2) Фиксация растительного материала

Сохранение органических и зольных веществ в растительных пробах в количествах, близких к их естественному состоянию, осуществляется за счёт фиксации. Применяется температурная фиксация и лиофильная сушка. В первом случае стабилизация состава растений осуществляется за счёт инактивации ферментов, во-втором - за счёт сублимации, при этом растительные ферменты сохраняются в активном состоянии, белки не денатурируют. Температурная фиксация растительного материала проводится в сушильном шкафу. Растительный материал помещают в пакеты из плотной бумаги типа «крафт» и загружают в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 105-110°С. После загрузки выдерживают температуру 90-95°С в течении 10-20 минут в зависимости от свойств растительного материала. При такой температурной обработке за счёт паров воды происходит инактивация растительных ферментов. По окончании фиксации растительный материал должен быть влажным и вялым при этом он должен сохранить свою окраску. Дальнейшее высушивание пробы проводят при доступе воздуха в открытых пакетах при температуре 50-60°С в течение 3-4 ч. Превышать указанные интервалы температуры и времени не следует. Длительное нагревание при высокой температуре приводит к термическому разложению многих азотсодержащих веществ и карамелизации углеводов растительной массы. Растительные образцы с большим содержанием воды- корнеплоды, фрукты, ягоды и т.п. разделяют на сегменты так, чтобы в анализ попали периферийные и центральная части плода. Набор сегментов для пробы составляют из сегментов больших, средних и маленьких плодов или клубней в соответствующем соотношении их в урожае. Сегменты средней пробы измельчают и фиксируют в эмалированных кюветах. Если образцы объёмны, то надземную часть растений непосредственно перед фиксацией измельчают и быстро закрывают в пакеты. Если в образцах предполагается определение только набора химических элементов, их можно не фиксировать, а высушить при комнатной температуре. Высушивание растительного материала лучше провести в термостате при температуре 40-600С так как при комнатной температуре возможно загнивание массы и загрязнения пылевыми частицами из атмосферы. Не подвергают температурной фиксации образцы зерна и семян, но высушивают их при температуре не выше 30°С. Лиофилизация растительного материала (высушивание путём возгонки) основана на испарении льда минуя жидкую фазу. Высушивание материала при лиофилизации проводится следующим образом: отобранный растительный материал замораживают до твёрдого состояния, заливая образец жидким азотом. Затем образец помещают в лиофилизатор, где при низкой температуре и в условиях вакуума происходит высушивание. При этом влага поглощается специальным осушителем (реактивом) в качестве которого используется силикагель, хлористый кальций и т.д. Лиофильная сушка подавляет ферментативные процессы, но сами ферменты сохраняются.

3) Размол растительных образцов и их хранение

Размол растений проводят в воздушно-сухом состоянии. Скорость размола увеличивается, если образцы предварительно подсушиваются в термостате. Отсутствие в них гигроскопической влаги определяется визуально: хрупкие, легко разламывающиеся в руках стебли и листья - наиболее пригодный материал для размола

Для размола объёмных образцов, весом более 30 г, используют лабораторные мельницы, для размола небольших проб используют бытовые кофемолки. При очень малых количествах растительные пробы измельчают в фарфоровой ступке с последующим пропусканием материала через сито. Измельчённый материал просеивается через сито. Диаметр отверстий зависит от специфики анализа: от 1 мм до 0.25 мм. Часть материала, не прошедшая через сито, повторно измельчается на мельнице или в ступке. "Отброс" растительного материала не допускается, так как это изменяет состав средней пробы. При большом объёме размолотых образцов можно снизить объём, перейдя от средней лабораторной пробы к средней аналитической, вес последней составляет 10-50 г, а для зерна не менее 100 г. Отбор производится методом квартования. Лабораторная проба равномерно распределяется на бумаге или стекле в виде круга или квадрата. Шпателем делится на мелкие квадратики (1-3 см) или сегменты. Материал из несмежных квадратиков отбирается в аналитическую пробу.

4) Определение различных веществ в растительном материале

Определение водорастворимых форм углеводов

Содержание углеводов и их разнообразие определяются видом растения, фазой развития и абиотическими факторами среды и изменяются в широких пределах. Существуют количественные методы определения моносахаридов: химические, поляриметрические. Определение полисахаридов в растениях осуществляется теми же методами, но, прежде кислородная связь (-О-) этих соединений разрушается в процессе кислотного гидролиза. Один из основных методов определения - метод Бертрана основан на извлечении растворимых углеводов из растительного материала горячей дистиллированной водой. В одной части фильтрата определяют моносахариды, в другой - после гидролиза соляной кислотой - ди- и трисахариды, которые распадаются при этом до глюкозы

Определение калия, фосфора, азота основывается на реакциях гидролиза и окисления органических веществ растений сильными окислителями (смесь серной и хлорной к-т). Основным окислителем является хлорная кислота (НСlO4). Безазотистые органические вещества окисляются до воды и углекислоты, высвобождая зольные элементы в виде оксидов. Азотсодержащие органические соединения гидролизуются и окисляются до воды и углекислоты, освобождают азот в виде аммиака, который немедленно связывается серной кислотой. Таким образом, в растворе находятся зольные элементы в виде оксидов и азот в форме сернокислого аммония и аммонийной соли хлорной кислоты. Метод исключает потери азота, фосфора и калия в виде их оксидов, так как растительное вещество оголяется при температуре 332°С. Это температура кипения серной кислоты, у хлорной кислоты значительно меньшая температура кипения - 121°С.

Определение содержание нитратов и нитритов. Растения накапливают нитраты и нитриты в больших количествах. Эти соединения токсичны для человека и животных, особенно опасны нитриты, токсичность которых в 10 раз выше, чем нитратов. Нитриты в организме человека и животных переводят двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. Образующийся при этом метагемоглобин не способен переносить кислород. Необходим строгий контроль за содержанием нитратов и нитритов в растениеводческой продукции. Для определения содержания нитратов в растениях разработан ряд методов. Наибольшее распространение получил ионометрический экспресс-метод. Нитраты извлекают раствором алюмокалиевых квасцов с последующим измерением концентрации нитратов в растворе с помощью ионселективного электрода. Чувствительность метода 6 мг/дм3. Предел определения нитратов в сухом образце - 300 мл-1, в сыром - 24 -30 мл-1. Несколько более подробно остановимся на анализе общего азота в растениях.

5) Определение общего азота по Кьельдалю

Более высокое содержание азота наблюдается в генеративных органах, особенно в зерне, и меньше его концентрация в листьях, стеблях, корнях, корнеплодах, очень мало в соломе. Общий азот в растении представлен двумя формами: азотом белковым и азотом небелковых соединений. К последним относится азот, входящий в состав амидов, свободных аминокислот, нитратов и аммиака.

Содержание белка в растениях определяют по количеству белкового азота Содержание белкового азота (в процентах) умножают на коэффициент 6.25 при анализе вегетативных органов и корнеплодов и на 5.7 при анализе зерна. На долю небелковых форм азота приходится в вегетативных органах 10-30 % от общего азота, а в зерне не более 10%. Содержание небелкового азота к концу вегетации снижается, поэтому в производственных условиях его долей пренебрегают. Определяют в этом случае общий азот (в процентах) и его содержание пересчитывают на белок. Этот показатель называется "сырой белок", или протеин. Принцип метода. Навеску растительного материала озоляют в колбе Кьельдаля концентрированной серной кислотой в присутствии одного из катализаторов (металлического селена, перекиси водорода, хлорной кислоты и т.п.) Температура озоления 332°С. В процессе гидролиза и окисления органической массы азот в колбе сохраняется в растворе в виде сульфата аммония. Для освобождения аммиака используют 40%-ный раствор щёлочи:

(NH4)2SO4+ 2NaOH =Na2S04 + 2 NН4ОН

Отгон аммиака ведут в аппарате Кьельдаля при нагревании и кипении раствора.

В кислой среде нет гидролитической диссоциации сульфата аммония, парциальное давление аммиака равно нулю. В щелочной среде происходит смещение равновесия, и в растворе образуется аммиак, который при нагревании легко улетучивается.

2NH4OH = 2NH3* 2Н20.

Аммиак не теряется, а переходит по холодильнику вначале в виде газа, а затем, конденсируясь, каплями попадает в приёмник с титрованной серной кислотой и связывается ею, вновь образуя сернокислый аммоний:

2NH3+ H2SO4= (NH4)2S04.

Избыток кислоты, не связанный с аммиаком, оттитровывается щёлочью точно установленной нормальности по комбинированному индикатору или по метилроту.

Ход анализа

1. На аналитических весах взять навеску растительного материала ?0,3-0,5 ± 0 0001 г с помощью пробирки (по разности между весом пробирки с навеской и весом пробирки с остатками материала) и, надев на конец пробирки резиновую трубку длиной 12- 15 см, осторожно опустить навеску на дно колбы Кьельдаля. Прилить в колбу небольшим цилиндром 10-12 мл концентрированной серной кислоты (d=1.84). Равномерное озоление растительного материала начинается уже при комнатной температуре, поэтому залитые кислотой навески лучше оставить на ночь.

2. Поставить колбы на электроплитку и проводить постепенное сжигание вначале на слабом огне (положить асбест), затем на сильном, периодически осторожно взбалтывая. Когда раствор станет однородным, прибавить катализатор (несколько кристаллов селена или несколько капель перекиси водорода) и продолжить сжигание до полного обесцвечивания раствора.

Катализаторы. Повышению температуры кипения серной кислоты и ускорению озоления способствует применение катализаторов. В различных модификациях метода Кьельдаля используют металлические ртуть и селен, сернокислый калий, сернокислую медь, перекись водорода. Использовать для сжигания в качестве катализатора хлорную кислоту отдельно или в смеси с серной кислотой не рекомендуется. Скорость окисления материала обеспечивается в этом случае не за счёт повышения температуры, а за счет быстрого выделения кислорода, что сопровождается потерями азота при озолении.

3. Отгон аммиака. После окончания сжигания колбу Кьельдаля охлаждают и в неё осторожно приливают по стенкам дистиллированную воду, перемешивают содержимое и ополаскивают горлышко колбы. Первую порцию воды наливают до горлышка и количественно переносят в круглодонную колбу емкостью 1 л. Колбу Кьельдаля еще 5-6 раз промывают небольшими порциями горячей дистиллированной воды, сливая каждый раз промывные воды в отгонную колбу. Наполняют отгонную колбу промывными водами до 2/3 объема и добавляют 2-3 капли фенолфталеина. Малое количество воды затрудняет парообразование при отгоне, а большое может вызвать переброс кипящей воды в холодильник.

4. В коническую колбу или химический стакан ёмкостью 300- 400 мл (приёмник) наливают из бюретки 25-30 мл 0.1 н. H2SO4 (с точно установленным титром), добавляют 2-3 капли индикатора метилрота или реактива Гроака (лиловая окраска). Кончик трубки холодильника погружают в кислоту. Отгонную колбу ставят на нагреватель и подсоединяют к холодильнику, проверяя герметичность соединения. Для разрушения сернокислого аммония и отгона аммиака используют 40 %-ный раствор щёлочи, взятый в таком объёме, который в четыре раза превосходит объём концентрированной серной кислоты, взятой при сжигании пробы

5. Отгонную колбу прямо на нагревателе открывают, наклоняют, в левой руке удерживают колбу и пробку холодильника. В колбу по стенке приливают отмеренное количество щёлочи так, чтобы она опустилась вся на дно колбы, и пробку холодильника быстро закрывают. Это вызвано тем, что реакция взаимодействия щелочи и сульфата аммония начинается и без нагревания, что приводит к потерям аммиака. Горлышко колбы нельзя по всей поверхности заливать щёлочью, так как пробка холодильника выскочит при кипячении.

6. Закрытую колбу осторожно и тщательно взбалтывают круговыми движениями, при этом в стакан-приёмник проскакивают первоначально пузырьки воздуха. Раствор в колбе сначала становится красного цвета, а затем темнеет, и при нагревании появляется объёмный осадок. Включают нагреватель и холодильник и приступают к отгону аммиака. Через 20-25 мин после начала отгона опускают стакан-приёмник так, чтобы раствор аммиака из холодильника стекал по стенке стакана. Кипение в отгонной колбе должно быть равномерным и достаточно интенсивным, иначе кислота из стакана будет засасываться в холодильник за счёт перепада внутреннего и наружного давления газов. Если засасывание началось, надо усилить нагрев отгонной колбы и вынуть конец трубки холодильника из раствора кислоты, для этого опустить стакан-приёмник.

7. Отгон считать законченным, когда содержимое отгонной колбы испарится до 1/3 первоначального объёма. Полноту отгона аммиака проверяют универсальным индикатором, лакмусом или реактивом Несслера, для чего берут несколько капель из холодильника на индикаторную бумагу или в пробирку, куда добавлен реактив Несслера. Он дает с аммиаком жёлтое окрашивание. Если в процессе отгона жидкость в приёмнике изменит окраску, необходимо добавить точно фиксированное количество 0.1 н. H2SO4(20 мл), так как первоначального объёма кислоты не хватило для связывания аммиака.

8. По окончании отгона, носик холодильника споласкивают дистиллированной водой из промывалки в приёмник.

9. Содержимое приёмника титруют 0.1 н. раствором едкого калия, перемешивая осторожно стеклянной палочкой, до перехода окраски метилового красного в бесцветную, а по реактиву Гроака от лиловой в светло-зелёную. Здесь интенсивность окраски зависит от количества индикатора.

Количество аммиака находят по разности между количеством кислоты в приёмнике, первоначально прилитой, и количеством кислоты, которая не связалась с аммиаком и оттитрована впоследствии щёлочью.

Расчёт

Содержание общего азота:

где: a - объём H2SO4 в приёмнике, мл ; н.к- нормальность H2SO4 мг-экв, b - объём щёлочи, израсходованный на титрование, мл; н.щ- нормальность щелочи, мг-экв; 14 - атомная масса азота; Н - навеска, г; 1000 - коэффициент пересчёта мг в г.

Реактивы

1. H2SO4 (d=1.84)

2.40 %-й KOH.

3. Селен металлический порошок.

4. 0.1 н. раствор H2SO4, готовится из фиксанала.

5. 0.1 н. раствор NaOH или КОН, готовится из фиксанала.

6. Индикатор Гроака, комбинированный, при рН 5.5 - чёткое изменение фиолетового цвета на зелёный.

Приготовление:

А - 0.15 г метиленового красного растворяют в 102 мл этилового спирта-ректификата;

Б - 0.05 г метиленового голубого растворяют в 5 мл дистиллированной воды. Смешанный индикатор хранят в склянке из тёмного стекла.

В) Анализ удобрений

1) Определение видов и форм некоторых минеральных удобрений

по качественным реакциям

1. Простые минеральные удобрения могут быть кристаллическими (к ним относятся все азотные, кроме цианамида кальция и все калийные) и аморфными (к ним относятся все фосфорные удобрения и известковые материалы).

2. Растворимость в воде: кристаллические удобрения заметно растворимы либо полностью растворимы. Аморфные удобрения, как правило, слабо растворимы или нерастворимы.

3. Гранулометрический состав: азотные удобрения выпускаются в гранулах и покрыты слабой легкорастворимой гидрофобной плёнкой, за исключением цианамида кальция, сульфата- и хлорида аммония; калийные - в виде крупных кристаллов белого или розового цвета (хлорид калия) или мелкокристаллических порошков с серым оттенком - все остальные. Простые фосфорные удобрения представлены матовыми гранулами серо-белого цвета различных оттенков и аморфными порошками, известковые материалы - аморфные порошки различной тонины помола, сложные и комплексные удобрения - матовыми гранулами беловато-серовато-розового оттенка.

4. В состав кристаллических удобрений входят следующие ионы, которые достаточно легко определяются качественными реакциями: NH4+ K+,. Ca2+, Na+, SO42-, NO3-, Cl-. Для открытия иона NH4+ используют реакцию удобрения со щёлочью, выделение в этой реакции аммиака при нагревании устанавливается по запаху.

NH4N03 + NaOH = NaNO3 + NH3^ + H2О

Присутствие иона NO3- устанавливается с помощью дифениламина, который при взаимодействии с нитрат-ионом образует в растворе соединения синего цвета. Для открытия сульфат-иона используют реакцию с хлоридом бария:

Выпадает белый кристаллический осадок. Образовавшийся осадок растворяется под действием соляной и уксусной кислоты. Присутствие K+,. Ca2+, Na+ обнаруживают по окраске пламени: кусочек удобрения помещают на раскалённую деревянную пластинку и вносят в пламя горелки: калийные соли, особенно селитра, вспыхивают и окрашивают пламя в фиолетовый цвет, натриевые соли - в жёлто-оранжевый, кальциевые вспыхивают и сгорают, не окрашивая пламени.

2) Определение в удобрениях содержания аммиачного азота

методом открытого кипячения

Определение основано на том, что при кипячении раствора удобрения, содержащего азот в аммонийной форме, с раствором щелочи образующийся аммиак улетучивается. Его количество эквивалентно количеству щёлочи вступившей в реакцию.

Избыток щёлочи, не вступившей в реакцию, оттитровывают кислотой соответствующей нормальности. В работе используются растворы кислоты и щёлочи точно установленной нормальности.

Ход анализа

1. Растереть в фарфоровой ступке 30-40 г аммиачного удобрения.

2. Взять на технических весах навеску 10 г (в двукратной повторности), перенести в химический стакан объёмом 150-200 мл, растворить в дистиллированной воде, размешивая стеклянной палочкой.

3. Отфильтровать раствор в мерную колбу ёмкостью 200 мл через воронку диаметром 8-10 см с бумажным обычным фильтром, довести водой до метки, закрыть и взболтать.

4. Взять пипеткой 25 мл фильтрата в колбу коническую объёмом 100 мл, прилить к нему из бюретки 50 мл 0.5 н. раствора щёлочи.

5. Перемешать раствор, закрыть маленькой воронкой (диаметром 2-2.5 см), кипятить на электроплитке или горелке, упаривая раствор до 1/3 первоначального объёма под тягой.

6. Раствор охладить до комнатной температуры, стенки воронки и колбы омыть холодной дистиллированной водой из промывалки.

7. Оттитровать избыток щелочи 0.5 н. раствором H2SO4 из бюретки прибавив 2-3 капли фенолфталеина, до перехода малиновой окраски к бесцветной.

Расчёт

Содержание N

где: а - количество щёлочи, прилитое к раствору удобрения, мл; н.щ.-нормальность щёлочи; b- количество серной кислоты пошедшей на титрование, мл; н.к.- нормальность серной кислоты; Р - разведение 200/25=8; 0 014 - мг-экв азота; Н - навеска удобрения, г;

Реактивы

1. 0.5 н. раствор щелочи (КОН или NaOH) готовят из фиксанала или 28.06 г NaOH растворяют в дистиллированной воде и доводят объём до 1 литра.

2. 0.5 н. раствор серной кислоты готовят из фиксанала или 14 мл конц. H2SO4 прилить к 200-300 мл дистиллированной воды и довести объём до 1 литра.

3. Фенолфталеин. 1 %-ый раствор фенолфталеина в этиловом спирте, ректификате.

Нормальность растворов в данном анализе устанавливается с точностью 0.0001 н.

Заключение

В данной работе мы рассмотрели наиболее важные и актуальные вопросы агрохиманализа, в частности анализ почв, растительных материалов и анализ удобрений. Несколько более подробно рассмотрели самые распространенные методы определения кислотности почв, а так же общего азота в растениях и удобрениях.

Агрохимический анализ необходим для более эффективного ведения сельского хозяйства, сохранения окружающей среды и благоприятной экологической обстановки. Нарушение природного баланса может привести к разрушению гумусного слоя, снижению урожайности сельскохозяйственных культур, нарушению обменной функции почв, появлению заболеваний, опасных, в том числе, и для человека.

Список литературы

1. Воробьева Л.А. Химический анализ почв; МГУ, 1998, с. 273

2. Дурынина Е.П., Егоров В.С. Агрохимический анализ почв, растений, удобрений; МГУ,1998, с. 113

3. Орлов Д.С., Горшкова Е.И. Практикум и семинары по химии почв; МГУ, 1997, с. 42

4. Научные разработки Института Геохимии и Аналитической Химии им. Вернадского В.И., 2006

5. Панников В.Д., Минеев В.Г. Почва, климат, удобрения и урожай; М., Агропромиздат, 1987, с. 248

6. Кожеков Д.С., Воронина Р.А. Негативные последствия применения высоких норм азотных удобрений; М., Агропромиздат, 1986, с. 86

7. Дмитриев М.Т, Малышева А.Г Определение токсикантов в растениях; М., Агрохимия, 1985, с. 286

8. Ефимов В.В. Раскисление почв Черноземья; журнал «Сельские зори» ,1980, № 8

9. Кушниренко Ю.Д. Производство зерна и кормов в агроландшафтном земледелии: агрохимические, экономические и экологические аспекты; Миасс, Геотур, 1999, с. 134

10. Кореньков Д.А. Вопросы агрохимии азота и экология; журнал «Агрохимия», 1990, №11

11. Аринушкина Е.В. руководство по химическому анализу почв; М., Агропромиздат, 1962, с. 315

Страницы: 1, 2, 3, 4