一種提取與純化土壤和沉積物中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的方法
【專利摘要】一種提取與純化土壤和沉積物中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的方法，采用CH2Cl2/CH3OH混合溶劑對(duì)土壤和沉積物中的疏水性有機(jī)物進(jìn)行超聲波萃取并去除，基于微波能量，依次采用HCl溶液、Na4P2O7/NaOH堿性混合液與HCl/HF酸性混合液對(duì)土壤和沉積物中的親水性有機(jī)物、堿溶性有機(jī)物與固相無機(jī)礦物進(jìn)行提取并去除，采用密度為2g/cm3的多聚鎢酸鈉重液對(duì)穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)與殘余無機(jī)礦物進(jìn)行分離，利用去離子水對(duì)穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)中的雜質(zhì)離子進(jìn)行清洗去除。本發(fā)明不僅可以有效地提取出土壤和沉積物中代表穩(wěn)固態(tài)的那部分有機(jī)質(zhì)，而且能夠?qū)⒎€(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)與礦物進(jìn)行很好地分離，達(dá)到純化有機(jī)質(zhì)的目的。
【專利說明】一種提取與純化土壤和沉積物中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提取與純化土壤和沉積物中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]土壤和沉積物構(gòu)成了地球表面的主體部分，其有機(jī)質(zhì)是一個(gè)非常重要的碳庫，在全球碳循環(huán)中扮演著十分重要的角色。土壤和沉積物中有機(jī)質(zhì)的組成復(fù)雜，有些有機(jī)質(zhì)的滯留時(shí)間很短，很快被微生物分解與利用，而有些有機(jī)質(zhì)則能夠得以很好地保存，其周轉(zhuǎn)時(shí)間可達(dá)幾百年，甚至上千年，這部分有機(jī)質(zhì)通常稱為穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)。由此可見，土壤和沉積物中有機(jī)質(zhì)具有很強(qiáng)的異質(zhì)性，不同的有機(jī)質(zhì)組分在化學(xué)、物理與生物特征上存在顯著差異，因此，將土壤和沉積物中有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分組研究可以幫助我們從有機(jī)質(zhì)異質(zhì)性的角度來認(rèn)識(shí)有機(jī)碳循環(huán)機(jī)制，這對(duì)于更深刻地理解土壤和沉積物有機(jī)質(zhì)與氣候變化之間的關(guān)系具有十分重要意義。
[0003]土壤和沉積物中較活躍的有機(jī)質(zhì)容易被提取與純化，目前關(guān)于這部分有機(jī)質(zhì)的研究較多，且比較深入，但土壤和沉積物中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)主要是與礦物緊密地交結(jié)在一起，使得至今尚未有一種有效可行的方法來提取與純化這部分穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)而進(jìn)行單獨(dú)研究，這大大限制了對(duì)土壤和沉積物中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的組成、來源、結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)變化的認(rèn)識(shí)，從而使得應(yīng)用模型來預(yù)測(cè)土壤和沉積物中有機(jī)質(zhì)對(duì)氣候變化的響應(yīng)變得十分困難。因此，尋找一種方法，既可以有效地從土壤和沉積物中提取出穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)，又可以不損壞有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)而達(dá)到純化的目的，是十分必要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種提取與純化土壤和沉積物中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的方法，以期為研究土壤與沉積物中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的來源、組成、結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)機(jī)制提供技術(shù)支撐。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供的提取與純化土壤和沉積物中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的方法，其步驟包括:
[0006]I) 土壤和沉積物樣品中加入CH2C12/CH30H混合溶劑，振蕩混合均勻后于25-40°C下超聲波萃取，離心去除上清液；
[0007]2)殘?jiān)屑尤際Cl溶液，置于微波爐中于50_70°C下運(yùn)行，離心去除上清液；
[0008]3)殘?jiān)屑尤雺A性混合液，該堿性混合液為0.lmol/L的Na4P207+0.lmol/L的NaOH，置于微波爐中于50-70°C下運(yùn)行15，離心去除上清液；
[0009]4)殘?jiān)屑尤胨嵝曰旌弦?，該酸性混合液為lmol/L的HCl+10%的HF，置于微波爐中于50-70°C下運(yùn)行，再于50-70°C下運(yùn)行，離心去除上清液；
[0010]5)殘?jiān)屑尤攵嗑坻u酸鈉重液，振蕩混合均勻靜置，收集懸浮液；
[0011]6)懸浮液中加水稀釋至懸浮顆粒完全沉淀和上清液完全澄清，離心去除上清液；
[0012]7)沉淀物中加水振蕩混合均勻后，離心去除上清液，得到的沉淀物為土壤和/或沉積物的穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)。
[0013]所述的方法，其中，步驟I中土壤樣品為草甸土壤，沉積物樣品為湖泊沉積物。
[0014]所述的方法，其中，步驟I中超聲波萃取重復(fù)多次。
[0015]所述的方法，其中，重復(fù)步驟2、3與4多次，至上清液完全澄清。
[0016]所述的方法，其中，重復(fù)步驟5多次，至多聚鎢酸鈉重液中沒有懸浮顆粒。
[0017]所述的方法，其中，重復(fù)步驟7多次，至完全去除沉淀物中的離子雜質(zhì)。
[0018]本發(fā)明的方法，不僅可以有效地提取出土壤和沉積物中代表穩(wěn)固態(tài)的那部分有機(jī)質(zhì)，而且能夠?qū)⒎€(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)與礦物進(jìn)行很好地分離，達(dá)到純化有機(jī)質(zhì)的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為提取與純化土壤和沉積物樣品中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的流程示意圖。
[0020]圖2為土壤和沉積物樣品中全樣及穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的14C年齡與有機(jī)碳含量。
具體實(shí)施方案
[0021]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0022]土壤和沉積物樣品采集:土壤類型為草甸土壤，共采集3個(gè)表層土壤樣品(0-20cm);沉積物類型為湖泊沉積物，共采集2個(gè)表層沉積物樣品(0-5cm)。
[0023]土壤和沉積物樣品預(yù)處理:首先，將土壤樣品與沉積物樣品進(jìn)行冷凍干燥；其次，將土壤樣品進(jìn)行機(jī)械壓碎，過2_篩子，并挑除肉眼可見的植物殘?bào)w等雜質(zhì)；最后，將土壤樣品與沉積物樣品用瑪瑙研缽將烘干好的樣品研磨至100目以上，備用。
[0024]土壤和沉積物樣品中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)物的提取與純化:首先采用CH2C12/CH30H混合溶劑對(duì)土壤和沉積物中的疏水性有機(jī)物進(jìn)行超聲波萃取并去除，其次是基于微波能量，依次采用HCl溶液、Na4P207/Na0H堿性混合液與HC1/HF酸性混合液對(duì)土壤和沉積物中的親水性有機(jī)物、堿溶性有機(jī)物與固相無機(jī)礦物進(jìn)行提取并去除，然后采用密度為2g/cm3的多聚鎢酸鈉重液對(duì)穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)與殘余無機(jī)礦物進(jìn)行分離，最后利用去離子水對(duì)穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)中的雜質(zhì)離子進(jìn)行清洗去除，并對(duì)穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)沉淀物進(jìn)行冷凍干燥，備用。
[0025]實(shí)施例
[0026]請(qǐng)參閱圖1。本發(fā)明提供的提取與純化土壤和沉積物中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的方法，具體步驟包括:
[0027]I)疏水性有機(jī)物的提取與去除:稱取1g 土壤和沉積物樣品于10ml的聚四氟乙烯離心管中，并加入CH2C12/CH30H混合溶劑(3:1，v/v) 50ml，振蕩混合均勻后置于超聲波提取儀中，在超聲功率100%和40°C條件下超聲萃取15min，在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心lOmin，去除上清液，重復(fù)上述步驟2次；
[0028]2)親水性有機(jī)物的提取與去除:往殘?jiān)屑尤?.5mol/L的HCl溶液60ml，置于微波爐中，在功率80W和最高溫度70°C條件下運(yùn)行15min,在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心1min,去除上清液，重復(fù)上述步驟3次以上，直至上清液完全澄清；
[0029]3)堿溶性有機(jī)物的提取與去除:往殘?jiān)屑尤雺A性混合液(0.lmol/LNa4P207+0.lmol/L NaOH)90ml，置于微波爐中，在功率80W和最高溫度70°C條件下運(yùn)行15min,在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心1min,去除上清液,重復(fù)上述步驟3次以上,直至上清液完全澄清；
[0030]4)固相無機(jī)礦物的去除:往殘?jiān)屑尤胨嵝曰旌弦?lmol/L HCl+10% HF) 50ml,置于微波爐中，在功率30W和最高溫度70°C條件下運(yùn)行l(wèi)Omin，再在功率80W和最高溫度70°C條件下運(yùn)行15min,在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心1min,去除上清液,重復(fù)上述步驟3次以上，直至上清液完全澄清；
[0031]5)穩(wěn)固態(tài)有機(jī)物與殘余無機(jī)礦物的分離:往殘?jiān)屑尤朊芏葹?g/cm3的多聚鎢酸鈉重液10ml，振蕩混合均勻后，靜置30min，用玻璃吸管將懸浮液收集于燒杯中，重復(fù)上述步驟4次以上，直至多聚鎢酸鈉重液中沒有出現(xiàn)懸浮顆粒；往收集有懸浮液的燒杯中加入去離子水進(jìn)行稀釋，直至懸浮顆粒完全沉淀和上清液完全澄清，轉(zhuǎn)入離心管，在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心1min,去除上清液；
[0032]6)穩(wěn)固態(tài)有機(jī)物中離子雜質(zhì)的去除:往上述步驟5所得到的沉淀物中加入去離子水50ml,振蕩混合均勻后,在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心1min,去除上清液,重復(fù)上述步驟5次以上，直至完全去除沉淀物中的離子雜質(zhì)，此時(shí)得到沉淀物即為土壤和沉積物的穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)。
[0033]結(jié)果分析:將上述冷凍干燥后的沉淀物進(jìn)行有機(jī)碳與14C分析，結(jié)果如圖2所述。所有樣品沉淀物中有機(jī)質(zhì)的14C年齡分布在700年-1200年之間(圖2)，均顯著大于全樣樣品中有機(jī)質(zhì)的14C年齡，說明本發(fā)明可以有效地提取出土壤和沉積物中周轉(zhuǎn)速度非常慢的穩(wěn)固態(tài)的那部分有機(jī)質(zhì)。所有樣品沉淀物的有機(jī)碳含量均分布在38%-52%之間(圖2)，同樣均大于全樣樣品中有機(jī)碳含量,說明沉淀物中主要是由有機(jī)質(zhì)組成,這表明本發(fā)明可以很好地將穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)與礦物進(jìn)行分離，達(dá)到了純化有機(jī)質(zhì)的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種提取與純化土壤和沉積物中穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)的方法，包括如下步驟: 1)土壤和沉積物樣品中加入CH2C12/CH30H混合溶劑，振蕩混合均勻后于25-40°C下超聲波萃取，離心去除上清液； 2)殘?jiān)屑尤際C1溶液，置于微波爐中于40-70°C下運(yùn)行，離心去除上清液； 3)殘?jiān)屑尤雺A性混合液，該堿性混合液為0.lmol/L的Na4P207+0.lmol/L的NaOH，置于微波爐中于50-70°C下運(yùn)行，離心去除上清液； 4)殘?jiān)屑尤胨嵝曰旌弦?，該酸性混合液為lmol/L的HCl+10%的HF，置于微波爐中于50-70°C下運(yùn)行，再于50-70°C下運(yùn)行，離心去除上清液； 5)殘?jiān)屑尤攵嗑坻u酸鈉重液，振蕩混合均勻靜置，收集懸浮液； 6)懸浮液中加水稀釋至懸浮顆粒完全沉淀和上清液完全澄清，離心去除上清液； 7)沉淀物中加水振蕩混合均勻后，離心去除上清液，得到的沉淀物為土壤和/或沉積物的穩(wěn)固態(tài)有機(jī)質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟1中土壤樣品為草甸土壤，沉積物樣品為湖泊沉積物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟1中超聲波萃取重復(fù)多次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，重復(fù)步驟2、3與4多次，至上清液完全澄清。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，重復(fù)步驟5多次，至多聚鎢酸鈉重液中沒有懸浮顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，重復(fù)步驟7多次，至完全去除沉淀物中的離子雜質(zhì)。
【文檔編號(hào)】G01N1/34GK104458391SQ201410804510
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】席北斗, 檀文炳, 馬研, 何小松, 高如泰, 趙昕宇, 張慧 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院