АГРОХИМИЯ, 2015, № 4, с. 80-84
== МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ =
УДК 631.42:631.41
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОНОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО МЕТОДА В АГРОХИМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ ПОЧВ
© 2015 г. О.А. Гуторова1, А.Х. Шеуджен2, Е.В. Рыбакова3
1 Всероссийский научно-исследовательский институт риса 350921 Краснодар, п. Белозерный, 3, Россия E-mail: oksana.gutorova@mail.ru 2 Кубанский государственный аграрный университет 350044 Краснодар, ул. Калинина, 13, Россия 3Abacus Analytical Systems GmbH 127106 Москва, Гостиничный пр., 4б, оф. 413, Россия E-mail: elena.rybakova@abacus-lab.ru
Поступила в редакцию 09.10.2013 r.
В статье обсуждаются результаты применения метода ионной хроматографии для количественного определения неорганических анионов в черноземе выщелоченном с использованием ионного хроматографа серии ICS компании "Dionex".
Ключевые слова: ионохроматографический метод, агрохимический анализ почв.
ВВЕДЕНИЕ
Ионная хроматография является одним из наиболее эффективных методов определения анионов и катионов в водных средах. Отрасли для применения этого метода самые разнообразные: наука, сельское хозяйство, геология, геохимия, экология, фармакология, криминалистика, энергетическая, нефтяная, пищевая и химическая промышленность.
До появления ионной хроматографии не было эффективного метода определения неорганических соединений с такой чувствительностью, селективностью, воспроизводимостью и скоростью анализа. Пробоподготовка для последующего ионохроматографического определения зависит от природы анализируемого образца. При необходимости пробу можно центрифугировать, фильтровать и разбавлять. В отличие от методов "мокрой химии" ионная хроматография позволяет проводить определение за один анализ сразу группы ионов, например, неорганических анионов в зависимости от используемой разделяющей аналитической колонки. При этом компоненты пробы могут находиться в разных диапазонах концентраций [1].
Ионная хроматография - это раздел высокоэффективной жидкостной хроматографии для разделения и идентификации веществ, способных при определенных условиях образовывать ионы или реагировать с другими веществами, образуя соединения ионного характера. Например, этим
методом определяют неорганические и органические анионы, катионы щелочных и щелочноземельных металлов, катионы переходных металлов, амины и другие неорганические и органические соединения в ионной форме. Определение таких неорганических анионов, как фторид, хлорид, нитрит, нитрат, сульфат и фосфат методом ионной хроматографии многие годы является самым распространенным и рутинным анализом [2].
В настоящей работе рассмотрено определение неорганических анионов водной вытяжки из почвы методом ионной хроматографии на примере чернозема выщелоченного Западного Предкавказья в условиях систематического внесения минеральных удобрений (за 3 ротации севооборота было внесено № 1740Р1740К1160) и без их применения. Цель работы - оценить возможность использования и выявить методические особенности ионохроматографического метода в агрохимическом анализе почв.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования являлся чернозем выщелоченный слабогумусный сверхмощный легкоглинистый на лессовидных тяжелых суглинках. Почвенные образцы отбирали с глубины 0-20 см в трехкратной повторности по ГОСТ 17.4.4.02-84.
Непременным условием являлось проведение анализа образцов в день отбора почвы, иначе их необходимо хранить в холодильнике. Охлажде-
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОНОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО МЕТОДА... Таблица 1. Концентрация стандартных анионов для построения калибровочного графика
Анион Концентрация аниона, мг/л
F- 0.13 0.20 0.25 0.33 0.50 1.00 2.00 4.00 10.00
Cl- 0.20 0.30 0.38 0.50 0.75 1.50 3.00 6.00 15.00
no2- 0.67 1.00 1.25 1.67 2.50 5.00 10.00 20.00 50.00
Br- 0.67 1.00 1.25 1.67 2.50 5.00 10.00 20.00 50.00
NO3- 0.67 1.00 1.25 1.67 2.50 5.00 10.00 20.00 50.00
SO42- 1.00 1.50 1.88 2.50 3.75 7.50 15.00 30.00 75.00
PO43- 1.00 1.50 1.88 2.50 3.75 7.50 15.00 30.00 75.00
ние позволит уменьшить размножение бактерий, которые могут вызвать изменение концентраций ионов в пробе с течением времени. Образцы, содержащие нитрит или сульфит, подлежат к проведению анализа без промедления. Иначе нитрит окислится в нитрат, сульфит - в сульфат, что непременно приведет к увеличению измеренной концентрации этих ионов в почвенных образцах [3].
Водную вытяжку для определения содержания анионов готовили при соотношении почвы к воде 1 : 5 (ГОСТ 26423-85). Свежеотобранную пробу почвы помещали в плоскодонную колбу и приливали пятикратное количество дистиллированной воды. Содержимое колбы взбалтывали в течение 3 мин и фильтровали через бумажный фильтр "синяя лента". Одновременно брали навеску исследуемой почвы для определения содержания в ней влаги [3, 4].
Анализ водной вытяжки из почвы проводили с использованием ионной хроматографической системы ICS 2000 (производство Dionex, США). Это полностью интегрированный безреагентный
ионный хроматограф, включающий изократичес-кий насос в инертном исполнении, устройство для генерирования элюента, электролитический подавитель, постоянно регенерируемую колонку-ловушку и кондуктометрический детектор.
В данной работе для разделения анионов использовали аналитическую анионообменную колонку 1опРас АБ19, позволяющую одновременно определять в образце следующие анионы: F-,
Cl-, NO- Br-, NO,
SO42-
PO43-
Объем вводимой
пробы - 25 мкл. Разделение анионов проводили в изократическом режиме. Время хроматографиро-вания - 32 мин.
Перед проведением анализа образцов проводили калибровку с использованием комбинированного раствора стандартов семи анионов (табл. 1).
На рис. 1 приведен пример хроматограммы с известной концентрацией стандартных анионов: F- - 2.0; С1- - 3.0, N02", Вг-, Ш3- - 10.0, Б042-, Р043- - 15.0 мг/л.
35.030.025.020.015.010.05.00.0-
M.S
3 - Nitrite - 8.720
1 - Fluoride 2-С
к
V
1:10
6 - Sulfate -15.867
ECD1
5 - Nitrate ■ - Jromide - 10L
oride I.'.
1
17
и
1.960 >53
L
7 - Phosphate - 25.95
-5.0-
min
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 32.0
Рис. 1. Изократическое разделение 7 стандартных анионов на колонке IonPac AS19.
82
ГУТОРОВА и др.
<1 000 0-20 ЕСБ_1
М2 000 0-20 ЕСО_1
Рис. 2. Разделение анионов водной вытяжки из почвы: 1 - почва с внесением удобрений, 2 - почва без удобрений, 3 - раствор стандартных анионов.
Сравнением данных, полученных при анализе образцов, с данными, полученными для известных стандартов, проводили идентификацию и количественное определение ионов в образцах. Полное управление и обработку данных осуществляли через программное обеспечение СИгошекоп®. Система сбора данных идентифицирует ионы по времени удерживания и проводит количественное определение каждого анализируемого вещества интегрированием площади пиков. Количественную обработку данных проводили в соответствии с калибровкой стандартных анионов [5].
Результаты анализа выражали в мг/100 г абсолютно сухой почвы. Содержание анионов рассчитывали, исходя из концентрации аниона по калибровочному графику (мг/л), общего объема вытяжки (мл), навески почвенного образца (г) и коэффициента пересчета результатов на сухую почву [3, 4].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Ионохроматографический анализ водной вытяжки из почвы обеспечил идентификацию, разделение и количественное определение 5 анионов, таких как фторид, хлорид, нитрат, сульфат и фосфат в диапазоне концентраций от 0.24 до 17.0 мг/л.
Среди анионов в образцах почвы преобладал нитрат- и хлорид-ион, почти в равных количествах присутствовали сульфат- и фосфат-ион, значительно меньше - фторид-ион. Присутствие бро-
мида и нитрита в водной вытяжке исследованных образцов почвы обнаружено не было (рис. 2).
Принято считать, что при данных условиях выращивания растений поглощение корнями растворенных веществ зависит от их концентрации в почвенном растворе, на которую в значительной степени влияет буферность почвы [6].
Существенное влияние на состав почвенного раствора оказывают внесенные в почвы органические и минеральные удобрения. Они служат не только источником поступления ионов в почвенный раствор, но, изменяя физико-химические и биологические процессы в почвах, могут оказать воздействие на его ионный состав.
Из-за несовершенства и определенной громоздкости выделения почвенных растворов исследователи чаще всего ограничиваются анализом водной вытяжки из почвы. Она в определенной степени имитирует почвенный раствор, хотя количество солей, найденных в водной вытяжке, не всегда соответствует содержанию их в почвенном растворе [7].
Анализ водной вытяжки - один из основных анализов при химическом исследовании засоленных почв, а также при изучении динамики почвенных процессов и поведения элементов питания. Установлено, что при 3-минутном взбалтывании почвы с водой при отношении почвы к воде 1 : 5 в водную вытяжку переходят все легкорастворимые соли. Поэтому такое соотношение и время взбалтывания общеприняты при химическом исследовании почв [8, 9].
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОНОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО МЕТОДА.
83
По данным анализа водной вытяжки судят также об экологическом состоянии почвы. Особенно важным является определение загрязняющих компонентов, содержание которых в почве, превышающее допустимые нормы, нежелательно. Наряду с положительным действием минеральных удобрений (повышение урожайности, качества продукции, сохранение плодородия почвы и др.) их внесение может привести к серьезным негативным последствиям. В составе удобрений могут присутствовать токсические примеси, а именно тяжелые металлы, фтор, редкоземельные элементы. Наибольшее количество токсикантов содержат фосфорные удобрения. Это свидетельствует о том, что необходим постоянный аналитический контроль вносимых удобрений на содержание в почве загрязняющих веществ. Например, повышенное содержание фторидов в почвах может оказать негативное влияние на их структуру, биологическую активность, кислотно-щелочные свойства, а также на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов и увеличить подвижность гумусовых веществ. Загрязнение почвы фторидами представляет существенную опасность, поскольку они относятся к 1-му классу
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.