A talaj összes szénhidrát-A talaj összes szénhidrát-tartalmának meghatározásatartalmának meghatározása

Készítette: Markó IstvánKészítette: Markó István

A8WWQQA8WWQQ

A talaj fogalma:A talaj fogalma:

a Föld legkülső, mállott kérge, amely a környezeti a Föld legkülső, mállott kérge, amely a környezeti tényezők hatására, talajképződési folyamatok tényezők hatására, talajképződési folyamatok eredményeképpen alakult ki, mégpedig a litoszféra, eredményeképpen alakult ki, mégpedig a litoszféra, hidroszféra, atmoszféra és bioszféra hidroszféra, atmoszféra és bioszféra kölcsönhatásainak zónájában.kölcsönhatásainak zónájában.

A talaj legfontosabb összetevői:A talaj legfontosabb összetevői: • szervetlen komponensek szervetlen komponensek • talajvíz talajvíz • talajlevegő talajlevegő • szerves komponensekszerves komponensek

A talaj szerves komponenseiA talaj szerves komponensei

A talaj tömegének mindössze 2-5 %-a szerves, A talaj tömegének mindössze 2-5 %-a szerves, viszont ezen komponenseknek köszönhetően viszont ezen komponenseknek köszönhetően játszódnak le a talaj kémiai reakciói.játszódnak le a talaj kémiai reakciói.

A talaj szerves anyagai biomasszából, rész-A talaj szerves anyagai biomasszából, rész-ben elbomlott növényi és állati alkotórészek-ben elbomlott növényi és állati alkotórészek-ből, talajorganizmusokból és humuszból ből, talajorganizmusokból és humuszból állnak. állnak.

A talaj szerves alkotórészei egyszerűsítve A talaj szerves alkotórészei egyszerűsítve két csoportra, az ún. huminanyagokra és a két csoportra, az ún. huminanyagokra és a nem huminanyagokra oszthatók.nem huminanyagokra oszthatók.

Huminanyagok: Huminanyagok:

• huminsavakhuminsavak• fulvosavakfulvosavak• humin (mint polimer)humin (mint polimer)

Nem huminanyagok: Nem huminanyagok:

• szénhidrátokszénhidrátok• fehérjék, aminosavakfehérjék, aminosavak• zsírok, viaszokzsírok, viaszok• kis molekulatömegű szerves savak kis molekulatömegű szerves savak

A talajban levő mikroorganizmusok enzim-A talajban levő mikroorganizmusok enzim-katalízis révén, gyorsan mineralizálják a katalízis révén, gyorsan mineralizálják a nem huminanyagokat; ennek megfelelően nem huminanyagokat; ennek megfelelően élettartalmuk a talajban viszonylag csekély.élettartalmuk a talajban viszonylag csekély.

• A talaj szénhidrátjai a poliszacharidok A talaj szénhidrátjai a poliszacharidok - pl.: cellulóz, pektin - a talaj összes- pl.: cellulóz, pektin - a talaj összesszerves anyag tartalmának 5-25 %-a.szerves anyag tartalmának 5-25 %-a.

• A szénhidrátok biztosítják a A szénhidrátok biztosítják a mikroorganizmusok számára mikroorganizmusok számára szükséges szén és szükséges szén és energiaforrást.energiaforrást.

• A talajban lévő összes-szénhidrát A talajban lévő összes-szénhidrát meghatározását, két lépéses szelektív meghatározását, két lépéses szelektív hidrolitikus depolimerizációval majd azt hidrolitikus depolimerizációval majd azt követően kolorimetriás analizálással végzik. követően kolorimetriás analizálással végzik.

• A hidrolízis típusától függően különböző A hidrolízis típusától függően különböző szénhidrátok frakcióik keletkezhetnek.szénhidrátok frakcióik keletkezhetnek.

• A hidrolízis után meghatározhatók a A hidrolízis után meghatározhatók a szénhidrátok kristályos és nem kristályos szénhidrátok kristályos és nem kristályos frakciói, 12 M Hfrakciói, 12 M H22SOSO44/1 M H/1 M H22SOSO44 segítségével. segítségével.

(kristályos: cellulóz, nem kristályos: (kristályos: cellulóz, nem kristályos: növényi hemicellulóz, mikrobiális növényi hemicellulóz, mikrobiális poliszacharidok)poliszacharidok)

HidrolízisHidrolízis

• A nem kristályos poliszacharidok hidrolíziséhez, A nem kristályos poliszacharidok hidrolíziséhez, hígított kénsav, hígított sósav vagy trifluor-hígított kénsav, hígított sósav vagy trifluor-ecetsav (TFA) használható. ecetsav (TFA) használható.

• Az egyes monomerek meghatározását Az egyes monomerek meghatározását végezhetjük GC-s illetve HPLC-s vizsgálattal.végezhetjük GC-s illetve HPLC-s vizsgálattal.

• A hidrolizátumból a teljes szénhidrát mennyiség A hidrolizátumból a teljes szénhidrát mennyiség meghatározható kolorimetriás elemzéssel is, a meghatározható kolorimetriás elemzéssel is, a reagensek a folyamat során a következők reagensek a folyamat során a következők lehetnek: fenol-kénsav, hangyasav illetve 3-lehetnek: fenol-kénsav, hangyasav illetve 3-metil-2-benzotiazolinon-hidrazon-hidroklorid metil-2-benzotiazolinon-hidrazon-hidroklorid (MBTH).(MBTH).

• A talaj szénhidrát tartalmának A talaj szénhidrát tartalmának meghatározására nincsenek hatással az meghatározására nincsenek hatással az aminosavak és az egyéb aminosavak és az egyéb szerves anyagok.szerves anyagok.

• A kromatográfiás eljárások A kromatográfiás eljárások közül a spektrofotometriás közül a spektrofotometriás szénhidrát meghatározás az ami gyors, szénhidrát meghatározás az ami gyors, érzékeny, kevés eszköz és kis mértékű érzékeny, kevés eszköz és kis mértékű előkezelés szükséges a hidrolízishez.előkezelés szükséges a hidrolízishez.

• Az MBTH módszer jól bevett kémiai eljárások Az MBTH módszer jól bevett kémiai eljárások sorozatából áll.sorozatából áll.

• Hexózok és pentózok cukoralkohollá alakulnak Hexózok és pentózok cukoralkohollá alakulnak borohidrid vizes oldatában. A perjódsav a két borohidrid vizes oldatában. A perjódsav a két 1,2-diol kötést tartalmazó cukoralkoholokat 1,2-diol kötést tartalmazó cukoralkoholokat formaldehiddé oxidálja, 1 mol cukoralkoholból 2 formaldehiddé oxidálja, 1 mol cukoralkoholból 2 mol formaldehid keletkezik.mol formaldehid keletkezik.

• A formaldehid vizes oldatból történő A formaldehid vizes oldatból történő meghatározásához MBTH-t használnak.meghatározásához MBTH-t használnak.

• Hexózokból, pentózokból és cukoralkoholokból Hexózokból, pentózokból és cukoralkoholokból 2 mol, dezoxihexózokból 1 mol formaldehid 2 mol, dezoxihexózokból 1 mol formaldehid keletkezik.keletkezik.

MBTH vizsgálatMBTH vizsgálat

A poliszacharidok hidrolizálásaA poliszacharidok hidrolizálása

• A poliszacharid hidrolizálása koncentrált A poliszacharid hidrolizálása koncentrált kénsavval történik. A nagy szerves kénsavval történik. A nagy szerves széntartalommal rendelkező talajmintából 50 széntartalommal rendelkező talajmintából 50 mg-ot, nagy ásványi anyag tartalmú mg-ot, nagy ásványi anyag tartalmú talajmintából 250-1000 mg-ot 1,5 ml 12 M talajmintából 250-1000 mg-ot 1,5 ml 12 M kénsavban szuszpendálnak, majd egy zárt kénsavban szuszpendálnak, majd egy zárt lombikban 16 órán keresztül lombikban 16 órán keresztül szobahőmérsékleten rázatják.szobahőmérsékleten rázatják.

• Az oldatot ezután hígítják 17,5 ml desztillált Az oldatot ezután hígítják 17,5 ml desztillált vízzel majd 100°C-on 5 órán keresztül vízzel majd 100°C-on 5 órán keresztül hidrolizálják.hidrolizálják.

• Lehülés után a hidrolizátumot leszűrik majd Lehülés után a hidrolizátumot leszűrik majd semlegesítik 3 M NaOH-val (pH=6-7) és semlegesítik 3 M NaOH-val (pH=6-7) és felhígítják 100 ml-re.felhígítják 100 ml-re.

Nem kristályos poliszacharidok Nem kristályos poliszacharidok hidrolizálásahidrolizálása

• 100 mg-ot a nagy szerves széntartalommal 100 mg-ot a nagy szerves széntartalommal rendelkező talajmintából, 250-1000 mg-ot a nagy rendelkező talajmintából, 250-1000 mg-ot a nagy ásványi anyag tartalmú talajmintából 50 ml 1 M ásványi anyag tartalmú talajmintából 50 ml 1 M sósavban szuszpendálnak nitrogén jelenlétében sósavban szuszpendálnak nitrogén jelenlétében egy zárt lombikban. A hidrolízis során a lombikokat egy zárt lombikban. A hidrolízis során a lombikokat laboratóriumi kemencébe helyezik 100°C-on 5 laboratóriumi kemencébe helyezik 100°C-on 5 órára.órára.

• Hűtés után a szuszpenziót leszűrik egy Whatman Hűtés után a szuszpenziót leszűrik egy Whatman GF/F üvegszál szűrőn és a szűrőben maradt GF/F üvegszál szűrőn és a szűrőben maradt üledéket átmossák 180 ml vízzel. üledéket átmossák 180 ml vízzel.

• A szűrt oldatot semlegesítik 3 M NaOH-val (pH=6-A szűrt oldatot semlegesítik 3 M NaOH-val (pH=6-7) és felhígítják 250 ml-re. 7) és felhígítják 250 ml-re.

Kolorimetriás szénhidrát Kolorimetriás szénhidrát meghatározás MBTH-valmeghatározás MBTH-val

• A spektrofotometriás elemzéshez a A spektrofotometriás elemzéshez a hidrolizátumot 1:25 és 1:100 arányban kell hidrolizátumot 1:25 és 1:100 arányban kell hígítani, a hígítás mértéke a talaj széntartalmától hígítani, a hígítás mértéke a talaj széntartalmától függ. függ.

• Egy milliliter semlegesített hidrolizátumot Egy milliliter semlegesített hidrolizátumot inkubálnak 0,05 ml hideg frissen készített inkubálnak 0,05 ml hideg frissen készített kálium-borohidriddel, 4 órán keresztül sötétben kálium-borohidriddel, 4 órán keresztül sötétben tárolják.tárolják.

• Az oxidáció előtt a felesleges borohidridet meg kell Az oxidáció előtt a felesleges borohidridet meg kell semmisíteni, ezt 0,05 ml 0,36 M sósavval végzik.semmisíteni, ezt 0,05 ml 0,36 M sósavval végzik.

• 10 perc után 0,1 ml 0,025 M-os perjódsavat adnak a 10 perc után 0,1 ml 0,025 M-os perjódsavat adnak a hidrolizátumhoz, hogy az alditolt formaldehiddé hidrolizátumhoz, hogy az alditolt formaldehiddé oxidálja. oxidálja.

• Tíz perccel később a reakciót megállítják 0,1 ml 0,25 M Tíz perccel később a reakciót megállítják 0,1 ml 0,25 M nátrium-arzenittel majd az oldatot 10 percig állni nátrium-arzenittel majd az oldatot 10 percig állni hagyják.hagyják.

• Ezután 0,2 ml 2 M sósavat, majd 0,4 ml MBTH Ezután 0,2 ml 2 M sósavat, majd 0,4 ml MBTH reagenst adnak hozzá, és jól lezárt kémcsövekben reagenst adnak hozzá, és jól lezárt kémcsövekben forrásban lévő vízben melegítik. A mintákat ezután forrásban lévő vízben melegítik. A mintákat ezután szobahőmérsékletűre hűtik, majd oxidálják 0,2 ml 2,5 szobahőmérsékletűre hűtik, majd oxidálják 0,2 ml 2,5 %-os FeCl%-os FeCl33 oldattal. Aztán az oldatot összekeverik oldattal. Aztán az oldatot összekeverik 1 ml acetonnal és az abszorbanciát 635 nm-en 1 ml acetonnal és az abszorbanciát 635 nm-en olvassák le. Vak mintaként 2:1 arányú desztillált olvassák le. Vak mintaként 2:1 arányú desztillált víz:aceton keveréket használnak.víz:aceton keveréket használnak.

• Az elemzést 3 alkalommal végzik el.Az elemzést 3 alkalommal végzik el.• A formaldehid képződése elkerülhető ha A formaldehid képződése elkerülhető ha

hozzáadnak 0,2 ml-t perjódsav és nátrium-hozzáadnak 0,2 ml-t perjódsav és nátrium-arzenit 1:1 arányú keverékéből. arzenit 1:1 arányú keverékéből.

• A minta és a kontroll oldat abszorbanciájának A minta és a kontroll oldat abszorbanciájának különbsége megmutatja, a cukoralkoholok különbsége megmutatja, a cukoralkoholok oxidálása során felszabadult formaldehidek oxidálása során felszabadult formaldehidek mennyiségét. A hidrolizátum szénhidráttartalma mennyiségét. A hidrolizátum szénhidráttartalma kiszámítható (glükóz ekvivalens).kiszámítható (glükóz ekvivalens).

Zavaró komponensekZavaró komponensek• A mérés során zavaró komponensek az A mérés során zavaró komponensek az

oxidációs lépés során formaldehidet oxidációs lépés során formaldehidet eredményező vegyületek.eredményező vegyületek.

• Ezek a vegyületek 1,2 diol vagy 1-hidroxi-Ezek a vegyületek 1,2 diol vagy 1-hidroxi-2-amino csoportokat tartalmaznak, mint 2-amino csoportokat tartalmaznak, mint például a glikol, a glicerin és a szerin.például a glikol, a glicerin és a szerin.

• A hidrolizátumban található cukrok A hidrolizátumban található cukrok redukálás és a származékképzés után redukálás és a származékképzés után gázkromatográfiás elválasztással gázkromatográfiás elválasztással határozhatók meg. Alkalmas eljárás az határozhatók meg. Alkalmas eljárás az 1984-ben Cowie és Hedges, majd 1992-1984-ben Cowie és Hedges, majd 1992-ben Sugahara által leírt módszer.ben Sugahara által leírt módszer.

IrodalomjegyzékIrodalomjegyzék

• http://www.tankonyvtar.hu/konyvek/novenytan/novenytan-19-talaj

• http://hu.wikipedia.org/wiki/Talaj• http://ganymedes.lib.unideb.hu:8080/dea/bitstream/

2437/80887/4/ertekezes.pdf• http://www.springerlink.com/content/p46351rg11535765/• http://books.google.hu/books?

id=nUmMTWcaPkMC&pg=PA86&lpg=PA86&dq=composition+of+soil+carbohydrate+matter&source=bl&ots=j50ruuvUD-&sig=7QmsbOMyqHtwxGAi5749GwWhYCI&hl=hu&ei=KkCcTe74HYmSOp_p8bEH&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=8&ved=0CGcQ6AEwBw#v=onepage&q=composition%20of%20soil%20carbohydrate%20matter&f=false