Органические и минеральные формы биогенных элементов (азот, фосфор)
- Метод определения фосфатов по Морфи и Райли
- Метод определения фосфатов по Дениже – Аткинсу
- Метод определения фосфатов в присутствии сероводорода
- Метод определения валового фосфора сжиганием с персульфатом калия или персульфатом аммония
- Метод определения валового фосфора методом Королева - Вальдеррама
- Метод определения валового фосфора в морской воде сжиганием с нитратом магния
- Метод определения валового фосфора ультрафиолетовым облучением пробы
- Метод определения аммиака по Сэджи - Солорзано
- Метод определения аммиака по Грассхоффу – Юхансену
- Метод определения аммиака по Лиддикоту, Тиббиттс и Балтеру
- Метод определения аммиака с реактивом Несслера
- Метод определения нитритов с реактивом Грисса
- Метод определения нитритов по Райдеру и Меллону
- Метод определения нитритов по Бендшнайдеру и Робинсону
- Метод определение валового азота УФ – облучением
- Метод определения валового азота сжиганием с персульфатом калия в щелочной среде
1. Метод определения фосфатов по Морфи и Райли
В 1962 году Морфи и Райли был опубликован метод определения минеральных форм фосфора, основанный на взаимодействии растворённого фосфора с молибдатом аммония в присутствии серной кислоты, где в качестве восстановителя используется аскорбиновая кислота.
Порядок проведения анализа следующий: к 50 мл пробы добавляют 4 мл смешанного реактива и 1 мл раствора аскорбиновой кислоты. Раствор тщательно перемешивают и через 10 минут определяют оптическую плотность голубого окрашенного соединения на спектрофотометре при длине волны 885 нм (максимум поглощения) или фотоэлектроколориметре (красный светофильтр) в кюветах длиной 100 мм. При очень интенсивном окрашивании проб используются кюветы меньшей длины. Окраска развивается в течение 5-15 минут и практически не зависит от солености и температуры, поэтому для данного метода в качестве эталона применяется дистиллированная вода, обработанная аналогично пробам и одновременно с ними (Руководство..., 2003).
2. Метод определения фосфатов по Дениже – Аткинсу
Данный метод, опубликованный в 1923 году, является аналогичным методу определения фосфатов по Морфи и Райли. Главным отличием является использование в качестве восстановителя хлорид олова, что делает данный метод более чувствительным. Но необходимо учитывать, что полученная окраска устойчива в течение 25-30 минут, затем она начинает слабеть, и её интенсивность зависит от солености, что исключает возможность использования дистиллированной воды в качестве эталона сравнения.
Порядок проведения анализа следующий: к 50 мл пробы добавляют 1мл смешанного реактива и 3 капли раствора хлорида олова. Пробу тщательно перемешивают и приступают к колориметрированию через 10-15 минут. Оптическую плотность пробы измеряют в кюветах длиной 5 или 10 см при длине волны 670 или 882 нм. В качестве эталона сравнения служит поверхностная морская вода, в которую добавлен только смешанный реактив (Руководство..., 2003).
Сопоставимость данных по фосфатам, выполненных по методу Дениже – Аткинсу и по методу Морфи – Райли, зависит от многих причин. Средняя разница между величинами фосфатов, полученных по Дениже – Аткинсу и Морфи – Райли, невелика. Росфорд (Rochford, 1964) ,сравнивавший оба метода определений фосфора по данным для Индийского океана, считает, что при концентрациях более 2,2 мкг-ат/л большинство данных, полученных по методу Дениже – Аткинсу, занижены по отношению к Морфи – Райли. В какой-то мере эта разница объясняется тем, что при повышении концентрации фофора коэффициент экстинкции фосфоромолибденового комплекса при восстановлении его хлорным оловом немного уменьшается из-за быстрого выцветания окраски. Трудно утсановить какую-то постоянную разницу между определениями фосфатов, выполненными по Дениже – Аткинсу и по Морфи – Райли, все зависит от конкретных условий анализа. Если строго соблюдаются все условия проведения определений и колориметрирования, и тот, и другой методы должны давать идентичные результаты (Методы…, 1978).
3. Метод определения фосфатов в присутствии сероводорода
При определении фосфатов в присутствии сероводорода возникает ошибка за счет образования сульфидов сурьмы и молибдена. Мешающее влияние сероводорода и других восстановленных соединений серы можно устранить добавлением бромной воды. Для этого к 50 мл пробы добавляют по каплям бромную воду до появления бледно-желтой окраски, которая не исчезает в течение 5 мин. Излишек брома удаляют продуванием воздуха.
При высоких концентрациях фосфора (>3 мкмоль) пробу следует разводить дистиллированной водой, не содержащей растворённого кислорода. Для Черного моря пробу обычно разводят в 5 или 10 раз. При таком разведении можно избавиться от восстановленных соединений серы, оттитровывая их йодом. В отдельной аликвоте разведенной пробы оттитровывают восстановленные соединения серы 0.01 н. раствором йода в присутствии крахмала до появления слабой голубой окраски и записывают отсчет до сотых долей миллилитра. К измеряемой пробе добавляют такое же количество раствора J2, но уменьшенное на 0,02 мл. Дальнейшее определение проводится по методу Морфи и Райли.
Продувание пробы азотом или гелием удаляет лишь сероводород, но не устраняет мешающее влияние сульфитов, тиосульфатов и т.д. Кроме того, часть фосфора теряется при барботировании (Руководство..., 2003).
4. Метод определения валового фосфора сжиганием с персульфатом калия или персульфатом аммония
Метод основан на минерализации всех органических фосфорсодержащих органических соединений в пробах морской воды под воздействием персульфата калия, что позволяет в дальнейшем для определения их содержания применять метод, описанный для неорганического фосфора.
Порядок проведения анализа следующий: в цилиндры Несслера на 100 мл отмеряют по 50 мл пробы, добавляют специальным мерником 0,2 г персульфата калия или аммония и, не перемешивая, ставят в металлическом штативе в бурно кипящую водяную баню, не закрывая пробками. Пары воды постепенно смывают оставшиеся на стенках крупинки персульфата, а интенсивный нагрев снизу перемешивает всю пробу. Уровень воды в бане должен быть выше уровня пробы в цилиндрах Несслера. Время термообработки проб от 40 до 60 минут. Показателем окончания этого этапа можно считать уменьшение объема пробы на 5 мл.
После этого штатив с цилиндрами вынимают из водяной бани и дают пробам остыть до комнатной температуры, доводят объем пробы дистиллированной водой до первоначального объема (50 мл) и проводят определение минерального фосфора по методу Морфи – Райли. При этом выполняют раздельное добавление в пробу смешанного реактива и аскорбиновой кислоты. С целью нейтрализации остаточного хлора следует сначала добавить в пробу аскорбиновую кислоту - 1 мл, а затем смешанный реактив - 4 мл. Колориметрирование проб проводят в кюветах на 1-2 или 10 см в зависимости от интенсивности окрашивания при длине волны 885 нм относительно дистиллированной воды, проведенной одновременно с пробами через всю процедуру (Руководство..., 2003).
5. Метод определения валового фосфора методом Королева - Вальдеррама
В 1972 году Королев (Koroleff, 1972) предложил применять окислительный реактив, в состав которого, кроме персульфата калия, входит щелочь и борная кислота, в дальнейшем метод был усовершенствован Вальдеррамом (Valderrama, 1981).
Порядок проведения анализа проходит в несколько этапов:
1. Термообработка проб. Пробы разливают по 15 мл в сосуды для сжигания, в каждую добавляют по 2 мл окислительного реактива, закрывают металлической фольгой и подвергают термостатированию. Если для этой цели используется автоклав, пробы выдерживают в нем при давлении 1.5 атм и температуре 115-120 ºС в течение 40 мин. Если используют кастрюлю-скороварку, в неё наливают воду, количество которой должно быть таким, чтобы сосуды погружались в нее примерно на 1/4 своей высоты, помещают сосуды с пробами и кастрюлю плотно закрывают крышкой. Пробы термостатируют в кипящей воде в течение 1 часа.
При окончании термостатирования с горячих склянок сразу же снимают крышки, что способствует удалению из проб активного хлора, выделившегося из морской воды под воздействием персульфата калия. После того как склянки остынут, объем пробы доводят дистиллированной водой до 17 мл и перемешивают. Отбирают 12 мл для определения валового фосфора (5 мл остается для определения валового азота).
2. Определение валового фосфора выполняется в тех же сосудах, в которых проводилась термообработка проб. Применяется метод Морфи и Райли по схеме Сугавары. В сосуды с остывшими 12 мл пробы раздельно вносят 0.25 мл раствора аскорбиновой кислоты 1 мл смешанного реактива. Причем аскорбиновую кислоту добавляют в первую очередь. Через 10 минут пробы колориметрируют при длине волны 885 нм. Эталоном сравнения служит дистиллированная вода, в которую одновременно с пробами введена аскорбиновая кислота и смешанный реактив (Руководство..., 2003).
6. Метод определения валового фосфора в морской воде сжиганием с нитратом магния
Все традиционные методы определения валового фосфора рассчитаны на разрыв фосфорно-эфирных связей и высвобождение ортофосфорного радикала. Однако в гидробионтах фосфор присутствует в виде не только фосфатов, но и полифосфатов, фосфонатов и других н6еизвестных до сих пор соединений.
Для более полного разрушения органического вещества, а также высвобождения и окисления восстановленных соединений фосфора до фосфатов предложено использовать сжигание с нитратом магния.
Порядок проведения анализа следующий: к 50 мл пробы в коническую колбу 125 мл добавляют 2 мл 20%-ного раствора нитрата магния, перемешивают, накрывают часовым стеклом, оставляя место для выходов паров, и ставят на плитку. При слабом нагреве выпаривают 80% объема, а затем, увеличивая температуру нагревания, выпаривают досуха. После окончания выделения бурых паров окислов азота колбу снимают и дают остыть в течение 5 мин. Затем пробы переносят в цилиндры Несслера, охлаждают и доводят бидистиллированной водой до метки 50 мл. Добавление смешанного реактива и колориметрирование проводят так же, как при определении фосфатов (Руководство..., 2003).
7. Метод определения валового фосфора ультрафиолетовым облучением пробы
При использовании данного метода минерализация органического вещества происходит за счет активной ультрафиолетовой радиации от мощной ртутно-кварцевой лампы.
Порядок проведения анализа следующий: в кварцевую пробирку наливают 50 мл пробы воды и добавляют 5 капель концентрированной перекиси водорода. Пробу перемешивают. Совмещают отверстия в пробирке и пробке для уравнивания внутреннего давления. Пробирки устанавливают в облучатель. Затем включают вентилятор и ртутно-кварцевую лампу. Облучение проводят около 90 мин. По окончанию облучения пробирки переставляют в водяную баню с кипящей водой. Нагревают пробирки в течение 30-40 мин. Затем охлаждают. Добавляют смешанный реактив для фосфат-иона и определяют «валовый растворенный фосфор» в фильтрованной или нефильтрованной пробе (Люцарев и др., 1973).
Смешанный реактив добавляют в кварцевые пробирки, в которых проводили УФ-облучение. Если после облучения проба воды по каким-либо причинам была перенесена в цилиндры Несслера, то во избежание потерь фосфора из-за адсорбции его стенками кварцевых пробирок последние следует ополоснуть смешанным реактивом, разбавить дистиллированной водой до 50 мл и определить концентрацию фосфатов. Ошибка за счет сорбции может достигать 46% (Методы…, 1978).
8. Метод определения аммиака по Сэджи - Солорзано
Аммонийный азот, присутствующий в морской воде, реагирует с гипохлоритом и фенолом и даёт интенсивно окрашенное голубое соединение – индофенол. Колорометрируют пробы спустя 6 часов, когда заканчивается развитие окраски. Метод даёт надёжные результаты в диапазоне концентраций от 0,1 до 15,0 мкг - аm/л.
Порядок проведения анализа следующий: к 50 мл морской воды добавляют 1 мл раствора фенола, перемешивают и затем добавляют 1 мл рабочего раствора гипохлорита натрия. Пробы снова перемешивают, а затем накрывают весь штатив с пробами чёрным чехлом и оставляют стоять при комнатной температуре в течение 6 часов. Колорометрирование образцов проводят на спектрофотометре при длине волны 630 нм в кюветах длиной 10 см (Методы…, 1978).
9. Метод определения аммиака по Грассхоффу – Юхансену
Грассхофф и Юхансен (Grasshoff, Johannsen, 1972) предложили методику определения аммиака при нагревании пробы, заменив гипохлорит натрия раствором триона.
Порядок проведения анализа следующий: к 35 мл пробы добавляют 2,1 мл буфера, перемешивают и затем добавляют 1 мл раствора триона и 1 мл раствора фенола. Снова перемешивают и оставляют стоять в темноте в течение 8 часов при 25°С, так как трион значительно медленнее реагирует с аммиаком, чем гипохлорит. Колорометрирование пробы проводят в 10-сантиметровых кюветах при длине волны 630 нм.
Буфер состоит при гидроокиси натрия, боной кислоты и цитрата натрия. Другие буферные системы, работающие в нужном диапазоне pH (10,5-11,5), не применимы, так как вызывают выпадение гидроокиси магния и сильно загрязнены аммиаком сами реактивы. При нагревании не в замкнутой системе автоанализатора, а в водяной бане, также возможны потери или загрязнения аммиаком (Методы…, 1978).
10. Метод определения аммиака по Лиддикоту, Тиббиттс и Балтеру
В работе Лиддикота, Тиббитс и Балтера (Liddicoat et al., 1975) предложена разновидность метода Грассхоффа и Юхансена, но вместо нитропруссида натрия используется железистосинеродистый калий.
Порядок проведения анализа следующий: к 50 мл пробы в кварцевых цилиндрах Несслера на 100 мл добавляют 2 мл раствора фенола, 50 мл окислительного раствора и 2 мл раствора железистосинеродистого калия. Тщательно перемешивают и облучают УФ - лампой в течение 40мин., при 22 - 27°С. Оптическая плотность окрашенного раствора измеряется при длине волны 640 нм в 10 см кюветах. Без УФ – облучения окраска развивается в течение 8 часов (Методы…, 1978).
11. Метод определения аммиака с реактивом Несслера
Определение содержания аммиака в морской воде основано на его способности образовывать с реактивом Несслера желтое окрашивание, вызываемое образованием иодистого меркураммония; предварительно прибавляется сигнетовая соль и едкий натр для удержания в растворе магния и кальция.
Порядок проведения анализа следующий: в цилиндр Несслера на 50 мл с притёртой пробкой вливают 1,5 мл 30%-ного раствора сегнетовой соли и хорошо смачивают стенки цилиндра этим раствором. Затем в этот же раствор приливают 50 мл 20%-ного раствора едкого натра, оба раствора тщательно перемешивают. Отдельно в такой же цилиндр отмеряют 50 мл испытуемой морской воды, к ней прибавляют 1,0 мл 30%-ного раствора сегнетовой соли и хорошо перемешивают. Затем морскую воду с сегнетовой солью быстро приливают к содержимому первого цилиндра, т.е. к смеси сегнетовой соли с раствором едкого натра, затем всё хорошо перемешивают. Добавляют 2 мл реактива Несслера и аккуратно перемешивают. Через 15 мин. колорометрируют на спектрофотометре при длине волны 375 нм (Методы…, 1978).
12. Метод определения нитритов с реактивом Грисса
Преимущество данной методики перед другими модификациями состоит в том, что пропорциональность между концентрацией нитритного азота и оптической плотностью сохраняется до самых больших концентраций нитритов, которые возможны в океане, т.е. до 50 мкг - аm N/л (после восстановления нитратов до нитритов).
Порядок проведения анализа следующий: пробы морской воды разливают в цилиндры Несслера до метки 50 мл. После принятия пробами воды температуры лаборатории приливают к ним по 2,5 мл реактива Грисса и тщательно перемешивают. Через 40 мин. приступают к измерению оптической плотности при длине волны 543 нм (Методы…, 1978).
13. Метод определения нитритов по Райдеру и Меллону
Порядок проведения анализа следующий: как только температура проб в цилиндрах Несслера на 50 мл примет значение температуры лаборатории, к ним прибавляют по 1 мл сульфаниловой кислоты, перемешивают переворачиванием и оставляют стоять 5 мин., после чего прибавляют 1мл α – нафтиламина и 1 мл ацетатного буфера, перемешивают и оставляют стоять 30 мин.
Оптическую плотность растворов измеряют при 543 нм. Калибровочный график прямолинеен даже при значительных количествах нитрита (до 10 мкг-аm/л). Окраска растворов устойчива в течение 2 часов. Калибровочную кривую строят заново для каждой новой партии растворов реактивов (Методические вопросы…, 1993).
14. Метод определения нитритов по Бендшнайдеру и Робинсону
Порядок проведения анализа следующий: к пробам и стандартам объёмом 50 мл в цилиндрах Несслера приливают 1 мл раствора сульфаниламида, перемешивают и через 5 минут прибавляют 1 мл раствора N-(1-нафтил) этилендиаминдигидрохлорида, затем через 10 минут измеряют оптическую плотность растворов при 543нм. Окраска растворов устойчива в течение 2 часов (Методы…, 1978).
15. Метод определение валового азота УФ – облучением
Метод был предложен Армстронгом и др. (Amstrong et al.,1966) и в несколько усовершенствованном виде вошёл в известное руководство Стрикленда и Парсонса (Stickland, Parsons, 1968).
Принцип метода основан на фотохимическом окислении азотосодержащих соединений. проба воды подвергается воздействию ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 2500 А до тех пор, пока весь связанный азот не перейдёт в сумму нитратных и нитритных ионов. Сумму нитратов и нитритов определяют в пробе до и после сожжения. Разница между полученными величинами представляет собой органический азот. При высоком содержании аммонийного азота в пробе на него надо вводить поправку. Аммонийный азот количественно окисляется до нитратов УФ – сжиганием при условии, если пробки пробирок плотно закрыты. Данным методом валовый азот можно определять в интервале 0,25 – 100 мкг - аm/л. Разбавление пробы после сжигания в 2 – 4 раза позволяет определять любые концентрации валового азота, встречающиеся в морской воде.
Порядок проведения анализа следующий: пробу воды фильтруют через стекловолокнистый или ацетатный фильтр № 3 с диаметром пор 0,45 мк.
Сжигание без катализатора. Отмеряют 50 мл пробы и добавляют в нее 0,2 мл 1N HCL и 0,25 мл 30%-ной, перекиси водорода и перемешивают. Кварцевую пробирку наполняют так, чтобы под пробиркой не оставалось воздуха.
Пробку жёстко прикрепляют к пробирке. Поверхность пробирки и пробки обезжиривают спиртом. облучают 2 часа. Охлаждают пробирки вентилятором. Добавляют в пробу по 0,25 мл 1 N едкого натра и вновь облучают 3 часа. Проводят определение суммы нитратных и нитритных ионов.
Сжигание с катализатором. Добавляют в пробу 0,25 мл пергидроля и 1 каплю 0,5 N раствора щелочи. Перемешивают. Непосредственно перед облучением вносят в пробу 0,4 мг сернокислого серебра специальным мерником. Пробку необходимо плотно прикреплять к пробирке. Проводят УФ – облучение в течение 40 минут. После охлаждения вентилятором количественно переносят пробу в пробу в цилиндр Несслера на 50 или 100 мл. Перед добавление в пробу трилона Б её необходимо профильтровать через фильтр «синяя лента», чтобы в колонку с омедненным кадмием не попало серебро (Методы…, 1978).
16.Метод определения валового азота сжиганием с персульфатом калия в щелочной среде
Метод основан на том, что при нагревании персульфат калия даёт сернистую кислоту и перекись водорода, которая в щелочной среде является сильным окислителем и переводит все азотосодержащие вещества в эквивалентное количество нитратов. Этим методом можно определять валовый азот от 1 до 150 мкг – аm /л.
Порядок проведения анализа следующий: в склянки для сжигания отмеряют 30 мл пробы. Специальным мерником добавляют 0,2 г. персульфата калия и 5 капель 40%-ного едкого натра. Помещают на 4 часа в бурно кипящую водяную баню с закрытыми, но ослабленными, но ослабленными пробками, или в автоклав на 30 минут под давлением 2 атм и температуре 115 – 120°С. Охлаждают пробы до комнатной температуры. Разбавляют пробу в 2 - 3 раза морской водой с возможно меньшим содержанием нитратов в зависимости от ожидаемой концентрации валового азота и добавляют трилон Б из расчёта 2 мл на 100 мл пробы, затем пропускают через редуктор. Необходимо следить за тем, чтобы образующийся осадок не забивал колонки с омедненным кадмием. Поэтому перед пропусканием через редуктор или перед разбавлением пробу следует осторожно декантировать или профильтровать через бумажный фильтр (Методы…, 1978).