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Customer Spotlight: Gruppo di nutrizione vegetale presso l'Istituto di scienze agrarie @ ETH di Zurigo

Il ETH di Zurigo sta utilizzando un IRMS IsoPrime100 per studiare il ciclo dei fosfati nel sistema terra-piante

La dott.ssa Federica Tamburini è un tecnico/ricercatore nel gruppo di nutrizione vegetale presso l'Istituto di scienze agrarie dell'ETH di Zurigo (Svizzera), dove gestisce l'impianto di isotopi stabili. Il Dr. Tamburini ha un dottorato di ricerca in Geologia e una formazione come Geochimico (sedimenti marini) prima di intraprendere un progetto che copre gli isotopi stabili nel fosfato del suolo. Da allora ha svolto ricerche sull'argomento, oltre a ottimizzare i protocolli per preparare campioni di estratti di suolo e piante da analizzare per la loro composizione isotopica.

Logo dell'ETH di Zurigo

In qualità di responsabile dell'impianto isotopico stabile, la dott.ssa Tamburini esegue i campioni per gli altri membri del suo gruppo, per le proprie ricerche e per i collaboratori esterni, mantenendo anche l'attrezzatura per la spettrometria di massa con rapporto isotopico. Il gruppo ha acquistato un vario PYRO cube®e un IsoPrime100 di Elementar per l'analisi di campioni sia solidi che liquidi per il CNS e l'O. Prima di ciò, il gruppo ha analizzato i suoi campioni nell'impianto di isotopi stabili del dipartimento di geologia del Politecnico federale o ha inviato i suoi campioni all'estero. L'attrezzatura ha apportato enormi benefici al gruppo, soprattutto perché la ricerca del gruppo si basa in larga misura sugli isotopi stabili e tutte le analisi possono ora essere eseguite all'interno del gruppo. 
 
Il gruppo utilizza l'attrezzatura per una moltitudine di applicazioni, tra cui 13C, 15N e 34S in campioni di terreno e di piante. Per C e N, il gruppo analizza sia l'abbondanza naturale che i campioni arricchiti con 15N e 13C. Negli ultimi mesi, ha sperimentato una nuova tecnica che utilizza il campionatore vario LIQUIDO per analizzare il 15N e il 13C nelle acque del suolo per osservare la firma isotopica della rizo-deposizione. Questi campioni hanno basse concentrazioni di N e C e quindi una quantità relativamente grande di liquido (80 µl) viene iniettata direttamente nel forno a combustione. 

 

La dottoressa Federica Tamburini nel suo laboratorio con il cubo IsoPrime100 e vario PYRO
La dottoressa Federica Tamburini nel suo laboratorio con il cubo IsoPrime100 e vario PYRO

Il suo campo di interesse è il ciclo dei fosfati nel sistema terra-impianto e il suo "strumento" preferito sono gli isotopi stabili all'ossigeno nei fosfati. Questo strumento analitico permette di avere una visione più approfondita del ciclo del fosforo nel sistema terreno/impianto. In questo caso, i cambiamenti nel rapporto degli isotopi di ossigeno nei fosfati sono causati da processi biotici, come l'idrolisi enzimatica della materia organica, ognuno dei quali comporta uno specifico effetto isotopico. Ciò si è dimostrato utile per comprendere il ciclo P nell'ambiente, ad esempio durante le prime fasi di sviluppo del suolo o all'interno delle piante in condizioni di stress. In condizioni specifiche, 18O in fosfato potrebbe anche essere usato come tracciante di fonti di P nell'ambiente. 
 
Per l'analisi dei fosfati, il gruppo analizza prevalentemente campioni di Ag3PO4 per determinare la firma isotopica 18O del fosfato, che è stato precedentemente estratto da diversi pool di terreno e piante. C'è un "dogma" diffuso tra la comunità che l'analisi dei campioni di Ag3PO4 è particolarmente impegnativa. Oltre alla laboriosa procedura di preparazione e pulizia per generare i campioni di Ag3PO4, il dottor Tamburini riferisce che il vario PYRO cube® non ha mai avuto difficoltà ad eseguire questa analisi. Per ogni campione, una piccola quantità di carbonio vetroso viene aggiunta alla capsula d'argento per aumentare la disponibilità di carbonio per il campione pirolizzato. Gli spazi vuoti del sistema sono molto piccoli, il che è importante per questa analisi e la qualità della cromatografia CO risultante è eccellente con una buona separazione da qualsiasi N2 e una forma di picco simmetrica e tagliente. 
 
Il gruppo esegue, in media, circa 4.000 campioni senza rinnovare il forno a C vetroso. La dimensione della corsa è generalmente intorno ai 112-120 campioni e questo richiede circa 20-22 ore per essere completato. Con la buona sensibilità offerta dallo strumento, il gruppo è in grado di eseguire campioni tra 200 e 300 µg, se non meno. Questo è importante per il gruppo perché la quantità di Ag3PO4 che produce dalla preparazione dei campioni di terreno è spesso piccola, soprattutto perché a volte si tratta di campioni in cui è presente poco fosfato. Il gruppo utilizza anche i risultati della composizione elementare di O2 del vario PYRO cube® per controllare la purezza dei campioni 
 
Parlando di ciò che per primo l'ha impressionata di Elementar, il dottor Tamburini ha detto:  

 

Abbiamo dovuto cercare diverse aziende e soluzioni strumentali quando abbiamo fatto richiesta di denaro, e le cose che mi hanno attratto sono state l'innovativo sistema di preparazione del vario PYRO cube, la semplicità d'uso di tutti i componenti del sistema e la sua "modularità". Anche lo staff di Elementar era estremamente competente e attento alle nostre particolari esigenze, quindi ha fatto la differenza.

Il Dr. Tamburini ha spiegato che il sistema di erogazione del campione in bianco zero, la facilità di passare dalla combustione alla pirolisi e l'accuratezza e l'affidabilità dell'IRMS sono tra le caratteristiche più utili dello strumento. Ha detto che, oltre ai vantaggi analitici legati alle misurazioni IRMS, gli strumenti hanno anche aiutato ad ottimizzare la preparazione del campione (dagli estratti di terreno all'Ag3PO4) all'interno del laboratorio.

Informazioni sul gruppo di Nutrizione vegetale @ ETH di Zurigo

Il gruppo di nutrizione vegetale fa parte dell'Istituto di scienze agrarie del ETH di Zurigo. Conduce ricerche in diversi settori, tra cui la nutrizione delle piante, la dinamica dei nutrienti nei terreni e il ciclo dei nutrienti negli agro-ecosistemi. Il suo lavoro sostiene lo sviluppo della gestione integrata dei nutrienti, coinvolgendo varie fonti di nutrienti per le colture e promuovendo le funzioni microbiche per l'uso dei nutrienti.

Strumentazione installata:

IsoPrime100 

(strumento ereditato, successore: isoprime precisION)
vario PYRO cube® analizzatore elementare CNSOH
vario Liquid Sampler per l'iniezione automatica di liquidi

Indirizzo:

Plant Nutrition 
D-USYS 
ETH Zurich 
Eschikon 33 
8315 Lindau 
Switzerland 

Dati di contatto:

Email: federica.tamburini@usys.ethz.ch 

Facility website: www.plantnutrition.ethz.ch

Pubblicazioni selezionate:

  • Tamburini, F., Bernasconi, S. M., Angert, A., Weiner, T. and Frossard, E. (2010), A method for the analysis of the δ18O of inorganic phosphate extracted from soils with HCl. European Journal of Soil Science, 61: 1025–1032. doi:10.1111/j.1365-2389.2010.01290.x 

  • Oxygen Isotopes Unravel the Role of Microorganisms in Phosphate Cycling in Soils. Federica Tamburini, Verena Pfahler, Else K. Bünemann, Kathi Guelland, Stefano M. Bernasconi, and Emmanuel Frossard. Environmental Science & Technology 2012 46 (11), 5956-5962. DOI: 10.1021/es300311h 

  • Tamburini, F., V. Pfahler, C. von Sperber, E. Frossard, and S. M. Bernasconi. 2014. Oxygen Isotopes for Unraveling Phosphorus Transformations in the Soil–Plant System: A Review. Soil Sci. Soc. Am. J. 78:38-46. doi:10.2136/sssaj2013.05.0186dgs 

 

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