Extraktionsförfarande Fasta prover Väg cirka 2,5 g av det siktade provpulvret (Wsamp) i en plast- eller aluminiumvägningsbåt och registrera vikten till fyra decimaler. Ladda provet i en 1 L graderad cylinder och fyll cylindern till 1 L med 0,1 M NaOH (4 g NaOH x L-1). Tillsätt en magnetisk omrörningsstång (t.ex. 5 – 7 cm lång) och rör om snabbt (dvs. 300 – 400 varv/min) på en omrörningsplatta tills provet är ordentligt blandat. Överför hela innehållet i den graderade cylindern till en 1 L Erlenmeyer-kolv, evakuera kolvens huvudutrymme med N2-gas och täck kolvens öppning med ett lufttätt lock. Placera Erlenmeyerkolven på en omrörningsplatta och blanda vid 300 – 400 varv/min i 16 – 18 timmar. Flytande prover För flytande material, blanda provet noggrant genom skakning för att säkerställa att testvätskan blandas homogent. Se till att eventuella rester som kan ha fallit till botten av behållaren blandas noggrant. Tillsätt cirka 5 g av testvätskan, vägd till 4 decimaler (WTL), till en 1 L graderad cylinder. Fyll den graderade cylindern med 0,1 M NaOH till en slutlig volym på 1 L. Tillsätt en magnetisk omrörningsstång (t.ex. 5 – 7 cm lång) och rör om snabbt (t.ex. 300- 400 varv/min) på en omrörningsplatta tills provexemplaren är helt blandat. Överför blandningen till en 1 L Erlenmeyer-kolv, evakuera huvudutrymmet med N2-gas och täck kolvens öppning med ett lufttätt lock. Placera Erlenmeyerkolven på en omrörningsplatta och blanda vid 300- 400 varv/min i 1 timme.OBS: Efter denna punkt är hanteringen av fasta och flytande prover densamma. 3. Avlägsnande av olösliga material från alkaliska extrakt När omrörningen är avslutad, ta bort kolven från omrörningsplattan, överför blandningen till lämpliga centrifugrör och centrifugera hela volymen vid 4,921 x g i 30 min. Samla upp det alkaliska supernatanten som innehåller HA och FA i en ren 1 L Erlenmeyerkolv som innehåller en magnetisk omrörningsstång. Kassera det olösliga materialet. Filtrering genom glasull eller kvalitativt filterpapper med porstorlek på 2,5 μm rekommenderas om restpartiklar inte fälls ut efter centrifugering. 4. Utfällning och separation av HA från FF Under omrörning av det alkaliska extraktet vid 300- 400 varv/min på en omrörningsplatta, sätt in en pH-sond i den mellersta delen av lösningen (vertikalt) och tillsätt medge HCl droppvis till det alkaliska extraktet tills ett stabilt pH-pH 1,0 ± 0,1 har uppnåtts. När ett pH-pH 1 har uppnåtts och förblir stabilt, ta bort pH-sonden från kolven, hämta omrörningsstången, täck kolven med ett lufttätt lock och låt kolven sitta tills den utfällda HA har satt sig till botten av kolven.OBS: Den tid det tar för en HA att fälla ut och hoppa av lösningen varierar beroende på källan och mängden HA i provet. Det tar vanligtvis 1 -6 h för HA att helt fälla ut och släppa ur lösningen. Centrifugera extraktet och fäll ut HA vid 4921 x g i 1 h. Häll av supernatanten FF i en ren 1 L Erlenmeyer efter centrifugering och täck med ett lufttätt lock.OBS: En längre centrifugtid kan behövas för att packa ner HA tillräckligt ordentligt för att tillåta dekantering av FF utan att någon av de utfällda HA inkluderas. Placera centrifugrören i en torkugn som hålls vid 100 °C i 24 timmar. Efter torkning, ta bort rören från torkugnen och placera i en desiccator för att svalna till rumstemperatur. Efter kylning överför du kvantitativt resterna från röret genom att skrapa det från sidorna och botten av röret med en spatel, överför till en tjärad vägbåt och registrera massan (WEHA). Denna rest är “Extraherad HA”.OBS: Om centrifugrör över 50 ml har använts vid separation av HA och FF, är det bekvämt att överföra den utfällda HA till temperaturbeständiga 50 ml centrifugrör för torkningsprocessen. Om det finns en frystorka kan den utfällda HA också frysa torkas. Insamling av HA i frystorkat tillstånd är lättare eftersom HA inte håller fast vid sidan av plaströren och inte behöver skrotas. 5. Bestämning av askhalt OBS: Förfarandet för bestämning av askhalten i torkade HA- och FA-prover är detsamma. Förfarandet med notation för HA visas. Överför cirka 30 mg av den torkade HA (WHA) till en ren, förvägd keramisk skål (WCD) som tidigare hade torkats i en torkugn vid 100 °C och sedan kylts i en desiccator till rumstemperatur. Efter registrering av den kombinerade massan av den viktade HA och skålen (WHA+CD), bränn ha i en ljuddämpare ugn i 2 h vid 600 °C.OBS: För varje HA-prov bör tre replikat bearbetas och den genomsnittliga askhalten användas vid beräkningen av ren HA. Efter 2 h, ta bort skålen och innehållet från muffleugnen och placera i en desiccator för att svalna. När det är svalt, väg skålen med aska (WASH +CD) och beräkna askförhållandet (Ashrat) med formel 1.2:Formel 1.2 Ashrat = (WASH+CD – WCD) / (WHA+CD – WCD) 6. Bestämning av procentandelen renad extraherad HA Bestäm den slutliga massan av den rena HA (WPHA) genom att korrigera för askhalten med formel 1.3:Formel 1.3 WPHA = WEHA * (1- Ashrat) 7. Bestämning av koncentrationen (%) av ren HA i det ursprungliga källprovet Bestäm koncentrationen av ren HA med hjälp av Formel 1.4 och 1.5:Formel 1.4: % ren HA i fast prov = (WPHA/Wsamp) * 100Formel 1.5: % ren HA i flytande prov = (WPHA/WTL) * 100 8. Kolonnberedning för HFA-rening Förbered en lågtryckskromatografikolonn packad med polymetylmetakrylat DAX-8-harts. Om hartset inte har använts tidigare, blötlägg hartset i metanol i 2 h och skölj sedan noggrant med avjoniserad H2O tills all metanol har tagits bort. Ta bort små hartspartiklar som flyter på vattnet vid denna tidpunkt. Om hartset har använts tidigare, regenerera det enligt beskrivningen i avsnitt 10. Häll hartset i en 5 x 25 cm glaskromatografikolonn som är försedd med ett ändstycke med en 10 μm frit för hartsbäddsstöd. Lämna 2,5 till 5 cm ovanpå kolonnen för hartsfri lösning för att möjliggöra blandning av FF innan du går in i hartsbädden. Montera den övre delen på kolonnen och pumpa avjoniserad H2O genom toppen av kolonnen för att packa DAX-8-hartsbädden med hjälp av en peristaltisk pump. 9. Isolering av HFA När hartsbädden är packad, ladda FF på kolonnen med en peristaltisk pump, under lågt tryck, via toppen av kolonnen. Använd en flödeshastighet på 35 – 40 ml/min. Det är viktigt att toppen av hartset i kolonnen förblir täckt med lösning under hela lastnings- och sköljproceduren för att förhindra torkning av hartset och kanalisering av extraktet genom hartsbädden. När fulvicfraktionen har laddats helt på hartset, tvätta hartset med avjoniserat vatten för att ta bort den icke-adsorberade “hydrofila fulvicfraktionen” (HyFF) genom att pumpa den genom toppen av kolonnen med hjälp av den peristaltiska pumpen under lågt tryck. Använd en flödeshastighet på 35 – 40 ml/min. Kassera det HyFF-innehållande utflödet om det inte kommer att användas för analys. Tvätta kolonnen med avjoniserad H2O tills absorbansen vid 350 nm av kolonnavflödet är lika (t.ex. inom 0,015 absorbansenheter) med den för den avjoniserade H2O som används för att tvätta kolonnen. Använd avjoniserat vatten till noll (dvs. tomt) spektrofotometern. Desorb HFA genom rygg älg genom att pumpa 0,1 M NaOH via botten av kolonnen med hjälp av den peristaltiska pumpen. Använd en flödeshastighet på 35 – 40 ml/min. Fånga pumpavflödet (Na-fulvate i en behållare med tillräckligt stor renhet (t.ex. 2 L Erlenmeyer).OBS: De flesta HFA adsorberar till toppen av DAX-8 hartsbädden. Desorption genom att införa 0,1 M NaOH från botten av kolonnen minimerar mängden 0,1 M NaOH som behövs för att helt avsorbera FA. All HFA har desorbeds när absorbansen av kolonnavflödet är lika med absorbansen hos 0,1 M NaOH-inflöde vid 350 nm. Använd 0,1 M NaOH som spektrofotometriskt tomrum. Tillsätt det utflöde som tagits för att kontrollera absorbansen av den desorbed FA-lösningen för att säkerställa att all FA fångas. 10. HFA-avaska genom protonation Passera Na-fulvate-lösningen upprepade gånger genom gravitationsmatning genom starkt katjon H+- utbytesharts (Materialbord) som finns i en 5 × 50 cm kolonn, med glasfrit för att behålla hartset, tills utflödets elektriska ledningsförmåga är <120 μS/cm, mätt med en elektrisk ledningsförmåga. Före varje passerkort kräver H+-utbyteshartsen renovering enligt beskrivningen i avsnitt 11. För att säkerställa att all FA avlägsnas från hartset efter det slutliga passet, tvätta hartset med avjoniserat vatten tills absorbansen av utflödet vid 350 nm är densamma (t.ex. inom 0,015 absorbansenheter) som det avjoniserade vatten som används för att tvätta kolonnen. Använd avjoniserad H2O som spektrofotometriskt tomrum. Tillsätt tvätten och eventuella utflödesdelar som tas för att kontrollera absorbansen till den renade FA-lösningen. För att hjälpa till med avlägsnandet av alla FA kan hartset omröras (t.ex. med ett långt glas eller plaststav) flera gånger. Koncentrera FA till en volym på cirka 15 ± 2 ml med hjälp av en roterande förångare vid 55 °C. Överför helt 15 ml FA-koncentratet till ett 50 ml plastcentrifutumrör och torka vid 60±3 °C till konstant torrhet i en torkugn. Frystorkning är ett alternativ till ugnstorkning. Efter torkning överför röret till en desiccator för att svalna. Ta bort FA från röret genom att skrapa rörsidorna och botten med en spatel och väg den insamlade FA på pre-tjärat vägpapper. Detta material är “Extracted FA” (WEFA). Bestäm askförhållandet (ASHRAT) för extraherad FA enligt beskrivningen under steg 6 för HA och beräkna askförhållandet med formel 1.2. Bestäm vikten av den extraherade FA utan aska (WPFA) med hjälp av Formel 1.3, och ersätta WEFA med WEHA:s vikt. Slutligen fastställa % ren FA i urvalet med hjälp av Formel 1.4 som ersätter WPFA med WPHA. 11. DAX-8 hartsregenerering Regenerera DAX-8-hartset genom att pumpa 0,1 M HCl (8,33 mL koncentrerad HCl/1000 mL slutlig volym avjoniserad H2O) med en flödeshastighet på 35 – 40 ml/min genom kolonnens botten tills spillvattnets pH är lika med flödets pH. Använd den peristaltiska pumpen för att pumpa alla reagenser genom DAX-8-kolonnen under regenerering. Skölj kolonnen med DI-vatten genom att pumpa in den i toppen av kolonnen tills spillvattnets pH är lika med det utflödes pH-värdet (dvs. DI-vatten). 12. H+-katjon utbyte harts regenerering Regenerera H+ katjonbytarhartset i en satsprocess genom att hälla hartset i en stor bägare (t.ex. 4 L plastbägare), skölj flera gånger genom att täcka hartset med DI H2O, blanda och häll sedan av vattnet. Täck hartset med 1 M HCl (83,3 ml koncentrerat HCl/1000 ml DI-vatten med slutvolym). Låt stå i minst 2 timmar med tillfällig omrörning (t.ex. en gång var 30:e minut). Ta bort överskottssyran från hartset genom att hälla av syran och täcka hartset med DI-vatten. Rör kraftigt med en omrörningsstav i 15 s, låt sedan hartset falla till botten av kolven och häll sedan av vattnet. Upprepa processen tills sköljvattnets elektriska ledningsförmåga är ≤ 0,7 μS/cm. Ladda tillbaka det regenererade hartset i kolonnen. Täck med avjoniserad H2O för att se till att hartset förblir vått mellan användningarna.

Representative Results

Prestandadata för metoden finns i tabellerna 1 –5. Precisionen hos metoden för extraktion av HA och FAH från flytande kommersiella prover med mycket olika koncentrationer av HA och FHA anges i tabell 1. De relativa standardavvikelserna (RSD) för HA var lägre än för HFA, men den genomsnittliga HFA RSD över de tre flytande proverna var på 6,83% vilket indikerar en hög grad av precision. Horwitz-förhållandet (HorRat) är en normaliserad prestandaparameter som indikerar lämpligheten hos en analysmetoder som rör laboratorieprecision. Här användes den för precision inom laboratoriet. Värde 2.0 anger heterogenitet hos provexemplar, behov av metodoptimering eller mer omfattande utbildning, som arbetar under detektionsgränsen eller en oefteräppbar metod. För analys av flytande prover var HorRat endast > 2 för en av HFA-analyserna (tabell 1). Precisionsdata för extraktion av HA och HFA från tre humusmalmprover anges i tabell 2. Återigen, med undantag för HFA extraherad från Ore 2 och HA från Malm 3, var alla HorRats under 2. Detta visar en hög grad av precision av denna metod för extraktion av HA och HFA för humic malmprover. Tillverkare av växtbiostimulantia formulerar ofta produkter som innehåller HS förutom andra ingredienser som tång, oorganiska gödningsmedel, kol eller melass. Tabell 3 ger resultaten av en analys av införandet av dessa typer av tillsatser på metodens precision. Ingen av tillsatserna gjorde att HA eller HFA återhämtade sig nämnvärt (tabell 3). I tabell 4 och tabell 5 redovisas återvinningen av HA respektive HFA från flytande prover som simulerade kommersiella produkter med mycket låga koncentrationer. Återvinningarna var utmärkta och varierade mellan 88 % och 97 % för HA (tabell 4) och 92 % och 104 % för HFA (tabell 5). Genomsnittliga återvinningar för HA och HFA var 93 % respektive 97 %, och % RSD för båda HS var mindre än 5 %. Även om precisionen är utmärkt, indikerar dessa data behovet av att utföra laboratorierepliter. Metodens detektionsgräns (MDL) och metodens kvantitetsgräns var 4, 62 och 1,47 mg/L för HA och 4,8 och 1,53 mg/L för HFA. Humic ämnen, % Material L16 L17 L2 HFA HA HA HFA HA HA HFA HA HA Rep 1 1.44 17 6.59 7.76 0.36 4.46 Rep 2 1.39 16.03 6.25 7.79 0.42 4.93 Rep 3 1.34 16.44 6.02 7.55 0.4 4.46 Rep 4 1.54 16.75 6.2 7.69 0.33 4.53 Betyda 1.43 16.56 6.27 7.7 0.38 4.6 SD 0.09 0.42 0 0.11 0.04 0.23 24 RSD, % 6.29 2.53 3.8 1.39 10.4 4.91 Hor Råtta(r) 1.58 0.72 1.25 0.47 2.31 1.55 a Extraktionsförhållandena var 1 g i 1 L 0,1 M NaOH. Tabell 1. Metodens precision vid extraktion och kvantitet av HA och HFA från flytande kommersiella prover. Extraktionsförhållandena var 1 g i 1 L 0,1 M NaOH. Humic ämnen, % Malm 1 Malm 2 Malm 3 Material HFA HA HA HFA HA HA HFA HA HA Rep 1 1.75 67.4 1.31 27.01 1.55 8.95 Rep 2 1.69 67.63 1.25 27.48 1.41 7.2 Rep 3 1.63 67.1 1.27 27.34 1.47 8.35 Rep 4 1.77 67.59 1.55 26.89 1.51 7.98 Betyda 1.71 67.53 1.35 27.18 1.49 8.12 SD 0.06 0.94 0.14 0.28 0.06 0.73 RSD, % 3.7 1.39 10.33 1.02 4.02 9.02 HorRat(r) 0.99 0.66 2.71 0.42 1.07 3.09 Tabell 2. Metodens precision vid extraktion och mängd ha och HFA från humicmalmar. Extraktionsförhållandena var 1 g prov i 1 L 0,1 M NaOH. (Uppgifter hämtade från Lamar et al., 2014) Replikera Äktenskapsbrytare HA, % FA, % Relativ återhämtning HA, % HFA för relativ återhämtning, % 1 Ingen 81.61 12.86 2 Ingen 80.16 12.78 1 Tång 80.21 12.85 2 Tång 80.72 12.79 99.5 99.6 1 Gödsel 80.25 12.98 2 Gödsel 79.57 123.77 98.8 101.6 1 Kol 78.79 12.92 2 Kol 81.27 12.84 98.9 101.8 1 Melass 79.38 12.99 2 Melass 81.02 12.72 99.2 100.9 Betyda 80.3 12.85 SD 0.885 0.09 en slutlig koncentration av FA + HA på 2,5 g/L till 0,1 M NaOH. (uppgifter från Lamar et al., 2015) Tabell 3. Effekten av äktenskapsbrytare på kvantitet av HA och HFA från en Gascoyne leonardit. (Uppgifter hämtade från Lamar et al., 2015) HA HA Exempel-ID Extraherad, mg Återvunnen, mg Återfunna, % 1 24.6 23.7 96.3 2 22.6 19.9 88.1 3 25.2 23.6 93.7 4 22.5 21.5 95.6 5 23.9 21.8 91.2 6 23.2 20.8 89.7 7 24 23.2 96.7 Betyda 23.7 22.1 93 SD 1.01 1.52 3.43 RSD, % 4.35 6.88 3.67 (uppgifter hämtade från Lamar et al., 2014) Tabell 4. Återvinning av HA från spikade ämnen. (Uppgifter hämtade från Lamar et al., 2014) FA Exempel-ID Extraherad, mg Återvunnen, mg Återfunna, % 1 19.9 19 95.48 2 23.1 22.9 99.13 3 20.7 19.4 93.72 4 20.5 19.8 96.39 5 20.8 21.6 103.85 6 21.9 20.1 91.78 7 22.7 22.3 98.24 Betyda 21.37 20.73 96.94 SD 1.21 1.53 3.95 RSD, % 5.64 7.36 4.07 (Uppgifter hämtade från Lamar et al., 2014) Tabell 5. Återställning av HFA från spikade ämnen. (Uppgifter hämtade från Lamar et al., 2014)

Discussion

De första stegen för extraktion och isolering av HA i denna metod är relativt enkla. Eftersom isoleringen av HFA innebär kolumnkromatografi, kommer erhållande av repeterbara resultat med strikt efterlevnad av detaljerna i varje steg och praxis. I synnerhet är korrekt förberedelse av hartserna av primär betydelse. Det är extremt viktigt att polymetylmetakrylaten DAX-8-hartset bereds och packas ordentligt. Korrekt förpackning av hartset påverkar både HFA:s utbyte och kvalitet. Om det finns kanalisering kommer varken förbehandling (dvs. försurning) eller adsorption av HFA att vara fullständig, och separationen kommer att leda till felaktiga resultat. Om kanaler eller utrymmen i hartset observeras före provbelastning bör kolonnen avlägsnas och skakas för att omfördela hartspärlorna, genom att de kan sätta sig utan kanaler och sedan packas om genom att pumpa ren DI _H2O genom hartset. Dessutom, som nämns i protokollet, kommer bibehållandet av en volym vätska ovanför hartset vid lastning av FF på hartset att göra det möjligt för FF att blanda innan de går in i hartset och resulterar i effektivare adsorption. För den starka katjonen H⁺-utbytesharts (Materialtabell) kan fullständig regenerering inte påskyndas. Na⁺/H^+- utbytet tar tid och därför görs detta bäst i en bulkbehandling så att hartset kan blandas samtidigt som det surnas igen. Att blanda hartset medan du sköljer med DI H2O hjälper till att ta bort överskottet av HCl. När du stiger det surnade hartset för att avlägsna överskott av syra hjälper blandning av hartsen till att ta bort HCl. Det är oerhört viktigt att avlägsna syran till den punkt där en elektrisk ledningsförmåga på ≤ 0,7 μS/cm uppnås. Om inte, kommer HCl att överföras med HFA.

Slutligen, när HFA desorbing från DAX-8 harts, när absorbansen av inflödet är lika med absorbansen av utflödet, är det en bra praxis att låta kolonnen sitta i ett par timmar för att se om någon ytterligare HFA kommer att släppas. I så fall kommer det att ses som en gulning av vätskan ovanför hartset. Om detta inträffar kan det ytterligare HFA avlägsnas genom fortsatt desorption tills de influenta/utflödesabsorbenterna är lika igen.

En av nackdelarna med HFA-isoleringen är att hela processen är tidskrävande. Den fullständiga desorptionen av HFA från DAX-8-hartset och fullständig borttagning från H⁺-utbyteshartsen resulterar båda i en betydande volym HFA som måste minskas genom roterande avdunstning. Detta är definitivt en flaskhals i analysen. I ett försök att minska denna tid har desorbing HFA från DAX-8 harts med aceton snarare än 0,1 M NaOH ^{föreslagits14}. Författarna hävdade att genom att använda 50% aceton som desorbent i stället för NaOH erhölls ett liknande HFA-resultat och DAX-8 regenererades på lämpligt sätt och därmed kunde H ⁺-utbytessteget elimineras. Denna modifiering resulterade i en kraftigt minskad analystid till följd av minskad producerad volym och snabbare roterande avdunstning av aceton jämfört med vatten. Denna modifiering förtjänar ytterligare studier.

Denna metod är begränsad till analys av organiskt material som har genomgått förnedringsprocessen, och när det gäller torv och mjukt kol, de ytterligare processerna för torvifiering respektive både torvifiering respektive kolning. För humning är den process där döda, främst växtmaterial, sönderdelas av en sekvens av mikrober som konsumerar och modifierar alltmer motsträviga substrat. Abiotiska processer deltar också i nedbrytning och återsyntesreaktioner. Humification resulterar i slutändan i produktion av relativt motsträviga material som består av heterogena blandningar av tusentals molekyler som bildar en rad molekylvikt och kol, syre och väteinnehåll som bildar HS. HS modifieras ytterligare genom torvbildning och kolbildning. Därför är denna metod inte lämplig för växtmaterial som har modifierats genom kemiska processer. Till exempel används lignosulfonit ofta som en HFA-äktenskapsbrytare. Lignosulfonit är en biprodukt av sulfitmassaprocessen. Därför har detta material inte producerats genom processen för humifiering. Dessutom finns det många ämnen som binder till DAX-8-hartset. Till exempel har DAX-8-harts använts för att adsorbera bekämpningsmedel från ^lösning15. Det är uppenbart att bekämpningsmedel inte är HS. Att binda ett material till DAX-8-harts motiverar således inte ett påstående om att det är en HFA. Förutsättningarna är både produktion genom humification och bindning till DAX-8 harts.

Eftersom mer lärs om bidraget från de olika komponenterna i HS i olika applikationer kan det bli fördelaktigt att ytterligare fraktionera HS och därmed ändra metoden i enlighet därmed. I dess fall kvantifierar metoden inte HYFA. Denna fraktion kan dock också ha verksamhet, t.ex.

Materials

Amberlite IR 120 H+-exchange resin	Sigma-Aldrich	10322	H+ form
Analytical Balance	Ohaus	PA214	w/ glass draft shield
Centrifuge	Beckman Coulter	Allegra X-14	minimum 4300 rpm
Centrifuge tubes	Beckman Coulter		To fit rotor selected
Ceramic Combustion Crucibles	Sigma	Z247103
Chromatography column for DAX-8	Diba	Omnifit 006EZ-50-25-FF
Chromatography column for IR 120	Chemglass	CG-1187-21 2 in. by 24 in.
Dessicator	Capitol Scientic	Kimax 21200-250	Vacuum type
Drying Oven	Fisher Scientific	Isotemp	Precision±3˚C
Electrical conductivity meter	HM Digital	EC-3
Erlenmeyer Flasks	Amazon		1L, 2L
HCl concentrated	Sigma-Aldrich	320331
Magnetic Stir Plate	Barnstead-Thermolyne	Dataplate 721
Magnetic Stir bars			These can be obtained at many outlets
Muffle Furnace	Fisher scientific	Thermolyne Type 47900
NaOH	Sigma-Aldrich	795429
Nitrogen gas	Praxair	UNI1066	99.99% purity
Peristaltic pump	Cole Parmer	Masterflex 7518-00
Perstaltic tubing	Cole Parmer	Masterflex Pharmed 06508-17
pH meter	Oakton Instruments	WD-35618–03
Rotary Evaporator	Buchi	R-210/R-215
Spectrophotometer	Healthcare SCiences	Ultrospec II	Dual beam 200 to 900 nm with wavelength accuracy of ±1 nm and reproducibility of ±0.5 nm.