CZ2013304A3 - Zpusob merení stupne rozlozitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek - Google Patents
Zpusob merení stupne rozlozitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2013304A3 CZ2013304A3 CZ20130304A CZ2013304A CZ2013304A3 CZ 2013304 A3 CZ2013304 A3 CZ 2013304A3 CZ 20130304 A CZ20130304 A CZ 20130304A CZ 2013304 A CZ2013304 A CZ 2013304A CZ 2013304 A3 CZ2013304 A3 CZ 2013304A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- pipette
- sample
- organic matter
- hydrolysis
- sub
- Prior art date
Links
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000011368 organic material Substances 0.000 title description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 38
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 31
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 abstract description 17
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 abstract description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 26
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 10
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 10
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 10
- 241000219492 Quercus Species 0.000 description 8
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 235000018185 Betula X alpestris Nutrition 0.000 description 7
- 235000018212 Betula X uliginosa Nutrition 0.000 description 7
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 7
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 7
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 5
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 5
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 4
- 239000004016 soil organic matter Substances 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000016383 Zea mays subsp huehuetenangensis Nutrition 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 2
- 235000009973 maize Nutrition 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 2
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 2
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 2
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000009109 Betula pendula Nutrition 0.000 description 1
- 241000219430 Betula pendula Species 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 240000003433 Miscanthus floridulus Species 0.000 description 1
- 235000005205 Pinus Nutrition 0.000 description 1
- 241000218602 Pinus <genus> Species 0.000 description 1
- 244000274906 Quercus alba Species 0.000 description 1
- 235000009137 Quercus alba Nutrition 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005904 alkaline hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- -1 alkyl carbon Chemical compound 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000002361 compost Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 230000035558 fertility Effects 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 150000002337 glycosamines Chemical class 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002846 particulate organic matter Substances 0.000 description 1
- RGCLLPNLLBQHPF-HJWRWDBZSA-N phosphamidon Chemical compound CCN(CC)C(=O)C(\Cl)=C(/C)OP(=O)(OC)OC RGCLLPNLLBQHPF-HJWRWDBZSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 description 1
- 239000005297 pyrex Substances 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Zpusob merení stupne rozlozitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek, jehoz podstata spocívá v tom, ze v základním vzorku jemne rozemleté organické hmoty se stanoví celkový obsah uhlíku C.sub.org.n.; následne je základní vzorek hydrolyzován roztokem 70% H.sub.2.n.SO.sub.4.n.v otevrené nádobe pri teplote 105 .degree.C; v prubehu hydrolýzy se odebere alespon 8 dílcích vzorku, pricemz behem první 1/2 h probíhající hydrolýzy se dílcí vzorky odebírají v intervalech 10 min, následne se dílcí vzorky odebírají v intervalech 1 h; kazdý odebraný dílcí vzorek se vkládá do jedné centrifugacní zkumavky, kde je po usazení zákalu centrifugován, pricemz vzniklý supernatant se slije do vzorkovnice; k pevnému zbytku v centrifugacní zkumavce se pridá destilovaná voda, pevný zbytek a destilovaná voda se promíchají, odstredí a vzniklý supernatant se pridá k supernatantu z minulého kroku do vzorkovnice; po ukoncení hydrolýzy se nezhydrolyzovaná organická hmota vysusí pri teplote 105 .degree.C, stanoví se její hmotnost a obsah uhlíku C.sub.org.n., jehoz procentický podíl z celkového uhlíku C.sub.org.n.základního vzorku je hodnota stabilního uhlíku C.sub.stab.n.; následne se stanoví rychlostní konstanta (k) hydrolyzovaného podílu organické hmoty analýzou supernatantu dílcích vzorku ve vzorkovnicích 1 az 8 podle vztahu tg.sub..alfa..n.= a z toho: k=2,303.tg.sub..alfa..n..
Description
hydrolýzy' organických látek, jehož podstata spočívá v tom, že v základním vzorku jemně rozemleté organické hmoty se stanoví celkový obsah uhlíku C^; následně je základní vzorek hydrolyzován roztokem 70% H2SO4v otevřené nádobě při teplotě l 05 °C; v průběhu hydrolýzy se odebere alespoň 8 dílčích vzorků, přičemž během první l /2 h probíhající hydrolýzy se dílčí vzorky odebírají v intervalech 1 0 min, následně se dílčí vzorky odebírají v intervalech 1 h; každý odebraný dílčí vzorek se vkládá do jedné centrifugační zkumavky, kde je po usazení zákalu centrifugován. přičemž vzniklý supernatant se slije do vzorkovnice; k pevnému zbytku v centrifugační zkumavce se přidá destilovaná voda, pevný zbytek a destilovaná voda se promíchají, odstředí a vzniklý supernatant se přidá k supematantu z minulého kroku do vzorkovnice: po ukončení hydrolýzy se nezhydrolyzovaná organická hmota vysuší při teplotě 105 °C, stanoví se její hmotnost a obsah uhlíku C(lL. jehož procentický podíl z celkového uhlíku CorKzákladního vzorku je hodnota stabilního uhlíku Caab: následně se stanoví lychlostní konstanta (k) hydrolyzovaného podílu organické hmoty analýzou supematantů dílčích vzorků ve vzorkovnicích I až 8 podle vztahu tg„= a z toho: k=2,303.tg„.
i » · ·
» * } · »
S » 4 · < {
Způsob měření stupně rozložitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu měření způsobu měření stupně rozložitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek především pro využití v oblasti zemědělství.
Dosavadní stav techniky
Znalost stupně rozložitelnosti určité organické hmoty je potřebná v různých oborech: výrobci kompostů potřebují snadno rozložitelnou organickou hmotu pro dosažení žádoucí teploty v kompostované hmotě, pedolog zkoumá tuto hodnotu z hlediska dostatečného zdroje energie pro půdní mikroedafon, odborník pro výživu zvířat z hlediska limitní stravitelnosti krmiv, specialista na zpracování odpadů pak z hlediska možnosti a rychlosti odbourání organického odpadu v aerobních či anaerobních procesech, výrobce bioplynu v bioplynové stanici ze stejných důvodů.
Rozložitelnost organické hmoty lze posuzovat v zásadě jen třemi cestami: podle odolností k oxidaci či biochemické variantě, podle odolnosti k anaerobnímu rozkladu v procesu anaerobní digesce a odolnosti při kyselé či alkalické hydrolýze. Rozložitelnost organické hmoty lze dále posuzovat podle hydrolyzovatelnosti v roztoku H2SO4 koncentrace 1 až 2,5 mol.l'1 při teplotě 100 /Ί05°Ο za dobu 0,5/12 hodin na tři frakce: labilní, semilabilní a stabilní.
Dále lze zkoumat labilitu organické hmoty podle odolnosti k oxidaci v roztoku neutrálního KMnO4 o koncentraci 33 mmol.l·1, nebo v roztoku K2Cr2Oy a koncentrace H2SO4 6 + 9+12 mol.l·1. Zajímavá je také metoda, která k dělení organické hmoty podle rozložitelnosti, tedy podle lability, používá oxidaci ve třech roztocích různé koncentrace KMnO4.
Pro zjištění lability organické hmoty se často používá kombinace hydrolytických a oxidačních metod. Také lze hodnotit rozložitelnost organické hmoty spíše z pohledu fyzikálních vlastností, např. obsahu uhlíku ve frakci partikulární organické hmoty,
J » » » 9 » 9 9 ♦ » ) i i 9 * * · -9 i « » 9 4 4 » · »»»»93 »
9# i 9 » S » » · «»»9 i · 99* * · nebo z hlediska biologické stability, např. z uhlíku bazální respirace, uhlíku mikrobiální biomasy, uhlíku aminocukrů, mineralizovatelného uhlíku a dusíku z míry změny O/N - alkylového uhlíku na alkylový uhlík a jeho hydrofobní charakter. Některé metody sledují pouze nejstabilnější frakci organické hmoty, charakterizovanou uhlíkatými sloučeninami, rozpustnými ve studené vodě (Ccws), v horké vodě (ChWs) či v roztocích různých solí.
Byly provedeny pokusy sledovat reakční kinetiku odbourání organické hmoty při chemické oxidační metodě. Labilita organické hmoty byla posuzována podle rychlostní konstanty oxidačního procesu KChem- Interval rozpětí Kchem různých podobných organických hmot byl však malý a její hodnota nekorespondovala s hloubkou transformace např. půdní organické hmoty tolik, jako s podílem oxidovatelného uhlíku v roztoku KMnO4 z celkového obsahu uhlíku vzorku. Proto byla ke sledování kinetiky oxidace použita biochemická oxidace a měřena rychlost úbytku biochemické spotřeby kyslíku (BSK) na podtlakovém zařízení Oxi Top Kontrol Merk určeném k měření BSK. Rychlostní konstanta označená Kbio, sledovala lépe hloubku transformace půdní organické hmoty.
Podle patentu CZ 302429 je možno změřit a určit i míru lability této organické frakce, vyjadřující ochotu primární složky půdní organické hmoty k mineralizaci a k biochemické oxidaci, která je kritériem potenciální půdní úrodnosti měřeného půdního vzorku. Podstata metody měření podle CZ 302429 spočívá vtom, že po kvantifikaci labilní organické frakce některou ze známých metod se následně zjistí míra lability této frakce měřením biochemické spotřeby kyslíku (BSK) a/nebo měřením úbytku labilní organické frakce, což jsou komplementární hodnoty.
Nevýhodou všech výše uvedených metod ke stanovení stupně rozložitelnosti jakékoliv organické hmoty je především značná pracnost, dlouhá doba nutná k provedení analýz a také vyšší náročnost na pracovní zdatnost analytika u složitějších metod, u jednodušších je zase nevýhodou jen omezená informace o stavu rozložitelnosti zkoušené hmoty.
Protože běžné praxi vyhovují spíše metody hydrolytické než oxidační, a měření kinetiky hydrolytického procesu umožňuje hlubší poznání charakteru rozložitelnosti * « » » « « « · i i « >» 9 9 ů ,9 * ****»» 9 * i ) » 9 t * * » * * 9 » » » · -. »» i · i I » t i 9 9 '99 « 9 jakékoliv organické hmoty, je úkolem předloženého vynálezu vytvoření způsobu měření stupně rozložitelnosti organické hmoty na bázi hydrolytické metody a návrh zařízení pro provádění tohoto způsobu.
Podstata vynálezu
Tento úkol je vyřešen vytvořením způsobu měření stupně rozložitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek podle tohoto vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že
- v základním vzorku jemně rozemleté organické hmoty se stanoví celkový obsah uhlíku Corg. Celková hmotnost sušiny základního vzorku je 3 g,
- následně je základní vzorek hydrolyzován roztokem 70% H2SO4 v otevřené nádobě při teplotě 105°C,
- v průběhu hydrolýzy se odebere alespoň 8 dílčích vzorků, přičemž během první Ví h probíhající hydrolýzy se dílčí vzorky odebírají v intervalech 10 min, následně se dílčí vzorky odebírají v intervalech 1 hod,
- každý odebraný dílčí vzorek se vkládá do jedné centrifugační zkumavky, kde je po usazení zákalu centrifugován, přičemž vzniklý supernatant se slije do vzorkovnice,
- k pevnému zbytku v centrifugační zkumavce se přidá destilovaná voda, pevný zbytek a destilovaná voda se promíchají, odstředí a vzniklý supernatant se přidá k supernatantu z minulého kroku do vzorkovnice,
- po ukončení hydrolýzy se nezhydrolyzovaná organická hmota vysuší při teplotě 1O5.°C, stanoví se její hmotnost a obsah uhlíku Corg, jehož procentický podíl z celkového uhlíku Corg základního vzorku je hodnota stabilního uhlíku Cstab,
- následně se stanoví rychlostní konstanta (k) hydrolyzovaného podílu organické hmoty analýzou supernatantů dílčích vzorků ve vzorkovnicích 1-¾ podle vztahu k
2,303
> · *
« β » · a » * » ® í i i, i :· »434 » « ,4 4 4 · 3 5 t »
3 9 9 1 9 ·» 4 »
-; * & 9 * » & 9 Ϊ . « · » » a z toho:
k = 2,303 . tga kde 2, 303 je Eulerovo číslo tga je směrnice úsečky postupné hydrolýzy vytvořená aproximací bodů vynesených v pravoúhlém souřadnicovém systému, kde na ose x je čas (t) v minutách a na ose y jsou logaritmy zbylých koncentrací organické hmoty vyjádřené v % a je úhel, který svírá úsečka postupné hydrolyzace s kladným směrem osy x pravoúhlého souřadnicového systému.
Je výhodné, že roztok 70% H2SO4 je charakterizován následujícími parametry: 11,5 mol/l o hustotě 1,612 (d 20°/4°j! g/cm3. Jedná se o koncentraci odpovídající průměrné rychlosti hydrolýzy rostlinné i půdní organické hmoty a zaručuje, že při daných časových krocích (min, hod) nejsou experimentální body nahromaděny na počátku či na konci vznikající přímky.
Také je výhodné, že objem dílčích vzorků jsou 2 ml. Objem 2 ml je právě dostačující pro únosnou chybu měření. Větší odběrový objem sice přesnější, ale příliš mění podmínky pro postupující hydrolýzu dalších dílčích vzorků.
Nakonec je výhodné, že celková doba trvání hydrolýzy je 5,5 hod. Doba 5,5 hod vyhovuje různým frakcím půdní organické hmoty a je i mimo to výhodná z délky pracovní doby 8 hod. Kdyby byla doba trvání hydrolýzy kratší, přesnost stanovení labilnějších frakcí by byla velmi špatná. Kdyby naopak byla delší, stabilní frakce by vůbec nemusely kvantitativně hydrolyzovat.
Výhody vynálezu spočívají ve vysoké přesnosti výsledků metody měření podle vynálezu, ve snadnosti provedení metody a v krátké době trvání metody. Metoda podle vynálezu je založena na kinetice reakcí hydrolýzy, tj. měření její rychlosti, » -! J ί » i » > » 3 i t » » li i 4 9 9 * í » * I Β S « « » * ♦ * * -♦«♦»> J ♦ i -,»»·· kterou v celém průběhu procesu charakterizuje hodnota rychlostní konstanty. Proto je metoda podle vynálezu nesrovnatelně přesnější a jednodušší než dosud známé metody. Výhody zařízení podle vynálezu spočívají v jeho snadné a bezpečné obsluze, přesnosti odběru vzorků a zajištění stále stejných odběrových podmínek.
Objasnění výkresů
Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, na nichž znázorňuje obr. 1 schematický pohled na zařízení pro odběr kapalných vzorků a obr. 2 detail pipety po odběru vzorku.
Příklady provedení vynálezu
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení vynálezu na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu dále uvedených patentových nároků.
Způsob měření stupně rozložitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek vychází z následujících údajů. Rychlost hydrolýzy organických látek jako reakce prvního řáduje úměrná koncentraci dosud nezhydrolyzované organické hmoty:
-^ = K(L-y) = fC.Lz kde: L = celková organická hmota y = zhydrolyzovaný podíl org. hmoty v čase t
Lz = zbývající (nezreagovaná) organická hmota v čase t
K = rychlostní konstanta » » » , *
9 • ΐ » » · β » · ' »
Integrací od O do t tohoto vztahu lze získat rovnici:
L7 = L.e~Kt = L.10~kt
Obecně pro hydrolyzovanou organickou hmotu v čase t platí:
kde: y = zhydrolyzovaný podíl organické hmoty v čase t [% C]
L = celková organická hmota [% C]
K = rychlostní konstanta [24 hod]
Vzorek jemně rozemleté organické hmoty o celkové hmotnosti 3g v sušině se stanoveným obsahem celkového organického uhlíku Corg je hydrolyzován roztokem 70% H2SO4(11,5 mol’1) hustoty 1,612 (d 20°/4°) v otevřené nádobě při teplotě 105°C. Objem kyseliny 200 ml se míchá elektromagnetickou míchačkou s kovovým míchacím tělískem v keramickém obalu. První půlhodinu se odebírají vždy ze stejné hloubky v hydrolyzační nádobě automatickou pipetou spojenou s aspirátorem v desetiminutových intervalech dílčí vzorky o objemu 2 ml, po této době se odebírají dílčí vzorky v hodinových intervalech. Celkem se odebírá osm vzorků, celková doba hydrolýzy je tedy 5,5 hodin. Dílčí vzorky se odebírají do centrifugačních zkumavek, po usazení zákalu se centrifuguje, supernatant se slije do vzorkovnice označené číslem odběru. K pevnému zbytku v centrifugační zkumavce se přidají 3 ml destilované vody, promíchá se, znova odstředí, a supernatant se přidá k prvnímu supernatantu do vzorkovnice. Ve vzorkovnici shromážděné vzorky (1 - 8) se zředí na celkový objem 20 ml destilovanou vodou a stanoví se v nich obsah organického uhlíku. Po ukončené hydrolýze se nerozpuštěná nezhydrolyzovaná organická hmota z hydrolyzační nádoby nechá usadit. Óirý roztok nad usazeninou se slije (není-li čirý, je nutno centrifugovat), organická usazenina se zbytkem roztoku se na odpařovací misce vysuší v sušárně při teplotě 105,°C. Je nutno stanovit její hmotnost v sušině a obsah Corg. Procentický podíl tohoto uhlíku z celkového uhlíku vzorku o hmotnosti 3 g je uhlík stabilní Cstab a jeho množství pro charakter rozložitelnosti organické hmoty je významnou hodnotou. Další charakteristickou hodnotou pro rozložitelnost dané
·.»'-« '» 5 » < * * 3 » · »3 J «« » & i · ί >» * » ř » Ť t s » » -* .· 9 ·»« « a 4 t » a · ···· i a * <í · ♦ * · organické hmoty je rychlostní konstanta hydrolyzovatelného podílu této organické hmoty. Tu zjistíme z analýz dílčích vzorků ve vzorkovnicích č. 1 /'8.
Na semilogaritmický papír se na osu x zapisuje čas odběrů od počátku hydrolýzy a na osu y (logaritmy) zbylá koncentrace organické hmoty, vyjádřená % zbylého uhlíku. Spojením experimentálních bodů vznikne přímka, jejíž směrnice je dána tangentou úhlu a, tedy poměrem délek protilehlé odvěsny k přilehlé odvěsně vzniklého pravoúhelníku. Platí, že:
k t9x ~ 2,303 a z toho:
k = 2,303 délka A délka B kde A je délka protilehlé odvěsny k úhlu α a B je délka přilehlé odvěsny k úhlu a.
Pro stanovení uhlíku je možno použít jakoukoliv běžnou metodu např. ISO 10694, ISO 14235, ale také spalovací metody na SKALAŘŮ, při elementárním rozboru apod. Velmi podobné je použití TOC - V analyzéru Shimadzu Co., Tokyo, Japan pro analýzu roztoků dílčích vzorků a NC - analyzéru Sumigraph NC - 900, Surnmika Chemical Analysis Service, Ltd., Osaka, Japan pro suchý vzorek zbytku po hydrolýze.
Pro srovnání výsledků lze použít zrna kukuřice, která se hydrolyticky podle jednotlivých odrůd (hybridů) liší jen málo - snad vlivem vysokého obsahu jejich charakteristického škrobu.
Předloženou metodou jsme charakterizovali rozložitelnost organické hmoty zrn kukuřice, listů břízy, borového jehličí, dřeva větví dubu, lučního sena a listů ozdobné trávy Miscanthus chinensis. Výsledky jsme porovnávali s výsledky klasické hydrolytické metody Rovira et Vallejo (2002), v provedení Shirato et Yokozawa (2006). Metoda Shirato-Yokozawa (2006) je jen nepatrně zdokonalená původní metoda Roviry et Vallejo (2002). Tyto metody se provádějí v jedné malé pyrexové zkumavce s několika různými koncentracemi H2SO4. Hydrolyzuje se nejdříve 30 min při 105°C 24,58% H2SO4, pak 8 h 72,92% H2SO4při 20°C, pak 60 min 10,1% H2SO4 ·
» * * · í t 9 · > « « * « * · · 3 » « -i · ♦
3 > 3 9 » ·» ♦ ♦ « ·**·«? 1 • '» tt « «4« 3 S » » 9 9 9 9 9 *; · · S · · · » při teplotě 105°C. Získají se tři frakce, lehce hydrolyzovatelná LP1, středně hydrolyzovatelná LP2 a těžce hydrolyzovatelná RP a mezi ně se započítá procentuální podíl celkového uhlíku. Reprodukovatelnost je špatná, ale hlavní nevýhoda této staré metody je vtom, že se získají 3 údaje (LP1, LP2, RP) bez závislosti. Matematicko-statistické zpracování výsledků bylo provedeno podle Deana a Dixona pro máloprvkové soubory (Eckschlager et al. 1980).
Tab. 1: Rozložitelnost organických hmot vyjádřená procentickým podílem uhlíku ve frakci labilní (LP1), semilabilní (LP2) a residuální (RP) z celkového uhlíku vzorku podle metody Rovira et Vallejo (2002) v úpravě Shirato et Yokozawa (2006). Interval spolehlivosti průměru pro a = 0,05 vypočítán z rozpětí R.
| Organická hmota | % C z C,ot ve frakcích | ||
| LP1 | LP2 | RP | |
| kukuřice - zrno | 61 ±4 | 15± 1 | 24 ±2 |
| Bříza - listy (Betula verrucosa) | 22 ±2 | 23 ±2 | 55 ±4 |
| borovice - jehličí (Pinus) | 10± 1 | 23 + 2 | 67 ±5 |
| dub - dřevo větví (Quercus alba) | 8± 1 | 24 ± 1 | 68 ±6 |
| luční seno | 38 ±2 | 25 ± 1 | 37 ±4 |
| Miscantus - listy (Miscantus chinensis) | 20 ± 1 | 43 + 3 | 37 ±3 |
» * · ί « *
Tab. 2: Rozložitelnost organických hmot vyjádřená procentickým podílem uhlíku stabilní frakce (odolné hydrolýze) z celkového uhlíku a rychlostní konstantou kyselé hydrolýzy v daných podmínkách > » i 4 « 4 4 * • 9 9 » »
9 9 # · * · * · !t »
4 S »9 » ·
| % C z Ctot v stabilní frakci | Rychlostní konstanta hydrolýzy k [hod] | |
| kukuřice - zrno | 26 ±3 | 1,26 ±0,21 |
| bříza - listy | 60 ±7 | 0,19 ±0,03 |
| borovice - jehličí | 71 ±7 | 0,08 ±0,01 |
| dub - dřevo větví | 75 ±9 | 0,02 ± 0,00 |
| luční seno | 40 ±5 | 0,72 ±0,01 |
| Miscanuts - listy | 45 ±5 | 0,44 ± 0,04 |
Vyhodnotíme-li výsledky klasické hydrolytické metody Rovira et Vallejo (2002) v tab. 1 můžeme šest zkoušených organických hmot seřadit podle vzrůstající stability k hydrolýze takto:
kukuřice < luční seno < listy břízy < listy Miscantus < jehličí borovice < dřevo dubu
Toto řazení ale reprezentuje jen řadu se snižujícím se obsahem k hydrolýze velmi citlivých látek: sacharidů, škrobových polysacharidů, chemicelulóz a dalších nízkomolekulárních sloučenin. Sečteme-li frakce LP1 a LP2 dostáváme se ke skupině látek, která je sice poněkud méně ochotná k rychlé hydrolýze, ale účinkem enzymů hydrolytických mikroorganismů je rovněž hydrolyzovatelná více či méně pomaleji. Srovnáme-lí stabilitu podle součtu frakcí LP1 + LP2 pořadí organické hmoty podle vzrůstající stability se změní:
kukuřice < luční seno + listy Miscantu < listy břízy < jehličí borovice + dřevo dubu
Z výše uvedeného vyplývá, že v ochotě k hydrolýze už není rozdíl mezi lučním senem a listy Miscantu, stejně jako není rozdíl mezi jehličím borovice a dřevem dubu.
* « ·
Seřadíme-li stejným způsobem organické hmoty podle neochoty k hydrolýze podle způsobu měření podle tohoto vynálezu v tab. 2 a sledujeme stabilní frakci, docházíme k tomuto pořadí:
kukuřice < luční seno < listy Miscantus < listy břízy < jehličí borovice < dřevu dubu
Pořadí je téměř stejné, jako u metody Rovira et Vallejo (2002) jen s malým rozdílem, který vedl k výměně míst mezi listy Miscantu a listy břízy.
Sledujeme-li hodnoty rychlostních konstant hydrolýzy, je zřejmé, že interval nalezených hodnot je mnohem širší, než interval procentických podílů uhlíku ve stabilní frakci způsobu měření podle vynálezu i uhlíku ve všech frakcích metody podle Roviry et Vallejo. Je to zvlášť patrné na rozdílu organické hmoty jehličí borovice a dřeva dubu, mezi nimiž v uhlíku frakcí je tak nepatrný rozdíl, že se při daném intervalu spolehlivosti průměru při a = 0,05 úplně ztrácí. Rychlostní konstanty hydrolýzy těchto dvou organických materiálů jsou i při nalezeném intervalu spolehlivosti průměru zcela průkazně rozdílné.
Způsob měření stupně rozložitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek je prováděn pomocí zařízení pro odběr tekutých vzorků 3, které je tvořeno pipetou 4, která je přes trojcestný ventil 5 spojena se zařízením 6 pro vytvoření podtlaku tvořeným aspirátorem 12. Ve víku 16 aspirátoru 12 je uspořádána gumová hadice 15 upevněná k trojcestnému ventilu 5. Ve víku 16 aspirátoru 12 je dále uspořádán přívod 13 vody, napojený na běžný vodovodný systém. Aspirátor 12 je naplněn vodou, která se vypouští tlačkou 11 ve spodní části aspirátoru spojenou s odtokem 10, kterým je voda odváděna do sběrné nádoby 17. Vypouštěním vody z aspirátoru vzniká podtlak, který umožní nabrat pipetou vzorek 3 z nádoby 2 se vzorkem 3.
Pipeta 4 je dále opatřena zásobníkem 9 s vodou pro vymývání pipety 4 po odběru vzorku 3. Zásobník 9 je umístěn v nástavci v horní části pipety 4 a s uzavíracím ventilem 8 a trojcestným ventilem 5 tvoří jeden kompaktní celek. Vypouštění vody ze zásobníku 9 do pipety 4 je ovládáno uzavíracím ventilem 8 umístěným pod zásobníkem 9.
κ » «
» *
ί »
9 i 9 » • · *9
Pipeta 4 je upevněna v manipulačním zařízení 7 tvořeným vertikální stojinou 18
Claims (22)
- Pipeta 4 je upevněna v manipulačním zařízení 7 tvořeným vertikální stojinou 18 usazenou na základně 21. Na vedeních 18 jsou vytvořeny výškové stupně 19, po nichž se pohybuje rameno 20, které unáší pipetu 4. Rameno 20 je ovládanou pákou 22, která je aretuje ve výškových stupních 19. Lze tak nastavit odběr vzorku 3 vždy ze stejné hloubky, takže měření je velmi přesné.Při přípravě pipety 4 k odběru vzorku 3 se nejprve uzavře trojcestný ventil 5 a uzavírací ventil 8. Všechny vývody do pipety 4 tak jsou uzavřené. Poté se pipeta 4 upevněná na otočném rameni 20 vsune do nádoby 2 se vzorkem 3 do předem nastavené výšky zvolené na stojině 18. Pomalu se otevře trojcestný ventil 5 spojující pipetu 4 s aspirátorem 12. Tlačkou 11. se otevře odtok 10 vody z aspirátoru 12 do sběrné nádoby 17. Tím se vytváří podtlak pro nasátí vzorku 3 do pipety. Po nasátí vzorku 3 se trojcestný ventil 5 znovu uzavře. Pipeta 4 se vysune z nádoby 2 se vzorkem 3, otočné rameno 20 se pootočí, pod ústí pipety 4 se vloží vzorkovnice 14. Trojcestný ventil 5 se otevře tak, aby do pipety mohl proudit atmosférický tlak, čímž se pipeta 4_vyprázdní. Po vypuštění pipety 4 se otevře uzavírací ventil 8, který řídí spojení zásobníku 9 s pipetou 4. Pipeta 4 se propláchne vodou ze zásobníku 9, a tato proplachovací voda se přidá do vzorkovnice 14 k odebranému vzorku 3. Po propláchnutí pipety 4 vodou se uzavírací 8 a trojcestný ventil 5 uzavře, čímž se pipeta připraví pro další odběr vzorku 3.Průmyslová využitelnostZpůsob měření stupně rozložitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek podle tohoto vynálezu lze využít pro všechna zemědělská i nezemědělská odvětví, kde je potřebná znalost rozložitelnosti organické hmoty.- « . S í i < J > #1 'J » z i i t $ · * ♦ a » s » í > a « » »·*·»-» ♦ ?♦ ?-» i » » »99 i » is » « » i · 9 . « » ··Přehled vztahových značek1 zařízení pro odběr kapalných vzorků
- 2 nádoba se vzorkem
- 3 vzorek
- 4 pipeta
- 5 trojcestný ventil
- 6 zařízení pro vytvoření podtlaku
- 7 manipulační zařízení
- 8 uzavírací ventil
- 9 zásobník pro čištění pipety
- 10 odtok vody
- 11 tlačka
- 12 aspirátor
- 13 přívod vody
- 14 vzorkovnice
- 15 potrubí
- 16 víko aspirátoru
- 17 sběrná nádoba
- 18 stojina
- 19 výškové stupně
- 20 rameno
- 21 základna
- 22 páka ί β s » *V i « ( « · ( < i « · ř ·» * i « » · » · » · « ·
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20130304A CZ2013304A3 (cs) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | Zpusob merení stupne rozlozitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20130304A CZ2013304A3 (cs) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | Zpusob merení stupne rozlozitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ304125B6 CZ304125B6 (cs) | 2013-11-06 |
| CZ2013304A3 true CZ2013304A3 (cs) | 2013-11-06 |
Family
ID=49510629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20130304A CZ2013304A3 (cs) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | Zpusob merení stupne rozlozitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2013304A3 (cs) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104655449A (zh) * | 2015-02-08 | 2015-05-27 | 贵州大学 | 采集猪脑垂体及下丘脑的方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5984453U (ja) * | 1982-11-30 | 1984-06-07 | 株式会社島津製作所 | 希釈ピペツタ− |
| US7205158B2 (en) * | 2004-06-18 | 2007-04-17 | Dade Behring Inc. | Method for aspiration of a liquid sample |
-
2013
- 2013-04-23 CZ CZ20130304A patent/CZ2013304A3/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ304125B6 (cs) | 2013-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gómez et al. | The use of respiration indices in the composting process: a review | |
| Pham et al. | Predicting methane production in simple and unheated biogas digesters at low temperatures | |
| Chescheir et al. | Rapid methods for determining nutrients in livestock manures | |
| CN105651748A (zh) | 一种定量分析微塑料在水生生物体内富集分布的方法 | |
| CN106495770A (zh) | 一种利用农林废弃物的高效快速堆肥发酵方法 | |
| Münch et al. | Measuring bacterial biomass-COD in wastewater containing particulate matter | |
| CN110967305A (zh) | 堆肥腐熟度快速检测试纸盒及其使用方法 | |
| CN101571534A (zh) | 水质毒性检测仪 | |
| CZ2013304A3 (cs) | Zpusob merení stupne rozlozitelnosti organické hmoty na bázi hydrolýzy organických látek | |
| EP0908513B1 (en) | Method and apparatus for evaluating microbial degradability of organic matter | |
| Edwards | A timesaving technique for measuring respiration rates in incubated soil samples | |
| Fillery et al. | Use of enriched 15N sources to study soil N transformations | |
| Aslam et al. | Predicting phytotoxicity of compost-amended soil from compost stability measurements | |
| WO2004027416A1 (en) | Apparatus for measuring biodegradability of sample using non-dispersive infrared spectrometry and method of measuring the same | |
| Jordan et al. | A comparison of methods for estimating soil microbial biomass carbon | |
| CN219891013U (zh) | 一种高浓度有机悬浮物污水cod的测定系统 | |
| Bengtsson et al. | Dissolved organic carbon dynamics in the peat–streamwater interface | |
| Suslov et al. | Experimental studies of the process of obtaining biogas from wastes from agricultural enterprises | |
| CN208833668U (zh) | 一种在线总氮分析仪 | |
| Liwarska-Bizukojc et al. | RNA assay as a method of viable biomass determination in the organic fraction of municipal solid waste suspension | |
| CN101251473B (zh) | 一种人工湿地污水处理系统微生物活性检测方法 | |
| Jayasekara et al. | An automated multi‐unit composting facility for biodegradability evaluations | |
| CN1982878B (zh) | 一种活性污泥比电子传递体系活性诊断方法 | |
| CN217527527U (zh) | 有机肥水分测定用辅助装置 | |
| Liu et al. | The new Gas Endeavour system from Bioprocess Control AB for in vitro assessment of animal feeds |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20140126 |