CN104458391A - 一种提取与纯化土壤和沉积物中稳固态有机质的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提取与纯化土壤和沉积物中稳固态有机质的方法，采用CH2Cl2/CH3OH混合溶剂对土壤和沉积物中的疏水性有机物进行超声波萃取并去除，基于微波能量，依次采用HCl溶液、Na4P2O7/NaOH碱性混合液与HCl/HF酸性混合液对土壤和沉积物中的亲水性有机物、碱溶性有机物与固相无机矿物进行提取并去除，采用密度为2g/cm3的多聚钨酸钠重液对稳固态有机质与残余无机矿物进行分离，利用去离子水对稳固态有机质中的杂质离子进行清洗去除。本发明不仅可以有效地提取出土壤和沉积物中代表稳固态的那部分有机质，而且能够将稳固态有机质与矿物进行很好地分离，达到纯化有机质的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种提取与纯化土壤和沉积物中稳固态有机质的方法。
背景技术
土壤和沉积物构成了地球表面的主体部分，其有机质是一个非常重要的碳库，在全球碳循环中扮演着十分重要的角色。土壤和沉积物中有机质的组成复杂，有些有机质的滞留时间很短，很快被微生物分解与利用，而有些有机质则能够得以很好地保存，其周转时间可达几百年，甚至上千年，这部分有机质通常称为稳固态有机质。由此可见，土壤和沉积物中有机质具有很强的异质性，不同的有机质组分在化学、物理与生物特征上存在显著差异，因此，将土壤和沉积物中有机质进行分组研究可以帮助我们从有机质异质性的角度来认识有机碳循环机制，这对于更深刻地理解土壤和沉积物有机质与气候变化之间的关系具有十分重要意义。
土壤和沉积物中较活跃的有机质容易被提取与纯化，目前关于这部分有机质的研究较多，且比较深入，但土壤和沉积物中稳固态有机质主要是与矿物紧密地交结在一起，使得至今尚未有一种有效可行的方法来提取与纯化这部分稳固态有机质而进行单独研究，这大大限制了对土壤和沉积物中稳固态有机质的组成、来源、结构及动态变化的认识，从而使得应用模型来预测土壤和沉积物中有机质对气候变化的响应变得十分困难。因此，寻找一种方法，既可以有效地从土壤和沉积物中提取出稳固态有机质，又可以不损坏有机质的化学结构而达到纯化的目的，是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提取与纯化土壤和沉积物中稳固态有机质的方法，以期为研究土壤与沉积物中稳固态有机质的来源、组成、结构及动态机制提供技术支撑。
为了实现本发明的目的，本发明提供的提取与纯化土壤和沉积物中稳固态有机质的方法，其步骤包括：
1)土壤和沉积物样品中加入CH2Cl2/CH3OH混合溶剂，振荡混合均匀后于25-40℃下超声波萃取，离心去除上清液；
2)残渣中加入HCl溶液，置于微波炉中于50-70℃下运行，离心去除上清液；
3)残渣中加入碱性混合液，该碱性混合液为0.1mol/L的Na4P2O7+0.1mol/L的NaOH，置于微波炉中于50-70℃下运行15，离心去除上清液；
4)残渣中加入酸性混合液，该酸性混合液为1mol/L的HCl+10％的HF，置于微波炉中于50-70℃下运行，再于50-70℃下运行，离心去除上清液；
5)残渣中加入多聚钨酸钠重液，振荡混合均匀静置，收集悬浮液；
6)悬浮液中加水稀释至悬浮颗粒完全沉淀和上清液完全澄清，离心去除上清液；
7)沉淀物中加水振荡混合均匀后，离心去除上清液，得到的沉淀物为土壤和/或沉积物的稳固态有机质。
所述的方法，其中，步骤1中土壤样品为草甸土壤，沉积物样品为湖泊沉积物。
所述的方法，其中，步骤1中超声波萃取重复多次。
所述的方法，其中，重复步骤2、3与4多次，至上清液完全澄清。
所述的方法，其中，重复步骤5多次，至多聚钨酸钠重液中没有悬浮颗粒。
所述的方法，其中，重复步骤7多次，至完全去除沉淀物中的离子杂质。
本发明的方法，不仅可以有效地提取出土壤和沉积物中代表稳固态的那部分有机质，而且能够将稳固态有机质与矿物进行很好地分离，达到纯化有机质的目的。
附图说明
图1为提取与纯化土壤和沉积物样品中稳固态有机质的流程示意图。
图2为土壤和沉积物样品中全样及稳固态有机质的14C年龄与有机碳含量。
具体实施方案
以下结合附图和实施例对本发明作详细说明。
土壤和沉积物样品采集：土壤类型为草甸土壤，共采集3个表层土壤样品(0-20cm)；沉积物类型为湖泊沉积物，共采集2个表层沉积物样品(0-5cm)。
土壤和沉积物样品预处理：首先，将土壤样品与沉积物样品进行冷冻干燥；其次，将土壤样品进行机械压碎，过2mm筛子，并挑除肉眼可见的植物残体等杂质；最后，将土壤样品与沉积物样品用玛瑙研钵将烘干好的样品研磨至100目以上，备用。
土壤和沉积物样品中稳固态有机物的提取与纯化：首先采用CH2Cl2/CH3OH混合溶剂对土壤和沉积物中的疏水性有机物进行超声波萃取并去除，其次是基于微波能量，依次采用HCl溶液、Na4P2O7/NaOH碱性混合液与HCl/HF酸性混合液对土壤和沉积物中的亲水性有机物、碱溶性有机物与固相无机矿物进行提取并去除，然后采用密度为2g/cm3的多聚钨酸钠重液对稳固态有机质与残余无机矿物进行分离，最后利用去离子水对稳固态有机质中的杂质离子进行清洗去除，并对稳固态有机质沉淀物进行冷冻干燥，备用。
实施例
请参阅图1。本发明提供的提取与纯化土壤和沉积物中稳固态有机质的方法，具体步骤包括：
1)疏水性有机物的提取与去除：称取10g土壤和沉积物样品于100ml的聚四氟乙烯离心管中，并加入CH2Cl2/CH3OH混合溶剂(3:1,v/v)50ml，振荡混合均匀后置于超声波提取仪中，在超声功率100％和40℃条件下超声萃取15min，在4000r/min转速下离心10min，去除上清液，重复上述步骤2次；
2)亲水性有机物的提取与去除：往残渣中加入0.5mol/L的HCl溶液60ml，置于微波炉中，在功率80W和最高温度70℃条件下运行15min，在4000r/min转速下离心10min，去除上清液，重复上述步骤3次以上，直至上清液完全澄清；
3)碱溶性有机物的提取与去除：往残渣中加入碱性混合液(0.1mol/LNa4P2O7+0.1mol/L NaOH)90ml，置于微波炉中，在功率80W和最高温度70℃条件下运行15min，在4000r/min转速下离心10min，去除上清液，重复上述步骤3次以上，直至上清液完全澄清；
4)固相无机矿物的去除：往残渣中加入酸性混合液(1mol/L HCl+10％HF)50ml，置于微波炉中，在功率30W和最高温度70℃条件下运行10min，再在功率80W和最高温度70℃条件下运行15min，在4000r/min转速下离心10min，去除上清液，重复上述步骤3次以上，直至上清液完全澄清；
5)稳固态有机物与残余无机矿物的分离：往残渣中加入密度为2g/cm3的多聚钨酸钠重液10ml，振荡混合均匀后，静置30min，用玻璃吸管将悬浮液收集于烧杯中，重复上述步骤4次以上，直至多聚钨酸钠重液中没有出现悬浮颗粒；往收集有悬浮液的烧杯中加入去离子水进行稀释，直至悬浮颗粒完全沉淀和上清液完全澄清，转入离心管，在4000r/min转速下离心10min，去除上清液；
6)稳固态有机物中离子杂质的去除：往上述步骤5所得到的沉淀物中加入去离子水50ml，振荡混合均匀后，在4000r/min转速下离心10min，去除上清液，重复上述步骤5次以上，直至完全去除沉淀物中的离子杂质，此时得到沉淀物即为土壤和沉积物的稳固态有机质。
结果分析：将上述冷冻干燥后的沉淀物进行有机碳与14C分析，结果如图2所述。所有样品沉淀物中有机质的14C年龄分布在700年-1200年之间(图2)，均显著大于全样样品中有机质的14C年龄，说明本发明可以有效地提取出土壤和沉积物中周转速度非常慢的稳固态的那部分有机质。所有样品沉淀物的有机碳含量均分布在38％-52％之间(图2)，同样均大于全样样品中有机碳含量，说明沉淀物中主要是由有机质组成，这表明本发明可以很好地将稳固态有机质与矿物进行分离，达到了纯化有机质的目的。
Claims (6)
1.一种提取与纯化土壤和沉积物中稳固态有机质的方法，包括如下步骤：
1)土壤和沉积物样品中加入CH2Cl2/CH3OH混合溶剂，振荡混合均匀后于25-40℃下超声波萃取，离心去除上清液；
2)残渣中加入HCl溶液，置于微波炉中于40-70℃下运行，离心去除上清液；
3)残渣中加入碱性混合液，该碱性混合液为0.1mol/L的Na4P2O7+0.1mol/L的NaOH，置于微波炉中于50-70℃下运行，离心去除上清液；
4)残渣中加入酸性混合液，该酸性混合液为1mol/L的HCl+10％的HF，置于微波炉中于50-70℃下运行，再于50-70℃下运行，离心去除上清液；
5)残渣中加入多聚钨酸钠重液，振荡混合均匀静置，收集悬浮液；
6)悬浮液中加水稀释至悬浮颗粒完全沉淀和上清液完全澄清，离心去除上清液；
7)沉淀物中加水振荡混合均匀后，离心去除上清液，得到的沉淀物为土壤和/或沉积物的稳固态有机质。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1中土壤样品为草甸土壤，沉积物样品为湖泊沉积物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1中超声波萃取重复多次。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，重复步骤2、3与4多次，至上清液完全澄清。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，重复步骤5多次，至多聚钨酸钠重液中没有悬浮颗粒。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，重复步骤7多次，至完全去除沉淀物中的离子杂质。
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