Taimse materiali anals Taimse materiali analsi phietapid Taimses

Taimse materiali analüüs

Taimse materiali analüüsi põhietapid • Taimses materialis analüüsitakse peamiselt mikro- ja makroelemente: N, P, Ca, K, Mg, Mn, Zn, S, Mo, Fe, B, Cu • Laboriprotseduurid hõlmavad: puhastamine, kuivatamine, jahvatamine, kaalumine, tuhastamine ja analüüs

Proovi ettevalmistus taimse materiali puhul • Vale või puudulik proovi ettevalmistus võib põhjustada tulemuste dramaatilist hälbimist tõelisest väärtusest • Proovi ettevalmistuse etapid: • Puhastamine • Kuivatamine • Kaalumine • Tuhastamine

Puhastamine I Taimsed materialid tuleb enne analüüsi puhastada pinnase- ja tolmuosakestest ja kemikaalidest. Puhastatakse värskeid, terveid, töötlemata taimeproove. Pesemiseks kasutatakse: • Deioniseeritud vett • Detergenti • Keskmise tugevusega nailonharju • Plastiknõusid Taimset materiali uuritakse visuaalselt enne puhastamist. Kui silmaga nähtavat mustust ei ole, siis materiali ei puhastata, v. a. juhul kui analüüsitavateks objektideks on Fe, Al, Si voi Mn. Kui taimset objekti on töödeldud kemikaaliga ja analüüsiobjektideks on Fe, Al, Si voi Mn, siis pestakse taimset materiali lühiajaliselt 0. 1 – 0. 3 % detergendilahusega ning loputatakse veega. Pesemise ja loputamise kestvus peaks olema nii lühike kui voimalik, et vältida Cl, N, B ja K väljapesemise ohtu. Pesemise järgi kuivatatakse proov otsekohe, et stabiliseerida material ja peatada ensümaatilised reaktsioonid.

Puhastamine II • Märkused seoses puhastamisega: • Pesematajätmine on sageli parem kui liigne pesemine, kuna veeslahustuvad ühendid nagu B, K, N lekivad pesemise kestel kergesti materialist välja. • Optimaalne ajavahemik pesemiseks ja loputamiseks on mõningate spetsialistide järgi ainult à 15 s. • Puhastamine ei ole vajalik taimede puhul, mis on liiga kõrgel, et pinnasega saastuda, sagedasti vihmahoogude käes ja pole keemiliselt töödeldud. • Suhteliselt kõrged Al ( 100 mg/kg), Fe ( 100 mg/kg) ja Si ( 1%) kontsentratsioonid on indikaatoriks proovi saastumisest.

Kuivatamine • Taimse proovi kuivatamine stabiliseerib proovi, peatab ensümaatilised reaktsioonid ja hõlbustab proovi peenestamist ning kaalumist. Kuivatamine viiakse läbi termostaadis. • Kuivatamiseks pannakse taimse materiali osakesed hõredalt paberkonteineritesse ja kuivatatakse 12 – 24 tundi 80 °C juures

Kuivatamine II • Märkused • Täpne kuivatamise aeg sõltub konkreetsest proovist ja selle kogusest. • Alla 80 °C kuivatamine ei eemalda sageli kogu niiskust; üle 80 °C kuivatamine võib põhjustada proovikadu. • Mõnikord võib lühiajaline kuivatamine mikrolaineahjus olla õigustatud – sel juhul tuleb kuivatamisprotsessi pidevalt jälgida ja proovi vahepeal segada.

Proovi peenestamine • Taimsest materialist proovid peenestatakse tavaliselt 0. 5 – 1 mm suurusteks tükkideks, et hõlbustada orgaanilise aine destruktsiooni ja homogeniseerida proov. • Peenestamiseks kasutatavate veskite need osad, mis prooviga kokku puutuvad peaksid olema roostevabast terasest. • Proovi osakeste sobiva suuruse tagamiseks kasutatakse vastava augu suurusega võresõelasid. • Sõelade ja veskite puhastamiseks proovist kasutatakse vaakumit. • Pärast proovi peenestamist ja sõelumist segatakse proovi hoolikalt, et tagada selle homogeensus.

Proovi hoidmine Proove peaks hoitama: • Ŏhukindlalt suletavates konteinerites, mis ei saasta proovi ega reageeri proovi komponentidega • Jahedas, pimedas ja kuivas ruumis • Pikemaajalisem säilitamine peaks toimuma külmkapis

Proovi orgaaniliste komponentide lagundamine või lõhustamine • • ➢ ➢ Eelnevalt puhastatud, kuivatatud, peenestatud ja kaalutud taimsetes proovides viiakse enne elementanalüüsi läbi orgaaniliste ainete lagundamine/lõhustamine Orgaanilise aine lagundamiseks on peamiselt kaks teed: Kuiv tuhastamine kasutades kõrget temperatuuri Märg tuhastamine kasutades kontsentreeritud happeid

Kuiv tuhastamine • Kuiv tuhastamine viiakse läbi muhvelahjus kuivatades proovi 4 – 8 tundi 500 – 550 °C juures. • Kui tuhastamine on täielik, siis peaks tekkinud tuhk olema puhas valge. • Kui taimne proov on kõrge suhkru ja/või õli sisaldusega, siis lisatakse proovile enne kuumutamist kontsentreeritud hapet. • Pärast kuumutamist eemaldatakse proov koos nõuga ahjust, jahutatakse ja saadud tuhk lahustatakse kontsentreeritud HCl ja/või HNO 3 happes. • Seejärel lisatakse vajalik ruumala solventi, et proovi kontsentratsioon jääks kasutatava meetodi määramispiiridesse. • Kuiva tuhastamist ei soovitata räni poolest rikaste proovide korral.

Märg tuhastamine • Kasutatakse tugevate oksüdeeriate (H 2 SO 4, HNO 3, HCl. O 4 ja H 2 O 2) ning kuumuse koosmõju. • Happeid lisatakse ligikaudu 10 – kordses proovi kaalus. • HCl. O 4 ei kasutata palju kuna see on plahvatusohtlik. • Proovi kuumutatakse temperatuuride vahemikus 80 – 125 °C • Seejärel lisatakse solventi vajaliku ruumalani, et proovi kontsentratsioon jääks kasutatava meetodi määramispiiridesse. • Märga tuhastamist kasutatakse ränirohkete proovide puhul. • Viimastel aastatel on hakatud märga tuhastamist läbi viima ka mikrolaineahjudes.

Summaarse lämmastiku määramine taimsetes proovides Kjeldahli meetodi abil • Proovis leiduv orgaaniline lämmastik viiakse H 2 SO 4 abil NH+4 kujule. • Tekkinud NH+4 kontsentratsioon määratakse • Keemistemperatuuri tõstmiseks ja rektsioonide kiirendamiseks lisatakse K 2 SO 4 voi Na 2 SO 4. • Orgaanilise aine oksüdeerimiskiirust tõstetakse ka katalüsaatorite (Cu, Se, Hg) lisamise abil. • Proov muudetakse Na. OH abil tugevalt aluseliseks nii et tekkinud NH+4 eraldub NH 3 kujul ja kogutakse boorhappe lahusesse. • Tekkinud ammooniumboraat tiitritakse standardhappe lahusega.

Kjeldahli meetod: detailne protseduur • 1. 2. 3. 4. 5. 6. Erinevate proovide korral võib meetod olla modifitseeritud Proov asetatakse Kjeldahli ”klaasi” ja lisatakse sellele katalüsaatorit. Koos iga prooviga (proovide komplektiga) viiakse läbi paralleelne tühikatse (segatakse kokku ainult reagendid) Lisatakse kontsentreeritud H 2 SO 4, kuumutatakse aeglaselt 200 °C -ni, kuni proovi kobrutamine on lõppenud, siis tõstetakse temperatuur 300 – 350 °C ja kuumutatakse kuni lahus muutub selgeks. Kuumutatakse veel täiendavalt kuni 1 tund. Proovi lahus jahutatakse ja lisatakse deioniseeritud vett. Kui lahusesse on tekkinud sade, siis segatakse lahust kuni sade on kadunud. Lahusesse lisatakse Na. OH ja destilleeritakse lahus H 3 BO 3 lahust sisaldavasse kolbi. Destillaat tiitritakse HCL voi H 2 SO 4 lahusega kuni lahus värvub roosaks.

Kjeldahli meetod: märkused • Protseduuri tundlikkus sõltub proovi kogusest, happe tugevusest, tiitrimise täpsusest. • Proovis sisalduva lämmastiku kogus ei tohiks ületada 5 mg. • Kui proovis leiduva happe/soola suhe on lagundamisprotsessi lõpus madal võib märkimisväärne kogus NH 3 lenduda. • Lämmastiku kadusid võivad põhjustada ka lokaalne ülekuumenemine ja 30%-lise H 2 O 2 kasutamine. • Lagundamiseks vajalik aeg sõltub proovi tüübist, katalüsaatorist ja kasutatud temperatuurist. Oluline on, et kuumutamine jätkuks pärast lahuse selginemist kõigi proovide jaoks võrdse aja. • Proovide homogeensus on lõppresultaadi seisukohalt väga tähtis. • Kinnikaetud proove võib pärast orgaanilise lämmastiku lagundamist jahedas ruumis hoida mitu päeva. • Pärast destillatsiooni peaks tiitrimine toimuma võimalikult ruttu, et vältida CO 2 lahustumist proovis.

Summaarse lämmastiku määramine taimsetes materialides kasutades põletamist • Orgaaniline proov sisestatakse kvartsist reaktorisse, mille temperatuur on 1030 °C ja kus kandegaas argoon on rikastatud hapnikuga. • Reaktoris on kroomi- ja koobaltoksiidi kiht, mis omakorda on kaetud hõbedakihiga, et aidata kaasa oksüdatsioonile ja adsorbeerida halogeen ja vääveloksiide. • Põlemisel tekkinud gaasid redutseeritakse vaskkolonnis, mille temperatuur on 650 °C. • Seejärel eemaldatakse vesi magneesiumperkloraadi ”lõksus” või molekulaarsõela (3 Å) abil. • CO 2 eemaldatakse teise ”lõksuga”, milleks võib olla Na 2 O või Li. OH. • Kvantiseerimiseks viiakse lämmastikugaas kromatograafilisse lahutuskolonni ja sealt edasi soojusjuhtivusdetektorisse. • Tekkiv signaal registreeritakse.

Märkused • Meetodiga saadavad tulemused on sama head või paremad kui Kjeldahli meetodiga. • Hälbimine ”tõelisest väärtusest” sõltub proovi kogusest: 10 % kui N sialdus proovis on 0. 01 % suurusjärgus, ja 0. 4 % kui sisaldus on 50 %. Korratavus on parem kui 0. 1 % tulemuse absoluutväärtusest. • Parimate tulemuste saamiseks peab proov olema piisavalt peenestatud (osakeste läbimõõt 1 mm või väiksem) ja hästi segatud. õige peenestatuse juures võidakse saavutada 10 järjestikuse katse RSD 2%. • Proovi suurus 3 – 30 mg. • Proov peab plema kaalutud vähemalt 1 mg täpsusega. • ühe proovi analüüs võtab 160 s. • Instrumendi rutiinne korrashoid on u. 0. 5 tundi päevas. • ühe päeva jooksul võib operaator analüüsida 100 – 150 proovi.

Nitraatide määramine taimsetes proovides ioonselektiivsete elektroodide abil I Nitraat-selektiivses elektroodis on sisemine võrdluslahus, mis on kokkupuutes poorse, plastilise, organofiilse membraaniga. Viimane toimib kui selektiivne NO 3 – ioonide vahetaja. Kui membraan on kokkupuutes välise NO 3 – ioone sisaldava lahusega tekib üle membraani potentsiaalide vahe. Viimast potentsiaali, E, mõõdetakse konstantse võrdluspotentsiaali, E 0, suhtes. E suurus sõltub NO 3 ioonide aktiivsusest lahuses ja on kirjeldatav järgmise empiirilise võrrandiga: E=E 0+[S log(ANO 3+Kai)]+EJ kus EJ tähistab aniooni ja katiooni liikuvusi välises proovilahuses ja võrdluselektroodi täitvas lahuses; tõus S (59, 16 m. V 25 C juures) hõlmab Faradi ja gaasi konstante, iooni valentsi, lahuse temperatuuri, ja kuna NO 3 elektrood ei ole 100%-liselt spetsiifiline, selektiivsuste suhet. Kai hõlmab viga, mille põhjustavad valesignaali andvad (NO 3 signaali) ioonid. Oletades, et EJ ja temperatuur on kõigis proovides konstantsed, ning segavaid ioone ei ole on potentsiaalimuutus lineaarses sõltuvuses NO 3 ioonide aktiivsusest ANO 3: E=E 0+[S log(ANO 3)]

Nitraatide määramine taimsetes proovides ioonselektiivsete elektroodide abil II • Seos ANO 3 ja nitraatioonide kontsentratsiooni, CNO 3, vahel on liitfunktsioonide kontsentratsioonist lahuses ning nende valentsidest. Seda suhet väljendatakse ioontugevuse, I, kaudu: I=½Ci. Zi 2 • kus Ci on molaarne kontsentratsioon ja Zi on iooni, i, valents. • Puhastes ja lahjades lahustes on ioonide aktiivsuse väärtused lähedased nende kontsentratsioonide väärtustele. Kui ioontugevus kasvab, siis vähenevad aktiivsuse väärtused vastasioonide interaktsioonide tõttu. • Vältimaks probleeme, mis tekkivad kui proovi ja standardite ioonsed kontsentratsioonid on erinevad, lisatakse lahustele kõrge ioontugevusega soola lahust. Tulemuseks on võrdlemisi stabiilne iooni aktiivsuse ja kontsentratsiooni suhe.

Märkused • NO 3 -selektiivsed elektroodid töötavad NO 3 kontsentratsioonivahemikus 0. 14 – 1400 mg/L. Samas on kõrvalekaldeid lineaarsusest märgata juba siis kui NO 3 kontsentratsioon ületab 1. 4 mg/L. Kui kontsentratsioon ületab 140 mg/L on kõrvalekalded lineaarsusest arvestatavad. • Kui soolade kontsentratsioon lahuses on väga kõrge, võivad mõned soolad fikseeruda elektroodi membraanile ja segada mõõtmisi. • Segavateks ioonideks on kloriid-, perkloraat-, fosfaat- ja nitritioonid. Põhiprobleem taimsete materialide puhul on kloriidioon. Selle probleemi ületamiseks lisatakse ekstrahendile Ag 2 SO 4 lahust, et kloriidioone välja sadestada. • Proovid peaksid olema analüüsitud poole päeva jooksul alates ekstraktsioonist, et vältida proovi nitraatide bakteriaalset lagundamist. • Mõõtmiste vahepeal hoitakse NO 3 -selektiivseid elektroode 0. 01 M NO 3 lahuses.

Fosfori määramine taimsetes materialides kolorimeetriliste meetodite abil • Lagundatud taimsele proovile lisatakse ammooniummolübdaadi lahus, mis sisaldab askorbiinhapet ja antimoni. • Tekib ammooniummolüdifosfaadi kompleks. • Lahus värvub siniseks. • Sinise värvi intensiivsus korreleerub taimses materialis leiduva fosfori hulgaga. • Antimonkaaliumtartraadi juuresolek stabiliseerib kompleksi nii et lahuse värv püsib kauem. • Värvi intensiivsust mõõdetakse spektrofotomeetriga 660 nm juures

K, Ca ja Mg määramine AAS-ga • Kõigepealt lõhutakse proovi orgaaniline osa (märg või kuiv tuhastamine) • Aatomabsorptsioonspektromeetris (AAS) taimse proovi lahus atomiseeritakse ja viiakse atsetüleeni/õhu segusse. • Huvipakkuvad analüüdid viiakse mitteergastatud ja mitteioniseeritud olekusse, kus huvipakkuva aine aatomid on võimelised absorbeerima valgusenergiat antud ainele iseloomulikul lainepikkusel. • Valgusallikaks on õõneskatoodlamp, kus uuritav element on katoodiks. • Kui lamp ühendatakse vooluallikaga, siis emiteeruvad katoodist footonid, mis on iseloomulikud uuritavale ainele. • Emiteerunud valgus suunatakse leeki, kus see neeldub proportsionaalselt leegis oleva uuritava elemendi kontsentratsiooniga. • Absorptsiooni hulk arvutatakse läbi leegi ja ümber leegi mineva valguse intensiivsuse vahest.

K, Ca ja Mg määramine AES-ga • • Aatomemissioonspektroskoopia (AES) Vastupidine protsess AAS-le Sageli ühe ja sama instrumendi 2 erinevat funktsiooni. Pärst leeki sisestamist viiakse uuritava aine aatomid ergastatud tasemele. • Ergastatud aatomid emiteerivad neile iseloomuliku lainepikkusega valguskiirgust proportsionaalselt nende kontsentratsiooniga leegis.

Kokkuvõte Taimede võime saada kätte vajalikud toiteained sõltub mitmetest faktoritest: • Pinnases leiduvate toiteainete hulk • Pinnase temperatuur • Pinnase niiskustase • Taime geneetika jpm. Taimete analüüs annab infot selle kohta, milline on toitainete tegelik sisaldus taimedes ning võimaldab õigeaegselt reageerida toiteainete puudujäägile pinnases.