Опыт 2. Определение рН вытяжки из почвы

Приготовление водной (или солевой) вытяжки из почвы. В агрохимических и почвенных лабораториях определяют как рН водной вытяжки из почвы (актуальную кислотность), так и рН вытяжки на 1 М растворе хлорида калия (обменную кислотность). Но рН водной вытяжки из почвы - величина неустойчивая, меняющаяся в течение вегетационного периода. Поэтому чаще определяют рН солевой вытяжки (KCl-вытяжки) из почвы, значение которого обычно ниже, чем в водной вытяжке из той же почвы. По рН солевой вытяжки из почвы судят о степени ее кислотности и необходимости известкования. Считают, что при рН 3-4 почва сильнокислая, 4-5 кислая, 5-6 слабокислая, 7 нейтральная, 7-8 слабощелочная, 8-9 щелочная, 9-11 сильнощелочная. Почвы с рН солевой вытяжки меньше 4,5 нуждаются в известковании.

Из средней пробы сырой (непросушенной) почвы возьмите навеску 20 г, взвешивайте в фарфоровой чашке на технохимических весах. Перенесите почву в колбу вместимостью 100-150 мл, прилейте 50 мл дистиллированной воды (или 0,1 М раствора хлорида калия), перемешайте содержимое колбы в течение 10 мин и отфильтруйте. Затем отберите пипеткой в стакан 20 мл прозрачной, бесцветной вытяжки для определения рН.

Ход определения рН вытяжки из почвы аналогичен описанному в опыте 1, используют индикаторный стеклянный электрод и хлорсеребряный электрод сравнения.

Опыт 3. Ионометрическое определение содержания нитрата в вытяжке из почвы (или в водном растворе)

Сначала получают водную вытяжку из почвы, приготовляют серию стандартных растворов нитрата калия для построения градуировочного графика, готовят иономер ЭВ-74 к работе. Находят pNO₃ стандартных растворов и строят градуировочный график. Затем измеряют pNO₃ почвенной вытяжки и вычисляют содержание нитрат-ионов.

Получение водной вытяжки см. опыт № 2.

Приготовление стандартных растворов нитрата калия. Возьмите у преподавателя 1 М раствор нитрата калия и пять мерных колб вместимостью 100 мл. Занумеруйте колбы. В колбу 1 налейте из бюретки 10 мл исходного раствора, доведите дистиллированной водой до метки и тщательно перемешайте. Полученный стандартный раствор имеет концентрацию нитрата калия 1·10^–1 М моль/л.

Затем 10 мл этого раствора перенесите в колбу 2 и также доведите водой до объема 100 мл, т.е. получите стандартный раствор с концентрацией нитрата калия 1· 10^–2 моль/л. Продолжайте последовательное разбавление растворов и получите стандартные растворы, имеющие С_NO^–₃ = 1·10^–3, 1· 10^–4 и 1· 10^–5 моль/л.

Подготовка иономера к работе. Электроды для этой лабораторной работы заблаговременно готовит преподаватель.

Новый измерительный NO₃ – селективный электрод ЭM-NO₃-01 перед измерением вымачивают 24 ч. в 1 10^–1 М растворе нитрата калия (при комнатной температуре).

До измерений внутреннюю полость корпуса ионоселективного электрода два раза промывают дистиллированной водой и еще дважды приэлектродным раствором (смесью 0.1 М раствора нитрата калия с 0,005 М раствором хлорида калия). После этого в электрод заливают 1,5 мл того же приэлектродного раствора и ввинчивают хлорсеребряный индикаторный электрод.

Хранят NO₃-селективный электрод в 0,01 М растворе нитрата калия.

Приступая к работе, измерительный NO₃-селективный электрод подключите в гнездо «Изм.» на задней стенке прибора с помощью штуцера. Вспомогательный хлорсеребряный электрод включите в гнездо «Всп.», температурный компенсатор (в автоматическом режиме) также включается на задней стенке прибора.

Включите прибор в сеть, нажмите клавиши «t» и «-1-19» и дайте иономеру прогреться 20-30 минут.

Калибровка (настройка) NO₃-селективного электрода по стандартным растворам. Начинайте измерения с наиболее разбавленного раствора 5, имеющего С_NО3 = I 10^-5 моль/л. Перенесите пипеткой 20 мл этого раствора в стаканчик для измерений, погрузите в него электроды (промытые водой и высушенные фильтровальной бумагой). Нажмите клавишу «рХ», ручкой «Калибровка» установите стрелку прибора по шкале «-1-19» на значения 5. Затем нажмите клавишу «4-9» и ручкой "Калибровка" установите точное значение pNO₃ по шкале «0-5». Отключите прибор, нажав кнопки «t» и «-1-19».

Аналогично найдите рNO₃ для растворов 4, 3, 2 и 1, пользуясь сначала шкалой «-1-19», а затем шкалой «0-5». По этим данным постройте на миллиметровой бумаге градуировочный график, откладывая на горизонтальной оси концентрацию нитрата с (NO₃) моль/л, а на вертикальной рNО₃ для всех пяти растворов.

Определение NО₃ почвенной вытяжки. Перенесите пипеткой 20 мл почвенной вытяжки в измерительный стаканчик прибора, опустите в вытяжку электроды (промытые водой и высушенные фильтром). Нажмите клавишу «рХ» и по шкале «-1-19» найдите диапазон значения pNO₃. После этого нажмите клавишу нужного диапазона и запишите точное значение pNO₃ по шкале «0-5». Иономер отключите, нажав клавишу «t» и «-1-19», электроды опустите в дистиллированную воду.

Зная рNO₃ почвенной вытяжки, найдите по градуировочному графику содержание нитрата в ней. Из точки на вертикальной оси, отвечающей среднему значению рNO₃ проведите прямую параллельную горизонтальной оси до пересечения с графиком. Из точки пересечения опустите перпендикуляр на горизонтальную ось. Запишите найденную концентрацию нитратов в почвенной вытяжке С_NO3 моль/л.

По известной концентрации определите массу нитрата (m) в почвенной вытяжке как произведение концентрации NO_3, моль/л на объем всей вытяжки и молярную массу эквивалента нитрат-иона и содержание NO₃ в почве в %. Рассчитайте содержание нитрат-иона в почве в мг/кг почвы, сравните с ПДК NO₃^- в почве.

Сделайте вывод о качестве почвы по ее кислотности и содержанию нитрат-ионов.

Контрольные вопросы

1. Какая зависимость лежит в основе прямых потенциометрических определений?

2. Привести уравнение Нернста для окислительно-восстановительной пары и пояснить смысл входящих в него величин.

3. Какие электроды относятся к электродам I рода и какие – к электродам II рода? Привести примеры.

4. Какие электроды называют индикаторными и какие – электродами сравнения? Указать наиболее распространенные электроды сравнения.

5. Охарактеризовать ионоселективные электроды (с твердыми мембранами, жидкими мембранами, газочувствительные электроды). Какие ионы можно практически определять с применением подобных электродов?

6. В чем сущность потенциометрического измерения рН раствора? Какие индикаторные электроды могут быть использованыдля определения рН?

7. Как устроен стеклянный электрод? Указать достоинства и недостатки стеклянного электрода.

IV. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Определение ионов тяжелых металлов и фенолов

методами тонкослойной и бумажной хроматографии

Цель работы: ознакомление с методами тонкослойной и бумажной хроматографии и их использование для анализа объектов окружающей среды.

1. Теоретическая часть

Тонкослойная (ТСХ) и бумажная (БХ) хроматография основаны на различии скоростей перемещения компонентов анализируемой смеси в плоском тонком слое сорбента при движении по нему растворителя (элюента). Растворитель перемещается по сорбенту под действием капиллярных или гравитационных сил.

В сущности оба метода, ТСХ и БХ, представляют собой процесс разделения в тонком слое сорбента. Разница между ними заключается лишь в способе формирования рабочего слоя. В ТСХ слой сорбента наносят на поддерживающую подложку (пластинку, пленку). В БХ роль рабочего слоя выполняет лист специальной бумаги (для хроматографии). Преимущества ТСХ заключается в том, что при небольших затратах можно быстро и эффективно проводить разделение различных сложных смесей.

Пластинки для хроматографии производится промышленным способом. Методики для самостоятельного приготовления пластинок можно найти в монографиях.

Следует запомнить, что полярные вещества следует разделять в полярных растворителях, малополярные – в менее полярных или неполярных растворителях.

В различных системах растворителей вещества обладают различной подвижностью. Количественно подвижность выражается величиной R_f, иначе называемой фактором удерживания (рис. 1).

Р ис. 1. Пластинка ТСХ.

1 – фронт растворителя;

2

L

– пятна целевого вещества;

3 – стартовая точка;

L

L₁

– расстояние старт-пятно;

l – расстояние старт – пятно целевого вещества

R_f = l /L – хроматографическая подвижность

R_f равно отношению расстояний от стартовой линии до середины пятна вещества и от стартовой линии до линии фронта растворителя. Значение R_f практически не зависит от длительности проявления, но зависит от множества других факторов (в том числе и от влажности воздуха) и, следовательно, может служить лишь предварительным ориентиром. Большинство химических соединений лишено окраски, и для их обнаружения на пластине используют различные физические и химические методы.

Флуоресценция. Многие ароматические вещества имеют собственную флуоресценцию при 360 нм; при этой длине волны они обнаруживаются в виде желтых флуоресцирующих пятен на темном фоне.

Абсорбция. Большинство готовых ТСХ – пластин содержат люминофоры (такие пластины помечены индексом Ф23Д при облучении УФ – светом с длиной волны 254 нм они светятся равномерным желто – зеленым фоном). Вещества, поглощающие в УФ – области, обнаруживаются в виде темных пятен на светлом фоне.

Химические реакции. Функциональные группы веществ способны вступать в реакции со специфическими реагентами с образованием хромофоров (аминогруппы белков и пептидов проявляются с помощью нингидрина).