Подготовка и анализ катионов в грунтовых вытяжках методом ионной хроматографии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОДГОТОВКА И АНАЛИЗ КАТИОНОВ В ГРУНТОВЫХ ВЫТЯЖКАХ МЕТОДОМ ИОННОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

Анна Борисовна Гуляева,

Михаил Михайлович Богдан,

Александр Григориевич Лузин

Применение ионной хроматографии для анализа окружающей среды известно достаточно давно [1; 4]. За последнее десятилетие ионная хроматография сделала существенные шаги в повышении чувствительности и селективности колонок и детекторов, математического аппарата и программного обеспечения для идентификации отдельных ионов в многокомпонентных смесях. Современные ионные хроматографы отвечают требованиям GLP, имеют высокую селективность и эффективность разделения, а также быстро определяют содержание ионов в биологических образцах любой сложности.

Современное оборудование позволяет определять ионы с чувствительностью от долей микрограмма до нескольких процентов. При этом использование ионной хроматографии делает возможным определять содержание физиологически значимых анионов и катионов, в первую очередь, пул ионов в свободном состоянии, что позволяет оценивать величины активностей ионов в биологических системах. Разделение проводят на ионообменниках низкой емкости (менее 0, 1 мМ/г) чаще всего поверхностно-модифицированных. Нижняя граница определяемых концентраций составляет 1-10 нг/л. Воспроизводимость по высотам и площадям: Sr не более 0, 05. Следует отметить, что величина активности многих ионов в растениях или почве, в первую очередь зависит не от дозы или концентрации внесенного иона, а от особенностей взаимодействия ионов в многокомпонентных смесях [5].

Важным подготовительным этапом работы на ионном хроматографе является подготовка проб грунта и выбор оптимального экстрагента для определения обменного фонда ионов.

Способность почв к ионному обмену характеризуется специфическим набором показателей - емкостью катионного и анионного обмена, составом обменных катионов и пр. От уровней этих показателей зависят многие химические и физические свойства почв.

Поглотительная способность почв имеет большое значение в питании растений и процессов взаимодействия между почвой и вносимыми удобрениями. Результаты анализа почв содержат информацию о свойствах почв и почвенных процессах и на этой основе позволяют решить стоящую перед исследователем задачу. Приемы интерпретации уровней показателей зависят от методов их определения [2; 3].

Поэтому целью нашего исследования было разработка наиболее точного методологического инструментария подготовки вытяжек для анализа методом ионной хроматографии.

Материалы и методы исследований. Для определения ионного состава грунта пробы чернозема типичного, который отбирали в соответствии с ГОСТом 17.4.3.01 и 17.4.4.02. Для определения состава почвенного раствора использовали водные вытяжки, которые характеризуют содержание в почве легкорастворимых солей и наиболее легкодоступных для растений питательных элементов. Для определения состава обменных ионов в составе почвенного поглощающего комплекса использовали растворы 0, 5 мМ лимонной кислоты, 0, 5 мМ уксусной кислоты. Соотношение массы проб почвы и объема раствора 1:10. Приготовленные таким образом образцы взбалтывались на ротаторе 1 час и отстаивались 20 часов. Приготовленные таким образом грунтовые вытяжки вначале фильтровали через складчатый фильтр, а затем непосредственно перед анализом - через 0, 45 мкм фильтр.

Содержание катионов Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+ в грунтовых вытяжках определяли физико-химическим методом ионной хроматографии. Для анализа использовали ионный хроматограф 881 Compact IC pro-AnionMCS (Metrohm, Швейцария) с кондуктометрическим детектором 850 iDetector (диапазон работы 0-15000 мкСм/см). Определение проводили на колонке Metrosep A Supp 5, длиной 250 мм и диаметром 4, 0 мм, заполненной химически инертным поливиниловым спиртом (размер гранул 5 µм) с ковалентно связанными группами четвертичного аммония. Как элюент использовали 2 мМ/л HNO3. Скорость элюции 1, 0 мл/мин. Для подготовки воды с удельным сопротивлением 18, 2 МОм/см и содержанием общего органического углерода (ТОС) < 5 мкг/л использовали систему подготовки ультрачистой воды Ultra Pure Water System (Human Corporation, Korea Lab.). Ионный хроматограф калибровали по аналитическим стандартным растворам ионов «Fluka». Расчеты проводили с помощью программного обеспечения MagIC Net 1.1 Сompact. Хроматограмма модельной смеси 6 неорганических катионов концентрацией 1 мг/л приведена на Рис. 1.

Результаты и их обсуждение. Репродуктивная способность почв зависит от степени доступности элементов питания. Поэтому использование простых, быстрых, комплексных и эффективных методов диагностики состояния почвы имеет большое значение. В связи с этим нас интересовало исследование почвенного раствора и почвенного поглощающего комплекса (ППК).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Разделение модельной смеси 6 неорганических катионов концентрацией 1 мг/л (Fluka). Разделяющая колонка: Metrosep C 2 150/4.0, суммарной длиной 150 мм, внут. диам. 4 мм. Элюент: HNO3 - 2 mmol/L, расход 1, 0 мл/мин. Катионы: литий; натрий; аммоний; калий; магний; кальций

Применение метода ионной хроматографии для экспресс-анализа грунта при всей его комплексности точности и эффективности требует внимательного отношения к выбору экстрагента. Здесь мы сталкиваемся с методологической дилеммой. В данном методе, в пределах одной пробы, мы можем определить сразу 6 катионов (Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+), однако экстрагент не должен содержать ни одного из них. К примеру, использование ацетатно-аммонийного буферного раствора приводит к выходу перекрывающего пика и невозможности детектирования остальных компонентов смеси. С учетом данного факта для анализа содержания обменных ионов в качестве экстрагентов мы использовали 0, 5 мМ лимонной кислоты и 0, 5 мМ уксусной кислоты. Полученные данные представлены в таблице. Сравнительный анализ грунтовых вытяжек с 0, 5 мМ лимонной кислоты и 0, 5 мМ уксусной кислоты показал некоторые отличия в их экстрагирующей способности к катионам. Так, концентрация катионов в лимонной кислоте была выше Li+ (в 6, 5 р.), Na+ (на 13, 8%), NH4+ (на 13, 8%), а в уксусной кислоте лучше концентрировались K+ (в 2 р.) и Mg2+ (на 7 %), содержание же Ca2+ было сходным в пределах погрешности. Подобные отличия в экстрагировании можно объяснить отличиями в самой химической природе экстрагентов. Поскольку уксусная кислота является одноосновной карбоновой кислотой и растворяет многие металлы с образованием ацетатов, а лимонная - слабая 3-х основная кислота, является хелатирующим агентом и хорошо экстрагирует ионы металлов, образуя цитраты.

Таблица. Анализ содержания катионов в грунтовых вытяжках чернозема полученных экстракцией с различными экстрагентами (0, 5 мМ лимонная к-та, 0, 5 мМ уксусная к-та и деионизированная вода)

Однако, например, определение состава анионов в ацетатной вытяжке становиться проблематичным изза мешающего влияния ацетата (CH3COO-). Выбор определяемых показателей зависит от целей контроля. Если обследуемый участок является производственной площадкой, то необходимо контролировать те соединения, которые применялись при производстве. На рекультивируемых участках почвы кроме загрязнителей проверяют и обеспеченность почвы питательными веществами: калием, натрием, фосфором.

Учитывая все вышесказанное, наиболее оптимальным для определения катионного состава грунта с целью производственного контроля является использование вытяжки с 0, 5 мМ уксусной кислотой.

грунт ионный хроматография почва

Список литературы

1.Большова Т. А., Брыкина Г. Д., Шпигун О. А. Основы хроматографических методов анализа. М.: МГУ, 1992. 112 с.

2.Воробьева Л. А. Химический анализ почв. М.: МГУ, 1998.

3.Минеев В. Г., Сычев В. Г. и др. Практикум по агрохимии / под ред. В. Г. Минеева. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.

4.Шаповалова Е. Н., Пирогов А. В. Хроматографические методы анализа. М.: Изд-во МГУ, 2007.

5.Rengel Z. Physiological Responses of Wheat Genotypes Grown in Chelator-Buffered Nutrient Solutions with Increasing Concentrations of Excess HEDTA // Plant and Soil. 1999. Vol. 215.

Размещено на Allbest.ru