[发明专利]一种表征堆肥过程中腐殖酸合成的方法

说明书

本发明公开了一种表征堆肥过程中腐殖酸合成的方法。该方法包括如下步骤：1)提取不同堆肥阶段的腐殖酸；2)使用红外光谱仪测定各堆肥阶段腐殖酸的红外光谱数据；3)将各堆肥阶段新出现的红外光谱数据导入2Dshige软件，以堆肥时间为扰动变量，分别输出同步和异步光谱数据，并分别以同步和异步光谱的红外波长为横坐标和纵坐标作图，分别得到随堆肥时间扰动的腐殖酸的同步和异步二维相关图谱；4)通过解析规则解析堆肥阶段的腐殖酸的同步和异步二维相关图谱，得到堆肥过程中腐殖酸的演变顺序。

技术领域

本发明涉及堆肥技术领域，尤其涉及一种表征堆肥过程中腐殖酸合成的方法。

背景技术

堆肥是有机废弃物减量化、资源化、无害化的最有效途径之一，是将可生物降解的有机物质转化为一种完全稳定的、具有微生物抗性的腐殖质过程。堆肥腐殖质包括腐殖酸、富里酸和胡敏素，其中腐殖酸的含量和芳香化程度直接影响堆肥产品的质量和腐熟度。因此，对腐殖酸的形成和演化过程进行表征，对如何提高堆肥品质、加速堆肥腐熟具有十分重要的意义。

堆肥过程中，酚型化合物、醌型化合物及脂肪族化合物是腐殖质形成最主要的前提物质，通过复杂的反应机制形成结构复杂、大分子量大的腐殖酸物质。因此，对其结构的演变表征具有比较大的难度。红外光谱(FTIR)能够提供有机物官能团组成信息，且操作简单，是研究腐殖酸化学结构演变的常用手段。然而，采用红外光谱分析会导致不同官能团重叠，且容易掩盖一些官能团的变化，通过人眼观测很难对腐殖酸的结构演变做出精准判别。

卜贵军等^[1]利用红外光谱结合二维相关分析研究了堆肥过程胡敏酸、富里酸的组成、结构及随时间演化规律，红外光谱显示：堆肥胡敏酸和富里酸均含有木质素来源的苯环和糖类结构，但胡敏酸还含有丰富的脂族和蛋白类结构，这些在富里酸中含量较低，堆肥过程糖类、脂类、蛋白类及木质素结构均发生了降解，但是在胡敏酸和富里酸中他们的降解优先顺序不同，二维相关光谱分析表明：胡敏酸中降解先后顺序为脂肪类-蛋白类-多糖类和木质素，而富里酸中为蛋白质-多糖和脂肪类，降解过程均生成了羧酸、酮类和酯类结构，其中羧酸类物质一部分在堆肥中形成了碳酸盐，研究结果表明，红外光谱结合二维相关分析不仅可以获得堆肥腐殖酸官能团组成，还可以揭示堆肥过程这些官能团降解顺序，确定堆肥腐殖酸合成机制和动力学过程。然而，这种方法只能从分解的角度探索堆肥中腐殖质的演变，无法精准的确定堆肥腐殖酸合成的顺序，只能从分解角度阐释蛋白和脂肪类物质的转变；此外，在分析腐殖酸形成快慢的过程中，其无法对不同堆肥工艺的腐殖酸合成做出判断，也无法精准地判断不同堆肥工艺的腐熟度的差异。

因此，急需一种更为精准全面的方法来表征腐殖酸在堆肥过程中的演变过程。

参考文献：

[1]卜贵军,于静等.红外光谱结合二维相关分析研究堆肥过程腐殖酸演化规律[J].光谱学与光谱分析.2015(35):362-366.

发明内容

本发明的目的在于提供一种表征堆肥过程中腐殖酸合成的方法。本发明通过对堆肥过程中新出现的基团进行研究解析，能精准地判断堆肥中腐殖酸的演变过程，同时还能通过判断腐殖酸合成过程中的氧化和缩聚反应发生的前后和程度判断堆肥腐熟度的差异。

具体而言：

一种表征堆肥过程中腐殖酸合成的方法，包括如下步骤：

1)提取不同堆肥阶段的腐殖酸；

2)使用红外光谱仪测定各堆肥阶段腐殖酸的红外光谱数据；

3)将各堆肥阶段新出现的红外光谱数据导入软件，以堆肥时间为扰动变量，分别输出同步和异步光谱数据，并分别以同步和异步光谱的红外波长为横坐标和纵坐标作图，分别得到随堆肥时间扰动的腐殖酸的同步和异步二维相关图谱；

4)通过解析规则解析堆肥阶段的腐殖酸的同步和异步二维相关图谱，得到堆肥过程中腐殖酸的合成顺序。