RU2835507C1 - Device for determining catalase activity of soil - Google Patents
Device for determining catalase activity of soil Download PDFInfo
- Publication number
- RU2835507C1 RU2835507C1 RU2024107435A RU2024107435A RU2835507C1 RU 2835507 C1 RU2835507 C1 RU 2835507C1 RU 2024107435 A RU2024107435 A RU 2024107435A RU 2024107435 A RU2024107435 A RU 2024107435A RU 2835507 C1 RU2835507 C1 RU 2835507C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- electronic unit
- strain gauge
- hydrogen peroxide
- catalase
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 102000016938 Catalase Human genes 0.000 title claims abstract description 32
- 108010053835 Catalase Proteins 0.000 title claims abstract description 32
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 25
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical group OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 3
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000218657 Picea Species 0.000 description 1
- 240000000851 Vaccinium corymbosum Species 0.000 description 1
- 235000003095 Vaccinium corymbosum Nutrition 0.000 description 1
- 235000017537 Vaccinium myrtillus Nutrition 0.000 description 1
- 235000021014 blueberries Nutrition 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 244000005706 microflora Species 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 235000018343 nutrient deficiency Nutrition 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 238000003969 polarography Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к почвоведению, в частности к биологии почв и может быть использовано для оценки степени обогащения почв ферментом каталаза.The invention relates to soil science, in particular to soil biology, and can be used to assess the degree of enrichment of soils with the enzyme catalase.
Активность каталазы в почве играет ключевую роль в процессе разложения органического вещества. Каталаза - это фермент, который расщепляет токсичную молекулу перекиси водорода (H2O2) на воду (H2O) и кислород (O2). Активность каталазы определяется объемом выделенного кислорода единицей массы почвы. Высокая активность каталазы свидетельствует о хорошей структуре почвы, о ее обеспеченности органическим веществом и о наличии благоприятных условиях для развития микроорганизмов. Catalase activity in soil plays a key role in the process of decomposition of organic matter. Catalase is an enzyme that breaks down the toxic molecule hydrogen peroxide ( H2O2 ) into water ( H2O ) and oxygen ( O2 ). Catalase activity is determined by the volume of oxygen released per unit mass of soil. High catalase activity indicates good soil structure, its provision with organic matter and the presence of favorable conditions for the development of microorganisms.
Низкая активность каталазы может указывать на недостаток питательных веществ, уплотнение почвы или наличие токсичных веществ. Обычно активность каталазы определяют в образцах почвы, взятых с разных глубин и участков поля, чтобы получить более полное представление о состоянии почвы и ее способности поддерживать рост растений.Low catalase activity may indicate nutrient deficiencies, soil compaction, or the presence of toxic substances. Catalase activity is typically measured in soil samples taken from different depths and locations in the field to get a better picture of the soil's condition and its ability to support plant growth.
В настоящее время существуют способы определения каталазы почвы, где применяются различные лабораторные установки.Currently, there are methods for determining soil catalase, which use various laboratory equipment.
Известна работа по исследованию каталазы почвы, где в качестве аналитического инструмента используется газовый хроматограф [Перминова Е.М., Лаптева Е.М. Каталазная активность подзолистых почв коренного ельника черничного и разновозрастных лиственно-хвойных сообществ // Аграрный вестник Урала. 2018. № 5 (172). С. 44-53].There is a known work on the study of soil catalase, where a gas chromatograph is used as an analytical tool [Perminova E.M., Lapteva E.M. Catalase activity of podzolic soils of native blueberry spruce forest and uneven-aged deciduous-coniferous communities // Agrarian Bulletin of the Urals. 2018. No. 5 (172). P. 44-53].
Недостатками хроматографического подхода определения каталазы в почве являются - высокая стоимость оборудования и реактивов, длительность проведения анализа, невозможность определения активности каталазы в полевых условиях.The disadvantages of the chromatographic approach to determining catalase in soil are the high cost of equipment and reagents, the length of the analysis, and the impossibility of determining catalase activity in field conditions.
Существует полярографический способ определения каталазы, основанный на фиксации образующегося в процессе реакции кислорода.There is a polarographic method for determining catalase, based on the recording of oxygen formed during the reaction.
Основными недостатками определения активности каталазы с использованием полярографов являются необходимость использования реактивов, которые могут быть токсичными и опасными для здоровья, также сложность подхода, так как полярографический анализ требует определенных навыков и опыта для проведения корректных измерений, кроме того, дороговизна оборудования.The main disadvantages of determining catalase activity using polarographs are the need to use reagents that can be toxic and hazardous to health, as well as the complexity of the approach, since polarographic analysis requires certain skills and experience to carry out correct measurements, in addition, the high cost of the equipment.
Известен спектрофотометрический способ исследования активности ферментов каталазы почвы, основанный на анализе концентрации перекиси водорода. После инкубирования образца почвы с перекисью водорода, измеряют изменение оптической плотности на спектрофотометре.A spectrophotometric method for studying the activity of soil catalase enzymes is known, based on the analysis of hydrogen peroxide concentration. After incubating a soil sample with hydrogen peroxide, the change in optical density is measured on a spectrophotometer.
Недостатки у спектрофотометрического способа такие же как у хроматографического - высокая стоимость оборудования и невозможность определения активности каталазы в полевых условиях.The disadvantages of the spectrophotometric method are the same as those of the chromatographic method - high cost of equipment and the impossibility of determining catalase activity in the field.
Известен аналог устройство в виде реакционной камеры с газовым счетчиком низкого расхода LFM300 (GH Zeal, Merton, London, UK) для измерения кислорода, выделяемого при разложении перекиси водорода каталазой в почвенной микрофлоре [Patent. International Publication No. WO 96/18896, International Publication date 20 June 1996. Determining the Organic Content of a Fluid. UGCS, University of Glamorgan, UK, 1996.].An analogue device in the form of a reaction chamber with a low-flow gas meter LFM300 (GH Zeal, Merton, London, UK) for measuring oxygen released during the decomposition of hydrogen peroxide by catalase in soil microflora is known [Patent. International Publication No. WO 96/18896, International Publication date 20 June 1996. Determining the Organic Content of a Fluid. UGCS, University of Glamorgan, UK, 1996.].
Использование прецизионных газовых расходомеров эталонного уровня LFM300 значительно повышает стоимость камеры, что приводит к дороговизне измерений и является ключевым недостатком.The use of precision reference level LFM300 gas flow meters significantly increases the cost of the chamber, which leads to high measurement costs and is a key disadvantage.
Наиболее близким по технической сущности является газометрический способ определения активности ферментов каталазы почвы в модификации Галстян, где в качестве материально-технической базы используется устройство собранное из стеклянных лабораторных оборудований (грушевидная колба, бюретка, воронка и др.) [Галстян А.Ш. Определение активности ферментов почв. Методические указания. - Ереван: Б.и., 1978. - 55 с.]. The closest in technical essence is the gasometric method for determining the activity of soil catalase enzymes in the modification of Galstyan, where a device assembled from glass laboratory equipment (pear-shaped flask, burette, funnel, etc.) is used as a material and technical base [Galstyan A.Sh. Determination of the activity of soil enzymes. Methodical instructions. - Yerevan: B.i., 1978. - 55 p.].
Недостатком данного способа является наличие стеклянных элементов, что делает его затруднительным для использования в полевых условиях и за пределами лаборатории. Несмотря на указанные недостатки, на сегодняшний день данный подход на практике находит широкое применение по сравнению с другими способами определения каталазы почвы.The disadvantage of this method is the presence of glass elements, which makes it difficult to use in the field and outside the laboratory. Despite these disadvantages, today this approach is widely used in practice compared to other methods for determining soil catalase.
Задача изобретения: разработка малогабаритного устройства, заменяющее лабораторное стеклянное оборудование для оперативного и достоверного определения активности ферментов каталазы почвы, в том числе и в полевых условиях.The objective of the invention is to develop a small-sized device that replaces laboratory glass equipment for the rapid and reliable determination of the activity of soil catalase enzymes, including in field conditions.
Предлагаемое устройство для определения каталазной активности почвы включает измерение скорости распада перекиси водорода при взаимодействии ее с почвой по объему выделяющегося кислорода (газометрический метод). The proposed device for determining the catalase activity of soil includes measuring the rate of decomposition of hydrogen peroxide during its interaction with soil by the volume of oxygen released (gasometric method).
На фиг. 1 представлено «Устройство для определения каталазной активности почвы».Fig. 1 shows the “Device for determining the catalase activity of soil”.
Устройство состоит из прямоугольного каркаса 1 с ориентировочными размерами 10 см в высоту, 10 см в длину и 7 см в ширину. Внутри устройства установлены высокочувствительные элементы - латунный сварной сильфон 2 с кольцевыми мембранами заданного профиля и тензометрический датчик 3 с тонкой металлической пластиной 4 с резистивным слоем изменяющее сопротивление, что в свою очередь, вызывает изменение электрического сигнала при деформации, который фиксируется электронным блоком 5 и отображается на цифровом дисплее 6 установленный на верхней грани 7. Тензометрический датчик 3 соединен с электронным блоком 5 проводами 8. Питание электронного блока 5 по проводам 9 осуществляется источником постоянного тока 10 (2 батарейки типа ААА 1.5 В), который установлен в нижней части устройства. Включение/отключение электронного блока 5 выполняется нажатием кнопки 11 на верхней грани 7. The device consists of a rectangular frame 1 with approximate dimensions of 10 cm in height, 10 cm in length and 7 cm in width. Highly sensitive elements are installed inside the device - a brass welded bellows 2 with ring membranes of a given profile and a strain gauge 3 with a thin metal plate 4 with a resistive layer changing resistance, which in turn causes a change in the electrical signal during deformation, which is recorded by the electronic unit 5 and displayed on the digital display 6 installed on the upper edge 7. The strain gauge 3 is connected to the electronic unit 5 by wires 8. The electronic unit 5 is powered via wires 9 by a direct current source 10 (2 AAA 1.5 V batteries), which is installed in the lower part of the device. The electronic unit 5 is turned on/off by pressing the button 11 on the upper edge 7.
Внутри устройства чувствительные элементы зафиксированы креплением 12, которое жестко прикручено к основанию 13 устройства шестигранными гайками 14. Горизонтальное положение тензометрического датчика относительно сильфона можно регулировать винтовым регулятором 15 на левой боковой грани 16. После «грубой» настройки положения тензодатчика 3 винтовым регулятором 15 (отслеживается цифровым дисплеем), нажатием кнопки 17 на верхней грани 7 осуществляется калибровка и установка нуля с переводом устройства в режим опроса.Inside the device, the sensitive elements are fixed by a fastening 12, which is rigidly screwed to the base 13 of the device with hexagonal nuts 14. The horizontal position of the strain gauge relative to the bellows can be adjusted by a screw regulator 15 on the left side edge 16. After the "rough" adjustment of the position of the strain gauge 3 by the screw regulator 15 (monitored by the digital display), by pressing the button 17 on the upper edge 7, calibration and zero setting are performed with the device being switched to the polling mode.
Посередине правой боковой грани 18 установлен врезной штуцер 19, к которому подключается емкость с анализируемой почвой и раствором перекиси водорода (Н2О2) нужной концентрации. При их взаимодействии, за счет химической реакции под действием ферментов каталазы происходит расщепление молекулы перекиси водорода на воду (Н2О) и кислород (О2), который приводит к увеличению давления внутри емкости. Выделяемый кислород под давлением через штуцер 19 и трубку 20 попадает в сильфон, заставляя его расширяться, что, в свою очередь приводит к перемещению указателя 21 и механический воздействовать на тензометрический датчик. В течение определенного времени и при определенной температуре выделившийся объем кислорода и фиксируемое на дисплее максимальное значение, выраженное в деформации тензометрического датчика, соответствует активности ферментов каталазы анализируемой почвы. После понижения давления сильфон принимает первоначальную форму и устройство готово к следующему опросу. In the middle of the right side face 18 there is a cut-in fitting 19, to which a container with the analyzed soil and a solution of hydrogen peroxide ( H2O2 ) of the required concentration is connected. When they interact, due to a chemical reaction under the action of catalase enzymes, the hydrogen peroxide molecule is split into water ( H2O ) and oxygen ( O2 ), which leads to an increase in pressure inside the container. The released oxygen under pressure through the fitting 19 and the tube 20 gets into the bellows, forcing it to expand, which, in turn, leads to the movement of the pointer 21 and a mechanical effect on the strain gauge. For a certain time and at a certain temperature, the released volume of oxygen and the maximum value recorded on the display, expressed in the deformation of the strain gauge, correspond to the activity of the catalase enzymes of the analyzed soil. After the pressure decreases, the bellows takes its original shape and the device is ready for the next survey.
Так как на дисплее отображаются значения в относительных величинах, после сборки устройства необходимо единожды на эталонных почвенных образцах в лабораторных условиях газометрическим методом Галстян [Галстян А.Ш. Определение активности ферментов почв. Методические указания. - Ереван: Б.и., 1978. - 55 с.] произвести градуировку устройства, после чего по градуировочной кривой можно классифицировать по общепринятой шкале [Гапонюк, Э. И. Комплексная система показателей экологического мониторинга почв / Э. И. Гапонюк, С. В. Малахов // Тр. Всесоюз. совещ. Обнинск, июнь 1983. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - С. 3-10.] исследуемые образцы и установить степень активности ферментов каталазы почвы - очень слабая, слабая, средняя, высокая и очень высокая.Since the display shows the values in relative units, after assembling the device it is necessary to calibrate the device once on reference soil samples in laboratory conditions using the gasometric method of Galstyan [Galstyan A.Sh. Determination of the activity of soil enzymes. Methodical instructions. - Yerevan: B.i., 1978. - 55 p.], after which, according to the calibration curve, it is possible to classify the studied samples according to the generally accepted scale [Gaponyuk, E.I. Integrated system of indicators of ecological monitoring of soils / E.I. Gaponyuk, S.V. Malakhov // Proceedings of the All-Union Conference. Obninsk, June 1983. L.: Gidrometeoizdat, 1985. - Pp. 3-10.] and establish the degree of activity of soil catalase enzymes - very weak, weak, medium, high and very high.
Техническим результатом является разработка малогабаритного, переносного устройства для определения в полевых и лабораторных условиях активности каталазы почвы путем измерения количества кислорода в течение определённого времени и при определенной температуре, которое выделяется при разложении перекиси водорода под действием каталазы, содержащейся в почве и классифицировать исследуемые образы по степени обогащения почв ферментами каталазы. The technical result is development of a small-sized, portable device for determining the activity of soil catalase in field and laboratory conditions by measuring the amount of oxygen released during the decomposition of hydrogen peroxide under the action of catalase contained in the soil over a certain period of time and at a certain temperature, and classify the studied samples according to the degree of enrichment of the soil with catalase enzymes.
Используемые элементы позволяют отнести устройство к надежным, которое может обеспечить длительный срок службы, низкую вероятность отказов и способность работать без необходимости частого обслуживания или ремонта.The elements used make it possible to classify the device as reliable, which can provide a long service life, low probability of failures and the ability to operate without the need for frequent maintenance or repair.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2835507C1 true RU2835507C1 (en) | 2025-02-26 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996018896A1 (en) * | 1994-12-16 | 1996-06-20 | Ugcs (University Of Glamorgan Commercial Services Limited) | Determining the organic content of a fluid |
| RU2235320C1 (en) * | 2003-03-13 | 2004-08-27 | Московский государственный университет леса | Method of determining catalase-catalyzed hydrogen peroxide degradation rate in soils |
| CN101294192A (en) * | 2007-04-27 | 2008-10-29 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | An analytical method for detecting catalase activity in soil |
| CN110923128A (en) * | 2019-04-25 | 2020-03-27 | 苏州格锐思生物科技有限公司 | Soil catalase activity determination kit and detection method thereof |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996018896A1 (en) * | 1994-12-16 | 1996-06-20 | Ugcs (University Of Glamorgan Commercial Services Limited) | Determining the organic content of a fluid |
| RU2235320C1 (en) * | 2003-03-13 | 2004-08-27 | Московский государственный университет леса | Method of determining catalase-catalyzed hydrogen peroxide degradation rate in soils |
| CN101294192A (en) * | 2007-04-27 | 2008-10-29 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | An analytical method for detecting catalase activity in soil |
| CN110923128A (en) * | 2019-04-25 | 2020-03-27 | 苏州格锐思生物科技有限公司 | Soil catalase activity determination kit and detection method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3763422A (en) | Method and apparatus for electrochemical analysis of small samples of blood | |
| AU621818B2 (en) | Electrode sensors, sensor cartridges and portable miniaturised analytical instruments | |
| US3919051A (en) | Biological analyzer and method | |
| US5172332A (en) | Automatic fluid sampling and monitoring apparatus and method | |
| CA1264808A (en) | Gas calibration method and apparatus | |
| US4314029A (en) | Apparatus for automatically measuring changes in amount of gas | |
| US4803869A (en) | Flow-through analytical measurement apparatus and method | |
| RU2835507C1 (en) | Device for determining catalase activity of soil | |
| CN117347456A (en) | Online automatic detection device for carbon dioxide partial pressure in inland water bodies and detection method thereof | |
| Sachse et al. | On the use of electrochemical multi-sensors in biologically charged media | |
| JP5811632B2 (en) | Carbon dioxide concentration meter | |
| RU2112974C1 (en) | Proximity analyzer of liquid media | |
| US6251245B1 (en) | Detecting and analyzing apparatus for positive ions and negative ions in a liquid | |
| US4774417A (en) | Method and device for determining the quantity of dispersed solid material in a liquid | |
| Breijo et al. | Thick-film multisensor for determining water quality parameters | |
| CN212646384U (en) | Portable carbonate content tester | |
| Elsworth | Chapter IX The Measurement of Oxygen Absorption and Carbon Dioxide Evolution in Stirred Deep Cultures | |
| RU211486U1 (en) | Flow-through measuring cell for real-time monitoring of drinking water quality | |
| US20010008210A1 (en) | Method an apparatus for measuring the ph of pure water | |
| KR100328979B1 (en) | Multi-channel apparatus for measuring pH/Ion | |
| CN210322865U (en) | On-line combined detection device for deep groundwater | |
| Whittle et al. | Chlorine | |
| WO1990013026A1 (en) | Measurement of alcohol | |
| Swanwick | Instrumental Measurement of Suspended Solids for Activated-Sludge Plant Control | |
| GB2196117A (en) | Microbiological assay device |