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A comparison of two methods for the isolation of free and occluded particulate organic matter

JOURNAL OF PLANT NUTRITION AND SOIL SCIENCE, Issue 5 2005
Angelika Kölbl
Abstract Various methods exist for the isolation of particulate organic matter (POM), one of the soil-organic-matter (SOM) fractions reacting most sensitive on land-use or soil-management changes. A combination of density separation and ultrasonic treatment allows to isolate two types of POM: (1) free POM and (2) POM occluded in soil aggregates. POM fractions are closely linked to their biochemical function for the formation and stabilization of aggregates, therefore methods using different aggregate sizes may result in different POM fractions isolated. We evaluated two physical fractionation procedures to reveal whether they yield different POM fractions with respect to amount and composition, using grassland and arable soils with sandy-loam to sandy,clay-loam texture and thus low macroaggregate stability. Method I used air-dried aggregates of <2.0 mm size and a low-energy sonication for aggregate disruption, method II used field-moist aggregates <6.3 mm and a high-energy,sonication procedure for aggregate disruption. POM fractions were analyzed by elemental analysis (C, N) and CPMAS 13C-NMR spectroscopy. With both methods, about similar proportions of the SOM are isolated as free or occluded POM, respectively. The free- and occluded-POM fractions obtained with method I are also rather similar in C and N concentration and composition as shown by 13C-NMR spectroscopy. Method II isolates a free- and occluded-POM fraction with significantly different C and N concentrations. NMR spectra revealed significant differences in the chemical composition of both fractions from method II, with the occluded POM having lower amounts of O-alkyl C and higher amounts of aryl C and alkyl C than the free POM. Due to the use of larger, field-moist aggregates with minimized sample pretreatment, two distinctly different POM fractions are isolated with method II, likely to be more closely linked to their biochemical function for the formation and stabilization of aggregates. High-energy sonication as in method II also disrupts small microaggregates <63 µm and releases fine intraaggregate POM. This fraction seems to be a significant component of occluded POM, that allows a differentiation between free and occluded POM in sandy soils with significant microaggregation. It can be concluded, that microaggregation in arable soils with sandy texture is responsible for the storage of a more degraded occluded POM, that conversely supports the stabilization of fine microaggregates. Ein Vergleich zweier Methoden zur Isolierung von freier und okkludierter partikulärer organischer Substanz Partikuläres organisches Material (POM) wird im Hinblick auf die Landnutzung als sensitive Fraktion der organischen Bodensubstanz (SOM) angesehen, aber die unterschiedlichen Methoden seiner Isolierung erschweren den Vergleich zwischen verschiedenen Studien. Wir haben zwei physikalische Fraktionierungsmethoden ausgewertet, um zu zeigen, ob sie im Hinblick auf Menge und Zusammensetzung zu unterschiedlichen POM-Fraktionen führen. Hierfür wurden Proben von Grünland- und Ackerböden verwendet. Für Methode I wurden luftgetrocknete Aggregate der Größe <2 mm verwendet, zu deren Zerstörung eine Ultraschallbehandlung mit geringem Energieeintrag eingesetzt wurde. Für Methode II wurden feldfeuchte Aggregate der Größe <6.3 mm und eine Ultraschallbehandlung mit vergleichsweise hoher Energie zur Aggregatzerstörung herangezogen. Mit beiden Methoden konnten zwei POM-Gruppen gewonnen werden: (1) freies POM und (2) in Bodenaggregaten eingeschlossenes POM. Die POM-Fraktionen wurden mittels Elementanalyse (C, N) und CPMAS- 13C-NMR,Spektroskopie untersucht. Methode I zeigte im Hinblick auf Menge und Zusammensetzung nur sehr geringe Unterschiede zwischen freien und okkludierten POM-Fraktionen. Methode II isolierte freie und okkludierte POM-Fraktionen mit signifikant unterschiedlichen C- und N-Konzentrationen. Auch die NMR-Spektren zeigten Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung der mit Methode II gewonnenen Fraktionen, die sich in signifikant geringeren O-Alkyl-C-Gehalten bei höheren Aryl-C- und Alkyl-C-Gehalten des okkludierten POM nachweisen ließen. Die Verwendung von größeren, feldfeuchten Aggregaten und die Minimierung der Probenvorbehandlung führt zu einer besseren Differenzierung beider POM-Fraktionen, die wahrscheinlich ihre biologische Funktion besser widerspiegelt. Zusätzlich führt eine Ultraschall-Behandlung mit hohem Energieeintrag zur Zerstörung von kleinen Mikroaggregaten <63 µm und damit zur Freisetzung von feinem Intraaggregat-POM. Diese Fraktion scheint in sandigen Böden mit niedriger Makroaggregat-Stabilität aussagekräftiger zwischen freier und okkludierter POM unterscheiden zu können. Folglich ist eine an das Bodenmaterial angepasste Probenvorbehandlung und Fraktionierungsmethode entscheidend, um eine präzise Charakterisierung der POM-Fraktionen zu gewährleisten. [source]

Anwendung von massiv paralleler Berechnung mit Grafikkarten (GPGPU) für CFD-Methoden im Brandschutz

BAUPHYSIK, Issue 4 2009
Hendrik C. Belaschk Dipl.-Ing.
Berechnungsverfahren; Brandschutz; calculation methods; fire protection engineering Abstract Der Einsatz von Brandsimulationsprogrammen, die auf den Methoden der Computational Fluid Dynamics (CFD) beruhen, wird in der Praxis immer breiter. Infolge der Zunahme von verfügbarer Rechenleistung in der Computertechnik können heute die Auswirkungen möglicher Brandszenarien nachgebildet und daraus nützliche Informationen für den Anwendungsfall gewonnen werden (z. B. Nachweis der Zuverlässigkeit von Brandschutzkonzepten). Trotz der erzielten Fortschritte reicht die Leistung von heute verfügbaren Computern bei weitem nicht aus, um einen Gebäudebrand mit allen beteiligten physikalischen und chemischen Prozessen mit der höchstmöglichen Genauigkeit zu simulieren. Die in den Computerprogrammen zur Berechnung der Brand- und Rauchausbreitung implementierten Modelle stellen daher immer einen Kompromiss zwischen der praktischen Recheneffizienz und dem Detailgrad der Modellierung dar. Im folgenden Aufsatz wird gezeigt, worin die Ursachen für den hohen Rechenbedarf der CFD-Methoden liegen und welche Problemstellungen und möglichen Fehlerquellen sich aus den getroffenen Modellvereinfachungen für den Ingenieur ergeben. Darüber hinaus wird ein neuer Technologieansatz vorgestellt, der die Rechenleistung eines Personalcomputers unter Verwendung spezieller Software und handelsüblicher 3D-Grafikkarten massiv erhöht. Hierzu wird am Beispiel des Fire Dynamics Simulator (FDS) demonstriert, dass sich die erforderliche Berechnungszeit für eine Brandsimulation auf einem Personalcomputer um den Faktor 20 und mehr verringern lässt. Application of general-purpose computing on graphics processing units (GPGPU) in CFD techniques for fire safety simulations. The use of fire simulation programs based on computational fluid dynamics (CFD) techniques is becoming more and more widespread in practice. The increase in available computing power enables the effects of possible fire scenarios to be modelled in order to derive useful information for practical applications (e.g. analysis of the reliability of fire protection concepts). However, despite the progress in computing power the performance of currently available computers is inadequate for simulating a building fire including all relevant physical and chemical processes with maximum accuracy. The models for calculating the spread of fire and smoke implemented in the computer programs therefore always represent a compromise between practical computing efficiency and level of modelling detail. This paper illustrates the reasons for the high computing power demand of CFD techniques and describes potential problems and sources of error resulting from simplifications applied in the models. In addition, the paper presents a new technology approach that significantly increases the computing power of a PC using special software and standard 3D graphics cards. The Fire Dynamics Simulator (FDS) is used as an example to demonstrate how the required calculation time for a fire simulation on a PC can be reduced by a factor of 20 and more. [source]

Beanspruchungsanalyse von Holzbauteilen durch 2D-Photogrammetrie

BAUTECHNIK, Issue 2 2005
Bettina Franke Dipl.-Ing.
Für die Bewertung der Tragsicherheit von Bauteilen aus Voll- und Brettschichtholz in Lasteinleitungs- und Störbereichen mittels der Bruchmechanik ist die Kenntnis von kritischen Bruchkennwerten Voraussetzung. Realitätsnahe Kennwerte können aus der Kombination experimenteller Untersuchungen zur Bestimmung der Rißaufweitung und der Rißlänge mit daran anschließender FE-Simulation gewonnen werden. Aufgrund der, bisher bei konventionellen Meßverfahren, nicht ausreichenden Zuordnung der Meßwerte taktil applizierter Meßaufnehmer lag es nahe das Rißwachstum mit Hilfe der Photogrammetrie zu untersuchen. Mit dem entwickelten Meßsystem ist nunmehr die Möglichkeit der exakten Vermessung der Rißgeometrie zur Bestimmung von bruchmechanischen Kennwerten gegeben. Zusätzlich ermöglicht der Einsatz der Photogrammetrie die Verdichtung der Anzahl variierender diskreter Meßpunkte, so daß ein deutlich vollständigeres Bild der örtlichen Verformungen gewonnen, und damit die Aussagekraft eines Versuchs wesentlich verbessert werden kann. Strain analysis of solid wood and glued laminated timber members by close range photogrammetry. The assumption of critical fracture mechanics parameters for the evaluation of the load-bearing safety of structural units of full and board laminated timber in loaded areas and disturbance ranges the use of fracture mechanics is required. Realistic parameters can be gained only from experimental investigations that are transferred to the determination of the crack opening and the crack length with subsequent FE-simulation. Due to the insufficient appropriation of measured data gained by tactile position encoders in conventional measuring procedures it is advisable to investigate crack growth with the help of the photogrammetry. Using the developed measuring system it is now possible to measure the crack geometry exactly for the determination of fracture mechanics parameters. Additionally a complete picture of the local deformations and the validity of a test can be improved considerably by the possibility of the varying number of discrete measuring points. [source]

Schlangengifte für flüssiges Blut

CHEMIE IN UNSERER ZEIT (CHIUZ), Issue 5 2006
Article first published online: 4 OCT 200
Nicht ohne Grund ist die sich um den Äskulapstab windende Schlange ein Symbol für Arznei. Mit den Methoden der Molekularen Medizin lassen sich Gifte von Schlangen, wie der in Südostasien beheimateten Bauchdrüsenotter (Calliophis bivirgatus flaviceps), in ihre pharmakologisch wirksamen Komponenten auftrennen und ihre biochemischen Wirkprinzipien aufklären. Aus ihren Strukturen können durch chemische Synthese neue Arzneimittel gewonnen werden. Das Foto stellte uns freundlicherweise Wolfgang Grossmann zur Verfügung, der als Autor und Fotograf des aufwändig illustrierten Buches "Amphibien und Reptilien Südostasiens" bekannt ist (Natur und Tier-Verlag 1997, ISBN 3931587126). [source]