TADEUSZ KARDASZ, E L IG IU SZ ROSZYK 1
MODYFIKACJA SPOSOBU MINERALIZACJI SUBSTANCJI
ORGANICZNEJ NA MOKRO
DO OZNACZENIA AZOTU CAŁKOWITEGO
C e n traln y O środek M ^todyczno-N aukow y IUNG we W rocław iu I n s ty tu t C hem ii R olniczej, G leboznaw stw a i M ikrobiologii
A kadem ii Rolm czej w e W rocław iu
Rozkład substancji organicznej na mokro, szeroko stosowany w prak
tyce analitycznej [3, 4], należy w dalszym ciągu do pracochłonnych
i uciążliwych etapów oznaczania składu chemicznego roślin.
Przy oznaczaniu zawartości azotu całkowitego stosowany jest w kra
ju przeważnie sposób mineralizacji podany przez Kjeldahla z szeregiem
jego modyfikacji. Sposób ten wymaga przygotowania odpowiednich po
mieszczeń i stanowisk pracy oraz posiadania odpowiedniego sprzętu. Czę
stokroć w zależności od m ineralizowanego materiału jest procesem pra
cochłonnym.
W przedstawionej przez autorów modyfikacji mokrego rozkładu sub
stancji organicznej wykorzystano zaproponowaną przez L e n g e r k e -
n a i współautorów kolejność dodawania substancji utleniających [
2].
Niniejsza modyfikacja znacznie skraca czas m ineralizacji, jest mniej
uciążliwa, a jednocześnie oszczędniejsza w zużyciu szkła i odczynników.
Przeprowadzone przez autorów badania m etodyczne nad uspraw nie
niem tego etapu analizy doprowadziły do opracowania dwóch sposobów
mineralizacji.
S p o s ó b I. 0,250 g rozdrobnionego (poniżej 1 mm), powietrznie su
chego materiału roślinnego przenosi się do kolbki stożkowej z szeroką
szyjką o pojemności
100ml, zadaje
2ml 30% H
20 2, a następnie 3 ml
stężonego H
2SO
4. Reakcja przebiegająca bardzo energicznie w pierwszej
fazie ustaje po około 30 sekundach. Roztwór w kolbce (często klarowny
i bezbarwny) ustawia się na elektrycznej płytce grzejnej o temperaturze
wrzenia stężonego kwasu siarkowego. Po krótkotrwałym wrzeniu roz
240 T. K ardasz, E. Roszyk
twór przyjmuje zabarwienie od żółtego do ciemnobrunatnego. W momen
cie wystąpienia zabarwienia, nie zdejmując kolbki z płyty grzejnej, do
daje się około 50 mg mieszaniny selenowej według Wienigera, utrzy
mując zawartość kolbki w stanie wrzenia aż do momentu uzyskania
klarownego, bezbarwnego roztworu. Przy zachowaniu wym ienionych w a
runków całkowita mineralizacja próbki trwa około 15 minut.
S p o s ó b II. Pierwsza faza mineralizacji jest analogiczna jak w spo
sobie I. Po ustawieniu kolbki na płycie grzejnej utrzym uje się jej za
wartość w stanie wrzenia przez 5 minut. Po tym czasie kolbkę zdejmuje
się do lekkiego ochłodzenia i do gorącego jeszcze roztworu dodaje się
1
ml 30°/o H
20 2, po czym ponownie ustawia się na płycie grzejnej, utrzy
mując zawartość w stanie wrzenia przez około
10minut do chwili uzy
skania roztworu klarownego i bezbarwnego.
W przypadku obu proponowanych sposobów czynnikami w istotny
sposób w ypływ ającym i na przebieg reakcji i uzyskiwane w yniki są:
— dobór kolbki odpowiedniej formy i objętości do przeprowadzania
mineralizacji małych ilości materiału roślinnego,
— zochowanie właściwej proporcji m iędzy ilością mineralizowanej
substancji organicznej i dodawanymi odczynnikami,
— kolejność stosowanych odczynników,
— dodatek w odpowiedniej fazie rozkładu mineralizowanej substan
cji katalizatora lub utleniacza,
— prawidłowe rozdrobnienie analizowanego materiału roślinnego.
W Y N IK I BADAŃ
Do badań porównawczych użyto 46 próbek roślin uprawnych i pasz,
zróżnicowanych pod względem zawartości oznaczanego składnika.
We wszystkich próbkach azot całkowity oznaczano dwoma opisanymi
modyfikacjami (zwanymi dalej I i II) oraz tradycyjnym stosowanym
w laboratoriach chemiczno-rolniczych w kraju
(1g próbki + mieszanina
selenow a + stężony kwas siarkowy), zwanym dalej sposobem T. Azot
oznaczano sposobem m iareczkowym po destylacji.
Uzyskane w yniki analityczne (tab. 1) wskazują na dobrą zgodność
porównywanych sposobów mineralizacji. Wartości średnie uzyskane dla
wszystkich przeanalizowanych próbek w ynosiły odpowiednio dla sposo
bów T = 2,36; I = 2,34 i 11 = 2,34. Oba porównywane sposoby m ineralizacji
były istotnie dodatnio skorelowane ze sposobem tradycyjnym (rys.
1i
2).
Mając na uwadze zróżnicowany skład chemiczny analizowanego ma
teriału, co zdaniem niektórych autorów [
1] może wpływ ać na szybkość
procesu mineralizacji, uszeregowano badany materiał w poszczególne
grupy. Porównując uzyskane przy zastosowaniu om awianych sposobów
mineralizacji wartości średnie (tab.
2) jedynie w przypadku roślin
oko-T a b e l a
l Zaw artość a z o tu /$/ oznaczona po m i n e r a l i z a c j i różnym i sposobamiN itrog en c o n te n t determ in ed a f t e r th e m in e r a liz a t i o n by v a r io u s methods /Н i n %/
R o ś l in a - P la n t S p o só b T T m eth od S p o só b I M ethod I S p o só b 11 M ethod 11 z i a r n o - g r a i n p s z e n i c y - o f w h ea t 2 , 0 7 2 , 0 7 2 , 0 1 j ę c z m ie n ia - o f b a r le y 1 * 5 3 1 ,6 2 1 , 5 7 ż y t a - o f r y e 1 , 4 8 1 , 5 1 1 ,4 8 ow sa - o f o a t s 1 , 6 4 1 ,6 5 1 , 7 9 g r o c h u - o f p e a s 3 ,3 6 3 S 27 3 ,3 0 p e lu a z k i - o f m ap le p e a s 4 , 1 3 4 ,0 6 4 ,0 8 b o b ik u - o f h o r s e b e a n s 4 , 7 4 4 , 5 9 4 , 5 6 rz e p a k u - o f ra p e 3 ,4 5 3 ,3 8 3 ,3 6 łu b in u - o f lu p in e 6 , 7 0 6 , 6 4 6 , 6 9 w y k i - o f v e t c h 5 ,6 6 5 ,4 9 5 ,4 9 kuk u ry d zy - o f m a iz e 1 , 5 2 1 , 5 7 1 , 5 7 e o i - o f s o y a b ea n 5 , 8 3 5 , 7 7 5 ,7 1 sło m a - s t r a w p s z e n i c y - o f w heat 0 , 9 1 0 , 9 2 0 , 8 7 j ę c z m ie n ia - o f b a r l e y 1 ,0 0 0 , 9 5 0 , 8 4 ż y t a - o f r y e 0 , 4 3 0 , 4 5 0 , 4 2 ow sa - o f o a t s 0 , 5 1 0 , 5 0 0 , 5 0 g r o c h u - o f p e a s 0 ,S 3 0 , 9 8 0 , 9 8 g r o c h u - o f p e a s 0 , 9 0 0 , 9 8 1 , 0 0 p e l u a z k i - o f m a p le p e a s 1 , 9 7 1 , 8 7 1 ,7 9 b o b ik u - o f h o r s e b e a n s 0 , 8 0 0 , 9 0 0 , 8 7 rz e p a k u - o f ra p e 0 , 6 0 0 , 6 7 0 , 6 2 z i e l o n k i - g r e e n f o d d e r p s z e n ic a - o f w heat 4 ,3 6 4 , 3 7 4 , 3 1 j ę c z m ie ń - o f b a r l e y 2 ,9 0 2 ,9 1 2 ,8 6 k u k u ry d za - o f m a iz e 0 , 9 6 0 , 9 2 0 , 9 2 s la n o - o f h a y 1 , 9 0 1 ,9 0 1 ,9 0 k o n ic z y n a - o f c l o v e r 2 ,6 6 2 ,6 9 2 ,6 9 lu e e r n a - o f a l f a l f a 4 ,0 6 3 ,9 5 3 ,9 2 p s z e n i c a - o f w heat 2 , 9 1 2 , 9 1 2 , 9 1 p s z e n lo a - o f w h ea t 2 , 3 4 2 ,3 2 2 ,3 5 p s z e n i c a - o f w heat 1 ,6 6 1 , 5 4 1 ,5 4 s u s z z z i e l o n e k - o f d r ie d g r e e n f o d d e r 2 ,1 2 2 ; 1 3 2 ,1 0 okopowe - r o o t c r o p s k łę b y zie m n ia k ó w - p o t a t o t u b e r s 1 , 0 2 1 , 0 0 0 , 9 8 k o r z e n i e buraków - b e e t r o o t о 0 , 9 2 0 , 7 8 0 , 8 4 ł ę t y ziem n ia k ó w - p o t a t o h aulm s 1 , 0 2 0 , 9 8 1 ,0 6 l i ś c i e buraków - b e e t l e a v e s 2 , 6 4 2 , 4 7 2 ,3 5 warzyv/a - v e g e t a b l e s k o r z e n i e porów - l e a k r o o t s 1 , 7 2 1 ,8 5 1 ,7 9 l i ś c i e porów - l e c k l e a v e s 2 , 2 5 2 ,3 0 2 ,3 0 c e b u la - o n io n 1 ,9 8 1 ,3 8 1 ,9 6 B z c z y p io r c e b u l i - o n io n l e a v e s 1 ,1 6 1 ,1 2 1 , 1 8 k a p u s t a - ca b b a g e 3 , 1 8 3 ,1 4 3 , 1 4
ow oce pom idorów - to m a to f r u i t s 2 ,1 6 2 ,1 6 2 ,1 6 p a sz o - f o d d e r s m ie s z a n k a eBn - "B" m ix t u r e 3 , 4 3 3 ,3 6 3 ,3 8 m ie sz a n k a "С" - "C" m ix t u r e 2 , 8 0 2 , 8 3 2 , 8 2 m ie s z a n k a °L" - "L" m ix tu r e 2 ,7 8 2 ,8 8 2 ,8 2 m ie s z a n k a " I я - "T" m ix t u r e 2 , 8 3 2 ,8 6 2 , 9 1 m ie sz a n k a "DK" — "DK" m ix t u r e 2 , 5 4 * 2 ,5 4 2 , 5 4 16 — R o c z n ik i G le b o z n a w c z e n r 2
242 T. K ardasz, E. Roszyk T a b e l a Z a w a rto ść a z o t u c a ł k o w it e g o w p o s z c z e g ó ln y c h g ru p a ch r o ś l i n o z n a c z o n a po m i n e r a l i z a c j i ró ż n y m i sp o so b a m i /N w %/ T o t a l n i t r o g e n c o n t a n t i n p a r t i c u l a r p la n t g ro u p e d e te r m in e d a f t e r m i n e r a l i z a t i o n b y v a r i o u s m eth o d s /Ы i n %/ M a t e r ia ł - M a t e r ia l L ic z b a p ró b ek Number o f sa m p le s S p o só b ? T m ethod Spoeob 1 M ethod I S posób I I M ethod I I S posób T i T m ethod > 100100 sp o só b I m ethod I s p o s ó b I I m eth od I I Z ia r n o - G r a in Słcm a - S tra w Z i e l o n k i - Gr«*n fo d d e r Okopo’.ve - R o o t c r o p s Warzywa - V e g e t a b le s P a s z e - F o d d e r s 12 9 10 4 6 5 3 ,5 1 3 ,4 7 3 ,4 7 0 ,9 0 0 ,9 1 0 ,8 8 2 ,5 9 2 ,5 7 2 ,5 5 1 ,4 0 1 ,3 1 I t 31 2 ,0 7 2 ,0 9 2 ,0 8 2 ,8 8 2 ,8 9 2 ,9 0 99 99 101 93 99 98 94 94 101 100 100 1 0 1
Rys. 1. K o re la cja m iędzy sposobam i m in e raliz ac ji m a te ria łu roślinnego (T
d I)
C orrelatio n betw een p a rtic u la r p la n t m a te ria l m in e raliz atio n m ethods (T
and I)
Rys. 2. K o re la cja m iędzy sposobam i m in e raliz ac ji m a te ria łu roślinnego (T
i II)
C o rrelatio n b etw e en p a rtic u la r p la n t m a te ria l m in e raliz atio n m ethods (T
powych stwierdzono nieco niższą zawartość (średnio o
6°/o) dla sposobów
I i II w porównaniu z tradycyjnym.
Nie stwierdzono natomiast między porównywanym i sposobami m i
neralizacji w poszczególnych przedziałach zawartości azotu różnic w ięk
szych od
2°/o (tab. 3).
T a b e l a
3 Z a w a r t o ś c i ś r e d n ie w p r z e d z i a ł a c h N - c a łk o w it e g o o z n a c z o n e g o sposobem tra d y cy jn y m w % Mean c o n t e n t o f t o t a l n i t r o g e n i n p a r t i c u l a r i n t e r v a l s by th e t r a d i t i o n a l m e th o d , i n % P r z e d z i a ł z a w a r t o ś c i N w % I n t e r v a l o f t h e N c o n t e n t , i n % L ic z b a p ró b ek Number o f s a m p le s S posób m i n e r a l i z a c j i M i n e r a l i z a t i o n m eth od T I I I do 1 ,0 0 t o 1 ,0 0 10 0 , 8 0 0 , 8 0 0 , 7 9 1 , 0 1 - 2 ,0 0 12 1 , 5 5 1 ,5 5 1 ,5 5 2 , 0 1 - 3 ,0 0 13 2 , 5 1 2 ,4 9 2 ,4 8 od 3 ,0 1 from 3 , 0 1 11 4 , 4 4 4 ,3 6 4 ,3 6T a b e l a
4 Z a w a r t o ś c i ś r e d n ie a z o t u c a ł k o w it e g o i w a h a n ia / n * 1 0 / Mean t o t a l n i t r o g e n c o n t e n t and i t s f l u c t u a t i o n s / n » 1 0 / Ö a X 1 4 «к A 0 1 A M ^ W a r t o ś c i ś r e d n ie w % Mean v a lu e s i n % W ahania w w a r t o ś c ia c h w z g lę d n y c h F l u c t u a t i o n s i n r e l a t i v e v a l u e s n o s n n a — r x a xn sp o s ó b T T m ethod s p o só b I m ethod I sp o s ó b I I m eth od I I sp o s ó b T T m eth od s p o só b I m othod I s p o s ó b I I m eth od I I Z ia r n o p s z e n ic y w h ea t g r a i n 2 ,0 6 2 ,0 8 2 , 0 0 94 - 1 02 97 - 105 95 - 1 0 3 S ia n o lu c e r n y a l f a l f a h ay 4 ,0 5 3 ,9 4 3 , 9 3 97 - 1 0 3 98 - 1 02 98 - 102 L i ś c i e buraków b e e t l e a v e s 2 ,6 4 2 ,4 9 2 ,3 6 99 - 1 0 1 99 - 1 02 97 - 102 K o r z e n ie buraków b e e t r o o t s 0 , 9 2 0 , 7 6 0 , 8 4 95 - 1 0 3 95 - 1 0 3 1 0 0 - 106 K łę b y ziem n ia k ó w p o t a t o t u b e r s 1 , 0 1 0 , 9 8 0 , 9 7 98 - 1 0 4 9 7 - 1 02 98 - 1 0 3W pięciu wybranych próbkach roślinnych oznaczono w 10 powtó
rzeniach zawartość azotu po mineralizacji trzema porównywanym i spo
sobami (tab. 4). Wahania oznaczeń w poszczególnych roślinach niezależ
nie od sposobu mineralizacji nie przekraczały 5°/o.
244 T. K ardasz, E. Roszyk
PODSUM OW ANIE
Przedstawione wyniki analityczne dowodzą, że przy zastosowaniu
zmodyfikowanego sposobu mineralizacji uzyskano takie same bądź zbli
żone zawartości azotu całkowitego w analizowanym materiale roślin
nym. Godne podkreślenia jest lepsze wykorzystanie powierzchni robo
czej w laboratorium, wydatne zmniejszenie emisji gazowych produktów
rozkładu substancji organicznej i kwasu siarkowego w najbliższym oto
czeniu stanowiska pracy, eliminacja w niektórych próbkach (szczególnie
o wyższej zawartości tłuszczu) zjawiska pienienia w czasie mineralizacji,
przede wszystkim jednak krótki czas mineralizacji próbki w ynoszący
około 15 minut.
Z tych względów wydaje się, że oba zmodyfikowane sposoby minera
lizacji substancji organicznej nadają się szczególnie do analiz seryjnych.
PIŚM IEN N IC TW O
[1] K o c h O. G., K o c h - D e d i c G. A.: H andbuch der S p u re n an a ly se S p rin g e r Verlag, B erlin 1974.
[2] L e n g e r k e n J,. M ü l l e r V., W e t t e r a u H.: R a tio n a lisieru n g des K je ld a h l- -A ufschlusses zur R o h p ro te in - bzw. S tick sto ff B estim m ung. Die N ah ru n g 18,
1974, 551.
[3] S c h i l l a k R.: O znaczenie składników m in e raln y c h w m a te ria ła c h roślinnych. I. M ineralizow anie m a te ria łu roślinnego i ro ztw ór podstaw ow y. Rocz. N auk roi. 92—A—2, 1966, 265.
[4] S c h i l l а к R.: M etody b ad a ń la b o ra to ry jn y c h w S tacjach C hem iczno-R olni czych. Cz. II. B adanie m a te ria łu roślinnego. Wyd. IUNG, P u ław y 1972.
Т. К А Р Д А Ш , E. Р О Ш Ы К М О Д И Ф И КА Ц И Я СП ОСОБА М ОКРОГО О ЗО Л ЕН И Я ОРГАН ИЧЕСКОГО ВЕЩ ЕСТВА ДЛЯ О П РЕД ЕЛ ЕН И Я ОБЩ ЕГО А ЗО ТА Н аучно-м етодический центр И нститута агротехники, удобрения и почвоведения во В роцлаве И нститут агрохимии, почвоведения и микробиологии, С ельскохозяй ствен н ая академ и я во В роцлаве
Р е з ю м е
О писаны два способа быстрой м и н ерализации растительного м атериала д л я определения азота, при сравнении данны х со способом прим еняем ы м в стране в настоящ ее время. С п о с о б 1-й. 0,250 г разм ельченного (ниж е 1 мм) воздуш но сухого расти тел ь ного м атери ала переносят к конические колбы с ш ирокой горлы ш кой, объемом 100 мл, приливаю т 2 мл 30-процентного Н 20 2, а затем 3 мл концентированной H 2S 0 4. Р еак ц и я протекаю щ ая в начальной ф а зе очень бурно п ри остонавливает- ся спустя около 30 секунд. Раствор в колбе (часто прозрачн ы й и бесцветны й) пом ещ аю т на электрич ескую плитку нагретую до тем п ературы кипения кон ц ен трированной серной кислоты . П осле кратковрем енного к и п яч ен и я раствор приобретает окраску от ж елтой по темиокоричневую . В момент вы ступления о к р а с ки, не сним ая колбы с н агревательн ой плитки, добавляю т около 50 мг селе новой смеси по Венигеру и к и п я т я т содерж им ое колбы пока оно не станет п р о зрачн ы м и соверш енно не обесцветится. П ри соблюдении вы ш еприведенны х условий полная м и н ерали зац и я пробы п родолж ается около 15 минут. С п о с о б 2-й. П ервая ф а з а м и нерализации аналогична к а к при 1-м способе. П осле пом ещ ения колбы на нагревательной плитке ум еренно к и п я тя т ее содер ж им ое в течение 5 минут. Затем колбы снимаю ц для ее легкого о х л аж д е н и я и к горячему ещ е раствору добавляю т 1 мл 30-процентного Н 20 4, потом снова ставят на н агревательную плитку, п р о д о л ж ая к и п ячен и е в течение 10 минут до мо м ента получения прозрачного и бесцветного раствора. В пред лагаем ы х способах ф а к то р а м и влияю щ им и сущ ественны м образом па ход р еак ци и и получаем ы е р езу ль та ты являю тся: — подбор колбы соответственной ф орм ы и объем а для м и нерализации м алы х количеств растительного м атериала. — соблюдение н ад л еж ащ и х пропорций м еж ду количеством м инерализуемого органического вещ ества и прибавляем ы м и реактивам и, — очередность прим енения реактивов, — прибавка к ата л и зат о р а или оки сли теля в соответствую щ ей ф а з е р а з л о ж е н ия м инерализованного вещ ества. — п равильное р азм ельч ен и е анализированного растительного м атериала. T . K A R D A S Z , Е . R O S Z Y K
M O D IFIC A TIO N OF WET M IN ER A LIZA TIO N OF ORGANIC M ATTER F O R THE TOTAL N ITR O G EN D ETER M IN A TIO N
M ethodico-S cientific C entre, In s titu te of Soil Science an d C ultiv atio n of P la n ts D ep a rtm en t of A g ric u ltu ra l C hem istry, Soil Science and M icrobiology
College of A g ricu ltu re in W rocław
S u m m a r y
Two new m ethods of a quick p la n t m a te ria l m in eralizatio n , aim ing at the n itrogen d eterm in a tio n , are described, a t th e ir com parison w ith the m ethod applied for the tim e being in th is country.
M e t h o d I. 0.250 g of crushed (to less th a n 1 m m ) a ir-d ry p la n t m a teria l is tra n s fe rr e d into a conical fla sk w ith w ide neck, of 100 m l capacity, 2 m l of 30% H2O2 and then 3 m l of co n cen trated H2SO4 are added. The rea ctio n ru n n in g very
inten siv ely at the firs t stage ceases afte r about 30 seconds. The solution in the fla sk (often clear and colourless) is set up on an electric heatin g p la te w ith the boiling te m p e ra tu re of co n c en tra ted su lp h u ric acid. Upon a sh o rt boiling, the solution assum es th e colour changing from yellow to d ark -b ro w n . A t the m om ent of occurrence of this colour, about 50 mg of selenie m ix tu re afte r W ieniger are added, n ot ta k in g the flask off the h ea tin g plate, w hile k eeping the contents of th e flask boiling till the m om ent w h en th e solution becom es clear and colourless.
M e t h o d II. The firs t m in eralizatio n stage is analogous to th a t of the m ethod I. Upon setting up the flask on the h eatin g plate, its contents is k ep t boiling for 15 m inutes. Then th e flask is ta k en off, slightly cooled an d to the solution still hot 1 m l of 30% H2O2 is added; th e re u p o n the flask is set up anew on th e h eatin g
p la te w hile keep in g the solution boiling fo r about 10 m inutes till the m om ent w hen it bocom es clear and colourless.
246 T. K ardasz, E. Roszyk
In case of both m ethods proposed, facto rs affecting significan tly th e reactio n course and the re su lts obtained are:
— choice of an a p p ro p ria te form and capacity of the flask for m in e raliz atio n of sm all p la n t m a te ria l am ounts,
— m a in ta in in g an a p p ro p ria te re la tio n 'between the am ount of th e organic m a tte r m in eralized an d the added reagents,
— succession of the rea g en ts applied,
— addition of c a ta ly st or oxidizer at an a p p ro p ria te stage of the m ineralized m a tte r decom position,
— a correct crushing of th e p la n t m a te ria l analyzed.
U n d er ex istin g conditions the to ta l m in e raliz atio n w ill be achived in about 15 m i nutes.
M g r T a d e u s z K a r d a s z C e n t r a l n y O ś r o d e k ,
M e t o d y c z n o - N a u k o w y I U N G W r o c l a w , P l a c E n g e l s a 5
