Определение общего содержания азота методом Кьельдаля

Наиболее широко для определения азота в почвах применяют метод Кьельдаля. С помощью этого метода можно определить азот органических соединений, а также минеральный азот, находящийся в аммонийной форме. Азот нитратов и нитритов этим методом не определяется, но в целинных и слабоокультуренных почвах, где содержание этих соединений азота невелико, метод Кьельдаля можно рассматривать как метод определения общего содержания азота в почвах. Метод Кьельдаля основан на количественном определении аммония, образующегося при озолении органического вещества почвы в сернокислой среде. Анализ включает три этапа.

На первом этапе проводят окисление (мокрое озоление) органического вещества почвы кипящей серной кислотой. На примере окисления аланина процесс можно представить в следующем виде:

Таким образом в сернокислой среде азот аминогрупп превращается в сульфат аммония. Для ускорения процесса разложения органического вещества почв анализ проводят в присутствии катализаторов. В качестве катализаторов могут быть использованы CuS0₄, HgO, Se или их смесь. Роль катализаторов в процессе разложения органического вещества рассмотрим на примере селена. При взаимодействии с серной кислотой селен окисляется с образованием селенистой кислоты:

Селенистая кислота, взаимодействуя с органическим веществом, окисляет углерод и водород до С0₂ и Н₂0 и восстанавливается до элементного селена:

В связи с высокой токсичностью селена все работы с ним нужно проводить в вытяжном шкафу.

Для повышения температуры кипения в колбу добавляют сульфат калия. По данным Бакера, температура кипения концентрированной серной кислоты 329°С, содержащей 1 мг/мл K₂S0₄ - 365°С, содержащей 2 г/мл K₂S0₄ - 410°С. Обычно используют смесь, состоящую из K₂S04 и CuS0₄ и Se в соотношении 100: 10: 1.

Разложение органического вещества протекает медленно и может быть неполным, если анализ проводить при температуре ниже 360°С, при температуре 410°С могут происходить потери азота [Jackson, 1962].

На втором этапе аммоний добавлением раствора гидроксида натрия переводят в аммиак (NH₄)₂S0₄+2NaOH —> 2NH₃+Na₂S0₄+2H₂0, который отгоняют и поглощают соответствующими поглотителями - водой, серной или борной кислотами.

Третий этап состоит в количественном определении азота титриметрическим или фотометрическим методами. В качестве поглотителя аммиака можно использовать воду, титрованный раствор серной кислоты и раствор борной кислоты.

Воду в качестве поглотителя используют в тех случаях, когда отгоняют не более 0, 2 мг аммиака.

При использовании для поглощения аммиака строго отмеренного объема титрованного раствора серной кислоты применяют метод обратного титрования.

Количество кислоты, эквивалентное содержанию образовавшегося при разложении навески почвы аммиака, находят по разности между количеством миллимолей эквивалентов H₂S0₄, взятым для поглощения аммиака и количеством миллимолей эквивалентов H₂S0₄, которое было определено титрованием после поглощения кислотой аммиака.

Однако более удобно поглощать аммиак борной кислотой. При взаимодействии аммиака с борной кислотой образуется борат аммония: NH₃+H₃B0₃= NH₄⁺ +H₂B0₃^-. Таким образом, после отгонки аммиака в составе раствора- поглотителя присутствуют: H₃B0₃, NH₄⁺ и Н₂В0₃^-. Борат-ионы можно определить титрованием кислотой: Н₂В0₃^-+Н⁺ ↔ Н3В03.

Метод Кьельдаля известен с 1883 года и с тех пор широко используется в аналитической практике, однако некоторые аспекты метода до сих пор являются дискуссионными. В частности, высказывается мнение, что методом Кьельдаля нельзя определить ион аммония, фиксированный кристаллической решеткой глинистых минералов. Исследования И.А. Могилевкиной [1970] показали, что при оптимальном соотношении H2S04, K2S04, Se и длительном периоде озоления почвы весь фиксированный аммоний определяется методом Кьельдаля. Озоление почв с высоким содержанием фиксированного аммония должно продолжаться в течение 5 часов после осветления раствора в колбе.

Неполное разложение органического вещества может наблюдаться при анализе почв, содержащих агрегаты, сцементированные соединениями железа, так как последние не растворяются в концентрированной серной кислоте. В таких случаях навеску почвы заливают водой и лишь затем прибавляют концентрированную серную кислоту.

Определение азота почвы необходимо проводить в помещениях, воздух которых свободен от паров аммиака. В этом помещении не должны храниться аммиак (даже капельница с его раствором) и соли аммония.

 

 

Фотометрические методы определения азота

После разложения органического вещества почв и переведения азота в аммонийную форму количественное определение азота можно проводить фотометрическими методами. В практике анализа почвенно-агрохимических объектов используют метод Несслера и различные варианты индофенолового метода.

Метод Несслера основан на образовании окрашенного труднорастворимого соединения при взаимодействии реактива Несслера K₂HgI₄ с аммиаком в нейтральных или щелочных растворах:

Очень большого избытка щелочи следует избегать, так как может произойти разложение NH₂Hg₂I₃ с образованием оксида ртути. Концентрация щелочи должна быть одинаковой в стандартных и испытуемых растворах.

Окрашенное соединение NH₂Hg₂I₃ склонно к образованию коллоидных частиц с отрицательным зарядом. Для получения равномерной и устойчивой взвеси в раствор вводят защитный коллоид - желатин, поливиниловый спирт, кремнекислый натрий. При малых концентрациях аммиака коллоидные растворы имеют желтую окраску, при увеличении концентрации появляется бурый оттенок.

При определении азота оптическую плотность измеряют в области длин волн 400-425 нм. Молярный коэффициент светопоглощения при длине волны 400 нм равен приблизительно 5▪ 10³. Это значение несколько условно, так как в зависимости от размера коллоидных частиц может изменяться не только оптическая плотность, но и характер спектров поглощения. При проведении анализа необходимо очень строго соблюдать условия выполнения анализа стандартных и испытуемых растворов (последовательность прибавления реагентов, их концентрации и т.д.).

Фотометрическому определению азота методом Несслера мешают ионы, выпадающие в осадок в щелочной среде и образующие нерастворимые соединения с иодид-ионами и ионами ртути (магний, железо, марганец, титан, сульфид-ионы и др.) Влияние ионов металлов устраняют маскированием с помощью тартратов или предварительной отгонкой аммиака. В связи с высоким содержанием мешающих компонентов метод Несслера для определения общего содержания азота в почвах широко не применяется. Его используют для определения аммонийного азота, который извлекают из почвы 2%-ным раствором хлорида калия.

Индофеноловый метод более удобен, так как соединение синего цвета, которое используется при фотометрическом определении аммиака, образует истинный раствор, и максимум светопоглощения этого соединения находится в видимой области спектра. Молярный коэффициент светопоглощения при длине волны 625 нм равен 4, 5▪ 10³. В основе метода лежит реакция аммиака с фенолом в присутствии окислителя гипохлорита или гипобромита натрия. Продуктом реакции является индофенол, который в щелочной среде окрашивает растворы в синий цвет.

Для определения азота в почвах и растениях используют также зеленую окраску индофенолдикарбоновой кислоты в щелочной среде.

 

 

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

(ДВФУ)

 

Школа естественных наук

Лабораторные занятия

по дисциплине «Химический анализ почв»

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: