Transcript A talaj szervetlen nitrogén-tartalmának meghatározása

A talaj szervetlen nitrogéntartalmának meghatározása
Őrsi Kálmán
A nitrogén-tartalom meghatározás célja
•
•
•
•
A talaj környezetkímélő tápanyagpótlása
A N-körforgás egyensúlyának megőrzése
Az eutrofizáció meggátlása
A felszínalatti vizek védelme
A talajban előforduló nitrogén formák
Szervetlen N formák
Elemi nitrogén (N2), Nitrogén-oxidok (N2O, NO, NO2),
Ammónia (NH3), Ionok (NH4+, NO2-, NO3-)
Szerves N formák
Aminosavak, Huminsavak, Fulvósavak, Fehérjék,
Nukleinsavak, Aminok, Lipidek
Szervetlen N-formák
• Ammóniumion
A talajban az ammóniumion részben vízoldhatatlan komplex
formában kötve található.
• Nitrát ion
A nitrát sók jól oldódnak vízben. A talajvízbe, majd az ivóvízbázisba
kerülő nitrát veszélyt jelent az egészségre. Az ivóvíz nitrát ion
határértéke 50 mg/l.
• Nitrition
A nitrition nem stabil a talajban, gyorsan nitráttá alakul
Mintavételezés
•
•
•
•
Probléma: nagy koncentráció ingadozás kis területen
Pontos és standardizált mintavétel és minta előkészítés szükséges
Mintavétel Guiot szondával
Minták előkészítése a helyszínen, tárolás 10°C alatt, max. 3 napig
Mintaelőkészítés: extrakció
Megfelelő a jól oldódó nitrátok, nitritek és a nem kötött
ammónia-sók mérésekor
A komplex formában lévő ammónium-sók nem mérhetők
Extraháló oldat: K2Cl, ha a minta gipszet (CaSO4)
tartalmaz, akkor K2SO4, 0,5 mol/l
Eljárás
• 50 g mintát 100 ml extraháló oldattal 500 ml-es Erlenmeyer
lombikba teszünk
• 1 óra rázatás (30 1/min)
• Ülepítés vagy szűrés ha lassan ülepszik
• A mennyiségi analízisig tárolás 4°C alatt, fénytől védett helyen
• Ha a talaj nitrogén taralma nagy, akkor kevesebb mintával is
végezhető az extrakció
Szervetlen nitrogén formák mérése
Alkalmazható módszerek:
1. Elválasztás mikro-diffúzióval
2. Minden N forma mérése külön, kolorimetriásan
3. Nitrit és Nitrát mérése UV-fotometriás
módszerrel
4. Ammóniumion szelektív elektródás mérése
5. Nitrát ion mérés ion-szelektív elektródával
6. Nem extrahálható ammónium mérése
7. In Situ mérések
Elválasztás mikro-diffúzióval
•
•
•
•
•
1.
2.
3.
4.
Egyszerű, pontos, jól használható színes és
zavaros extraktumok mérésekor
Elv: lúgos oldatból ammónia formában
kidiffundál az ammónium ion, ha az oldat
nagy felületen terül el és kicsi a vastagsága
A kidiffundált ammónia elnyelődik a
lombikba belógó, savval átitatott gömbön.
Az elnyelt ammónia mennyiségének mérése
történhet fotometriával
Nem csak az ammóniumion határozható
meg. A különböző N formákat át kell
alakítani ammóniumionná, majd kihajtani az
oldatból
A meghatározás sorrendje:
Ammóniumion tartalom mérése
Extrahálható szerves N vegyületek menny.nek becslése
Nitrát és nitrit együttes mérése: redukció
Dewarda keverékkel
Nitrit kihajtása a mintából, majd
megismételve a mikro-diffúziós elválasztást,
megkapjuk a nitrát mennyiséget. Nitrit =
(nitrit+nitrát) - nitrát
Elválasztás mikro-diffúzióval
Reagensek:
• Kénsav: 2,7 ml cc H2SO4 100 ml-re hígítva
• Telített K2CO3-oldat (112 g/l)
• Conway oldat: 40%-os NaOH old. és telített K2SO4 oldat 1:3 elegye
• Dewarda keverék: 50% alumínium por, 45% réz por és 5% cink por
• Szulfamidsav: 2g NH2SO3H 100 ml vízben
Eljárás
1. Ammónium tartalom mérés
–
–
–
–
20 ml minta extraktum 500 ml-es Erlenmeyer lombikba
A dugóba épített cső végén lévő gömböt kénsavba áztatjuk
Az lombikhoz 1,5 ml K2CO3 oldatot adunk, behelyezzük a dugót
48 órás várakozás után a gömböt egy 20 ml-es lombikba leöblítjük, majd jelre töltjük
2. Extrahálható szerves N vegyületek
Lúgos közegben lebomlanak, növelik az ammónium mennyiséget. A lebomlás
mértéke függ a pH-tól. K2CO3-al kb 6 %-os, Conway oldattal kb 50 %-os lebomlás
következik be. Becslés alapja, hogy elvégezzük az ammónium tart. mérést mindkét
lúggal, majd a különbségből következtetünk
3. Nitrit és nitrát mérése
–
Az Erlenmeyer lombikhoz 40-50 mg Dewarda keveréket és 4,5 ml Conway oldat adunk, a
gömböt ismét kénsavba áztatjuk. Ismét 48 óra után lehet lemosni a gömböt
4. Nitrát és nitrit elkülönítése
–
–
Nitrit eltávolítás: savasítás 1-es pH alá, majd 1 óra állás levegőn vagy
0,2 ml szulfamidsavat adunk a lombikhoz 5 perccel a mikro-diffúzió előtt
Ammóniumion mérése
Kolorimetriás mérés alapja: lúgos közegben és hipoklorit jelenlétében az
ammóniumion fenollal kék színű indofenollá alakul:
Használható mikro-diffúzióból származó vagy extraktumban lévő ammónium méréséhez.
Ha az extraktumból mérjük az ammóniumot, akkor 5 ml extraktumhoz 1 ml EDTA-t adunk
Reagensek
• Nátrium-fenolát (2,5 g NaOH 40 - 50 ml dv.-ben, + 5 g fenol, 100 ml-re kiegészítve)
• Nátrium-hidrogénfoszfát (Na2HPO4) 0,2 mol/l
• Nitroprusszid-nátrium oldat (Na2[Fe(CN)5NO]) 0,05 %
• Nátrium-hipoklorit oldat, EDTA oldat (5 g/l, pH=7)
Standard ammónium-klorid oldatok: NH4Cl oldat: 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5 mg/l
Kolorimetriás mérés menete: A kalibráló és a minta oldatokhoz hozzáadunk:
• 2 ml nátrium-fenolát oldat
• 2 ml nátrium-hidrogénfoszfát oldat
• 0,5 ml Nitroprusszid-nátrium oldat
• 2 ml Nátrium-hipoklorit oldat
Minden hozzáadás után összerázzuk, végül 20 ml-re egészítjük ki. 30 perc állás
sötétben, hogy a szín kialakuljon. Abszorbancia mérés 590–650 nm hullámhossz között.
Nitrit kolorimetriás mérése
Meghatározás alapja: pH =
2,5 – en szulfanil savval
diazotálódik a nitrit, majd
α-naftilaminnal piros színű
azo színezék képződik:
Reagensek: (készítés ionmentes vízből, átszűrés ioncserélő gyantás)
• Szulfanil sav oldat: 1,2 g szil. szulfanil sav 140 ml vízben, + 40 ml cc. HCl,.200 ml-re
töltés vízzel
• α-Naftilamin oldat: 1,2 g szil. naftilamin, 2 ml cc. HCl, 200 ml-re töltés vízzel
• Nátrium-acetát puffer oldat: 32,8 g CH3COONa / 200 ml
• EDTA oldat: 5g/l
Standard oldatok: (készítés ionmentes vízből, NaNO2: higroszkópos, könnyen oxidál)
–
• Törzsoldat készítés: 150 mg NaNO2 / 100 ml (1 mg NO2 /l )
–
–
–
• Törzsoldat faktorozása: 2 MnO4 + 5 NO2 + 6 H+ → 2 Mn2+ + 5 NO3 + 3 H2O
–
• Kalibráló oldatok: 0,02; 0,04; 0,08; 0,12; 0,16; 0,20 mg NO2 /l
Mérés menete:
• Minta extraktum kimérése: 50 ml alatti menny. a várható nitrit tartalom szerint
• 1 ml EDTA oldat, 1 ml szulfanil sav oldat hozzáadás, összerázás és 10 perc várakozás
• 1 ml α-naftilamin oldat és 1 ml puffer oldat hozzáadás, rázás és 30 perc állás
• Abszorbancia mérés 520–540 nm hullámhossz között
Nitrát kolorimetriás mérése
Legjobb és legérzékenyebb megoldás a nitrát redukálása nitritté, majd
a nitrit mérése kolorimetriásan
Nitrát redukció réz-kadmium keverékkel
Reagensek
•
•
Réz-kadmium: 50 mg réz (durva szemcsés por vagy granulátum forma) 400
ml-es Erlenmeyer lombikba, 250 ml 6 M-os HCl-t öntünk rá, 1 perc után
leöntjük a savat, átöblítjük inomentes vízzel. 2× kezeljük 2%-os CuSO4
oldattal, átöblítjük ionmentes vízzel.
Ammónium-klorid oldat: 20 %, 0,5 %
Eljárás
•
•
Az extraktum átvezetése 1 cm átmérőjű oszlopon, az oszlop 20 cm
magasságban réz-kadmiummal töltött. A minta átvezetése előtt az oszlopot
kb. 75 ml NH4Cl oldattal öblítjük át
Kolorimetriás nitrit mérés
Nitrit és Nitrát mérése UV-fotometriával
Elv: nitrát és nitrit ion intenzíven elnyeli az UV sugárzást, az abszorpció maximuma 210
nm hullámhossz körül van
Reagensek
• Kénsav oldat 20 %
• Szulfamidsav H3NO3S 2 %, tárolás hűtőben
• Raney katalizátor: 50 % Ni – 50 % Al
• Színtelenítő oldat: 120 g/l Al2(SO4)3
• Lúgosító oldat: 100 g Na2CO3 + 50 g NaOH / 300 ml
Standard oldatok
• Nitrit: törzsoldat: 100 mg (NO2)/l, hígítási sor: 0,1; 0,2; 0,4; 1; 2; 4 ml/30 ml
• Nitrát: törzsoldat: 44 mg (NO3)/l, hígítási sor: 0,5; 1; 2; 4; 8; 10 ml/30 ml
• Higítás K2SO4 oldattal, vak K2SO4 oldat
Eljárás
• Ha a minta extraktum színes akkor 1 ml színtelenítő oldatot adunk hozzá
• Extraktum alkalizálása a lúgosító oldattal
Nitrát mérése
• 25 ml extraktumhoz 1 ml szulfamid savat adunk, rázás 1 percig (nitrit mentes)
• Mérés 210 nm-en, összehasonlítás a vakmintával (=A)
• 5 ml nitrit mentes mintához hozzáadunk: kb. 0,3 g katalizátort, 0,2 ml kénsav oldatot
• 40 percre 60 °C-os szárító szekrénybe tesszük, lehűtés (nitrit és nitrát mentes)
• Mérés 210 nm-en, összehasonlítás a vakmintával (=B)
• Nitrát abszorbancia = 1.04 A – 1.1 B
Nitrát mérése
• 5 ml minta extraktum mérése 210 nm-en, összehasonlítás a vakmintával (=C)
• 5 ml extraktumhoz 5 ml szulfamidsavat adunk, mérés összehas. a vak mintával (=D)
Nitrát abszorbancia = C– 2D
Ammóniumion mérés szelektív elektródával
Elektróda jellemzői:
• gáz-diffúziós elektróda, gázáteresztő hidrofób membrán  a minta
ammóniumion tartalmát pH emeléssel NH3-á kell alakítani
• Az ammónia keresztül áramlik a membránon, és oldódik a belső oldatban, amíg
a következő egyensúly be nem áll:
–
–
• NH3 + H2O  NH4+ + OH , K = [NH4+][OH ] / [NH3]
• Mivel
a belső oldat NH4+ koncentrációja közel állandónak vehető (0,22 M),
–
[OH ] = K’ [NH3]
–
•  egy OH ion érzékeny elektródával mért feszültségből megállapítható az NH 3
konc. a membránon belül, így az minta ammóniumion konc. is.
Reagensek
• Ammónium-klorid (NH4Cl) oldat: az elektródba – 0,22 mol/l, kalibrációs sor –
0,5; 1; 5; 10; 50 mg (N)/l
Elektród előkészítése
• A fej szétcsavarozása, üveg elektróda eltávolítása
• Az üveg elektródát 0,1 M-os sósav oldatba áztatjuk, a referencia elektróda ne
érjen a savba. 24 óra után leöblítjük deszt. vízzel, majd a használatig deszt.
vízben hagyjuk
• Vékony teflon membránt helyezünk az ammónium-kloridos tartály aljára, majd
szorosan összecsavarjuk, behelyezzük az üveg elektródot
• A tartály feltöltése NH4Cl-al (1 ml). Használatig 0,1 M-os NH4Cl oldatban
tároljuk, max. 2 hétig
Kalibráció
• Vak: 20 ml 25°C-os deszt. víz + 2 ml 40 %-os Na2CO3 old., rázás, majd 5 perc
után leolvassuk az értéket, ha pozitív, akkor beállítjuk, hogy ez a 0 érték
• Minden kalibráló oldathoz mérés előtt 2 ml 40 %-os Na2CO3 old.-ot adunk,
összerázzuk, majd 5 perc után leolvassuk az értéket. A kapott pontokra
egyenest illesztünk, megkapjuk az érzékenységet.
Mérés
Minta extraktumból (20 ml). + 1,5 ml telített K2CO3 , mérés kalibrációs vagy
standard addíciós módszerrel
Nitrátion mérés szelektív elektródával
Nitrátionok mérése kompakt kombinált elektródával: kb. 56 mV
feszültség változás következik be ha a konc. 10 × -esre nő
–
–
–
–
Interferenciát okoz: NO2 , Cl , HCO3 , SO4
Eszközök és reagensek
•
•
•
•
•
Ingold nitrát elektród, higany-szulfát referencia elektród
pH és feszültség mérő
Extraháló oldat: 0.005 M K2SO4
2 %-os szulfamid sav oldat (NH2SO3H)
Kalibráló oldatok: 2; 3; 5; 10; 50; 100 mg (N)/l
Kalibráció
Kalibráló oldatokhoz 0,5 ml szulfamid savat adunk, rázás 1 percig, állás 10 percig,
mérés: miután beáll az érték, egyenes illesztés
Mérés
•
•
20 ml extraktum + 0,5 ml szulfamid sav, 1 perc rázás, 10 perc állás
Hőmérsékletnek a kalibrálás és a mérés közben 25 °C körül kell lenni
Nem extrahálható ammónium mérése
Az ammónium egy része komplex formában megkötődik a talajban, agyag rétegekben.
Ez a mennyiség nem oldódik ki, ezért nem felvehető a növények számára
A nem extrahálható ammónium mérése történhet:
• Kjeldhal lepárlással, 400 °C-on a szerves és extrahálható N eliminálása után
• Becsléssel: az ammónium mennyiségének meghatározása Na2CO3 és K2CO3
jelenlétében
• Kötött ammónium menny. becslése HF-os roncsolással
HF-os roncsolás
Reagensek
• Kálium-hipobromit (KBrO) oldat:
• Kálium-klorid (KCl) oldat 0.5 mol/l
• Sósav – Hidrogénfluorid (HCl – HF) elegy 1 mol/l HCl + 5 mol/l HF
Meghatározás:
• 1 g jól zúzott talaj minta + 20 ml kálium-hipobromit, keverés, 2 óra állás
• 60 ml deszt vizet adunk hozzá, forralás 5 percig, állás 1 estét, felső tiszta rész
leöntése
• A maradék centrifugálás KCl oldattal, 2-szer
• 20 ml HCl – HF elegy hozzáadás a maradékhoz, 24 órás rázatás
• Felszabadított ammónium mérése kolorimetriásan
In Situ mérések
A talaj szervetlen N formáinak mennyisége gyorsan változhat,
ezért fontos lehet az In situ (helyben történő) meghatározás. A
módszer lehetővé teszi a koncentrációk rendszeres nyomon
követését
A mérő eszköz
Egy porózus kerámia cső, amelyhez egy PVC hengeren keresztül
3 nylon kapilláris cső van levezetve (tisztító, gyűjtő és mérő
csövek)
Mérés:
• Tisztítási folyamat: a kerámia csőt desztillált vízzel kell
feltölteni, hogy elkerüljük a vákuum keletkezését. Tisztítás
után elzárjuk a tisztító és gyűjtő csöveket
• Eszköz talajba helyezése:
• A talajt a megfelelő mélységig eltávolítjuk. A létrehozott lyuk
aljába desztillált vizet öntünk, behelyezzük a mérő eszközt,
résmentesen betemetjük.
• A mérés 8 – 10 nap után kezdhető el, miután beáll az
egyensúly a talaj és a mérőeszköz között
Források
• Direkt Colorimetric Measurement of Ammonium in Photasodium
Clorid Extracts Of Soil
http://www.elib.edu.et/bitstream/123456789/45871/2/505560%20(17
92).pdf
• Determination Of Exchangeable Nitrogen In Soil
http://ezinearticles.com/?Determination-Of-ExchangeableNitrogen-In-Soil&id=529910
• Az ammónium meghatározása vízben. Manuális spektrofotometriás
módszer MSZ ISO 7150-1:1992
• Marc Pansu, Jacques Gautheyrou – Handbook of Soil Analysis
http://www.docstoc.com/docs/51811070/HANDBOOK-OF-SOILANALYSIS