Organiczna Analiza Elementarna gleb i materiałów - Spectro-Lab
Transkrypt
Organiczna Analiza Elementarna gleb i materiałów - Spectro-Lab
Organiczna Analiza Elementarna gleb i materiałów roślinnych z wykorzystaniem aparatu Flash 2000 Thermo Scientific Dr Liliana Krotz, Specjalista produktów OEA, oraz Dr Guido Giazzi, Menadżer produktów OEA, Thermo Fisher Scientific inc., Mediolan, Włochy Słowa kluczowe Flash 2000, CNS, elementarna TOC, gleby, osady, analiza Wstęp Charakterystyka elementarna i analiza środowiskowa dostarczają kluczowych informacji na temat obiegu pierwiastków oraz umożliwiają kontrolę i projektowanie procesów związanych z produkcją rolną. Analiza zawartości azotu jest niezbędna do określenia m. in. jakości żywności i plonów rolniczych, dostarcza też informacji potrzebnych przy planowaniu nawożenia. Analizy zawartości azotu i węgla w glebach pozwala na określenie, czy podstawowe pierwiastki odżywcze znajdują się w nadmiarze czy niedomiarze. Z kolei rozróżnienie zawartości całkowitej węgla (TC) oraz zawartości węgla organicznego (TOC) umożliwia szybkie rozpoznanie jakości gleby. Z drugiej strony obserwuje się znaczny wzorst zainteresowania oznaczaniem także siarki, będący następstwem niedoboru tego pierwiastka w glebach piaszczystych, występujących w wielu rejonach świata. Siarka jest kluczowym makroelementem dla wszystkich organizmów. Niedobór siarki ma niekorzystny wpływ na wzrost warzyw oraz na jakość znajdujących się w nich witamin i białek, w wyniku zaburzonych procesów syntezy aminokwasów takich jak metionina, cysteina i cystyna. Obecnie przykłada się coraz większą wagę do metod badania gleb i roślin, ponieważ wiele klasycznych technik nie nadaje się do rutynowych analiz ze względu na długi czas przygotowania próbki i stosowanie szkodliwych odczynników. Z tego powodu istnieje potrzeba stosowania technik instrumentalnych, które pozwalają na szybką i powtarzalną analizę. Analizator elementarny Thermo Scientific bazuje na dynamicznym spaleniu próbki, dzięki czemu nie wymaga stosowania toksycznych odczynników oraz czasochłonnego przygotowania próbki, jednocześnie zapewniając ilościową analizę w szerokim zakresie stężeń. Analizator Flash 2000 w wersji NC Soil (Rysunek 1), pozwala na analizę azotu oraz węgla w próbkach gleb i roślin. Przy stosowaniu techniki dodatku kwasu, ta sama konfiguracja może być wykorzystana do rozróżnienia zawartości całkowitej węgla oraz węgla organicznego. Aparat umożliwia jednoczesną analizę NCS lub analizę siarki na poziomie śladowym z wykorzystaniem dodatkowego detektora płomieniowego (FPD). Rysunek 1 – Analizator Flash 2000 w konfiguracji NC Soil Postępowanie Analizator Flash 2000 bazuje na technice dynamicznego spalania. Na początku próbki są ważone w cynowych kapsułkach i wprowadzane do pieca za pomocą autosamplera MAS 200R produkcji Thermo Scientific razem z odpowiednią, ściśle określoną porcją tlenu. W konfiguracji NC, po spaleniu, gazy spalinowe są transportowanie w przepływie helu do drugiego pieca reaktora wypełnionego miedzią, a następnie przez pułapkę wodną na kolumnę chromatograficzną, która oddziela od siebie poszczególne produkty. Ostatecznie rozdzielone gazy wykrywane są przez detektor przewodności cieplnej (TCD – ang. Thermal Conductivity Detector). Wyniki Analizowane próbki gleb i roślin zostały wybrane pod kątem dużej różnorodności oraz różnych zawartości azotu, węgla i siarki. Otrzymane wyniki wykazały brak występowania efektów matrycowych, co potwierdza całkowite spalenie próbek w piecu. Tabela 1: Powtarzalność pomiarów Próbka Wzorzec gleby Rysunek 2: Konfiguracja Azot-Węgiel (NC) Gleba A Humus A Humus B Jęczmień Rysunek 3: Konfiguracja Azot-Węgiel-Siarka (NCS), detektor TCD Siano N% 0.1846 0.1865 0.1868 0.0537 0.0543 0.0546 1.7476 1.7654 1.7663 1.4094 1.4139 1.4099 1.6988 1.6833 1.6859 1.1948 1.2057 1.1919 RSD % 0.6415 0.8455 0.5993 0.1748 0.4914 0.6076 C% 1.7000 1.7008 1.7042 1.9939 1.9932 1.9651 36.6962 36.6918 36.6194 32.5212 32.3690 32.6287 41.9268 41.9220 41.9039 41.8792 41.9459 41.9629 RSD % 0.1310 0.8281 0.1176 0.4014 0.0288 0.1055 Tabela 1 prezentuje powtarzalność oznaczeń NC przy użyciu Flash 2000 w konfiguracji NC soil. Kalibracja została wykonana z użyciem kwasu asparaginowego. Sprawność systemu została potwierdzona poprzez analizę materiału odniesienia Thermo Scientific Soil Reference Material (0.186 %N, 1.697 %C). Rysunek 4: Konfiguracja NCS, detektor FPD Z kolei w konfiguracji NCS po spaleniu, gazy spalinowe są transportowanie do złoża wypełnionego miedzią, a następnie przez adsorber wody i kolumnę chromatograficzną docierają do detektora TCD (Rysunek 3). W przypadku analizy zawartości siarki na poziomie śladowym, gazy spalinowe są transportowane w przepływie helu do złoża wypełnionego miedzią, następnie kierowane do adsorbera wody oraz krótkiej kolumny chromatograficznej i na końcu mierzone są w detektorze płomieniowym FPD (Rysunek 4). Załączony program do analizy danych - Thermo Scientic Eager Xperience automatycznie generuje i wyświetla kompletny raport na końcu każdego cyklu pomiarowego. Tabela 2: Powtarzalność oznaczania NCS w próbkach gleb i roślin Próbka Wzorzec gleby Gleba B Gleba C Roślina 1 Roślina 2 Roślina 3 N% 0.2027 0.2006 0.2038 0.2301 0.2320 0.2313 0.0894 0.0875 0.0894 1.0512 1.0323 1.0569 0.3594 0.3634 0.3644 2.1075 2.0897 2.1090 RSD% 0.3828 0.4157 1.2358 0.3824 0.9769 0.5107 C% 2.0451 2.0513 2.0316 4.6274 4.6278 4.6144 1.0176 1.0421 1.0096 49.5572 49.6275 49.5129 44.7434 44.2922 44.5536 47.7879 47.8755 47.7775 RSD% 0.4673 0.1649 1.6551 0.1166 0.5088 0.1126 S% 0.0313 0.0309 0.0318 0.2062 0.2091 0.2026 0.0195 0.0185 0.0194 0.1823 0.1878 0.1819 0.0359 0.0343 0.0367 0.1084 0.1052 0.1056 RSD% 1.1300 1.5810 2.8785 0.1553 1.5584 1.6387 Tabela 2 prezentuje powtarzalność jednoczesnego oznaczania NCS. Kalibrację wykonano z użyciem BBOT (2,5 bis(5-tert-butylo-benzooksyazol-2-yl) tiofen] jako wzorca. Sprawność systemu potwierdzono poprzez analizę wzorca Thermo Scientific Soil Reference Material (0.20 %N, 2.01 %C, 0.032 %S). Dodatkowo w tabeli 4 zamieszczono wyniki z analizy siarki techniką detekcji FPD. Do kalibracji użyto wzorca Thermo Scientific Soil Reference Material (0.032 %S). Tabela 4: Powtarzalność oznaczania siarki z wykorzystaniem detektora FPD Próbka Gleba F Gleba G Rysunek 5: Przygotowanie próbki do analizy TOC Gleba H Gleba I Gleba J Zawartość siarki oznaczona techniką FPD / ppm 31 30 27 30 42 44 41 42 42 42 138 129 129 137 129 272 269 264 661 637 660 RSD % 6.24 2.60 3.53 1.51 2.08 Zestaw do analizy TOC dla próbek stałych (PN 190 041 28) Osobne oznaczenia węgla całkowitego (TC) i organicznego (TOC) były możliwe dzięki odpowiedniemu przygotowaniu próbki. Zawartość TOC została wyznaczona po usunięciu węglanów poprzez zakwaszenie próbki kwasem chlorowodorowym w proporcji 1:1. Obie analizy TC i TOC przeprowadzono w tych samych warunkach pomiarowych. Technikę przygotowania próbki do oznaczania TOC przedstawiono na rysunku 5. Z kolei Tabela 3 zawiera wyniki oznaczenia TC i odpowiadające im oznaczenia TOC po zakwaszeniu próbek. Tabela 3: Analiza TC i TOC w próbkach gleby i humusu Sample Gleba D TC % 4.4184 4.4150 4.4366 RSD % 0.2626 TOC % 0.4119 0.4162 0.4100 RSD % 0.3269 Gleba E 0.8289 0.4573 0.5094 0.2503 0.8215 0.5089 0.8265 Humus C Humus D 36.6962 0.5076 0.1176 34.7956 36.6918 34.5334 36.6194 34.6845 32.5212 0.4014 31.0916 32.3690 31.0238 32.6287 31.0444 0.2261 0.1074 Rysunek 6: Detektor FPD (PN 432 101 45) Dokładność i precyzja aparatu Flash 2000 została określona dzięki partycypacji w programie International Round Robin Tests WEPAL (Wzorcowania dla Laboratoriów Analitycznych, Uniwersytet Wageningen, Holandia). Dla próbek gleb, wyniki zostały porównane z zakresami akceptowanymi przez WEPAL, włączając wszystkie metody oznaczania azotu, węgla i siarki. Dla próbek roślinnych, w przypadku węgla i azotu, wyniki porównano z zakresem akceptowanym, natomiast dla azotu wyniki porównane były dla: metody Kjeldahla i metody Azotu Całkowitego, które również angażują spalenie próbki. Tabela 5 zawiera wyniki analizy NCS dla wzorców gleby WEPAL, a Tabela 6 wyniki analizy NCS dla wzorców roślinnych WEPAL. Wszystkie wyniki znajdują się w zakresie stężeń akceptowanych przez WEPAL. Tabela 5: Analiza NCS w próbkach gleby WEPAL Próbka Zawartość N % Zawartość C % Zawartość S % Zakres WEPAL Flash 2000 Zakres WEPAL Flash 2000 Zakres WEPAL Flash 2000 Piaszczysta gleba – 90 0.200-0.242 0.216 2.41-2.85 2.43 0.0449–0.0550 0.0549 Muł rzeczny 0.158-0.195 0.177 1.66-1.80 1.68 0.0285-0.0338 0.0310 Piaszczysta gleba 0.177-0.230 0.210 3.13-3.62 3.32 0.0184-0.0252 0.0228 Wilgotna glina 0.066-0.091 0.077 0.835-0.940 0.881 0.0080-0.0120 0.0112 Glina typu Braunerde 0.174-0.195 0.185 1.72-1.89 1.80 0.0273-0.0286 0.0285 Tabela 6: Analiza NCS w próbkach roślinnych WEPAL Próbka Zawartość N % Zawartość C % Zawartość S % Zakres WEPAL Flash 2000 Zakres WEPAL Flash 2000 Zakres WEPAL Flash 2000 Liść palmy olejowej 2.59-2.93 2.71 45.1-51.3 47.3 0.1725-0.2240 0.1854 Lucerna 2.87–3.33 2.94 41.4–47.4 43.8 0.2342-0.2816 0.2512 Laurowiśnia 1.50–1.78 1.62 44.9–47.7 45.8 0.0646-0.0854 0.0709 Pieprz 1.76–2.16 1.92 38.5–43.2 39.6 0.5760–0.6912 0.5885 Goździk (łodyga) 1.55–1.94 1.73 38.1–41.5 39.5 0.2489–0.2880 0.2589 Wnioski Otrzymane wyniki potwierdzają wysoką powtarzalność aparatu Nie występują efekty pamięciowe podczas zmiany charakteru próbek, co wskazuje na całkowitą detekcję azotu, węgla i siarki, które są obecne w próbce Analizatory Thermo Scietific są w stanie oznaczać zawartość azotu, węgla i siarki w szerokim zakresie od niskich do wysokich stężeń bez efektów matrycowych Wyniki oznaczania azotu, węgla i siarki otrzymane z użyciem aparatu Flash 2000 znajdują się w zakresie tolerancji akceptowanej przez grupę WEPAL International Round Robin Tests, co ostatecznie potwierdza dokładność pomiarów aparatu. www.thermoscientific.com www.spectro-lab.pl +48 22 67 525 67 [email protected] Firma Spectro-Lab sp.z o.o. z siedzibą w Łomiankach pod Warszawą jest oficjalnym przedstawicielem Thermo Scientific w Polsce. Oferujemy aparaturę oraz elementy wyposażenia laboratorium, między innymi spektrometry, aparaturę do analizy termicznej, analizatory do badań powierzchni, systemy mikrofalowe, termostaty, łaźnie cyrkulacyjne, polarymetry i refraktometry, piece, inkubatory, suszarki, łaźnie laboratoryjne, generatory H2O2, sterylizatory, systemy do dezynfekcji pomieszczeń, autoklawy, maszyny wytrzymałościowe, zrywarki, pełzarki, komory klimatyczne i wiele innych.