Kombinacija rendgenske apsorpcione spektroskopije i računarskih metoda otkrila je jedinstveno okruženje za vezivanje kalijuma povezanog sa organskim kiselinama.
Kalijum je neophodan element za rast biljaka. Međutim, zemljišta uglavnom imaju niske količine kalijuma koje su lako dostupne biljkama. Srećom, tla sadrže kalijum u mineralima u zemljištu, a postoje mnoge vrste mikroba koji mogu da izdrže mineralne površine tako što luče organske kiseline koje rastvaraju minerale, oslobađajući tako kalijum.
Nedavna studija objavljena u časopisu The Journal of Chemical Physics pokazuje da vezivno okruženje kalijuma u različitim organskim kiselinama ima različite potpise koji se mogu otkriti pomoću rendgenskih tehnika. Potpis sredine vezivanja može da informiše da li je kalijum povezan sa ugljenikom, azotom ili kiseonikom.
Pokazalo se da je mikrobno mineralno trošenje obećavajući put za održivo povećanje dostupnosti kalijuma (K) za biljke. Međutim, mehanizmi koji leže u osnovi mikrobnih K transformacija su slabo rešeni.
Da bi bolje razumeli kako mikrobi dobijaju K iz minerala, multiinstitucionalni tim naučnika je izveo apsorpcionu spektroskopiju rendgenskih zraka (KSAS) na izvoru svetlosti sinhrotronskog zračenja u Stanfordu (SSRL) na K-organskim solima, uključujući acetat, citrat, nitrat, oksalat, i tartarat, koji se često primećuju kao kiseline koje luče mikrobi zemljišta. Organske soli prikazuju KSAS spektre, od kojih svaki pokazuje brojne jedinstvene karakteristike.
Da bi identifikovao pokrete elektrona koji uzrokuju neke jedinstvene spektralne karakteristike u organskim solima, tim je koristio računarske alate i stručnost naučnika iz Laboratorije za molekularne nauke o životnoj sredini (EMSL), Odeljenja za energetiku, Kancelarije za nauku za korisnike i Pacific Northvest National Laboratorija za simulaciju eksperimentalnih spektra. Tim je detaljno analizirao vezu K-organske soli kako bi objasnio zašto se KSAS spektralni oblici razlikuju.
Njihovi rezultati su takođe pokazali da su KSAS spektri povezani sa celim jedinjenjem, uprkos sličnim vezivnim sredinama oko K jona svake organske soli. Poboljšano razumevanje okruženja vezivanja K sa organskim jedinjenjima pruža važan komplet alata za razumevanje kako se K transformiše mikrobnim procesima i postaje biodostupan za usvajanje biljaka.
Rezultati ovog istraživanja su neki od prvih te vrste – identifikujući poseban potpis organskih kiselina kalijuma. Ovo razumevanje će omogućiti budućim istraživačima da otisku prstima tip organskog jedinjenja koji je vezan za kalijum u komplikovanim biološkim i ekološkim uzorcima, nešto za šta se ranije nije znalo da je moguće do sada.
Dalji uticaj ovog istraživanja je karakterizacija ovih potpisa; ovo će omogućiti budućim studijama da prostorno razlikuju ove organske molekule kalijuma u prirodnom tlu. Sve u svemu, ovo istraživanje je važno za opšte razumevanje načina na koji se kalijum kruži između matrice zemljišta, mikroorganizama i biljaka.
