Лабораторный практикум по агрохимии - 2020. Фгбоу во ставропольский государственный аграрный университет кафедра агрохимии и физиологии растений лабораторный практикум по агрохимии
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
Практико-ориентированные задания 7. Опишите методику определения труднорастворимых фосфорных удобрений 8. Опишите методику удобрений, содержащих аммиачную форму азота 9. Опишите методику распознавания азотных удобрений в производственных условиях 10. Опишите методику распознавания фосфорных удобрений в производственных условиях 11. Опишите методику распознавания калийных удобрений в производственных условиях 12. Опишите методику распознавания комплексных удобрений в производственных условиях 13. Определите дозу минеральных удобрений расчетно-балансовым способом по методике В.В. Агеева, если урожайность озимой пшеницы 45 ц/га, а содержание в 0-20 см слое чернозема выщелоченного О 28 мг/кг, подвижного фосфора – 30 мг/кг, а обменного калия – 260 мг/кг почвы. 14. Определите дозу минеральных удобрений расчетно-балансовым способом по методике В.В. Агеева, если урожайность подсолнечника 26 ц/га, а содержание в 0-20 см слое чернозема выщелоченного О 28 мг/кг, подвижного фосфора – 30 мг/кг, а обменного калия – 260 мг/кг почвы. 15. Определите дозу минеральных удобрений расчетно-балансовым способом по методике В.В. Агеева, если урожайность озимого ячменя 43 ц/га, а содержание в 0-20 см слое чернозема южного О - 21 мг/кг, подвижного фосфора – 20 мг/кг, а обменного калия – 275 мг/кг почвы. 16. Определите дозу минеральных удобрений расчетно-балансовым способом по методике В.В. Агеева, если урожайность картофеля 200 ц/га, а содержание в 0-20 см слое чернозема южного О - 25 мг/кг, подвижного фосфора – 28 мг/кг, а обменного калия – 319 мг/кг почвы. 17. Определите дозу минеральных удобрений расчетно-балансовым способом по методике В.В. Агеева, если урожайность ячменя 51 ц/га, а 115 содержание в 0-20 см слое темно-каштановой почвы О - 23 мг/кг, подвижного фосфора – 22 мг/кг, а обменного калия – 457 мг/кг почвы. 18. Определите дозу минеральных удобрений расчетно-балансовым способом по методике В.В. Агеева, если урожайность гречихи 30 ц/га, а содержание в 0-20 см слое чернозема типичного О - 15 мг/кг, подвижного фосфора – 20 мг/кг, а обменного калия – 230 мг/кг почвы. 19. Определите дозу минеральных удобрений расчетно-балансовым способом по методике В.В. Агеева, если урожайность арбуза 190 ц/га, а содержание в 0-20 см слое светло-каштановой почвы О - 28 мг/кг, подвижного фосфора – 28 мг/кг, а обменного калия – 320 мг/кг почвы. 116 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 19. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ В ПОЧВЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ АТОМНО- АБСОРБЦИОННЫМ МЕТОДОМ (2 ЧАСА – ОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ) Цель занятия познакомится с принципом и порядком работы спектрометра атомно-абсорбционного NOVAA 315 В и определить содержание в почве микроэлементов и тяжелых металлов атомно- абсорбционным методом. Принцип и порядок работы спектрометра атомно-абсорбционного NOVAA 315 В Спектрометры атомно-абсорбционные novAA предназначены для определения содержания элементов в пробах различных веществ и материалов, в том числе вводных растворах, продуктах питания, почвах, биологических пробах (рисунок 17). Область применения - аналитические лаборатории промышленных предприятий и научно-исследовательских учреждений. Рисунок 17 - Спектрометр атомно-абсорбционный NOVAA 315 В Спектрометры атомно-абсорбционные novAA представляют собой многоцелевые автоматизированные настольные стационарные приборы. 117 Атомизация проб проводится в пламенном атомизаторе. В пламенной горелке в зависимости от анализируемых элементов используется пламя ацетилен - воздух, "ацетилен - закись азота. Приборы могут поставляться с гидридной приставкой, предназначенной для анализа гидридобра-зующих элементов. Оптическая система приборов базируется на управляемом от компьютера монохроматоре с дифракционной решеткой. В модели 315 использована однолучевая оптическая схема, а в модели 330- двухлучевая. В спектрометрах применяются лампы с полым катодом диаметром 40 мм. Модель 315 рассчитана на установку одной лампы, а модель 330 оснащена поворотной турелю, в которую можно установить от 1 дои ламп. Приборы оснащены дейтериевым корректором фона. Управление процессом измерения и обработки выходной информации может осуществляется как от встроенного, таки внешнего IBM PC - совместимого компьютера с помощью специального программного комплекса. Определить содержание в почве микроэлементов и тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом Метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии (ААС) основан на явлении селективного поглощения (абсорбции) резонансного излучения определяемого элемента атомным паром исследуемого вещества. Принцип метода иллюстрирует рисунок 18. Превращение анализируемой пробы из жидкого (или твердого) состояния в атомный пар происходит в атомизаторе. Пар вводится в аналитическую зону атомизатора, просвечиваемую источником излучения с линейчатым спектром изучаемого элемента. Рисунок 18. Принципиальная схема атомно-абсорбционного спектрофотометра 1 - источник резонансного излучения 2 – атомизатор 3 - аналитическая чаша 4 – монохроматор 5 – фотоумножитель 6 – усилитель 118 7 - регистрирующее устройство 8 – проба Закон атомного поглощения аналогичен закону светопоглошения в молекулярной спектрофотометрии и характеризуется экспоненциальным убыванием интенсивности проходящего излучения в зависимости от длины поглощающего слоя атомного пара (длины атомизатора) и концентрации атомов определяемого элемента с. В определенном интервале концентрации, зависящем от характера определяемого элемента и свойств источника резонансного излучения, поглощение излучения атомами подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера: I = I v 10 -klc или lg(I v / I)=klc, где I - интенсивность излучения после взаимодействия с атомами (после прохождения через атомизатор I v - интенсивность излучения до взаимодействия l - длина поглощающего слоя атомного пара К - атомный коэффициент поглощения, зависящий от длины волны и линии поглощения. Величину lg(I v / называют атомным поглощением А, она аналогична оптической плотности в молекулярной спектрофотометрии. Указанная зависимость является практической основой атомно-абсорбционного метода анализа. Рассмотрим отдельные узлы атомно-абсорбционного спектрофотометра и их роль в формировании аналитического сигнала. Источник излучения. Наиболее распространенным источником резонансного излучения для ААС является лампас полым катодом, изготовленным из определяемого металла или его сплава. Спектр лампы содержит линии металла катода и заполняющего лампу газа, обычно неона. Важнейшим фактором, влияющим на точность и чувствительность анализа, является стабильность излучения лампы. Она определяется конструктивными особенностями и индивидуальными свойствами лампы, а также зависит от качества работы источника питания. 119 Кроме ламп с полым катодом, в практике атомно-абсорбционного анализа применяют высокочастотные безэлектродные лампы, представляющие собой кварцевый или стеклянный баллон (шарик, в который введены соответствующий металл (или его соединение) и инертный газ, поддерживающий разряд в лампе. Высокочастотные лампы наиболее часто используют для определения тех элементов, для которых лампы с полым катодом не отличаются высокой стабильностью и надежностью в работе. Это - мышьяк, сурьма, висмут, селен, теллур. Атомизатор. В ААС существуют варианты пламенных и электротермических атомизаторов. В практике анализа наибольшее распространение получили пламенные атомизаторы. В них аналитической зоной служит участок непосредственно над газовой горелкой, через который проходит луч от источника излучения. Обычно раствор распыляют потоком газа и равномерно вводят в пламя в виде аэрозоля, регистрируя установившееся значение абсорбции. Наиболее эффективным способом атомизации является пламя ацетилен - воздух. Эта смесь используется при определении большинства элементов, не образующих термостойких окислов. Для элементов, склонных к образованию термостойких окислов и труднодиссоциируемых комплексов (алюминий, кремний, титан, молибден и некоторые другие) следует использовать смесь закись азота (в качестве газа - окислителя) - ацетилен - воздух, которая позволяет получить наиболее высокотемпературное пламя. Электротермическими атомизаторми (ЭТА) служат печи сопротивления - трубки, тигли, стержни, нити из тугоплавкого материала, К ЭТА относится и вариант гидридной техники, в котором кварцевую трубку нагревают электропечью. Во всех типах ЭТА осуществляют полное импульсное испарение анализируемых микропроб. Пары пробы переносятся через просвечиваемую полость трубки или зону над телом нагрева за счет диффузии, конвекции или с помощью потока инертного газа. Применение ЭТА позволяет повысить чувствительность и предел обнаружения элементов на 1-2 порядка по 120 сравнению с пламенными атомизаторами (0,001 - 0,0001 мкг/см 3 ). Монохроматор. В ААС монохроматор выделяет резонансную аналитическую линию ив большой степени отделяет ее от молекулярных спектров и сплошного фона, излучаемых атомизаторами. В современных атомно-абсорбционных спектрофотометрах используются монохроматоры, позволяющие выделять спектральную полосу шириной 0,2-2 нм в интервале от 190 до 850 нм. Приемное и регистрирующее устройство. В качестве детектора излучения используют фотоэлектронные умножители - ФЭУ. Фототок с ФЭУ после усиления и логарифмирования поступает на регистрирующее устройство. Современные атомно-абсорбционные спектрофотометры оснащены цифровой индикацией, цифропечатью и ЭВМ, что позволяет получать результаты в единицах концентрации, интегрировать аналитический сигнал за определенный промежуток времени и выдавать его среднее значение, проводить статистическую обработку результатов. Помехи, влияющие на результаты атомно-абсорбционного анализа. Методы их учета Помехи, возникающие входе атомно-абсорбционного анализа почв и растений, можно подразделить на пять групп 1) спектральные помехи 2) фоновые помехи (неселективное поглощение 3) ионизационные помехи 4) помехи из-за различий физических свойств растворов 5) химические помехи. Спектральные помехи обусловлены явлением поглощения излучения не только резонансной линией определяемого элемента, но и атомами других элементов с близкой длиной волны. По сравнению с эмиссионным спектральным методом в атом но-абсорбционном анализе взаимное наложение спектральных линий элементов достаточно мало. Неселективное поглощение излучения возникает в результате светорассеяния, молекулярного поглощения, а также поглощения пламенем или ЭТА. Светорассеяние и молекулярное поглощение происходят при 121 неполной атомизации пробы и вызываются появлением в аналитической зоне твердых частиц и молекул основного вещества пробы. Собственное излучение ЭТА имеет спектр черного тела, для пламени характерно излучение со структурой молекулярного спектра. Для учета спектральных помехи неселективного поглощения применяют так называемый корректор фона. В качестве корректора фона обычно используют оптическую схему со вспомогательным источником сплошного спектра - дейтериевой лампой. В последнее десятилетие широкое распространение получил метод коррекции фона, основанный на эффекте расщепления спектральных линий в магнитном поле (эффект Зеемана. Ионизационные помехи вызваны снижением количества нейтральных атомов в аналитической зоне атомизатора в результате превращения их в положительно заряженные ионы под действием температуры пламени. В этом случае интенсивность поглощения резонансного излучения существенно уменьшается. Данный вид помех имеет место при определении элементов с низкими потенциалами ионизации (щелочные и щелочноземельные элементы. Контролировать ионизацию в пламени можно путем добавления к растворам проб и стандартов избытка легко ионизируемых элементов. Обычно в качестве ионизационного буфера используют растворы солей цезия, лития и калия. Помехи, возникающие из-за различий физических свойств растворов вязкости, поверхностного натяжения ), можно контролировать, максимально сближая состав (содержание солей, концентрация растворителей) растворов проб и стандартов. При невозможности нивелировать различия в составах следует использовать метод добавок. Химические помехи обусловлены присутствием трудно диссоциируемых соединений определяемого элемента в аналитической зоне атомизации. В ряде случаев такие соединения могут образовываться непосредственно в пламени при распылении в него анализируемого раствора. В результате снижается количество свободных атомов, способных к поглощению резонансного 122 излучения. Типичным проявлением химических помех является снижение абсорбции при определении в почве щелочноземельных элементов в присутствии фосфора, кремния, алюминия. Другим примером помех такого рода служит уменьшение сигнала поглощения при определении алюминия, молибдена, ванадия и др. в результате образования устойчивых окислов. Устранить влияние химических помех можно двумя путями 1) использовать высокотемпературное пламя, энергия которого достаточно высока и способна разрушить многие устойчивые соединения и атомизировать пробу 2) добавлять к растворам проб и стандартов маскирующие вещества, которые реагируют с мешающими элементами и снимают возможные химические помехи. Примером служит добавление к растворам (при анализе почв, растений, вод) лантана, который при определении кальция, магния, стронция и бария устраняет де премирующее влияние фосфора, кремния и алюминия. Позволяет снизить химические помехи и полная идентификация по составу растворов проб и стандартов. Атомно-абсорбционный метод отличается от традиционных аналитических методов простотой выполнения анализа и высокой производительностью. Он обеспечивает предел обнаружения многих элементов 0,1 - 0,01 мкг/см 3 (с атомизацией в пламени) и ниже, что в большинстве случаев оказывается достаточным для применения метода в почвенно - агрохимических исследованиях. Ход анализа Приготовление стандартных растворов. В качестве основных стандартных растворов используют государственные стандартные образцы (ГСО) с гарантированной концентрацией элемента или комплекса элементов – 1000 мкг/см 3 Возможно приготовление стандартных растворов из окислов или солей металлов с постоянной стехиометрией. Цинк. Навеску 1,000 г металлического цинка помещают в стакан вместимостью 100 см 3 и добавляют 20 см раствора азотной кислоты (1 : 1). 123 Растворившийся цинк количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см и доводят до метки 1%-ным раствором азотной кислоты. Полученный раствор имеет концентрацию 1000 мкг/см 3 цинка. Марганец. Навеску 4,388 г сернокислого марганца (МnSО 4 НО) помещают в стакан вместимостью 100 см, растворяют в бидистиллированной воде и затем количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см. В колбу приливают приблизительно 500 см бидистиллированной воды, добавляют 82 см 3 концентрированной соляной кислоты и доводят до метки бидистиллированной водой. Полученный раствор имеет концентрацию 1000 мкг/см 3 марганца. Медь. Навеску 3,798 г нитрата меди (СО · НО) помещают в стакан вместимостью 100 см, растворяют в бидистиллированной воде и количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см 3 .Добавляют 30 см раствора азотной кислоты (1:1) и доводят до метки 1%-ным раствором азотной кислоты. Полученный раствор имеет концентрацию меди – 1000 мкг/см 3 Свинец. Навеску 1,000 г металлического свинца помещают в стакан вместимостью 100 см, растворяют в 30 см азотной кислоты (1:1) и количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см. Доводят до метки 1%-ным раствором азотной кислоты. Полученный раствор имеет концентрацию 1000 мкг/см 3 свинца. Кадмий. Навеску 1,142 г оксида кадмия (СО) помещают в стакан вместимостью 100 см, растворяют в 20 см азотной кислоты (1:1) и количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см. Доводят объем до метки 1%-ным раствором азотной кислоты. Полученный раствор имеет концентрацию 1000 мкг/см 3 кадмия. Никель. Навеску 4,953 г нитрата никеля (КО) помещают в стакан вместимостью 100 см, растворяют в бидистиллированной воде и количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см, доводят объем до метки 1%-ным раствором азотной кислоты. Кобальт. Навеску 4,769 сернокислого кобальта (СоSО 4 НО) помещают в 124 стакан вместимостью 100 см, растворяют в бидистиллированной воде и количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см. Добавляют 50 см 3 азотной кислоты (1:1) и доводят до метки бидистиллированной водой. Полученный раствор имеет концентрацию 1000 мкг/см 3 кобальта. Железо. Навеску 8,635 г железоаммонийных квасцов (FеNН 4 (SО 4 ) 2 НО) помещают в стакан вместимостью 100 см, растворяют в 50 см 8%-ного раствора серной кислоты, количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см и доводят до метки бидистиллированной водой. Полученный раствор имеет концентрацию 1000 мкг/см 3 железа. Хром. Навеску 3,734 г хромата калия (К 2 СrО 4 ) помещают в стакан вместимостью 100 см, растворяют в бидистиллированной воде, количественно переносят в мерную колбу объемом 1000 см и доводят до метки 1%-ным раствором соляной кислоты. Полученный раствор имеет концентрацию 1000 мкг/см 3 Основные стандартные растворы хранят в герметичной посуде из стекла или полиэтилена высокого давления на рассеянном свету. Гарантированный срок хранения основных растворов - 1 год. Промежуточные стандартные растворы элементов готовят последовательным разбавлением основных растворов в 10 и 100 разной азотной кислотой. Эти растворы хранят в герметичной посуде не более 1 года. Стандартные растворы сравнения готовят из промежуточных растворов путем разбавления тем же раствором кислоты, проб. Содержание тяжелых металлов не должно выходить за пределы следующих диапазонов рабочих концентраций для железа, цинка и марганца – 0,1 – 5; для меди - 0,05 – 5; для хрома, никеля и свинца - 0,1 – 5; для кадмия - 0,02 – 1 мкг/см 3 . В рабочих диапазонах необходимо иметь по 3-4 стандартных раствора сравнения. Стандартные растворы сравнения могут быть как смешанными, таки моноэлементными. Растворы с концентрацией металла от 1 до 10 мкг/см 3 хранят в герметичной посуде не более 1 месяца, растворы с концентрацией 125 менее 1 мкг/см 3 должны быть свежеприготовленными. В качестве нулевого стандарта (бланк) используют 1%-ный раствор азотной или соляной кислоты, те. тот раствор, который применяли для растворения проб и разбавления растворов. Проведение измерений. Подготовку атомно-абсорбционного спектрофотометра к работе, его включение и выведение на рабочий режим осуществляют в соответствии с инструкциями по эксплуатации. Особое внимание следует уделить выполнению таких моментов, как • установление требуемой силы тока (на каждой лампе с полым катодом указаны оптимальная сила тока и максимально допустимая) и прогрев источника резонансного излучения не менее 30 минут • точная настройка монохроматора на резонансную линию по максимуму излучения при минимальной ширине щели, но проведение измерений при рекомендуемой ширине щели используют наиболее чувствительные линии поглощения элементов со следующими длинами волн цинк -213,9 нм, железо нм, кадмий нм, никель нм, свинец - 283,3 нм, кобальт - 240,7 нм, марганец - 278 нм, медь - 324,8 нм, хром -357,9 нм • юстировка источников резонансного и (если корректором фона служит дейтериевая лампа ив спектрофотометре отсутствует режим автокомпенсации) нерезонансного излучения • юстировка высоты горелки и ее положения относительно луча источника резонансного излучения • если в состав инструкций по эксплуатации прибора не включено Руководство для оператора с оптимальными аналитическими параметрами определения каждого элемента, то юстировку высоты горелки и соотношение ацетилен / воздух необходимо проводить вовремя прогрева горелки по максимуму абсорбции одного из стандартных растворов сравнения • прогрев включенной горелки перед началом измерений с одновременной ее промывкой бидистиллированной водой в течение 5 минут. 126 Техника измерений. Сначала распыляют в пламя нулевой стандарт (при экстракционном концентрировании - его экстракт) и устанавливают показания прибора на ноль. Затем в порядке возрастания концентрации измеряют абсорбцию стандартных растворов сравнения (или их экстрактов. В конце градуировки отмечают положение нулевой линии при распылении нулевого стандарта. После окончания градуировки прибора в пламя распыляют исследуемые растворы и измеряют величину абсорбции (практически во всех моделях современных атомно-абсорбционных спектрофотометров предусмотрен режим автопостроения градуировочного графика, что позволяет получать результаты измерений, как в величине абсорбции, таки в единицах концентрации. Измерение каждого раствора проводится не менее двух раз. Для проверки стабильности работы прибора через каждые 10 - 15 измерений исследуемых проб в пламя вводят нулевой стандарт и один из стандартных растворов сравнения. Если обнаружено отклонение от первоначально полученных значений величины абсорбции (или концентрации, то градуировку прибора проводят заново и повторно измеряют последние 10-15 проб. При прямом определении в исследуемых растворах кадмия, свинца, никеля, кобальта и хрома необходимо обязательно проводить коррекцию фонового поглощения. Обработка результатов.При наличии в приборе автоматизированной системы расчета концентрации по величине абсорбции результаты можно получить в единицах концентрации. При ручной обработке данных строят график зависимости величины абсорбции от концентрации. По градуировочному графику находят концентрацию определяемого металла в исследуемом растворе ив холостой пробе) и рассчитывают его содержание в пробе по формуле Х = ((С х – С) ∙ V ) / m, где С х - концентрация элемента в исследуемом растворе, мкг/см 3 ; С - концентрация элемента в холостой пробе, мкг/см 3 ; V - объем исследуемого раствора |