A talaj szervetlen nitrogén-tartalmának meghatározása

Az előadások a következő témára: "A talaj szervetlen nitrogén-tartalmának meghatározása"— Előadás másolata:

1 A talaj szervetlen nitrogén-tartalmának meghatározása
Őrsi Kálmán

2 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

3 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

4 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

5 Szervetlen nitrogén formák mérése
Alkalmazható módszerek: Elválasztás mikro-diffúzióval Minden N forma mérése külön, kolorimetriásan Nitrit és Nitrát mérése UV-fotometriás módszerrel Ammóniumion szelektív elektródás mérése Nitrát ion mérés ion-szelektív elektródával Nem extrahálható ammónium mérése In Situ mérések

6 Elválasztás mikro-diffúzióval
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

7 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 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

8 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 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.

9 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 Mn 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

10 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

11 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 Na2CO 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 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

12 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 NH3 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

13 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: 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

14 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

15 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

16 Források Direkt Colorimetric Measurement of Ammonium in Photasodium Clorid Extracts Of Soil Determination Of Exchangeable Nitrogen In Soil Az ammónium meghatározása vízben. Manuális spektrofotometriás módszer MSZ ISO :1992 Marc Pansu, Jacques Gautheyrou – Handbook of Soil Analysis