一種利用熱分析檢測植物生物質toc的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測植物生物質TOC的方法，具體涉及一種利用熱分析檢測植物生物質TOC的方法。
【背景技術】
[0002]植物生物質是地表環(huán)境的重要組分，也是天然有機質的主要來源，然而其化學組成比較復雜，表征難度大。當前，熱分析樣品預處理簡單，實驗時間短，是表征有機質的簡單、快速、可靠的分析技術。近年來，熱重分析(TGA)、差式量熱掃描(DSC)在有機碳穩(wěn)定性方面的應用越來越廣泛。研究表明，熱分析指標對于不同的土地利用方式，不同耕作方式，甚至森林火災有比較敏感的響應；同時更深入的定量研究為熱分析定量檢測天然有機質提供了理論基礎。例如，現有技術報道的不同實驗條件對熱曲線的影響，有利于天然有機質熱分析的標準化；報道的熱指標與生物指標的相關性，可以為有機質檢驗提供潛在的便捷方案；以及研究證明了熱分析在判別不同植被類型方面的用途。
[0003]總有機碳(TOC)的測定原理是基于把不同形式的有機碳通過氧化轉化為易定量測定的二氧化碳，利用二氧化碳與總有機碳之間碳含量的對應關系，從而對樣品TOC進行定量測定，工作原理普遍使用的是國家標準GB13193-91所采用的燃燒氧化_非分散紅外吸收法。而傳統固體樣品TOC的操作方法一般采用直接測定法，即通過將無機碳(IC)除去后測定全碳(TC)，去除IC是通過酸化固體樣品，然后通過靜置等待或氮吹方式去除轉化為CO2的無機碳。雖然該方法實驗結果更準確，但由于傳統測定植物固體樣品TOC的操作中，樣品需要酸化曝氣等預處理，以及酸化步驟需要耗費一定的鹽酸等藥劑，并且靜置等操作步驟需要6?12小時，再去除無機碳后仍需將固體樣品烘干之后才能進行測定工作，而且在進行大批量樣品檢測時實驗成本較高。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種快速的、預處理簡單且更環(huán)境友好的批量地粗略檢測植物生物質TOC的方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是，一種利用熱分析檢測植物生物質TOC的方法，包括以下步驟:
[0006](I)植物生物質樣品的制備:采集的植物樣品按照不同部位分類，分別在80?100°C殺青I?2h，并且在50?70°C徹底干燥11?13h，研磨，過16?20目篩，然后密封保存于陰涼干燥處；
[0007](2)標準有機物質厭氧條件慢速熱解表征參數標準:測試有機標準樣品在厭氧環(huán)境、慢速升溫條件下的熱解過程(包括TGA、DSC實驗)，分析各慢速熱解的特征溫度區(qū)段中有機標準樣品的吸熱/放熱峰特征指標，配合標準物質的特性，確定有機標準樣品厭氧條件下慢速解熱過程的表征標準；
[0008](3)天然植物生物質厭氧條件慢速熱解表征參數標準:測試植物生物質在厭氧環(huán)境、慢速升溫條件下的熱解過程(包括TGA、DSC實驗)，結合標準有機物質的慢速熱解表征參數標準，研究植物生物質慢速熱解的特征溫度區(qū)段，分析植物生物質DSC曲線各溫度區(qū)段中的吸熱/放熱峰特征指標，并與標準有機質樣品進行對比分析；配合標準物質結構特征、元素組成等特性，確定天然植物生物質樣品厭氧條件下慢速解熱過程的表征標準；
[0009](4)植物生物質樣品DSC掃描實驗:將1mg預處理的植物樣品置于標準樣品盤之中，由差式量熱掃描儀在氮氣氛圍下進行熱分析獲取DSC圖譜；
[0010](5)DSC圖譜解譯，獲取熱指標:以130°C?210°C為起點和終點，對DSC曲線第二個吸熱特征峰進行積分，獲取峰面積，及TOC特征峰的吸熱焓值；
[0011](6) TOC計算:基于吸熱焓值利用經驗公式，計算TOC = 0.396F2+4.103。
[0012]進一步，步驟(2)、步驟(3)中，所述熱重分析厭氧環(huán)境、慢速升溫條件為流量為80ml min 1的氮氣氣氛下，以10°C min 1的速率從室溫到800°C ;所述差式量熱掃描厭氧環(huán)境、慢速升溫條件為流量為80ml min 1的氮氣氣氛下，以10°C min 1的速率從室溫升至600。。。
[0013]進一步，步驟(4)中，樣品盤和對照盤的質量差在0.1mg之內。
[0014]進一步，步驟(4)中，每個樣品盤在使用前，要經過從室溫以10°C min 1的速率升溫至110°C，并保持30min，再冷卻至室溫的處理過程。
[0015]進一步，步驟(4)中，樣品盤不加蓋，并且在80ml/min的N2流量下進行掃描。
[0016]本發(fā)明將厭氧條件下慢速熱解實驗用于快速檢測植物生物質的有機質含量，利用熱分析DSC曲線第二個吸熱特征峰(Peak F2)分析過程中溫度區(qū)間的選取，積分方法的選取。由此免除了預處理的酸化、烘干環(huán)節(jié)，從而節(jié)省了大量的實驗步驟，縮短5?11小時的實驗時間，避免了酸化藥劑的使用，減輕環(huán)境污染。
[0017]本發(fā)明將傳統的熱分析方法應用于新的分析領域，可以進行植物生物質TOC的粗略測定，在植物樣品需要初步篩查，且不需要太高精確程度的情況(例如飼料選擇、大范圍植物普查研究)下，是一種更經濟、更便捷的方法。
【附圖說明】
[0018]圖1為熱分析DSC曲線第二個吸熱特征峰。
【具體實施方式】
[0019]下面結合實施例對本發(fā)明進一步加以說明。
[0020]實施例1:
[0021]1、植物生物質樣品的制備:分析對象是經過預處理的植物樣品(可分為4大類:挺水植物、沉水植物、浮水植物和陸生植物)，即采集到的植物樣品按照根、葉、莖等不同部位分類，分別在90°C殺青I?2小時，并且在60°C徹底干燥12小時，干燥后經過研磨過Imm篩，然后密封保存于陰涼干燥處。
[0022]2、植物生物質樣品DSC掃描實驗:將1mg預處理的植物樣品置于標準鋁盤之中，由差式量熱掃描儀(DSC)進行熱分析獲取DSC圖譜。
[0023]3、DSC圖譜解譯，獲取熱指標:使用Universal Analysis2000軟件打開DSC結果文件，以130°C?210°C為起點和終點，對peak F2進行積分，獲取峰面積，及TOC特征峰的吸熱焓值。
[0024]4、TOC計算:基于吸熱焓值利用經驗公式，計算TOC = 0.396F2+4.103。
[0025]5、實驗條件、熱譜解譯參數及經驗公式的獲取“前置步驟”如下:
[0026](I)標準有機物質厭氧條件慢速熱解表征參數標準:采用熱分析、差式量熱掃描測試測試有機標準樣品在厭氧環(huán)境、慢速升溫條件下的熱解過程，研究有機標準樣品慢速熱解的特征溫度區(qū)段，分析各溫度區(qū)段中有機標準樣品的吸熱/放熱峰特征指標