Спектроскопию в видимой и УФ-областях традиционно называют спектрофотометрией.Спектрофотометрия основана главным образом на измерении поглощения веществом монохроматических излучений (включая случаи использования приборов, имеющих упрощенный способ монохроматиза-ции с помощью светофильтров).
Метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии (ААС) основан на явлении селективного поглощения (абсорбции) резонансного излучения определяемого элемента атомным паром исследуемого вещества. Принцип метода иллюстрирует рис 7.
Происхождение ИК-спектров обусловлено колебательными движениями атомов в молекулах. При поглощении молекулой фотона с энергией меньше 80 кДж/моль электронного перехода не происходит, энергии хватает лишь на изменение колебаний атомов, вызывающих переход молекулы из одного колебательного состояния в другое. Различают несколько типов колебаний атомов в многоатомной молекуле: валентные (симметричные и антисимметричные) и деформационные. При валентных колебаниях изменяется длина связей (расстояние) между атомами, при деформационных - угол между связями без изменения их длины.
Основой поляриметрического анализа является свойство оптически активных веществ изменять угол вращения плоскости поляризации света. Это свойство обусловлено наличием в молекуле асимметричного атома углерода или других функциональных групп, обусловливающих пространственную асимметрию молекулы. Большинство углеводов, а также антибиотики, алкалоиды, эфирные масла и некоторые другие соединения оптически активны.
Атомно-эмиссионный анализ с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП) основан на возбуждении элементов средой высокотемпературного (11000 К) ионизированного аргона с последующей регистрацией их характеристических спектров эмиссии.
Гамма-кванты с помощью специальных детекторов преобразуются в электрические импульсы, амплитуда которых пропорциональна энергии гамма-квантов. Специальные многоканальные анализаторы сортируют импульсы по амплитуде. Результаты такой сортировки представляются в виде гамма-спектра, в котором отдельные линии характеризуют наличие того или иного химического элемента, а их величина пропорциональна его количественному содержанию. Процесс распада образовавшихся радионуклидов происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени, которое также можно использовать для повышения избирательности метода.
Этот метод используют для определения органического и неорганического углерода, азота и серы в почвах. Метод основан на сожжении пробы в токе кислорода и избирательной регистрации выделившихся окислов (углерода, азота и др.).
Хроматография - метод разделения, обнаружения и определения веществ, основанный на различии их поведения в системе из двух несмешивающихся фаз - подвижной и неподвижной. Это наиболее распространенный, надежный и универсальный прием разделения самых разнообразных смесей.
В зависимости от цели агрохимического анализа пробы почвы отбирают по-разному. Обычно берут смешанные почвенные образцы из пахотного слоя. Но в зависимости от поставленной задачи образцы отбирают либо по генетическим горизонтам профиля из разреза или буром через каждые 5, 10, или 20 см до определенной глубины.
Образцы почвы, отобранные в поле или в вегетационном домике, предварительно подсушивают на воздухе при комнатной температуре. Хранение сырых образцов ведет к значительным изменениям их свойств и состава, особенно в результате ферментативных и микробиологических процессов. Напротив, температурный перегрев сопровождается изменением подвижности и растворимости многих соединений.
Метод основан на испарении воды, поглощенной почвой (гигроскопическая влага), при нагревании навески почвы до температуры 105° С. Высушивание почвы при более высокой температуре может привести к обугливанию органических веществ и потере их веса одновременно с испарением влаги, что приведет к ошибке анализа.
Определение реакции почв относится к числу наиболее распространенных анализов как в теоретических, так и в прикладных исследованиях.Наиболее полная картина кислотных и основных свойств почв складывается при одновременном измерении нескольких показателей, в том числе титруемой кислотности или щелочности - фактор емкости и величины pH - фактор интенсивности.
Эта форма кислотности обусловлена содержанием свободных ионов водорода в почвенном растворе и измеряется по величине pH водной вытяжки из почвы. Этот вид кислотности непосредственно действует на корневую систему растений и на почвенные микроорганизмы.
Сущность метода заключается в извлечении обменных катионов водорода и алюминия из почвы раствором хлористого калия концентрации 1 моль/дм" при соотношении почвы и раствора 1 : 2.5 и последующем потенциометрическом титровании фильтрата гидроокисью натрия до pH 8,2.
Образовавшуюся кислоту оттитровывают щёлочью и рассчитывают величину обменной кислотности, обусловленную суммой ионов водорода и алюминия.На технических весах берут навеску массой 40 г воздушно-сухой почвы методом средней пробы. Переносят навеску в коническую колбу ёмкостью 150-300 см3. Приливают из бюретки 100 смл 1,0 н. КС1 (pH 5,6 -6,0). Взбалтывают на ротаторе 1 ч или взбалтывают 15 мин и оставляют на ночь.
Эта форма кислотности обусловлена ионами водорода, более прочно связанными в почвенном поглощающем комплексе и способными обмениваться на основания только в нейтральной или щелочной среде. Эти ионы водорода труднее замещаются на основания и вытесняются в раствор только гидролитически щелочными солями. В качестве гидролитически щелочной соли применяется уксуснокислый натрий, который в водном растворе образует слабо диссоциирующую уксусную кислоту и сильное основание - pH раствора 8,2.
Степень насыщенности почв основаниями - важный показатель для характеристики поглотительной способности почвы и степени её устойчивости к внесению удобрений, известкованию, антропогенному и техногенному воздействию.
Количество извести, необходимое для нейтрализации 1 мгэкв водорода в почве зависит от гранулометрического состава почв: на лёгких почвах оно будет меньше, а на тяжёлых - больше чем 1,5 т.Учитывая, что природные известковые материалы содержат определённую долю примесей в виде песка, глины, кремниевых осколков и т. п., вводят поправку на содержание чистого продукта.
Для вытеснения обменных катионов из ППК используются растворы хлористого аммония, хлористого натрия, хлористого калия и уксуснокислого аммония.Наиболее мягким вытеснителем является ацетат аммония. При взаимодействии его с кислыми, не насыщенными основаниями почвами образуется уксусная кислота, относящаяся к слабым кислотам и не оказывающая сильного разрушающего воздействия на почву. В случае использования в качестве вытеснителей хлоридов К, Иа, МН4+ образуется соляная кислота, относящаяся к разряду сильных кислот и способная переводить в раствор необменные формы катионов и значительные количества полуторных окислов.
По окончании вытеснения доводят объем раствора в мерной колбе до метки и перемешивают. В полученной вытяжке проводят определение обменного калия и натрия на пламенном фотометре, кальция и магния трилонометрически.
Конечная точка титрования достигается после того, как розовая окраска индикатора перейдет в фиолетовую.В основе комплексонометрического определения магния лежит способность ЭДТА извлекать Mg из его окрашенного комплекса с индикаторами эриохромом черным или хромогеном черным.
Приготовление вытяжки: 5 г воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с диаметром отверстия 1 мм, промывают декантацией одним из вышеперечисленных вытеснителей в колбу емкостью 500 см3 до потери фильтратом реакции на кальций. Затем доливают до метки дистиллированной водой и перемешивают.
Сущность метода заключается в извлечении обменного кальция и обменного (подвижного) магния из почвы раствором хлористого калия и последующем измерении поглощения света свободными атомами определяемых элементов, образующимися в пламени при введении в него анализируемого раствора. Для устранения влияния сопутствующих элементов, образующих с кальцием или магнием труднодиссоциируемые в пламени соединения, в атомизируемые растворы вводят избыток стронция.
Сущность метода заключается в титровании кальция трилоном Б при pH 12,5 - 13,0 с использованием в качестве индикатора хрома кислотного темно-синего или мурексида и магния при pH около 10 с использованием в качестве индикатора хрома кислотного темно-синего.
Сущность метода заключается в извлечении обменного (подвижного) магния из почвы раствором хлористого калия, получении окрашенного соединения магния с титановым желтым в щелочной среде и последующем фотометрировании окрашенных растворов. Для устранения влияния сопутствующих элементов используется триэтаноламин. Коагуляцию окрашенного соединения магния предотвращают с помощью поливинилового спирта или желатина.
В вытяжках ацетата аммония или хлорида аммония (приготовление см на стр. 84) проводится определение обменного натрия на пламенном фотометре.Прибавить дистиллированную воду до метки, хорошо перемешать и перелить в склянки для хранения.
Сущность метода заключается в извлечении обменного и растворимого натрия раствором уксуснокислого аммония концентрации 1 моль/дм" при соотношении массы пробы почвы и объема раствора 1 : 20 и последующем определении натрия в вытяжке на пламенном фотометре. Одновременно определяют растворимый натрий в водяной вытяжке и вычисляют обменный по разности.
Неблагоприятное влияние легкорастворимых солей на рост и развитие растений вызывается в основном повышением осмотического давления почвенного раствора по отношению к осмотическому давлению клеточного сока растений. В результате затрудняется поступление воды и растворенных в ней питательных веществ в корневую систему и ткани растения. Под влиянием засоления изменяются проницаемость и свойства клеточной плазмы, зольный состав растений, может увеличиваться поступление и избыточное накопление вредных легкорастворимых солей и уменьшаться поступление необходимых для нормального развития и роста питательных веществ. Вследствие изменения обмена веществ у растений на засоленных почвах может снизиться продуктивность фотосинтеза и т. д.
Как правило, при анализе водных вытяжек определяют щелочность, обусловленную карбонатами (С032‘), которые вызывают особенно значительное повышение значений pH и общую щелочность.В результате фенолфталеин обесцвечивается. Следует учитывать, что при титровании по фенолфталеину, согласно уравнению реакции, карбонат-ион оттитровывается лишь наполовину, т.е. до образования бикарбоната.
После определения щелочности от нормальных карбонатов, а при их отсутствии - непосредственно после добавления фенолфталеина (если не появилась окраска) в ту же колбочку приливают две капли метилоранжа и титруют 0,01 н. раствором Н2804 до перехода желтой окраски в оранжевую. Титрование проводят со свидетелем - колбочкой с водой и двумя каплями метилоранжа.
Следует учитывать, что в кислой среде возможно образование дихромата из хромата, а в щелочной - образование гидроксида серебра. Кроме того, различные анионы, присутствующие в вытяжке, и прежде всего С032 могут образовывать труднорастворимые осадки с ионом серебра.
Настоящие методы определения иона хлорида в водной вытяжке из засоленных почв используют при проведении почвенного, агрохимического, мелиоративного обследования угодий, контроля за состоянием солевого режима почв, а также при других изыскательских и исследовательских работах.
Сущность метода заключается в титровании иона хлорида в водной вытяжке раствором азотнокислого серебра, образующим с ионом хлорида труднорастворимое соединение. Для установления конечной точки титрования в раствор добавляют хромат калия, образующий с избытком серебра осадок, вызывающий переход окраски раствора от желтой к красно-бурой.
Сущность метода заключается в определении разности потенциалов хлоридного ионоселективного и вспомогательного электродов, значение которой зависит от концентрации иона хлорида в растворе. В качестве вспомогательного электрода используют насыщенный хлор-серебряный электрод. Для предотвращения загрязнения анализируемого раствора хлористым калием из солевого контакта вспомогательного электрода применяют переходную электролитическую ячейку, заполненную раствором азотнокислого калия концентрации 1 моль/дм3.
Сущность метода заключается в титровании иона хлорида в водной вытяжке раствором азотнокислого серебра, образующего с ионом хлорида труднорастворимое соединение. Индикацию конечной точки титрования проводят ионометрически с помощью хлоридного ионоселективного электрода.
По весу осадка судят о количестве сульфат-ионов.Объем вытяжки для анализа устанавливают предварительной пробой на сульфат-ион. Для этого берут в пробирку 10 см3 вытяжки, подкисляют несколькими каплями НС1 и прибавляют 1 см3 ВаС . После тщательного перемешивания нагревают раствор до кипения.
Предлагаемая модификация метода менее трудоемкая, чем классический гравиметрический метод определения сульфат-ионов по весу осадка сульфата бария.Метод основан на образовании труднорастворимых осадков Ва804 и ВаСЮ4, а также на способности хромат-иона переходить в дихромат.
Сущность метода заключается в осаждении иона сульфата раствором хлористого бария и взвешивании прокаленного остатка. Для предотвращения осаждения карбоната, фосфата бария и других соединений анализируемую пробу подкисляют соляной кислотой.
Сущность метода заключается в осаждении иона сульфата хлористым барием и турбидиметрическом определении его в виде сульфата бария. В качестве стабилизатора взвеси используют поливиниловый спирт или глицерин.
Основные физико-химические, физические и другие свойства солонцеватых почв и солонцов обусловлены присутствием ионов натрия в почвенном поглощающем комплексе. Пептизация ППК под воздействием ионов натрия приводит к тому, что они очень плотны в сухом состоянии и расплываются в бесструктурную клейкую и вязкую массу при увлажнении. Вследствие сильной вязкости солонцы очень долго не просыхают, а после высыхания снова становятся плотными и плохо впитывают осадки. Высокая плотность солонцовых горизонтов в сухом состоянии и вязкость во влажном препятствуют нормальной механической обработке их, затрудняют проникновение корней растений и влаги в нижележащие горизонты, резко ухудшают водный и воздушный режим почвы.
Принцип метода. Навеску почвы обрабатывают определенным количеством титрованного раствора гипса, кальций которого вытесняет натрий из поглощающего комплекса в раствор.По разности между взятым объемом щелочной смеси и количеством кислоты, пошедшей на титрование ее избытка, устанавливают количество щелочной смеси, эквивалентное количеству осажденного кальция гипса, не израсходованного на вытеснение поглощенного натрия. Количество же последнего эквивалентно пошедшему на его вытеснение кальцию и определяется по разности между содержанием кальция в исходном растворе гипса и в растворе после установления равновесия с почвой.
О степени солонцеватости почвы судят по содержанию поглощенного натрия в почвенном поглощающем комплексе. Для этого количество поглощенного натрия выражают в процентах от емкости поглощения, то есть находят, какую часть ее занимает натрий.
Содержание азота в гумусе для всех почв, кроме каштановых, сероземов и краснозёмов, равно примерно 5% (т.е. составляет 1/20 часть). В почвенных горизонтах с высоким содержанием органического вещества наблюдается определенное соотношение C:N, которое служит показателем обогащения гумуса азотом.
Определение азота. После разложения почвы колбу Кьельдаля слегка наклоняют и приливают в нее небольшими порциями при перемешивании круговыми движениями 30 - 40 cмJ дистиллированной воды. Суспензии дают отстояться 1 мин и затем переливают надосадоч-ную жидкость в отгонную колбу - плоскодонную колбу из термостойкого стекла вместимостью 1000 см3. Операцию повторяют несколько раз, доводя объем жидкости до половины объема отгонной колбы.
Определение азота. 1 см3 прозрачного раствора, полученного при разложении почвы, переносят дозатором в сухую плоскодонную или коническую колбу вместимостью 100 см . К раствору добавляют дозатором 45 см рабочего окрашивающего реактива и 2,5 см3 рабочего раствора гипохлорита. После добавления каждого реактива раствор перемешивают. Колбу с раствором оставляют на 1 ч для образования устойчивой окраски. Оптическую плотность окрашенного раствора измеряют относительно нулевого раствора в кювете с толщиной поглощающего слоя 1 см при длине волны 655 нм.
Предлагаемые ниже колориметрические методы аналогичны приведенным по ГОСТу 26107, но более удобны для проведения учебных практических лабораторных занятий.
В основу метода положено взаимодействие иона аммония со щелочным раствором ртутно-иодистого калия с образованием нерастворимого иодистого меркураммония.Метод очень чувствителен. Предельная концентрация, допускающая определение аммония, не должна превышать 0,15 см3 азота в 100 см3 раствора. Определению мешают катионы металлов. Для устранения этого в вытяжку перед добавлением реактива Несслера вносят комплексообразующий реактив.
Феноловый метод В основу метода положена реакция Бертло, в результате которой при взаимодействии аммиака с фенолом в присутствии окислителя гипохлорита натрия образуется индофенол, окрашивающий раствор в щелочной среде в синий цвет. Чувствительность метода такая же, как при использовании реактива Несслера.
Основное количество почвенного азота сосредоточено в органическом веществе почвы. Азот органического вещества почвы непосредственно недоступен для растений, поэтому об обеспеченности растений почвенным азотом судят по содержанию в почве минерального азота.
Окрашенный раствор колориметрируют на фотоколориметре.Отфильтровывают раствор через воронку с сухим складчатым фильтром, отбросив первую порцию фильтрата. Берут пипеткой 5-40 см" (в зависимости от ожидаемого количества азота) прозрачного раствора в мерную колбу на 50 см3. Если количество взятого испытуемого раствора меньше 20 см добавляют дистиллированной воды до объёма 20 см3.
Метод основан на определении концентрации нитратов в почве с помощью ионоселективного электрода в солевой суспензии 1%-го раствора алюмокалиевых квасцов при соотношении проба : раствор 1:2,5.Метод используют для определения нитратов во всех почвах, кроме засоленных.
Метод основан на извлечении нитритов из проб дистиллированной водой и взаимодействии их с альфанафтиламином и сульфаниловой кислотой в кислой среде с образованием азосоединения розово-красного цвета. Реакция специфична для нитритов.
Содержание фосфора в почвах колеблется от 0,01% - в бедных песчаных до 0,2% - в мощных высокогумусных почвах.Современные представления о фосфатном режиме почв основаны на том, что растения поглощают фосфор в основном в форме ортофосфатов, содержащихся непосредственно в почвенном растворе. Переход фосфатов в почвенный раствор из твердой фазы почвы - процесс динамичный, зависящий от целого ряда внешних и внутренних факторов: запаса всех форм природных фосфатов в соединениях разной степени прочности; остаточного количества фосфора от ранее внесенных удобрений; емкости поглощения почв в отношении фосфат-ионов; условий, влияющих на процесс трансформации фосфатов (температура, влажность, степень кислотности, катионный состав ППК и т.д.); деятельности корневой системы растений и других факторов.
Метод основан на сжигании почвы в смеси концентрированной серной и 50%-й хлорной кислот (10:1) и колориметрическом определении фосфора после осаждения железа по Уоррену и Пью (см. на с. 162).Поставить колбы на печь Кьельдаля и провести озоление до полного обесцвечивания раствора. Охладить колбу и перенести содержимое колбы Кьельдаля в мерную колбу на 100 (или 200) см3 промывая ее небольшими порциями дистиллированной воды. После охлаждения мерной колбы довести содержимое до метки и тщательно перемешать.
Смесь титровать 10%-ным раствором аммиака до момента резкого перехода синей окраски в красновато-лиловую (pH 6,8-6,9). При этом комплексное соединение железа и марганца удерживается в осадке.Примечание. Так как в этой реакции осаждается и фосфор, то для его растворения прибавить 2 н. раствор ШОН и отфильтровать.
Взбалтывают на ротаторе в течение 2 ч, затем оставляют для настаивания на 16 - 18 часов. Фильтруют в сухую посуду - получают раствор А (для определения содержания общего фосфора).Параллельно берут навеску 1 г почвы и помещают ее в колбу, приливают 50 см3 0,2 н. раствора Н2804, взбалтывают на ротаторе в течение 2 ч, затем оставляют для настаивания на 16 - 18 ч. Фильтруют в сухую посуду и получают раствор В (для определения содержания минерального фосфора).
Эффективное плодородие почв в отношении фосфатов определяется запасом подвижных форм фосфора. К этой группе относятся различные формы почвенных фосфатов, находящихся в динамическом равновесии «твёрдая фаза почвы о раствор». Степень доступности растениям подвижных фосфатов зависит от химических, физикохимических, физических свойств данного типа почвы, сезонной динамики её водного, воздушного и теплового режимов, биологической активности почвы, биологических особенностей возделываемых растений, применяемых удобрений и других факторов.
Метод считается стандартным для кислых почв Нечернозёмной зоны, основан на извлечении подвижных фосфатов из почвы 0,2 н. раствором HCl при соотношении «почва : раствор» =1 : 5.Для определения берут 3-5 см3 фильтрата, в зависимости от ожидаемого количества фосфора, в мерную колбу объёмом 50 см3 и приливают 20 - 25 см3 дистиллированной воды. Нейтрализуют раствор 5%-м раствором NH4OH под тягой по фенолфталеину (2-3 капли) до появления слабо-розовой окраски, перемешивают.
Данный метод используют для определения подвижных соединений фосфора и калия в подзолистых, дерново-подзолистых, серых лесных и других почвах, вскрышных и вмещающих породах лесной зоны, но он не распространяется на почвенные горизонты, содержащие карбонаты.
Метод принят стандартным для серых лесных почв и некарбонатных чернозёмов, основан на извлечении подвижного фосфора из почвы 0,5 н. раствором уксусной кислоты при соотношении почва : раствор = 1 : 25.
Метод принят стандартным для карбонатных чернозёмов, каштановых, бурых, коричневых почв и серозёмов.Метод основан на извлечении подвижных соединений фосфора и калия из почвы 1%-м раствором углекислого аммония с pH 9,0 при 25 ± 2°С. Соотношение почва : раствор = 1 : 20.
Метод принят стандартом для почв субтропической зоны (красноземов и желтоземов).На технических весах берут 4 г воздушно сухой почвы и помещают ее в колбу на 200 - 250 см3. Приливают 100 см3 0,1 н. серной кислоты, ставят на ротатор и взбалтывают в течение 3 минут, отфильтровывают.
Фосфор определяют из водной вытяжки при соотношении почва : вода =1:50 модифицированным методом.Из вытяжки центрифугируют примерно 30 см3 при числе оборотов не менее 3500 в мин в течение 10 мин. Мутный (с опалесценцией) раствор переносят в колбу на 50 см3 и взбалтывают с 0,1 г смеси активированного угля и ЫН4С1 при соотношении 1:1. После десятиминутного стояния раствор фильтруют через складчатый фильтр, лишенный фосфора.
Метод основан на определении концентрации ортофосфата в вытяжке 0,015 М раствора K2S04.Соотношение почва : раствор =1:5. Данная вытяжка извлекает из почвы в 1,5-2 раза больше фосфора, чем раствор 0,01 М СаС12.
Группа - группа фосфатов по .Полученную вытяжку фильтруют в мерную колбу на 200 см3. Почву на фильтре промывают небольшими порциями (по 10 см3) того же растворителя. Доводят объем до метки и перемешивают (это раствор А).
Метод основан на том, что навеску почвы обрабатывают последовательно различными растворителями.В практике агрохимических исследований наибольшее распространение получило фракционирование минеральных форм фосфатов по методу Чанга-Джексона.
Общее содержание калия в почвах находится в пределах от 1% - в дерново-подзолистых супесчаных почвах до 2,4% в мощных черноземах.Основная масса почвенного калия представлена различными калийсодержащими минералами: полевым шпатом, слюдами, лейцитом и др. Этот калий является практически недоступным для питания растений.
Водорастворимый калий в почве определяют для количественной характеристики содержания калия в почвенном растворе. Это калий, входящий в состав простых солей (хлоридов, сульфатов, нитратов и т.д.) находящихся в растворе в условиях естественной влажности, и сложных (силикатов и алюмосиликатов), переходящий в вытяжку при широком соотношении почва: вода.
В каждой почве между обменным и необменным калием существует динамическое равновесие. Поглощение растениями обменного калия приводит к реализации необменного калия и переходу последнего в обменное состояние. Таким образом, необменный калий является резервным в питании растений. При внесении калийных удобрений часть калия потребляется растением, а часть необменно закрепляется в почве. Фиксация калия усиливается при переменном увлажнении и высушивании почвы.
Этот метод рекомендован как стандартный для определения калия (и фосфора) в подзолистых, дерново-подзолистых и серых лесных почвах. Метод основан на извлечении калия и фосфора из почвы 0,2 н. раствором НС1 при соотношении почва : раствор =1:5. Содержание переведённого в раствор калия определяется на пламенном фотометре.
Метод рекомендован как стандартный для определения калия (и фосфора) в некарбонатных чернозёмах и серых лесных почвах, основан на извлечении калия и фосфора из почвы 0.5 н. раствором уксусной кислоты при соотношении почва : раствор = 1:25. Переведённый в раствор калий определяется на пламенном фотометре.
Метод основан на извлечении подвижных форм калия (и фосфора) из почвы 0,1 н. раствором серной кислоты при соотношении почва : раствор = 1:25.Метод принят как стандарт для определения калия (и фосфора) в красноземах, желтоземах и субтропических подзолистых почвах.
В первом случае идет извлечение более усвояемых форм необменного калия без разрушения минералов. Во втором случае разрушается не только почвенный поглощающий комплекс, но и ряд первичных минералов (слюды, полевые шпаты и др.).
Определение содержания калия в вытяжке провести на пламенном фотометре (см. с. 190-191).Одновременно в этой же почве провести определение обменного калия. По разнице между величиной содержания калия, переходящего в вытяжку 2,0 н. НС1, и содержанием обменного калия рассчитать величину необменного калия почвенных коллоидов и фиксированного калия удобрений.
Сера как микроэлемент в питании растений и типоморфный элемент для многих почвообразовательных процессов из-за многообразия форм связей и сложности их определения остается одним из наименее изученных элементов в агрохимии.
В зависимости от содержания серы в химический стакан берут аликвоту раствора или вытяжки, доводят объем до 100 - 150 см3. В засоленных сульфатами почвах соосаждение Ре3+ с сульфатом бария может оказать существенное влияние на результаты, поэтому из раствора предварительно удаляют полуторные окислы аммиачным способом.
Подготовка ионообменных колонок с катионитом в /Г -форме. Необходимый объем (из расчета 15 - 20 г на колонку) катионита КУ-2 или КУ-2,8 заливают 5 -10%-м раствором «х.ч.» НС1 и после тщательного перемешивания оставляют на 8 - 10 ч. Раствор через марлю сливают, а катионит заливают новой порцией такой же кислоты и после тщательного перемешивания сливают через марлю. Затем катионит отмывают бидистиллированной водой до отсутствия реакции на хлор с А§>Юз. Полученным катионитом заполняют колонки, состоящие из трубки объемом 25 — 40 см3 с расширением вверху и крана на суженной части внизу. Перед загрузкой катионита в суженную часть колонки над краном закладывается стекловата или асбест для тиглей Куча.
Метод основан на титровании сульфат-ионов раствором ВаС12 для связывания их в нерастворимую соль Ва504. Конец титрования устанавливается по голубому окрашиванию, устанавливающемуся при избытке ионов бария в среде 50%-го водно-ацетонового или водно-спиртового раствора при pH 1,7 - 2,0 в присутствии нитхромазо.
Наиболее старые фотометрические методы определения сульфатов, интерес к которым из-за простоты сохраняется и сейчас, являются нефелометрическими или турбидиметрическими, основанными на измерении степени помутнения раствора при наличии малых концентраций сульфатов при взаимодействии с барием.
Оптическую плотность измеряют при длине волны 644 нм относительно холостого опыта со всеми применяемыми реактивами с дистиллированной водой в кювете с толщиной просматриваемого слоя 1 или 2 см.По значению оптической плотности находят содержание серы, пользуясь калибровочными графиками.
Содержание серы определяют по калибровочному графику, построенному в пределах от 0,5 до 500 мкг серы по определенному варианту.
Метод основан на изменении интенсивности окраски хромата, высвобождающегося при взаимодействии хромата бария с сульфат-ионами, содержание которого эквивалентно содержанию сульфата.В мерную колбу на 25 см помещают до 15 см3 исследуемого раствора, содержащего до 5 мг серы, прибавляют 5 см 1% -го раствора хромата бария, перемешивают и оставляют на водяной бане на 30 мин. Затем раствор нейтрализуют 5%-м раствором щелочи, не содержащей карбонатов, по внешнему индикатору до нейтральной pH, доводят до метки, перемешивают и центрифугируют при 2000 об./мин. Супернотант фотометрируют относительно воды при 373 нм.
Взвесь BaS04 получают в солянокислой среде. Помутнение сначала усиливается, но через 10-15 мин стабилизируется. При длительном стоянии возможно выпадение взвеси в осадок, поэтому образцы и стандарты фотометрируют через одно и то же время. Метод очень простой и быстрый, но недостаточно точный и чувствительный.
Данный метод определения подвижной серы используют при проведении почвенного, агрохимического, мелиоративного обследования угодий, контроля за состоянием почв, а также при других изыскательских и исследовательских работах.
При pH 3,8 - 4,8 образуется а-кремнемолибденовая кислота, которую восстанавливают смесью Бп(1У), аскорбиновой и щавелевой кислот, не восстанавливая избытка реагента.
Содержание и состав органических соединений в почвах агроэкосистем оказывают огромное влияние практически на все свойства и функции этих почв. Особую роль при этом играют специфические почвенные органические соединения - вещества гумусовой природы. Влияние гумусовых веществ на плодородие почв чрезвычайно многообразно. Присутствие в почве достаточного количества гумусовых веществ способствует формированию прочной структуры почвы и обеспечивает таким образом благоприятный водно-воздушный режим. Гумусовые вещества придают почве буферность в отношении элементов питания растений, особенно азота. Высокий уровень микробиологической активности почв также поддерживается высоким уровнем содержания гумуса. Таким образом, гумус является важным показателем плодородия почвы. Гумусовые вещества играют огромную роль в предотвращении или снижении поступления в растения различных загрязняющих веществ (тяжелых металлов, остаточных количеств пестицидов и т.д.).
Наиболее часто при оценке гумусного состояния почвы определяют общее содержание в почве веществ гумусовой природы. Прямое гравиметрическое определение органических веществ почвы не применяется из-за множества возникающих при этом затруднений: сложности выделения органических веществ, прочно связанных с минеральной частью почвы, возможного изменения их состава в процессе экстракции, а также из-за трудоемкости анализа, что немаловажно для такого широко используемого определения. Поэтому для оценки содержания гумуса в почве прибегают к косвенным методам, основанным на разложении гумуса почвы до углекислого газа и воды. В ходе анализа определяют количество углерода, содержавшегося в органическом веществе, подвергшемся разложению. Таким образом, эти методы основаны на предположении о том, что состав органических веществ в почве относительно постоянен и по количеству углерода, входящего в состав гумуса, можно судить о содержании последнего. Несмотря на такое, казалось бы, смелое допущение, этот подход является единственным принятым в аналитической практике для определения содержания гумуса в почвах и, как правило, в применении к большинству используемых в сельском хозяйстве почв дает достаточно корректные оценки этого показателя.
Из взятого в поле и доведенного до воздушно-сухого состояния образца берут среднюю пробу почвы массой около 50 г. Корни и видимые глазом органические остатки тщательно отбирают пинцетом. Раздавливают почвенные комки и вновь тщательно отбирают корешки, используя лупу. Почву растирают в агатовой или фарфоровой ступке и отбирают среднюю аналитическую пробу массой около 5 г, которую пропускают через сито с диаметром отверстий 1 мм, и вновь отбирают корешки. В процессе отбора корешков надо неоднократно перемешивать почву и вновь распределять ее тонким слоем.
Определение углерода органических соединений по Тюрину содержит несколько потенциальных источников ошибок. Во-первых, полнота окисления органического вещества на плитке сильно зависит как от времени сжигания, так и от интенсивности кипения. Во-вторых, определение содержания углерода по остаточному количеству бихромата калия требует приливания к навеске почвы точного количества хромовой смеси. Поэтому эта модификация требует от аналитика особой тщательности проведения всех операций.
Гумусовые вещества - гетерогенная система органических соединений сложного состава и строения. Поэтому всякая методика разделения гумуса на фракции до известной степени условна.В основе изучения качественного состава гумуса лежит методика И.В. Тюрина, основанная на выделении в раствор различных групп и фракций гумусовых веществ. Метод Тюрина известен в настоящее время в нескольких модификациях. Приводимая здесь модификация Пономаревой-Плотниковой отличается от основной методики Тюрина тем, что длительная попеременная обработка почвы кислотой и щелочью для выделения прочно связанных гумусовых веществ заменена однократной обработкой 0,02 н. раствором ЫаОН при нагревании, что предотвращает гидролиз гуминовых кислот в процессе экстракции.
Из воздушно-сухого образца почвы берут среднюю аналитическую пробу весом 100 г. Так же как и при подготовке почвы для определения общего содержания гумуса, очень важно тщательно выбрать из почвы неразложившиеся растительные остатки (см. на с. 211). По мере отделе» ния корешков почву аккуратно раздавливают в ступке и просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм.
В эту вытяжку переходят свободные и предположительно связанные с подвижными полуторными окислами гумусовые кислоты -фракция 1 ГК и фракции 1 и 1а ФК (табл. 19).В коническую колбу на 300 - 400 см берут навеску почвы от 2,5 до 20 г в зависимости от содержания в почве гумуса. Определение содержания гумуса должно предшествовать определению его качественного состава, так как величина навески устанавливается исходя из его процентного содержания в почве.
В почвах определяют валовое содержание и подвижные формы микроэлементов.Методы подготовки проб для определения валового содержания микроэлементов основаны на полном разложении почвы (сжигании органического вещества и разрушении минеральной части до образования легкорастворимых солей) и переведении ее в раствор.
Получение метабората лития: 17 г карбоната лития (ЫС03) смешивают с 10 г борной кислоты (Н3В03) в платиновой чашке, помещают в холодную муфельную печь, постепенно поднимают температуру до 400°С и выдерживают при ней 4 ч. Охлажденный продукт растирают и хранят в бюксе.
На аналитических весах берут навеску массой 1 - 2 г тонко растертой (до пудры) почвы, помещают ее в фарфоровую (кварцевую) чашку и прокаливают 2 - 3 ч. при 450 - 500°С в муфельной печи. Определяют потерю веса после прокаливания.
Воздушно-сухую почву, пропущенную через сито 1 мм взвешивают на технических весах и помещают в конические колбы объемом 150 см3, почву заливают 1 М раствором соляной или азотной кислоты при отношении почвы к раствору 1:10. Время взаимодействия почвы с раствором 1 ч при взбалтывании на ротаторе. Взбалтывание можно заменить 24-часовым настаиванием.
В агрохимических исследованиях наиболее информативным показателем состояния микроэлементов является содержание их подвижных форм. Именно на основании данных о количестве подвижных форм судят об обеспеченности почв (и сельскохозяйственных культур) микроэлементами.
Подвижные формы соединений Мп, 2п, Си, М, Сс1, РЬ, Со в почвах извлекают ацетатно-аммонийным буферным раствором с pH 4.8. Отношение почвы к раствору 1:10, время взаимодействия 1 ч при взбалтывании на ротаторе или настаивание в течение суток. Метод пригоден для некарбонатных и для карбонатных почв, принят агрохимической службой для оценки обеспеченности почв микроэлементами.
Приготовление растворов для анализа Определение содержания тяжелых металлов методом пламенной атомной абсорбции производят в растворах, которые иногда следует разбавить или концентрировать.Концентрирование проб проводят в случае, если в них концентрация определяемого элемента находится вблизи или ниже предела обнаружения, а необходимо получить точные значения содержания элемента в образцах. Если в приборе отсутствует корректор фонового поглощения, следует концентрировать анализируемые растворы при определении свинца, кадмия, никеля и кобальта.
Метод основан на извлечении соединений элемента из почвы и измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами цинка.Содержание подвижного цинка в большинстве используемых вытяжек определяют атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена в разделе I, на с. 14-22. При определении цинка в вытяжке 1 М раствора КС1 из-за высокой концентрации соли нарушается нормальное распыление раствора и горение пламени. Для устранения указанного явления необходимо предварительно разбавить вытяжку, использовать трехщелевую горелку на атомно-абсорбционном спектрофотометре и учитывать неселективное поглощение с помощью корректора фона.
Метод основан на извлечении из почвы соединений элемента и измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами меди.Содержание подвижной меди в большинстве используемых вытяжек определяют атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен-воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена в разделе I на с. 14-22.
Метод основан на извлечении соединений элемента из почвы и измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами марганца.Содержание подвижного марганца в большинстве используемых вытяжек определяют атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена на с. 14-22.
Полученные растворы не ранее чем через 2 мин и не позднее чем через 20 мин после прибавления аммиака фотометрируют в кювете с просвечивающим слоем 1 см относительно воды при длине волны 490 нм или используют светофильтр с максимумом пропускания в области 450 -500 нм. Если значение оптической плотности анализируемого раствора превышает значение оптической плотности последнего раствора сравнения, вытяжку разбавляют экстрагирующим раствором и повторяют определение.
Метод основан на извлечении из почвы соединений элемента, получении окрашенного комплекса кобальта с 2-нитрозо-1-нафтолом и измерении оптической плотности раствора. Окрашенные органические вещества в вытяжке разрушают в процессе выпаривания с окислителями. С помощью цитрата устраняют мешающее влияние двухвалентного железа. Окрашенные соединения трехвалентного железа и меди с 2-нитрозо-1-нафтолом разрушают смесью азотной и фосфорной кислот.
Метод основан на извлечении соединений элемента из почвы, получении окрашенного комплекса молибдена с дитиолом, экстракции его хлороформом и измерении оптической плотности экстракта (экстракт окрашен в зеленый цвет). Устранение мешающего влияния железа достигается введением аскорбиновой кислоты. Добавление лимонной кислоты предотвращает взаимодействие дитиола с вольфрамом. Мешающее влияние меди устраняют путем связывания ее в комплекс и иодидом.
Градуировочный график строят по результатам измерения растворов сравнения в координатах Е)-С, где Б - значение оптической плотности (по оси ординат). С - концентрация молибдена в растворах (по оси абсцисс).
Метод основан на извлечении бора из почвы горячей водой, получении окрашенного комплекса бора с хинализарином (голубого цвета) и измерении оптической плотности раствора. Для коагуляции почвенных коллоидов в воду добавляют сернокислый магний или сернокислую медь. С целью минерализации органических соединений, мешающих определению, вытяжку предварительно обрабатывают перекисью водорода и выпаривают после подщелачивания на водяной бане досуха. Подщелачивание вытяжки позволяет избежать потерь в результате испарения соединений бора. Сухой остаток растворяют в подкисленном растворе гипофосфита с целью устранения мешающих влияний остатков перекиси водорода, а также железа (III) и нитратов.
Метод основан на извлечении бора из почвы горячей водой, получении окрашенного комплекса бора с кармином (синего цвета) и измерении оптической плотности раствора. Для коагуляции почвенных коллоидов в воду добавляют сернокислый магний или сернокислую медь. С целью минерализации органических соединений, мешающих определению, вытяжку предварительно обрабатывают перекисью водорода и выпаривают после подщелачивания на водяной бане досуха. Подщелачи-вание вытяжки позволяет избежать потерь в результате испарения соединений бора. Сухой остаток растворяют в подкисленном растворе гипофосфита с целью устранения мешающих влияний остатков перекиси водорода, а также железа (III) и нитратов.
Метод основан на извлечении соединений элемента из почвы (переведении их в раствор) и измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами свинца.Содержание свинца в используемых вытяжках можно определять атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен-воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена в разделе I на с. 14 - 22.
Метод основан на извлечении соединений элемента из почвы (переведении их в раствор) и измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами кадмия.Содержание кадмия в используемых вытяжках можно определять атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Способы извлечения валового содержания и подвижных форм кадмия, а также техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведены в разделе I на с. 14-22.
Метод основан на извлечении соединений элемента из почвы (переведении их в раствор) и измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами никеля.Содержание никеля в используемых вытяжках можно определять атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена в разделе I на с. 14 - 22.
Метод основан на извлечении соединений элемента из почвы (переведении их в раствор) и измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами хрома.Содержание хрома в используемых вытяжках можно определять атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена в разделе I на с. 14 - 22.
Метод основан на извлечении соединений элемента из почвы (переведении их в раствор) и измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами ртути. Для получения атомного пара ртути осуществляют восстановление в растворе химически связанной ртути до металлической, перевод ее в газовую фазу потоком воздуха и продувку этого воздуха с парами ртути через атомизатор (кварцевую трубку). Приводимая ниже методика является модификацией атомно-абсорбционного метода определения ртути с использованием отечественного ртутного анализатора типа «Юлия».
Метод основан на извлечении соединений элемента из почвы (переведении их в раствор), отделении мышьяка от основной массы пробы дистилляцией арсина, образовании окрашенного в синий цвет («молибденовая синь») мышьяково-молибденового комплекса и измерении оптической плотности раствора. Установка для дистилляции арсина показана на рис. 20.
Определение общего содержания фторидов и их водорастворимых форм основано на извлечении их из почвы, измерении активности ионов фтора на фоне буферного раствора (хлорида натрия и нитрата лантана с pH 5,8) с использованием фторидного электрода. Мешающее влияние железа (III) и алюминия устраняют путем маскирования ЭДТА и ацетат-ионами. Определению фторидов мешают катионы, образующие прочные фторидные комплексы (торий, цирконий).
Метод основан на извлечении соединений фтора из почвы, получении окрашенного в синий цвет тройного комплексного соединения фтора с ализаринкомплексоном и нитратом церия и измерении оптической плотности раствора. Для устранения мешающих веществ из анализируемого раствора (почвенной вытяжки или разложенной и переведенной в раствор пробы почвы) соединения фтора отгоняют дистилляцией.
Метод основан на извлечении хлоридов из почвы водной вытяжкой и ионометрическом титровании хлоридов раствором азотнокислого серебра, в процессе которого ионы серебра связываются хлорид-ионами в труднорастворимое соединение. Для установления конечной точки титрования используют электродную пару, состоящую из индикаторного хлорид-селективного электрода и вспомогательного насыщенного хлор-серебряного электрода с электролитическим ключом, заполненным раствором азотнокислого калия.
Почвенный воздух имеет большое значение для почвенных процессов и роста растений. Он участвует в химических и биохимических процессах, протекающих в почве, оказывает влияние на окислительновосстановительные условия в почве, ее реакцию и растворимость химических компонентов. Почвенный воздух важен для углеродного питания растений (более половины углекислого газа, идущего на формирование урожая сельскохозяйственных культур, потребляется растениями из почвы). Его состав изменяется во времени и по профилю почвы, зависит от внесения органических и минеральных удобрений, вида растений, биологической деятельности почвы, гидротермических условий и т. д.
Метод основан на определении интенсивности дыхания почвы по учету количественных изменений углекислого газа в атмосфере почвы с помощью широкогорлых конических колб (рис. 21).Одновременно с опытными колбами ставят контрольные с гидратом окиси бария, но без почвы для учета углекислого газа воздуха в колбе. Колбы периодически встряхивают для разрушения образовавшейся пленки карбоната бария. После экспозиции избыток гидрата окиси бария оттитровывают 0,05 М раствором НС1 по фенолфталеину.
Вычитая (IV) из (V), получаем С2- С; - (СС,) е 1)1 н. Последующие преобразования приводят к формулам, позволяющим рассчитать D и F по значениям С„, С/ и С2.Фиксация молекулярного азота - одна из главных функций микроорганизмов в биосфере Земли. Благодаря ей, был создан и ныне поддерживается азотный статус всех наземных и водных экосистем. Несмотря на успехи в производстве минеральных азотных удобрений, свою потребность в азоте человечество более чем на 2/3 покрывает за счет его биологических источников.
Инкубация с ацетиленом предполагает в качестве обязательного условия быстрое и равномерное перемешивание газов в исследуемой системе. Последней может быть образец почвы нарушенного или естественного (монолит) сложения, участок почвы известной площади, вегетационный сосуд с растениями и пр. Благодаря хорошей растворимости ацетилена в воде это условие хорошо выполняется для водных и песчаных культур растений, для почв легкого механического состава. Более сложно протекает газообмен в почвах тяжелого механического состава и в переувлажненных почвах, что приводит к недооценке реальной интенсивности азотфиксации. Одним из способов усиления газообмена является принудительная подача ацетилена в толщу почвы.
Потенциальную активность азотфиксации определяют в свеже-отобранных или воздушно-сухих образцах почв. Для этого 5 г освобожденной от корешков и просеянной через сито с диаметром ячеек 1 мм почвы помещают в пенициллиновый флакон, вносят 2% глюкозы (от массы абсолютно сухой почвы) и увлажняют стерильной водопроводной водой до влажности примерно 80% от полной влагоемкости. Почву тщательно перемешивают до получения однородной по влажности массы, закрывают флакон ватной пробкой и инкубируют в течение суток при 28°С.
Денитрификация - микробиологический процесс, играющий важную роль в азотном балансе почв. Существуют различные приемы оценки денитрифицирующей активности почвы. Широко известным способом определения активности денитрификации в почве является метод балансовых расчетов с определением концентрации азота в почве перед началом инкубации почвы и после ее окончания. При этом пользуются традиционными методами определения азота в почве (метод Кьельдаля), что делает определение очень трудоемким, непроизводительным и малопригодным для массовых анализов. Способ определения денитрифицирующей активности почвы путем измерения концентрации нитратов в почве с помощью ионоселективных электродов является производительным, но малочувствительным методом, что делает определение активности денитрификации в почве неточным. Способ с применением изотопа 15К требует наличия специальной техники для его фракционирования. В практике микробиологических исследований широкое применение получили газохроматографические методы определения активности денитрификации по скорости эмиссии газообразных продуктов денитрификации из почвы.
В каждый флакон вводят 1,5 смл ацетилена, предварительно отобрав из флакона адекватный объем газа. Флаконы встряхивают в течение 30 - 60 с, переворачивают пробкой вниз и инкубируют при 28°С в течение 24 ч. По истечении этого времени ведут анализ газовой пробы на газовом хроматографе.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НИТРИФИЦИРУЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВЫ Активность протекания нитрификации является важным показателем микробиологического состояния почвы. Высокая нитрифицирующая активность характерна для окультуренных почв, в которых достаточное содержание азота, хорошая аэрация, реакция среды близка к нейтральной. Эти условия благоприятны для роста большинства сельскохозяйственных растений, и поэтому интенсивность нитрификации указывает на хорошую окультуренность почвы. Вместе с тем активное протекание нитрификации в почвах крайне нежелательно, так как ведет к потерям азота в форме нитратов, вымывающихся из почвы в грунтовые воды, газообразных соединений и к повышению содержания нитратов в сельскохозяйственной продукции.
Почти весь азот почвы находится в форме органических веществ (перегной, бактерии, корни и пожнивные остатки растений). На долю минерального азота почвы приходится не более 1 - 3% от общего его количества. Наряду с поступлением в почву окисленного или связанного в виде аммиака азота с осадками, удобрениями и фиксированного микробами в почве идет минерализация органических азотсодержащих соединений при определенных условиях. Только с помощью микроорганизмов происходит переход азота из органических соединений в минеральный азот.
На технических весах из компоста берут навеску 50 г почвы и переносят в колбу на 250 - 300 см3. Добавляют 0,5 г мелко растертого активированного угля. Приливают цилиндром 250 cmj дистиллированной воды и сразу же взбалтывают 5 мин.
Аппликационные методы разработаны и рекомендованы для определения биологической активности почв в зависимости от применения минеральных и органических удобрений, известкования, способов обработки почвы, севооборотов и других факторов.
Стерильную неотбеленную тонкую льняную ткань пришивают к полимерной пленке (ширина отрезка пленки 10 см). Длина зависит от исследуемого горизонта: для пахотного - 20-25 см. Пленку стерилизуют спиртом, а ткань проглаживают утюгом. К вертикальной стенке свежего почвенного разреза на глубину 25-30 см плотно прижимают полотно, придавливают почвой, разрез засыпают. Верхний край ткани должен быть погружен в почву на 3 - 5 см. Повторность опыта 3 - 5-кратная.
Стеклянные пластинки размером 10x30 см обшивают полосами хлопчатобумажной ткани, стерилизуют в автоклаве (работают в резиновых перчатках во избежание попадания аминокислот и белков с кожи рук).После извлечения из почвы пластинки с тканью очищают щеточкой от комочков почвы. Полоски ткани опрыскивают 0,5% раствором нингидрина в ацетоне. Ткань высушивают при комнатной температуре в течение 24 ч до полного проявления окраски. Если необходимо исследовать слои почвы 0 - 10, 10 - 20 и 20 - 30 см, ткань разрезают на соответствующие полоски. Из ткани вырезают квадраты 5x5 см, измельчают ножницами на лоскутки размером 0,25 х 1 см2. Лоскутки ссыпают в колбу на 50 смл с притертой пробкой, приливают цилиндром 20 см3 75%-го этанола, встряхивают на ротаторе 10 мин.
Предлагаемый метод модифицирован и апробирован на кафедре агрохимии МГУ Е.Х. Ремпе и Л.П. Ворониной.Метод основан на высокой отзывчивости семян редиса на токсические вещества. Расчет ведется путем учета снижения длины корней проростков семян в растворах препаратов вытяжек из анализируемых образцов почвы, сока корневой системы и конечной продукции по сравнению с контролем, выраженное в процентах. В полевых условиях при определении суммарной токсичности контролем должен служить образец, отобранный с варианта опыта без применения химических средств защиты растений.
Ферменты - биологические катализаторы белковой природы, которые играют важнейшую роль в обмене веществ, регулируя биохимические процессы. Они синтезируются микрофлорой, высшими растениями и поступают в почву с их прижизненными выделениями, после отмирания и лизиса микробных клеток и растительных остатков. Ферменты, выделяемые в почву, значительное время сохраняют активность благодаря фиксации (иммобилизации) илистой и пылеватой фракциями почв, ее органическим веществом.
Почву для определения активности ферментов отбирают в поле или из вегетационных сосудов по общепринятой методике. Для определения ферментов в свежих образцах из почвы необходимо удалить корни растений, так как ферменты, содержащиеся в их тканях, исказят результаты определений. Эту операцию выполняют пинцетом. Далее почву просеивают через сито диаметром отверстий 0,25 мм (при этом отделяются более мелкие корни) и сразу приступают к анализу.
Ферменты, относящиеся к классу оксидоредуктаз, катализируют окислительно-восстановительные реакции, играющие ведущую роль в биохимических процессах в клетках живых организмов и в почве.Активность окислительно-восстановительных ферментов находится в корреляционной зависимости с основными физико-химическими свойствами, микробиологическими процессами в почве, нитрификацией, сульфофикацией.
Гидролазы представлены весьма обширной группой ферментов. Наибольшее значение имеют те из них, которые расщепляют сложноэфирные, глюкозидные, пептидные, кислотно-ангидридные и некоторые другие связи в органических соединениях. Участвуя в реакциях гидролитического распада высокомолекулярных органических соединений, они играют, важную роль в обогащении почвы подвижными и доступными растениям и микроорганизмам питательными веществами.
Отбор растительной пробы ответственный этап работы, требует определённых навыков и опыта. Ошибки при отборе пробы и подготовке к анализу не компенсируются качественной аналитической обработкой собранного материала.
Сохранение органических и зольных веществ в растительных пробах в количествах, близких к их естественному состоянию, осуществляется за счёт фиксации. В настоящее время применяется температурная фиксация и лиофильная сушка, при которой растительные ферменты сохраняются в активном состоянии, а белки не денатурируют.
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. Образцы для размола можно предварительно измельчить Ножницами. Для размола объёмных образцов, весом более 30 г используют лабораторные мельницы ПРП-1, для размола небольших проб используют бытовые кофемолки типа «Пируэт». При очень малых количествах растительные пробы можно измельчить в фарфоровой ступке с последующим пропусканием материала через сито.
Сухое вещество растений содержит в себе как органические, так и минеральные соединения. Последние остаются после сжигания органического вещества в виде «сырой» золы и составляют в среднем от 5 до 15% сухого вещества растений. «Сырой» золу называют потому, что в ней, помимо зольных элементов растений, содержатся некоторые примеси - углистые частицы, песчинки, плохо смытая почва.
В основу метода положены реакции гидролиза и окисления органических веществ растений смесью серной и хлорной кислот в соотношении 10:1 при нагревании. Основным окислителем является хлорная кислота (НСЮ4).
Азот, поглощённый растением в процессе вегетации, распределяется по органам растений неравномерно. 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.
Процесс осаждения белкового азота можно ускорить, используя в качестве осадителя 50%-ю трихлоруксусную кислоту (СС13СООН), при этом сильно снижается объём осадка. Метод широко применяется при массовых анализах.
Осадок белка в пробирке растворяют в щелочи, для этого при» ливают 5 см3 1 н ЫаОН, растирают стеклянной палочкой и разбавляют раствор водой до 0,1 н. концентрации по щелочи. Количество воды можно рассчитать по контрольной пробирке без осадка. Далее раствор фильтруют через бумажный или стеклянный фильтр для отделения клетчатки, песка и других примесей.
При анализе белков из вегетативных органов растений происходит быстрое окисление тиразиновых остатков полифенолоксидазами, попадающими в экстракт при измельчении тканей. Внешнее проявление ферментативного окисления полифенолов фиксируется по побурению экстракта. Побурение в экстракте устраняют введением в экстрагирующий раствор «защитных добавок» с восстановительными свойствами -аскорбиновую кислоту, ЭДТА и др.
Количество амидов вычисляют, умножая найденное количество аммиака на 9,42 - для аспарагина и на 10,42 - для глютамина. Расчет на амиды носят условный характер, так как в растениях присутствуют оба амида сразу. Для высших растений пересчет обычно делается на аспарагин, а для грибов пересчет можно делать на мочевину.
Белки в водной вытяжке осаждаются с помощью 4%-го раствора танина. В зависимости от растительного материала на 100 см3 вытяжки расходуется 3-6 см"1 раствора танина, раствор тщательно перемешивают и оставляют на ночь на холоду для осаждения белков.
Принцип метода: аминокислоты переводят в растворимые медные соли. Содержание меди в растворе определяют по ферроцианиду меди [СиРе(СЫ)6], который при малых концентрациях дает слабо-розовую окраску. Интенсивность окраски измеряется на колориметре.
Метод пригоден для анализа растительных эмбриональных тканей, бактериальной массы, нуклеопротеидов. Вещества, содержащие пуриновые основания, подвергаются гидролизу, свободные пурины осаждаются закисью меди. После сжигания осадка закиси меди определяют азот по микрокьельдалю.
Аминокислоты, полипептиды и белки в основном являются амфо-терными соединениями, благодаря одновременному присутствию амино-и карбоксильных групп.Титрование таких соединений щелочью в водно-спиртовой среде подавляет диссоциацию аминных группировок, вследствие чего нейтральные в водных растворах эти вещества приобретают кислые свойства за счет присутствия в спиртовом растворе карбоксильных групп. Карбоксильные группы могут быть оттитрованы щелочью.
На аналитических весах с помощью пробирки взять точную навеску воздушно-сухого материала в пределах 1 ± 0,0001 г и поместить в химический стакан объёмом 150 - 200 cmj. Если определение проводится из свежего растительного материала, берётся навеска свежего растительного материала 10 г с одновременным определением влажности. Прилить цилиндром 125 см3 дистиллированной воды, опустить в стакан палочку с резиновым наконечником.
Скорость определения азота значительно увеличивается при наличии в лаборатории аппарата микрокьельдаль (рис. 26). Аппарат имеет стационарный парообразователь, нагрев от электросети.Во время загрузки аппарата А, аппарат Б должен находиться в режиме отгона или клапаны 4 и 5 второго аппарата должны быть открыты.
Применение азотных удобрений, особенно в повышенных дозах, способствует изменению не только выноса азота растениями, но и накоплению и изменению состава образующихся в тканях растений азотистых веществ, в том числе небелковых - нитратов и нитритов.
Принцип метода состоит в последовательном извлечении фосфора сахарофосфатов, фосфолипидов, нуклеиновых кислот и фосфопротеидов из одной навески вегетативной массы системой экстрагентов при разном временном и температурном режиме, последующем озолении полученных растворов смесью концентрированных кислот серной и хлорной и приготовлении растворов, содержащих фосфор в минеральной форме.
Навеску 2 - 4 ± 0,002 г измельченного свежего растительного материала или фиксированного жидким азотом, или свежезамороженного берут на аналитических весах с одновременным определением содержания абсолютно сухого вещества в стеклянных бюксах. При анализе сухого материала навеска 0,3 - 0,5 ± 0,001 г.
Так как часть кислоторастворимого фосфора связана в виде сахарофосфатов необходимо провести озоление органического вещества. В колбу Кьельдаля помещают 25 или 50 cмJ раствора А, упаривают объем до 5 - 7 cмJ на электроплитке, охлаждают, приливают 5 см3 концентрированной серной кислоты, продолжают озоление до обесцвечивания раствора.
Для окрашивания раствора в мерную колбу добавляют 1 cмJ сульфатмолибденовой жидкости, перемешивают и приливают 3 капли восстановителя - раствора хлористого олова, снова тщательно перемешивают, доводят раствор до метки.
Снимают фильтр с осадком и переносят его на стеклянную воронку с коротким и широким носиком. Воронку вставляют в ту же коническую колбу, разворачивают фильтр и раскладывают его по краю воронки, прижимая фильтр к стеклу. Из промывалки осадок полностью смывают в коническую колбочку смесью растворов (спирт : эфир = 3:1), используя 20 cмJ экстрагента, перемешивают от руки или стеклянной палочкой, закрывают пробками и оставляют на ночь при комнатной температуре, т.е. около 20°С. После этого надосадочную жидкость методом декантации сливают через стеклянную воронку в колбу Кьельдаля объемом 100 -150 cмJ с широким горлом.
Осадок в конической колбе после извлечения фосфолипидов обрабатывают 20 см3 1 н. хлорной кислоты, тщательно перемешивают, закрывают плотно пробками (только стеклянными или обернутыми фольгой резиновыми) и ставим колбы в холодильник в конце рабочего дня на 17 часов при I = 3°С.
Раствор из колбы Кьельдаля количественно переносят через стеклянную воронку без фильтра в мерную колбу объемом 100 см ополаскивая многократно колбу Кьельдаля малыми порциями горячей воды, охлаждают, доводят до метки и перемешивают. Раствор употребляют для определения фосфора нуклеиновых кислот колориметрическим методом, как описано выше.
Нейтрализуют раствор (под тягой, в специально отведённой комнате для работы с аммиаком) 10%-м раствором аммиака до слабо-розовой окраски по фенолфталеину, снимают окраску добавлением нескольких капель 1%-го раствора серной кислоты. Вносят пипеткой 1 cмJ раствора молибденовокислого аммония, хорошо взбалтывают. Добавляют 3 капли раствора хлористого олова, снова тщательно взбалтывают, доводят до метки дистиллированной водой.
В настоящее время для определения калия в растениях используют метод пламенной фотометрии, который дает надежные и устойчивые результаты. Мокрое озоление растительного материала полностью исключает потери этого элемента. Результат определения после сухого озоления зависит от тщательности аналитика, и не исключены потери калия в виде К20 при высокой температуре озоления.
Сера широко распространена в растительном мире. Поступив в растение в виде солей серной кислоты, она частично восстанавливается до S или SH. В таком виде сера может накапливаться в запасных органах в виде белков или масел. При прорастании семян снова окисляется до S042" и в таком виде используется в синтезе новых веществ. Содержание серы от 0,5 до 10 г на 1 кг сухого вещества. Более высоким содержанием серы отличаются листья и семена растений, значительно меньше ее в корнях и стеблях. Высоким содержанием серы отличаются крестоцветные, которые содержат серу в виде горчичного и чесночного масел. В растениях сера находится в минеральной и органической форме, минеральная часть представлена гипсом и солями серной кислоты, а органическая сера входит в состав серосодержащих аминокислот: метионина, цистина и цистеина; ферредоксина, глутатиона, кофермента А и линолевой кислоты. Этот элемент присутствует в них в виде сульфгидрильных (S-H) и дисульфидных (-S-S-) группировок.
Принцип метода. Проводят озоление сухого растительного материала в полузакрытом объеме концентрированной азотной кислотой с катализатором. Освобождаются фильтрованием от кремниевой кислоты. Осаждают серу из кислого раствора хлористым барием. Сера выпадает в осадок в виде ВаБОд, осадок промывают спиртом и эфиром, высушивают, взвешивают.
Углеводы являются основным продуктом фотосинтеза, на их основе в процессе обмена веществ в растительном организме формируются белки, жиры, нуклеиновые кислоты и другие соединения. Углеводы - основной источник для аэробного и анаэробного дыхания клеток; источник энергии для возобновления вегетации. Обычно растение содержит большой набор разнообразных углеводов. В процессе вегетации соотношение растворимых и нерастворимых форм изменяется. В молодых растениях преобладают моно- и дисахариды, в период созревания увеличивается содержание крахмала, целлюлозы, т.е. нерастворимых форм.
Принцип метода. Растворимые углеводы извлекаются 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. Полученная в растворе смесь простых углеводов называется «инвертированным сахаром».
В коническую колбу Эрленмейера на 100 см- с узким горлом вносят пипеткой 20 см3 раствора Си504, добавляют 20 см" раствора сегнетовой соли, хорошо перемешивают. Добавляют в колбу 20 см3 испытуемого раствора углеводов, перемешивают.
ГО/7 В Р100 Содержание суммы сахаров [%] = М00.
Определение небелкового азота и углеводов из одной навески Суммарное количество небелкового азота в растительном материале удобно определять из одной навески с углеводами. При таком ходе анализа обеспечивается достаточно высокая точность определения.
Моносахариды, имеющие альдегидную или кетонную группировку, могут восстанавливать динитросоединения, при этом образуются интенсивно окрашенные соединения. Окраска пропорциональна количеству углеводов в реакции, поэтому возможно их колориметрическое определение.
В сухие химические пробирки емкостью 20 - 40 см 1 берут микропипеткой 1-3 см" фильтрата, содержащего от 0,2 до 0,3 мг редуцирующих сахаров. Если количество фильтрата менее 3 см то до этого объема доводят дистиллированной водой.
В сухие пробирки микропипеткой берут по 1 см3 фильтрата и прибавляют 0,5 см3 10%-го раствора НС1. Ставят штативы в кипящую водяную баню на 5 мин. для гидролиза дисахаров.Ставят пробирку в кипящую водяную баню на 30 мин., охлаждают. Через воронку без фильтра переносят в мерную колбу на 50 см". Проводят колориметрическое определение моносахаридов.
Метод может быть использован для растительной продукции с высоким содержанием сахара.Из измельченной репрезентативной пробы корнеплодов сахарной свеклы (мезги) берут навеску (25-30 г) в фарфоровую или специальную металлическую чашку.
Крахмал - углевод, входящий в группу полисахаридов второго порядка, представляет собой вещество с большим молекулярным весом, нерастворим в воде, но дает коллоидные растворы.Крахмал, который образуется в вегетативных органах растений в процессе фотосинтеза, называется ассимиляционным, количество его измеряется несколькими процентами, основная же масса крахмала откладывается в запас в некоторых органах: в семенах, клубнях, корнеклубнеплодах - и называется запасной. Особенно богаты крахмалом семена злаков (50-70% сухого веса) и некоторые корнеплоды (10-30% сырого веса).
Клетчатка - органическое вещество, на долю которого приходится 90% всей биомассы на нашей планете. Она составляет основную массу пожнивных остатков, растительного опада, лесной подстилки. Клетчатка необходима для нормальной работы желудочно-кишечного тракта человека и животных, она труднодоступный, но основной источник углерода для почвенной биоты, трансформация клетчатки - важный процесс для формирования гумуса почвы и обмена биогенных элементов в ней.
Пектины - полисахариды, содержащиеся в плодах, корнеплодах, растительных волокнах. В определенных соотношениях с органической кислотой и сахаром, пектины образуют желе и студни, что широко используется в кондитерской промышленности. Максимальное содержание пектиновых веществ находится в белой части кожуры цитрусовых -до 30% на сухое вещество. В основе строения пектиновых веществ лежит полимерная цепочка остатков галактуроновой кислоты, соединенных кислородными мостиками, связь (1- 1), в отличие от крахмала и клетчатки, где гликозидная связь устанавливается между остатками глюкозы.
Витамины представляют группу низкомолекулярных органических соединений, среди них имеются углеводы, спирты, кислоты. Разнообразные по химическому составу, они объединяются по принципу их строгой необходимости для жизни человека и животных. Их отсутствие в пищевом рационе вызывает ряд специфических заболеваний, связанных с обменом веществ (витамин С) и с поражением нервной системы (витамин ВО. В растениях витамины выполняют роль биокатализаторов.
Аскорбиновая кислота в растениях образуется из углеводов. Прорастание семян сопровождается интенсивным накоплением и в темноте и на свету аскорбиновой кислоты. Так, при прорастании семян ячменя в темноте содержание ее через день составляло 0,6 мг на 100 г сухой массы, через три дня - 1,7, через пять дней - 5,8, а через восемь -8,8 мг. Количество витамина С в листьях растений достигает максимума в фазе цветения, а затем резко снижается.
Их значение в питании человека и животных связано с тем, что при ферментативном разложении одной молекулы каротина в животном организме образуются две молекулы витамина А. Отсутствие или недостаток витамина А приводит к нарушению роста, снижению иммунитета к болезням, ослаблению зрения, называемому куриной слепртой. Наиболее важным источником витамина А в пище человека являк>тся листовые овощи (салат, шпинат, зеленый лук), морковь, томаты, а также жиры из печени морских рыб (рыбий жир), для животных -окрашенные корнеплоды и луговые травы.
Жиры и липиды (жироподобные вещества), содержащиеся в растениях, выполняют ряд важнейших функций. Различают запасные и цитоплазматические жиры. Из липидов и липопротеидов построены мембранные слои на поверхности клеток и клеточных структур: митохондрий, пластид, ядер. Цитоплазматические липиды, таким образом, регулируют проницаемость клеточных мембран для различных веществ. Содержание их в растениях невелико: 0,1 - 0,5% от веса сырой растительной ткани. Запасные жиры содержатся в основном в семенах. Известно, что многие виды растений накапливают как основной продукт жизнедеятельности семян жиры, а не углеводы, поскольку при окислении жиров в процессе прорастания семян накапливается в два раза больше энергии, чем при окислении крахмала. Меньше содержится жиров в семенах зерновых культур: 2 - 3% у ржи, ячменя, пшеницы, 6% у кукурузы. Масличные культуры содержат значительно больше жиров: подсолнечник 30 - 50%, соя 20 - 30%, клещевина 50 - 60%. Растительные жиры - ценный продукт питания человека и животных, значительная часть жиров используется в лакокрасочной промышленности.
Для ускорения процесса экстракций жира из растительной пробы необходимо измельчение материала, но не очень тонкое. Обычно материал с низким содержанием жиров (до 10%) зерновые и вегетативные органы - размалывают на мельнице «Пируэт» и пропускают через сито в 1 мм без остатка. Измельчение семян с высоким содержанием жиров производить таким образом нельзя из-за больших потерь масла при размоле. Поэтому такие пробы тщательно растираются в фарфоровой ступке. Предварительно растирают небольшое количество исследуемого материала, при этом происходит насыщение поверхности ступки и пестика маслом, а материал выбрасывают.
Этот метод находит широкое применение при массовых анализах в селекции и зоотехнии, достаточная точность метода сочетается с высокой производительностью.Бумажные пакетики предварительно обезжиривают, доводят до постоянного веса, нумеруют простым карандашом. Навеску измельченных семян массой 1 г помещают в пакетик, сушат в термостате при температуре 105°С до постоянного веса, вес записывают в журнал. Пакеты с навесками по 10 - 12 шт. помещают в рыхлый марлевый мешочек и опускают в широкогорлую банку с притертой пробкой из темного стекла емкостью 1-1,5 amj. Заливают содержимое банки на 3/4 объема петро-лейным эфиром или авиабензином.
Принимая условно всю кислотность жира за олеиновую кислоту с молекулярной массой 282,3, можно выражать кислотность в процентах от свободной олеиновой кислоты.Навеску масла 1 - 5 г (чем выше ожидаемое кислотное число, тем меньше навеска) берут на аналитических весах в чистую сухую колбу на 100 см3 и приливают 50 cmj нейтральной смеси серного эфира и спирта при соотношении 2:1.
Число омыления показывает, сколько миллиграммов едкого кали необходимо для нейтрализации свободных и связанных жирных кислот, которые содержатся в 1 г жира. Числом омыления учитывают общее количество кислот, входящих в состав масла, а также среднюю величину молекулярной массы этих кислот.
Принцип метода. Принято считать, что йод из раствора присоединяется по месту разрыва двойной связи в ненасыщенной жирной кислоте. Однако йод при обычной температуре реагирует с маслами крайне медленно, а при нагревании присоединение его идет неравномерно. Быстрее реагируют с жирами галоидопроизводные йода: СИ - по методу Гюблю и Вг1 - по методу Гануса, в остальном эти два метода принципиальных различий не имеют.
Несколько капель нативного масла получают, пользуясь стальным пресс-стаканом Ермакова или другим приспособлением на лабораторном масляном прессе. Для образцов с высоким содержанием жира создают давление 100 атм., а для образцов с содержанием жира не более 25% -200 атм. Капли масла собираются специальной пипеткой, носик которой содержит плотно вставленный ватный тампон. Забор и фильтрование масла происходит под слабым вакуумом, который создает резиновая груша.
Эта реакция - наиболее распространенный тип прогоркания жиров или содержащих жиры продуктов, круп, концентратов.Процесс ускоряется в присутствии небольшого количества влаги, при повышенной температуре и наличии света. В отсутствие кислорода окисление не происходит, при хранении в вакууме жиры не прогоркают. В практике для предотвращения прогоркания жиров к ним в небольшом количестве добавляют антиокислители.
Луч света при переходе из одной среды в другую отличной плотности изменяет направление, т.е. преломляется. Показателем преломления называется отношение синусов углов, образованных лучом, падающим и преломленным, с перпендикуляром к поверхности раздела двух сред. Различные масла имеют характерные для них коэффициенты преломления, что позволяет контролировать чистоту продукта и дает информацию о мере непредельности жирных кислот. Известно, что чем богаче масло непредельными кислотами, тем выше коэффициент преломления.
Железо можно определять в растворе после сухого и после мокрого озоления растительного материала. 10 см" раствора помещают в мерную колбу на 50 см", добавляют 5 см3 25%-го раствора сульфосалициловой кислоты в воде. В колбу помещают кусочек индикаторной бумаги конго-рот и добавляют по каплям 25%-й раствор аммиака (переход индикатора из красного в синий). Окраска в щелочной среде из красно-фиолетовой переходит в желтую. Раствор доводят до метки водой. Колориметрируют желто-окрашенные растворы с синим светофильтром через 5 мин после внесения реактивов.
Способ сухой .минерализации основан на полном разложении органических веществ путем сжигания проб растений в муфельной печи при контролируемом температурном режиме.Пробы высушивают и затем обугливают на электроплитке до прекращения выделения дыма, не допуская воспламенения. Затем тигли помещают в холодную муфельную печь и, повышая ее температуру на 50°С каждые полчаса, доводят температуру печи до 450°С и продолжают минерализацию в течение 10-15 часов до получения серой золы.
Методы пробоподготовки для определения валового содержания микроэлементов основаны на полном разложении пробы растений и переведении ее в раствор.Для разложения растений применяют два метода: сухое озоление и кислотное сжигание (мокрое озоление) (с. 450 - 451). Описанный способ сухого озоления используют для определения железа, марганца, цинка, меди, кобальта, никеля, свинца, кадмия, хрома. После мокрого озоления кроме названных элементов возможно определение молибдена. При использовании фотометрических методов определения золу и остаток от мокрого сжигания проб обрабатывают 0,3 М раствором соляной кислоты. Золу в тигле осторожно смачивают 0,3 М соляной кислотой, затем приливают 5 см’’ этого же раствора. Тигли помещают на водяную баню и нагревают в течение 30 мин. Полученный раствор переносят через воронку в градуированные пробирки объемом 20 см"’. Тигель обмывают бидистиллированной водой и доводят ею раствор до метки.
Метод основан на измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами цинка.Содержание цинка в разложенных и переведенных в раствор пробах растений определяют атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена в разделе I, на с. 14-22.
Метод основан на измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами меди.Содержание меди в разложенных и переведенных в раствор пробах растений определяют атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена в разделе 1. нас. 14-22.
Метод основан на измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами марганца.Содержание марганца в растворах после разложения проб растений определяют атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена в разделе I на с. 14 - 22 и с. 249.
Содержание кобальта в растениях после их разложения и переведения в раствор можно определять атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена в разделе I на с. 14 - 22 и с. 254 - 255. Однако с целью повышения чувствительности определения и устранения мешающего влияния матрицы предварительно проводят экстракционное концентрирование элемента. Для получения устойчивого комплекса кобальта наиболее часто используют 2-нитрозо-1-нафтол, экстрагируют соединение изоамиловым эфиром уксусной кислоты и в экстракте проводят определение кобальта атомно-абсорбционным методом.
Метод основан на получении окрашенного комплекса молибдена с дитиолом, экстракции его хлороформом и измерении оптической плотности экстракта (экстракт окрашен в зеленый цвет). Устранение мешающего влияния железа достигается введением аскорбиновой кислоты. Добавление лимонной кислоты предотвращает взаимодействие дитиола с вольфрамом. Мешающее влияние меди устраняют путем связывания ее в комплекс с йодидом.
Метод основан на получении окрашенного комплекса бора с хинализарином (голубого цвета) и измерении оптической плотности раствора.Озоление и приготовление анализируемого раствора. Разложение растений для определения бора проводят сухим озолением. Мокрое сжигание невозможно применять из-за улетучивания соединений бора в кислых растворах.
Метод основан на измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами свинца.Содержание свинца в разложенных и переведенных в раствор пробах растений определяют атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена разделе I на с. 14 - 22.
Метод основан на измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами кадмия.Содержание кадмия в растениях после их разложения и переведения в раствор можно определять атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Способы подготовки стандартных растворов сравнения и техника проведения измерений приведена в разделе в разделе I на с. 14-22.
Метод основан на измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами никеля.Содержание никеля в разложенных и переведенных в раствор пробах растений можно определять атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен - воздух. Техника проведения измерений и подготовки стандартных растворов сравнения приведена в разделе I на с. 14-22.
Метод основан на получении окрашенного комплекса никеля с диметилглиоксимом (красно-коричневого цвета) и измерении оптической плотности раствора. Никель, связанный в комплекс с диметилглиоксимом, предварительно отделяют экстракцией хлороформом, устраняя тем самым мешающее влияние ряда элементов. Получение окрашенного комплекса проводят после реэкстракции никеля в водную фазу.
Метод основан на измерении поглощения электромагнитного резонансного излучения свободными атомами ртути. Для получения атомного пара ртути осуществляют разложение пробы растений и переведение ее в раствор, восстановление в растворе химически связанной ртути до металлической, перевод ее в газовую фазу потоком воздуха и продувку этого воздуха с парами ртути через атомизатор (кварцевую трубку). Приводимая ниже методика является модификацией атомно-абсорбционного метода определения ртути с использованием отечественного ртутного анализатора типа «Юлия».
Метод основан на разложении растительной пробы, переведении ее в раствор, отделении мышьяка от основной массы пробы дистилляцией арсина, образовании окрашенного в синий цвет («молибденовая синь») мышьяково-молибденового комплекса и измерении оптической плотности раствора. Установка для дистилляции арсина показана на рис. 19, с. 289.
Определение содержания фторидов в растениях основано на разложении растительного материала, переведении фторидов в раствор и измерении активности ионов фтора на фоне буферного раствора (хлорида натрия и нитрата лантана с pH 5,8) с использованием фторидного электрода. Мешающее влияние железа (III) и алюминия устраняют путем маскирования ЭДТА и ацетат-ионами. Определению фторидов мешают катионы, образующие прочные фторидные комплексы (торий, цирконий).
Метод основан на разложении пробы растений, переведении ее в раствор и ионометрическом титровании хлоридов раствором азотнокислого серебра, в процессе которого ионы серебра связываются хлорид-ионами в труднорастворимое соединение. Для установления конечной точки титрования используют электродную пару, состоящую из индикаторного хлорид-селективного электрода и вспомогательного насыщенного хлорсеребряного электрода с электролитическим ключом, заполненным раствором азотнокислого калия.
Присутствие иона N0/ 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: №Н4)2804 + ВаС12 -> ВаБО, 1+2 N 0.
Бюкс (кювету) покрывают крышкой (стеклом), выдерживают в эксикаторе не менее 30 мин и взвешивают.
Содержимое кюветы смачивают этиловым спиртом и ставят сушить под включенную лампу. Стол должен быть покрыт плиткой из термостойкого материала и сверху асбестом. Расстояние от лампы до кюветы устанавливают 100 - 150 мм, соответствующее температуре приблизительно 250 - 200°С. Температуру сушки контролируют периодически перед каждой серией определений с помощью термопары хромель-копель, конец которой помещают, на стол под центр лампы. Через 5 мин расстояние от лампы до кюветы уменьшают до 50 мм (температура около 350°С) и сушат пробу еще 10 мин.
Сущность метода заключается во взаимодействии воды, находящейся в среде метанола в присутствии оснований (пиридина пли уксуснокислого натрия) с сернистым ангидридом и металлическим йодом с образованием солей йодистоводородной и серной кислоты. Эквивалентную точку определяют визуально или электрометрически.
Сущность метода заключается в выдувании влаги из образца потоком газа-носителя и измерении дифференциальным способом содержания воды в потоке газа с помощью детектора теплопроводности.Включение хроматографа на схеме установки (рис. 29) осуществляется в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору (хроматографические колонки из схемы исключаются и заменяются металлическим капилляром из комплекта прибора).
Сущность метода заключается в измерении электрической емкости датчика, пропорциональной изменению диэлектрической постоянной, зависящей от влажности анализируемого продукта.Готовят серию образцов анализируемого удобрения с различной влажностью. Для этого образцы удобрения выдерживают в эксикаторах над водными растворами серной кислоты с разной концентрацией.
Определение основано на том, что при кипячении раствора удобрения, содержащего азот в аммонийной форме, с раствором щёлочи образующийся аммиак улетучивается. Его количество эквивалентно количеству щёлочи вступившей в реакцию.
По количеству образовавшейся кислоты, которая учитывается титрованием щёлочью (ЫаОН или КОН), определяется процент азота в удобрении.Растирают в фарфоровой ступке 30 - 40 г исследуемого удобрения. На технических весах берут навеску 10 г, переносят в стакан ёмкостью 150-200 см3 и растворяют в небольшом количестве (50-100 см3) дистиллированной воды.
Сущность метода заключается в минерализации азота серной кислотой в присутствии сернокислых солей меди и калия до аммиачного азота с последующей отгонкой аммиака.После этого добавляют 0,7 г сернокислой меди, 10 г сернокислого калия или безводного сернокислого натрия и приливают 10 см" концентрированной серной кислоты.
Сущность метода заключается в минерализации азота серной кислотой до аммиачного азота с последующим взаимодействием его с формальдегидом и титрованием выделившейся кислоты гидроокисью натрия.Если удобрения жидкие, то 25 см° продукта помещают в мерную колбу вместимостью 250 см3, доводят объем водой до метки, отбирают пипеткой 10 см3 раствора и помещают в колбу из термостойкого стекла.
Сущность метода заключается в восстановлении нитратного азота раствором закисного сернокислого железа в кислой среде в присутствии молибденовокислого аммония в качестве катализатора с последующим титрованием избытка закисного сернокислого железа раствором марганцовокислого калия.
Сущность метода заключается в измерении интенсивности окраски комплекса, образуемого амидным азотом с л-диметиламино-бензальдегидом.Метод неприменим для удобрений, содержащих элементы, образующие окрашенные соединения с л-диметиламинобензальдегидом.
Сущность метода заключается во взаимодействии аммиачного азота с формальдегидом с образованием гексаметилентетрамина и эквивалентного количества кислоты, которую определяют титриметрическим методом.Затем в колбу приливают 25 смл раствора формалина, предварительно нейтрализованного раствором гидроокиси натрия в присутствии фенолфталеина и через 1 мин титруют 0,1 н. раствором гидроокиси натрия в присутствии фенолфталеина до появления слабо-розовой окраски, устойчивой в течение 1 мин.
Сущность метода заключается в окислении аммиачного и амидного азота до элементарного азота гипохлоритом кальция в присутствии бромида калия в бикарбонатной среде.Избыток гипохлорита определяют йодометрическим методом.
Сущность метода заключается в окислении аммиачного азота хлорамином до элементарного в присутствии фосфатного буферного раствора с pH 6.7 и бромистого калия. Избыток хлорамина определяют йодометрически.
Сущность метода заключается в восстановлении нитратного азота до аммонийного порошком хрома в солянокислой среде, в гидролизе амидного азота в аммонийный концентрированной серной кислотой, минерализации органического азота в аммонийный концентрированной серной кислотой в присутствии катализатора, в отгонке аммиака из щелочного раствора, в абсорбции аммиака избытком титрованного раствора серной кислоты и обратном титровании избытка кислоты титрованным раствором гидроокиси натрия.
При проведении анализа применяют реактивы квалификации чистый для анализа («ч.д.а.») и дистиллированную воду по ГОСТу 6709 и мерную посуду, откалиброванную по ГОСТу 8.100.Методы извлечения фосфора из удобрений и методы анализа, применяемые для определения фосфора, приведены в табл. 35 и 36.
После кипячения раствор разбавляют водой вдвое и переносят вместе с осадком в мерную колбу вместимостью 250 см3, тщательно обмывая стенки водой. После охлаждения до комнатной температуры объем раствора доводят водой до метки, перемешивают и фильтруют, отбрасывая первые порции фильтрата. Полученный раствор используют для определения общего фосфора.
Сущность метода. Метод основан на двухступенчатой экстракции фосфатов водой и реактивом Петермана с последующей фильтрацией нерастворимых веществ.После охлаждения содержимое конической колбы количественно переносят в мерную колбу вместимостью 500 см"’, содержащую фильтрат после водной экстракции. Собранные в колбе растворы доливают водой до метки, перемешивают и сразу же фильтруют через сухой фильтр в сухую посуду, отбрасывая первые 30 - 50 см3 фильтрата.
Удобрения типа РК, №К, № 1/250 100 см3 0,01 М Встряхивают 15 мнн.После охлаждения содержимое конической колбы количественно переносят в мерную колбу. Объем раствора доводят водой до метки, перемешивают, фильтруют, отбрасывая первые порции фильтрата. Фильтрат используют для определения усвояемого фосфора.
Примечание. При отсутствии ротационного аппарата применяют магнитную мешалку или другой аппарат для перемешивания. Пробу помещают в стакан вместимостью 400 см3, добавляют 200 (400) см3 воды, накрывают часовым стеклом и перемешивают на магнитной мешалке в течение 30 мин. Затем раствор количественно переносят в мерную колбу вместимостью 250 (500) см3, доливают водой до отметки и тщательно встряхивают в течение нескольких минут. Затем раствор сразу же после осаждения осадка фильтруют через сухой фильтр в сухую посуду.
Метод основан на осаждении фосфат-иона магнезиальной смесью в виде магний-аммоний фосфата, озолении осадка при температуре от 700 до 800°С с переходом в пирофосфат магния , прокаливании пирофосфата магния при температуре от 1000 до 1050°С и взвешивании.
Титрование можно проводить на рН-метре до значения pH 4.0.
Мейгод основан на осаждении фосфатов в виде фосформолибдената хинолина в водно-ацетоновом растворе, фильтровании, высушивании при 250°С и взвешивании осадка.Стеклянный тигель с осадком сушат при 250°С до постоянной массы.
При проведении анализа применяют мерную посуду, реактивы квалификации «чистый для анализа» («ч.д.а») и дистиллированную воду по ГОСТу 6709. Растворы индикаторов готовят по ГОСТу 4919.1.Отбор и подготовка проб проводят в соответствии с ГОСТ 21560.0 и нормативно-технической документацией на конкретный вид удобрений. Отобранную пробу измельчают и просеивают через сито с отверстиями размером не более 0,25 мм.
Сущность метода заключается в осаждении калия тетрафенил-боратом натрия в уксуснокислой среде с последующим высушиванием и взвешиванием полученного осадка тетрафенилбората калия.При анализе удобрений с массовой долей более 25% К20, отбирают 25 см" фильтрата, приготовленного, как описано на с. 524, в мерную колбу вместимостью 250 см’, доводят водой до метки, тщательно перемешивают и отбирают 50 cмJ полученного раствора в стакан вместимостью 100 см3.
Метод основан на измерении интенсивности излучения калия, вводимого в пламя в виде аэрозоля. Метод применим для удобрений с массовой долей К20 не более 30% и сульфата калия.При определении по методу ограничивающих растворов сравнения перед началом измерений в распылитель вводят раствор сравнения с максимальным содержанием хлористого калия и устанавливают стрелку измерительного прибора на деление, соответствующее данному раствору сравнения на графике.
Сущность метода заключается в измерении бета-излучения естественного изотопа калия К40.Градуировка прибора выполняется в соответствии с техническим описанием и инструкцией по его эксплуатации.При использовании ЛБК при определении калия в хлористом калии. 40%-й калийной смешанной соли и сложных удобрениях в качестве образца сравнения используют хлористый калий для спектрального анализа, «х.ч.», массовую долю окиси калия (К20), в котором принимают за 63,18%.
Сущность метода заключается в вычислении содержания хлористого калия вычитанием из 100% содержания хлористого натрия и суммы содержаний остальных примесей (нерастворимого остатка, солей кальция и магния), определяемых химическими методами.
Метод основан на весовом определении ионов калия в виде перхлората калия.За результат анализа принимают среднее арифметическое двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,2%.
Метод основан на осаждении калия известным избыточным количество раствора тетрафенилбората натрия.Избыточное количество раствора тетрафенилбората натрия определяют титрованием раствора бромистого цетилтриметиламмония. Мешающие проведению анализа ионы аммония переводят в гексаметилен-тетраамин воздействием формалина, а ионы кальция осаждают щавелевокислым натрием.
Пробу твердого органического удобрения массой не менее 1 кг измельчают механически, тщательно перемешивают и распределяют на ровной поверхности слоем толщиной не более 1 см. Из пяти точек пробы совком или шпателем отбирают 0,5 кг органического удобрения, которые используют для анализа.
Из пробы, подготовленной для анализа, отбирают после ее тщательного перемешивания не менее чем из пяти точек навески массой 15 -20 г для определения массовой доли влаги, 150 - 200 г для определения массовой доли сухого остатка. Взвешивания производят с погрешностью не более 0,1 г.
Для определения массовой доли золы используют сухой остаток навески после определения массовой доли влаги. Из сухого остатка после его тщательного перемешивания отбирают не менее чем из 5 точек навеску для анализа. Масса навески должна быть 3 г. Взвешивание производят с погрешностью не более 0,001 г.
Метод основан на минерализации анализируемого удобрения при нагревании с концентрированной серной кислотой в присутствии перекиси водорода, смешанного катализатора или раствора фенола в серной кислоте, с последующей отгонкой аммиака в раствор борной кислоты и титровании серной кислотой.
Массовую долю аммонийного азота определяют в пробе органического удобрения с исходной влажностью.После тщательного перемешивания из пробы отбирают не менее чем из 5 точек навеску для анализа. Масса навески должна быть 10 г.
Метод основан на извлечении аммонийного азота раствором соляной кислоты концентрации 0,05 моль/дм с последующим измерением оптической плотности окрашенного индофенольного соединения в фильтрате, образующегося в щелочной среде при взаимодействии аммиака с гипохлоритом и салицилатом натрия.
Количество азота, содержащегося в навозе в виде свободного аммиака, углекислого аммония, солей органических и минеральных кислот, а также в поглощенном состоянии, является одним из важных показателей удобрительной ценности навоза. Этот азот является той частью общего азота, содержащегося в навозе, которая после внесения его в почву в первую очередь становится доступной для питания растений.
Для определения массовой доли общего фосфора используют сухой остаток навески после определения массовой доли влаги.Если определение массовой доли общего фосфора проводят через 12 ч и более после определения массовой доли влаги, остаток навески подсушивают в сушильном шкафу при температуре 100 - 105°С в течение 1 ч. Из сухого остатка после его тщательного перемешивания отбирают навеску для анализа. Масса навески должна быть 1,0 г.
Для определения массовой доли общего калия используют сухой остаток навески после определения массовой доли влаги.Если определение массовой доли общего калия проводят через 12 ч и более после определения массовой доли влаги, остаток навески подсушивают в сушильном шкафу при температуре 100 - 105°С в течение 1 ч. Из подсушенного остатка после тщательного перемешивания отбирают навеску для анализа. Масса навески должна быть 1,0 г. Взвешивание проводят с погрешностью не более 0,001 г.
Если в лабораторию для анализа доставлен воздушно-сухой торф, его измельчают на мельнице или растирают в ступке и просеивают через сито с отверстиями 0,25 мм; хранят аналитическую пробу в стеклянной банке с пришлифованной пробкой.
Принцип определения кислотности торфов тот же, что и при определении кислотности почв, однако соотношение между навеской торфа и раствора экстрагента как правило шире.Проводят определение pH на рН-метре, для которого не надо ждать отстаивания суспензии, а, наоборот, перед анализом содержимое колбы взбалтывают от руки еще раз.
Обменную кислотность торфа, вызываемую наличием как ионов водорода, так и ионов алюминия, определяют по методу А.В. Соколова, при более широком, чем для почв, отношении между торфом и хлористым калием, например 5 : 250.
Ионы водорода, обусловливающие гидролитическую кислотность торфа, принято вытеснять 1 н. раствором ацетата кальция (с pH 7,4) или ацетата натрия (с pH 8,2). Соотношение торф : раствор = 1 : 300.Полученную суспензию фильтруют через сухой складчатый фильтр в сухую колбу или стакан. Первые (мутные) порции фильтрата отбрасы-вают. Из фильтрата берут 100 см3 совершенно прозрачного раствора и титруют на холоду 0,1 н. щелочью в присутствии фенолфталеина до слабого порозовения жидкости, не исчезающего в течение 1 мин.
При разработке системы удобрений важным этапом является определение доз и соотношений минеральных удобрений, вносимых под основные сельскохозяйственные культуры в севооборотах, с учётом почвенно-климатических условий.
Эти методы основаны на обобщении результатов исследований в полевых экспериментах различных научно-исследовательских учреждений. Их суть состоит в разработке рекомендаций по внесению примерных оптимальных доз минеральных удобрений под различные сельскохозяйственные культуры для основных почвенно-климатических зон (табл. 38).
Расчёт доз удобрений этими методами проводят по выносу элементов питания заданным урожаем с учётом данных агрохимического анализа почвы и коэффициента использования элементов питания растениями из почвы и удобрений, минеральных и органических.
Методы основаны на выражении урожая как функции действия отдельных факторов. Наибольшее распространение из этих методов получили эмпирические, суть которых состоит в том, что дозы удобрений определяют по уравнениям множественных регрессий, полученных на основе математической обработки данных факториальных опытов или данных географической сети опытов с удобрениями. Эти методы требуют применения современной вычислительной техники.
Для учёта уровня обеспеченности почвы тем или иным элементом вводят коэффициент - а.Например: доза фосфорных удобрений, рассчитанная по формулам 1 и 1а при очень низком содержании доступного фосфора умножается на 1,5, а при очень высоком - на 0,2 (см. табл. 39).
С = Р ■ М ■ к -5 где: Р - содержание подвижных форм питательных элементов в почве, мг/100 г почвы; М - объёмная масса почвы, г/см3; Л - толщина слоя почвы, см; 5 = 1 га = 1-108 см2 - площадь.
Полевой опыт - это метод исследования, проводимого в природной полевой обстановке на специально выделенном участке с целью установления количественного воздействия условий или приемов возделывания на урожай сельскохозяйственных растений и его качество.
Многие вопросы агрохимии и физиологии питания растений решаются при помощи вегетационного метода, то есть постановкой опытов с выращиванием растений в сосудах, в строго контролируемых условиях корневого питания и снабжения растений водой.
Лизиметрический .метод, основанный на исследовании роли атмосферных осадков в трансформации почвенных компонентов и питании растенцй, был впервые применен английским ученым Джоном Дальтоном. Его работы относятся к концу XVIII - началу XIX в. Прибор, использованный Дальтоном для изучения водного режима почвы, был назван лизиметром (от греческого 1у505 - растворение, освобождение).
Когда ошибка разности равна самой разности, истинное значение разности между двумя средними, согласно кривой нормального распределения показаний, выйдет за пределы О ± т0 в 31,7% всех возможных случаев, так как ошибка разности так же характеризует ее, как обычная ошибка среднего - свое среднее арифметическое. Но в одной половине возможных случаев истинное значение будет больше нашей эмпирической разности, а в другой половине - меньше. Если речь идет о достоверности разности между средними, т. е. ставится вопрос только о том, действительно ли урожаи по обоим сравниваемым вариантам отличаются друг от друга, то для характеристики достоверности разности имеют значение отклонения только в одном направлении — уменьшения разности между средними.
На Мироновской сельскохозяйственной опытной станции с различных делянок многолетних опытов были взяты образцы почвы северного малогумусного мощного чернозема. На этих образцах были поставлены вегетационные опыты с внесением в почву радиоактивной метки для определения запасов в почвах усвояемых для растений фосфатов. Эти же почвенные образцы были проанализированы по методу Труога для определения содержания в них легкорастворимых, или подвижных, фосфатов.