Determinarea azotului din sol

DETERMINAREA AZOTULUI DIN SOL

Azotul se gaseste in sol sub forme organice si forme anorganice.

In cea mai mare parte azotul din sol se afla legat in materia organica ( peste 95 %) si anume: in resturile organice moarte, in substantele humice si microorganisme.

In orizontul superior al solului 20 - 40 % din totalul azotului legat organic se afla sub forma de aminoacizi condensati in materia organica si eliberabili prin hidroliza acida; in afara de acestia , solul contine si foarte mici cantitati de aminoacizi liberi, care pot fi extrasi in apa, alcool etilic, acetat de amoniu.

Alta parte din azotul organic (5 - 10 %) se afla in componenta aminozaharurilor, care, ca si aminoacizii, pot fi eliberati din sol prin hidroliza acida.

Formele anorganice ale azotului reprezinta 5 % din azotul total cuprins de sol. Acestea sunt: amoniu (), nitriti (), nitrati () si foarte mici cantitati de compusi in stare gazoasa.

Pentru nutritia plantelor prezinta importanta amoniul adsorbit in forma schimbabila si din solutia solului si nitratii.

Principala sursa primara a azotului din sol este azotul atmosferic, in compozitia aerului atmosferic azotul participand cu cca. 80 % volum.

Din atmosfera, azotul ajunge in sol prin schimbul de gaze sol - atmosfera si prin apa ploilor, care aduce in sol cantitati mici de amoniu si nitrati. A doua sursa primara de azot in sol este azotul legat cu amoniu in mineralele primare, dar acesta este practic inaccesibil.

Din aceste surse primare, microorganismele si plantele formatiilor vegetale care au populat solul in formare au acumulat treptat azot in materia organica vie, apoi moarta, a solului. Materia organica moarta a resturilor de plante, a animalelor si microorganismelor moarte a devenit sursa principala ca importanta a azotului in sol. Formele de azot asimilabile pentru plantele verzi - adsorbit in forma schimbabila si dizolvat in apa solului si nitratii - provin in cea mai mare parte din materia organica moarta, prin procesul de mineralizare ( in cadrul careia au loc succesiv: aminizarea, amonificarea, nitrificarea azotului).

In solurile de cultura, de-a lungul timpului, a intervenit o sursa de azot care se poate numi antropogena, gunoiul de grajd si alte ingrasaminte gospodaresti si apoi, tot mai mult, ingrasamintele industriale cu azot.

1.Determinarea azotului nitric, azotului amoniacal si azotului solubil total in probe uscate la aer, folosind ca extractant solutie de clorura de calciu (Lucrarea nr.13)

Azotul solubil se gaseste in sol sub forma de nitrati, nitriti, amoniu si azot organic [14].

Prin extractie cu o solutie 0,001 mol / l de clorura de calciu (CaCl₂) din probe de sol uscate la aer, sunt extrase diferite fractii ale azotului solubil. Concentratiile compusilor anorganici ai azotului ( nitrati, nitriti, amoniu) sunt masurate direct in extract folosind metode spectrometrice automate.

Pentru determinarea azotului solubil total, o parte a extractului este mai intai mineralizata, dupa care amoniul produs este convertit in nitrat. Acesta, impreuna cu nitratul, nitritul si amoniul existenti in proba initiala, este apoi masurat folosind o metoda spectrometrica automata. Continutul de azot organic solubil este calculat prin scaderea continutului de azot sub forma de nitrati, nitriti si de amoniu din continutul de azot solubil total.

Continutul de azot organic solubil poate fi considerat ca indicator al fractiei usor mineralizabile a materiei organice. Continutul de amoniu extractibil si de azot organic al solului se modifica in mod frecvent prin uscare, comparativ cu esantionul de sol proaspat. Modul de uscare afecteaza rezultatele analizei.

Esantioane de laborator

Trebuie folosita fractia din esantioanele de sol uscate la aer, care au fost trecute prin sita cu ochiuri cu diametrul de 2 mm. O parte din acest esantion se foloseste pentru determinarea continutului de umiditate.

Extractia

Principiu

Solul uscat la aer este supus extractiei cu o solutie de clorura de calciu 0,01 mol / l (CaCl₂) in raport sol : solutie de 1 : 10 (m / v) la 20sC ± 1sC. Dupa atingerea echilibrului (2 ore), solutia este centrifugata pentru determinarea diferitelor fractii de azot.

Extractia se efectueaza la o temperatura constanta de 20 sC, deoarece cantitatile de azot amoniacal extractibil si azot organic solubil sunt afectate de temperatura solutiei de extractie.

Centrifugarea este preferata din cauza ca hartia de filtru fie absoarbe substante fie este contaminata cu amoniu. Daca nu exista posibilitatea centrifugarii si extractele urmeaza sa fie filtrate, hartia de filtru trebuie sa fie pastrata cel putin o saptamana inainte de folosire, intr-un exsicator peste acid sulfuric concentrat sau intr-un mediu uscat continind acid sulfuric, iar primii 20 de ml de filtrat trebuie aruncati.

2.2 Reactivi

apa cu o conductivitate specifica sub 2 mS / m la 25 sC;

solutie de clorura de calciu; concentratia (CaCl₂) = 0,01 mol / l, pentru extractie.

Se dizolva 1,47 g clorura de calciu dihidrat (CaCl₂ x2H₂O) in apa. Se dilueaza cu apa pana la volumul de 1 l.

Aparatura si sticlarie

balanta analitica, cu exactitate de 10 mg;

flacoane de polietilena, cu capac filetat, capacitate nominala de 250 ml;

agitator, 150 turatii / min pana la 250 turatii / min.

centrifuga, cu locasuri corespunzatoare fiolelor utilizate;

fiole de polietilena pentru centrifuga, cu capacitate de 100 ml sau de alta capacitate corespunzatoare.

Mod de lucru

Se cintaresc 10,00 g din esantionul de laborator si se introduc intr-un flacon de polietilena.

Se adauga 100,0 ml solutie de clorura de calciu la o temperatura de 20 sC. Se agita mecanic timp de doua ore la 20 sC.

Se decanteaza cantitatea necesara din suspensia extractului in fiole de centrifugare si se centrifugheaza timp de 10 minute aproximativ la 3000 de turatii. Se decanteaza solutia de supernatant in vasele de masurare si se masoara continutul de nitrat (+ nitrit), nitrit (daca este necesar), amoniu si azotul solubil total, asa cum este specificat in figurile 17, 18, 19, 20.

Se executa si o proba martor prin adaugarea numai a solutiei de clorura de calciu intr-o fiola de polietilena.

Fractiile de azot solubil trebuie masurate imediat sau nu mai tarziu de o zi de la extractie. Daca acest lucru nu este posibil , extractele trebuie pastrate in frigider la temperaturi sub 4 sC, pentru maxim o saptamana.

a) Determinarea azotului nitric

Principiu

In sistemul de analiza in flux segmentat (SFA), proba este in primul rand supusa la dializa. Dializa serveste la separarea ionilor de nitrat de substante interferente ca de particule solide, coloizi si compusi organici colorati. Ionii nitrat si nitrit din probe trec prin membrana si sunt antrenati cu un curent de clorura de amoniu. Nitratul este apoi redus la nitrit prin intermediul cadmiului. Apoi, se adauga α-naftiletilendiamina dihidroclorica si sulfanilamida (reactiv de culoare cunoscut sub numele de reactiv Griess - Ilosvay) care formeaza in mediu acid un diazoderivat de culoare rosie. Absorbtia acestuia este masurata la lungimea de unda de 543 nm.

In mod normal, continutul de nitrit in sol este mic, practic neglijabil. In aceste cazuri, suma nitratului si nitritului corespunde continutului de nitrat. In cazuri speciale, cand nitrificarea in soluri pare sa fie incompleta , se determina separat continutul de nitrit.

Reactivi

agent tensioactiv, eter de polioxietilenlauril;

solutie tampon: se dizolva intr-un balon de 1 litru, 25 g clorura de amoniu (NH ₄ Cl) in putina apa. Se adauga 12,5 ml solutie de hidroxid de amoniu si 1 ml agent tensioactiv. Se completeaza la semn cu apa si se omogenizeaza.pH-ul acestei solutii trebuie sa fie cuprins intre 6 si 8.

Agent reducator Cd / Cu

Se agita aproximativ 5 g pulbere de cadmiu (marimea particulei de la 0,3 mm pana la 0,8 mm) timp de 10 minute cu aproximativ 30 ml acid clorhidric de concentratie 1 mol / l. Se spala cu apa pana cand pulberea este libera de acid. Se adauga circa 50 ml solutie de sulfat de cupru (II) de concentratie 20 g / l si se agita timp de 3 minute. Se spala cu cantitati mici de apa cel putin de 10 ori pana cand se indeparteaza complet cuprul floculat. Agentul reducator Cd / Cu se pastreaza in loc intunecos.

Coloana reducatoare Cd / Cu

Se umple o coloana in forma de U cu solutie tampon in asa fel incat sa nu se introduca bule de aer. Pulberea de cadmiu activat se introduce cu ajutorul unei palnii pe ambele brate ale coloanei. Se scutura pentru ca pulberea sa se adune. Coloana se umple pana la 5 mm de varf si se astupa cu un dop mic de vata de sticla. Astfel pregatita coloana poate fi introdusa in sistemul SFA.

Pentru prelungirea vietii agentului de reducere Cd / Cu trebuie introdusa o sarma de cupru la capatul tubului reducator Cd / Cu care se reinnoieste daca este necesar.

Reactiv de culoare

Intr-un balon de un litru se adauga 150 ml de acid fosforic concentrat 85 % (H₃PO₄) la 0,5 l de apa. Se adauga 0,5 g de α-naftiletilendiamina dihidroclorica (C₁₂ H₁N₂Cl₂) si se amesteca pana la dizolvare. Apoi in acest amestec se dizolva 10 g sulfanilamida (C8H8N2O2S) si se aduce la semn cu apa.

6. Aparatura

Sistem de analizat in flux segmentat

Sistemul este format dintr-o unitate pentru prelevarea probelor, pompa, unitate de dializa, coloana de reducere, unitate pentru nitrat, fotometru si inregistrator. Diagrama fluxului pentru un sistem corespunzator de analiza in flux segmentat (SFA) este redata in fig.17.

7. Coloana reducatoare Cd / Cu

Aceasta consta dintr-un tub in forma de U, cu o lungime de 15 cm si cu diametrul interior de 2 mm, prevazut cu bratari pentru a se conecta la tubulatura SFA. Ea poate fi procurata ca atare, umpluta cu cadmiu, de la producatorul sistemului SFA sau poat fi confectionata in conditii de laborator.

Acest aranjament SFA permite determinarea nitritului printr-o simpla eliminare a coloanei de reducere - fig. 18

Fig. 17 Exemplu de sistem de analiza in flux segmentat pentru determinarea sumei azotului nitric si nitros

1. Evacuare solutie uzata de reactivi;

2. Pompa;

3. Reducerea nitratului

S: Solutie de extractie; T: Coloana de reducere;

B: Solutie tampon; Dl: Dializor;

A: Aer pentru segmentare;  M: Membrana dializorului;

DB: Eliminarea bulelor;  D: Detector, celula in flux ,

R1: Serpentina de reactie 1; filtru 540 nm.

R2 : Serpentina de reactie 2

Fig. 18 Exemplu de sistem de analiza in flux segmentat pentru determinarea azotului nitros

1. Evacuare solutie uzata de reactivi;

2. Pompa;

S: Solutie de extractie;  

B: Solutie tampon;  Dl: Dializor;

A: Aer pentru segmentare;  M: Membrana dializorului;

C: Reactiv de culoare; D: Detector, celula in flux ,

R1: Serpentina de reactie 1; filtru 540 nm.

R2 : Serpentina de reactie 2

b) Determinarea azotului amoniacal

Principiu

In sistemul de analiza in flux segmentat (SFA), proba este mai intai supusa dializei. Aceasta deoarece extractul de sol poate prezenta turbiditate ca apare in operatia de centrifugare. Determinarea amoniului se bazeaza pe reactia in decursul careia un derivat al fenolului (salicilatul) formeaza un indofenol in prezenta amoniului si hipocloritului, sub actiunea catalitica a nitrofericianurii (nitroprusiat). In mediu alcalin, indofenolul astfel format are culoare albastra-verde, absorbtia acestuia este masurata la lungimea de unda de 660 nm.

Reactivi

solutie tampon pH 5,2: se dizova intr-un balon cotat de 1 litru, 24 g de citrat de sodiu (Na₃C₃H₅O₇) si 33 g tartrat de sodiu si potasiu (K₄ NaC₄ H₄ O₄). Se aduce la semn cu apa. Se adauga 1 ml agent tensioactiv.

reactiv de culoare: intr-un balon cotat de 1 litru se pun 800 ml apa, se dizolva 80 g salicilat de sodiu (C₇ H₅O₃Na) si 25 g hidroxid de sodiu. Se aduce la semn cu apa;

solutie de nitrofericianura (nitroprusiat) : se dizolva 1g nitrofericianura de sodiu dihidrat, Na₂[Fe(CN)₅ NO]· 2H₂O intr-un litru de apa;

solutie de izocianurat: se dizolva 2 g diclorizocianurat de sodiu, (Cl₂C₂N₃NaO₃ x2H₂O) si 25 g hidroxid de sodiu intr-un litru de apa.

Aparatura

Sistem de analiza in flux segmentat

Sistemul este format dintr-o unitate pentru prelevarea probelor, pompa, unitate de dializa, unitate pentru amoniu, fotometru si inregistrator. Diagrama fluxului pentru un sistem corespunzator de analiza in flux segmentat (SFA) este redata in fig.19.

Fig. 19 Exemplu de sistem de analiza in flux segmentat pentru determinarea azotului amoniacal

1. Evacuare solutie uzata de reactivi;

2. Pompa;

S: Solutie de extractie;   SN: Solutie nitroprusiat

B: Solutie tampon;    Dl: Dializor;

A: Aer pentru segmentare;    M: Membrana dializorului;

SS: Reactiv de culoare; D: Detector, celula in flux ,

R1, R2,R3: Serpentina de reactie; filtru 540 nm.

R4 : Serpentina de reactie 4; SD: Solutie izocianurat

Cand continutul de carbon este mai mare de 50 g / l se poate depasi capacitatea de tamponare pentru pH a sistemului. In asemenea cazuri extractele trebuie diluate inainte de masurare.

a) Mineralizarea si determinarea azotului solubil total

Intr-un sistem de analiza in flux segmentat (SFA), compusii organici din extract sunt mineralizati la pH=4 cu persulfat de potasiu (K₂S₂O₈). Dupa care, ionii de amoniu initial prezenti si cei formati prin mineralizare sunt convertiti la nitrat prin oxidare cu persulfat de potasiu, catalizata de radiatii UV. Proba este supusa dializei si, in final, nitratul este determinat colorimetric dupa reducerea la nitrit.

Reactivi

solutie tampon de borax: intr-un balon cotat de 1 litru ce contine aproximativ 200 ml de apa, se dizolva 38 g tetraborat decahidrat

(Na ₂B₄ O₇ ·10H₂ O). Se adauga 4 g hidroxid de sodiu si se aduce la semn cu apa. Nu se adauga niciodata agent tensioactiv;

agent de oxidare: se dizolva cu aproximativ 500 ml de apa, intr-un balon cotat de 1 litru, 52 g persulfat de potasiu (K₂S₈O₈) si se aduce la semn cu apa. Se omogenizeaza si se lasa 24 h in frigider. Apoi se decanteaza si se foloseste supernatantul limpede. Nu se adauga niciodata agent tensioactiv;

solutie tampon: se dizolva in apa, intr-un balon cotat de 1 litru, 25 g clorura de amoniu si se aduce la semn cu apa. Se adauga 1 ml solutie de hidroxid de amoniu 25 % si 1 ml agent tensioactiv si se omogenizeaza bine;

reducator Cd / Cu;

reactiv de culoare: intr-un balon cotat de 1 litru, se dilueaza 150 ml acid fosforic 85 % in aproximativ 800 ml apa. Se adauga 10 g sulfanilamida (C₆ H₈N₂O₂S), 1 g sare disodica a acidului etilendiaminotetraacetic (EDTA) si 0,5 g N-(1-naftil)etilendiamina dihidroclorica (C₁₂H₁₆Cl₁₂N₂) si se agita pentru dizolvare. Se aduce la semn cu apa.

Aparatura

2.1. Sistem de analiza in flux segmentat

Sistemul este format dintr-o unitate pentru prelevarea probelor, pompa, unitate de dializa, coloana de reducere, unitate pentru azot solubil total, fotometru si inregistrator. Diagrama fluxului pentru un sistem corespunzator de analiza in flux segmentat (SFA) este redata in fig.20.

Coloana reducatoare

Fig. 20 Exemplu de sistem de analiza in flux segmentat pentru determinarea sumei azotului solubil total

1. Evacuare solutie uzata de reactivi;

2. Pompa;

3. Reducerea nitratului;

4. Mineralizare cu UV;

S: Solutie de extractie;   SN: Solutie nitroprusiat

B: Solutie tampon;    Dl: Dializor;

A: Aer pentru segmentare;    M: Membrana dializorului;

SS: Reactiv de culoare;    D: Detector, celula in flux ,

R1, R2,R3, R4, R5: Serpentine  filtru 540 nm;

de reactie;

R6 : Serpentina de reactie 6; SD: Solutie izocianurat

O: Reactiv de oxidare;    BB: Solutie tampon-borax;

RS:Reprelevare proba;  C: Reactiv de culoare;

DB: Eliminare bule;   T: Coloana reducatoare

3. Serii de etaloane

Reactivi:

solutie de clorura de calciu, de concentratie 0,1 mol / l : se dizolva in apa 14,7 g clorura de calciu dihidrat (CaCl₂ ·2H₂O) si se aduce la 1 litru cu apa;

solutie de baza mixta: se cantaresc 2,7083 g de azotat de potasiu si 0,943 g sulfat de amoniu. Se dizolva in apa in balon cotat de 1 litru si se aduce la semn cu apa. Sarurile trebuie uscate la masa constanta la 150 s C , inainte de utilizare.

4.Mod de lucru

Se pipeteaza 0 ml, 0,5 ml, 1 ml,1,5ml si 2 ml din solutia mixta de baza, in baloane cotate de 250 ml. Se aduga 25 ml solutie de clorura de calciu si se aduce la semn cu apa. Aceasta serie de etaloane trebuie proaspat pregatita inainte de fiecare utilizare. Concentratiile sunt cele prezentate in tabelul 5.

Concentratiile seriilor de etalonare Tabelul 5

Se folosesc centrifugatele preparate dupa instructiunile anterioare. Extractele de sol, extractele probei martor si seriile de etalonare se pun in sistemul automat de prelevare a probelor. Se opereaza sistemul de analizat in flux segmentat conform fig.17 - fig.20.

Se traseaza curbele de etalonare si se determina concentratiile diferitelor forme ale azotului

5. Calculul si exprimarea rezultatelor

Continutul diferitelor fractii de azot din sol , exprimat in miligrame pe kilogram, este calculat folosind ecuatia:

w_N = ( a - b ) · 10 · ( 100 + w ) ·100

in care:

a - continutul de NO₃ - N, NH₄ - N respectiv azot solubil total in extractul de sol, mg / l;

b - continutul de NO₃ - N, NH₄ - N respectiv azot solubil total in proba martor , mg / l;

w - continutul procentual de apa ratortat la solul uscat la aer.

2. Test rapid pentru determinarea nitratilor

Determinarea nitratilor se realizeaza printr-un test special ce implica o prelucrare prealabila de doua saptamani.

Pentru determinarea nitratilor solubili se pot utiliza mai multe teste :

a) Testul cu difenilamina care este oxidata de nitrati in mediu de acid sulfuric concentrat la un compus semichinoidic albastru.

Modul de lucru:

- se realizeaza un extract de sol (agitand 1 g de sol cu 2 ml HCl 0,5 n);

- se pune o picatura din acest extract pe o placa de portelan cu godeuri si 4 picaturi de solutie 0,2 % de difenilamina in H₂SO₄ concentrat;

- se agita si se compara intensitatea culorii albastre a solutiei cu o scala de culori.

b) Testul de reducere la nitrit si punerea in evidenta a acestuia printr-o reactie de diazotare - cuplare. Se utilizeaza comprimate ce contin zinc (pulbere), acid boric, acid sulfosalicic, acid sulfanic, diclorhidrat de N-1-naftietilendiamoniu si stearat de magneziu.

Modul de lucru:

- se introduc intr-o cuva tubulara marcata la 5 ml, extract de sol pana la cota si apoi o tableta de reactiv;

- se agita pana ce tableta de reactiv se dizolva;

- se compara intensitatea culorii obtinute cu o scara de culori.