CN104267008B - 基于三维荧光光谱的土壤溶解性有机质的优化提取方法 - Google Patents

Abstract

基于三维荧光光谱的土壤溶解性有机质的优化提取方法，步骤为：将一组待提取土壤样品，分别加入预设浓度和种类的提取液，在预设水土比和提取时间条件下进行振荡得到提取液，离心后取上清液过滤膜，获得一组不同提取条件下的样品溶液；将样品溶液进行三维荧光光谱测定并将数据导出，按发射波长每一相同间隔选取数据；测定时激发波长设定为200‑600nm，发射波长设定为200‑500nm；将获得的三维荧光光谱矩阵数据减去同测定条件下空白样品的光谱测定数据，然后利用数据处理软件将谱图数据处理成等高线谱图，以确定样品溶液中物质的种类；将不同样品溶液中荧光强度值进行对比，选取荧光强度总和最大值时的提取方法即为最优的提取方法。

Description

基于三维荧光光谱的土壤溶解性有机质的优化提取方法

技术领域

本发明属于土壤化学领域，具体涉及一种基于三维荧光光谱的土壤溶解性有机质的优化提取方法。

背景技术

土壤溶解性有机质(DOM)是指土壤中能够被溶液浸提且过0.45μm滤膜的有机质。它是一类包含多种化学性质各异的混合物，主要成分包括腐殖酸、富里酸、氨基酸、碳水化合物等。由于DOM对土壤养分、元素的生物地球化学循环、重金属和有机污染物的迁移和转化、地表水体的富营养化，以及全球碳循环都有着深刻的影响，因此人们对于土壤中的DOM进行了大量的研究。

但是，到目前为止，人们研究土壤中DOM时仍然采用不同的提取方法，还未有统一的方法。首先采用的提取液存在不同：目前H₂O、KCl、CaCl₂、KH₂PO₄都被用作提取液来提取土壤中的DOM；其次提取时的水土比也不同，目前报道的水土比从2:1到50:1都有。再次，提取时间也存在差别，提取时间可以从10min到24h不等。另外提取液的浓度也存在差别，从0.01M到2M的都有。最后，提取温度和pH都存在差别。由于存在这些差别，使得人们难以准确定量土壤中DOM的量，从而在后续研究时对研究结果产生偏差。

本发明利用近年新发展的三维荧光技术，对不同的土壤溶解性有机质提取方法进行了对比，从而选取出合适的提取方法。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的在于提供一种基于三维荧光光谱的土壤溶解性有机质的优化提取方法，利用土壤溶解性有机质的荧光信息确定各种提取方法提取溶解性有机质的相对量，从而选取一种合适的提取方法。

技术方案：基于三维荧光光谱的土壤溶解性有机质的优化提取方法，步骤为：

(A)将一组待提取土壤样品，分别加入预设浓度和种类的提取液，在预设水土比和提取时间条件下进行振荡得到提取液，离心后取上清液过滤膜，获得一组不同提取条件下的样品溶液；

(B)将样品溶液进行三维荧光光谱测定并将数据导出，按发射波长每一相同间隔选取数据；测定时激发波长设定为200-600nm，发射波长设定为200-500nm；

(C)将获得的三维荧光光谱矩阵数据减去同测定条件下空白样品的光谱测定数据，然后利用数据处理软件将谱图数据处理成等高线谱图，以确定样品溶液中物质的种类；

将250nm≤激发波长≤280nm，340≤发射波长≤350nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到蛋白类物质总荧光强度和P；

将230nm≤激发波长≤270nm，410nm≤发射波长≤430nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到富里酸类物质总荧光强度和F；

将330nm≤激发波长≤370nm，420nm≤发射波长≤460nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到腐殖酸类物质总荧光强度和H；

将不同样品溶液中P，F和H的荧光强度值进行对比，选取荧光强度总和最大值时的提取方法即为最优的提取方法。

步骤A中提取液的种类为H₂O，KCl，CaCl₂和KH₂PO₄；提取液的浓度为0.01M，0.1M，0.5M和1.5M；提取时间为10min，30min，60min和300min。

步骤B样品溶液进行三维荧光光谱测定时，激发波长间隔为10nm，发射波长间隔为1nm，扫描速度为1200nm/min。

步骤C样品溶液扫描过程中蒸馏水作为空白样品；若样品溶液荧光强度超过10000，则对样品进行稀释，再次测定。

有益效果：本发明技术方案可重复性高，稳定性好，抗干扰能力强：表征土壤溶解性有机质的参数为三维荧光矩阵中蛋白类、富里酸类和腐殖酸类物质的荧光强度，分析结果的重复性高(误差≤2％)，稳定性好(表1)。

表1不同提取液条件下荧光结果偏差

附图说明

图1为CaCl₂(A)和KH₂PO₄(B)作为提取液时DOM的三维荧光图；

图2为四种提取液在不同条件下获得的最优提取方法的荧光强度结果。

具体实施方式

本发明提供了一种基于三维荧光光谱的土壤溶解性有机质的优化提取方法，其具体步骤为：

1.取5g土壤样品，分别采用H₂O和0.01M、0.1M、0.5M和1.5M的KCl、CaCl₂、KH₂PO₄为提取溶液，按照水土比为2:1、5:1和10:1(mL/mg)加入提取液，在室温，160rpm摇床内振荡10min、30min、60min和300min获取提取液；然后在4℃，8000rpm条件下离心10min，并将上清液过0.45μm硝酸纤维膜，制得样品溶液。

2.将样品溶液放入比色皿进行三维荧光光谱测定，测定时设定激发波长为200-600nm，波长间隔为10nm，发射波长为200-500nm，间隔为1nm；扫描速度为1200nm/min，扫描过程中用蒸馏水作为空白样品；若样品溶液荧光强度超过10000，则对样品进行稀释，并再次测定。

3.将获得的三维荧光光谱矩阵数据减去空白样品数据，然后利用Matlab将数据处理成等高线谱图，再将250nm≤激发波长≤280nm，340≤发射波长≤350nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到蛋白类物质总荧光强度和P；将230nm≤激发波长≤270nm，410nm≤发射波长≤430nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到富里酸类物质总荧光强度和F；将330nm≤激发波长≤370nm，420nm≤发射波长≤460nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到腐殖酸类物质总荧光强度和H；

4.将不同样品溶液中P，F和H的荧光强度值进行对比，选取荧光强度总和最大值时的提取方法即为最优的提取方法。

实施例1

1)采集宜兴市渭渎村某稻田表层0-20cm土壤5kg，然后将样品过5mm筛，去除土壤中植株残体，并将过筛样品混匀，在4℃条件下保存；

2)取5g步骤1)样品，分别加入10mL、25mL和50mL蒸馏水，在室温、160rpm摇床内分别振荡10min、30min、60min和300min获取提取液；然后在4℃，8000rpm条件下离心10min，并将上清液过0.45μm硝酸纤维膜，制得样品溶液；

3)取5g步骤1)样品，分别加入10mL、25mL和50mL浓度分别为0.01M，0.1M，0.5M和1.5M的KCl溶液，在室温、160rpm摇床内分别振荡10min、30min、60min和300min获取提取液；然后在4℃，8000rpm条件下离心10min，并将上清液过0.45μm硝酸纤维膜，制得样品溶液；

4)取5g步骤1)样品，分别加入10mL、25mL和50mL浓度分别为0.01M，0.1M，0.5M和1.5M的CaCl₂溶液，在室温、160rpm摇床内分别振荡10min、30min、60min和300min获取提取液；然后在4℃，8000rpm条件下离心10min，并将上清液过0.45μm硝酸纤维膜，制得样品溶液；

5)取5g步骤1)样品，分别加入10mL、25mL和50mL浓度分别为0.01M，0.1M，0.5M和1.5M的KH₂PO₄溶液，在室温、160rpm摇床内分别振荡10min、30min、60min和300min获取提取液；然后在4℃，8000rpm条件下离心10min，并将上清液过0.45μm硝酸纤维膜，制得样品溶液；

6)将上述样品溶液放入比色皿进行三维荧光光谱测定，测定时设定激发波长为200-600nm，波长间隔为10nm，发射波长为200-500nm，间隔为1nm；扫描速度为1200nm/min，扫描过程中用蒸馏水作为空白样品；若样品溶液荧光强度超过10000，则对样品进行稀释，并再次测定；

7)将获得的三维荧光光谱矩阵数据减去空白样品数据，然后利用Matlab软件将数据处理成等高线谱图，再将250nm≤激发波长≤280nm，340nm≤发射波长≤350nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到蛋白类物质总荧光强度和P；将230nm≤激发波长≤270nm，410nm≤发射波长≤430nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到富里酸类物质总荧光强度和F；将330nm≤激发波长≤370nm，420nm≤发射波长≤460nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到腐殖酸类物质总荧光强度和H。图2为4种提取液在不同水土比，不同提取时间和不同提取液浓度条件下最优提取方法的荧光强度。以H₂O为提取液时，其最优条件为水土比10:1，提取时间10min，此时荧光强度总和为8794；以KCl为提取液时，其最优条件为水土比10：1，提取时间60min，KCl浓度为1.5M，此时荧光强度总和为13251；以CaCl₂为提取液时，其最优条件为水土比5:1，提取时间300min，CaCl₂浓度为1.5M，此时荧光强度总和为74733；以KH₂PO₄为提取液，其最优条件为水土比10:1，提取时间300min，KH₂PO₄浓度为0.1M，此时荧光强度总和为62583。

8)将不同样品溶液中P，F和H的荧光强度值进行对比，选取最优的提取方法，即荧光强度总和最高的提取方法。图2结果显示以CaCl₂为提取液，水土比5:1，提取时间300min，CaCl₂浓度为1.5M为最优提取方法。

Claims (1)

1.基于三维荧光光谱的土壤溶解性有机质的优化提取方法，其特征在于步骤为：

（A）将一组待提取土壤样品，分别加入预设浓度和种类的提取液，在预设水土比和提取时间条件下进行振荡得到提取液，离心后取上清液过滤膜，获得一组不同提取条件下的样品溶液；提取液的种类为H₂O，KCl溶液，CaCl₂溶液和KH₂PO₄溶液；提取液的浓度为0.01M，0.1M，0.5M和1.5M；提取时间为10min，30min，60min和300min；

（B）将样品溶液进行三维荧光光谱测定并将数据导出，按发射波长每一相同间隔选取数据；测定时激发波长设定为200-600nm，发射波长设定为200-500nm；样品溶液进行三维荧光光谱测定时，激发波长间隔为10nm，发射波长间隔为1nm，扫描速度为1200nm/min；

（C）将获得的三维荧光光谱矩阵数据减去同测定条件下空白样品的光谱测定数据，然后利用数据处理软件将谱图数据处理成等高线谱图，以确定样品溶液中物质的种类；样品溶液扫描过程中蒸馏水作为空白样品；若样品溶液荧光强度超过10000，则对样品进行稀释，再次测定；

将250nm≤激发波长≤280nm，340nm≤发射波长≤350nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到蛋白类物质总荧光强度和P；

将230nm≤激发波长≤270nm，410nm≤发射波长≤430nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到富里酸类物质总荧光强度和F；

将330nm≤激发波长≤370nm，420nm≤发射波长≤460nm范围内的特征峰荧光强度数据进行叠加，得到腐殖酸类物质总荧光强度和H；

将不同样品溶液中P，F和H的荧光强度值进行对比，选取荧光强度总和最大值时的提取方法即为最优的提取方法。