--PAGE_BREAK--Глава 3. Методы определения нитратов и нитритов
Определить по внешнему виду содержание нитратов в овощах и фруктах трудно или вообще невозможно. У вегетирующих (с листьями и стеблями) растений по интенсивности зеленой окраски листьев и черешков, особенно нижних ярусов, можно лишь ориентировочно судить: чем она темнее, тем больше нитратов в них содержится. При осмотре клубней картофеля, корнеплодов, плодов, ягод это сделать еще труднее. Агробиологи советуют при покупке овощей и фруктов выбирать не самые красивые плоды. В блестящих, как будто искусственных плодах нитратов, как правило, предостаточно. Замечено, что корнеплоды моркови одного сорта, но имеющие более яркую окраску, содержат нитратов меньше, чем корнеплоды, окрашенные менее интенсивно. Зеленые стручки фасоли содержат нитратов больше, чем желтые. Сходная зависимость между окраской и содержанием нитратов наблюдается у сортов сладкого перца. В арбузах и дынях много нитратов под коркой и в незрелых плодах. В сочных перезревших арбузах наличие нитратов легко определить по пустотам в мякоти, из которых выпадают семена.
В аналитической химии известно несколько методов качественного определения нитратов и нитритов в растворе.
1. На часовое стекло поместить три капли раствора дифениламина, пять капель концентрированной серной кислоты и несколько капель исследуемого раствора. В присутствии нитрат- и нитрит-ионов появляется темно-синее окрашивание.
2. К 10 мл исследуемого раствора прибавить 1 мл раствора, состоящего из 10%-го раствора реактива Грисса в 12%-й уксусной кислоте, и нагреть до 70–80°С на водяной бане. Появление розового окрашивания свидетельствует о наличии нитрит-ионов.
Приготовление реактива Грисса. Реактив состоит из двух растворов.
Первый – растворить 0,5 г сульфаниловой кислоты при нагревании в 50 мл 30%-го раствора уксусной кислоты.
Второй – прокипятить 0,4 г a-нафтиламина в 100 мл дистиллированной воды. К бесцветному раствору, слитому с сине-фиолетового осадка, прилить 6 мл 80%-го раствора уксусной кислоты.
Перед применением оба раствора смешать в равных объемах.
3. К 10 мл исследуемого раствора прилить 10–15 капель щелочи, добавить 25–50 мг цинковой пыли, полученную смесь нагреть. Нитраты восстанавливаются до аммиака, который обнаруживается по покраснению фенолфталеиновой бумаги, смоченной в дистиллированной воде и внесенной в пары исследуемого раствора.
4. Оригинальные методы для определения нитратов и нитритов предложены А.Л.Рычковым (1-й Московский медицинский институт имени И.М.Семашко). Для их проведения можно воспользоваться аптечными препаратами: риванолом (этакридина лактат), физиологическим раствором (0,9%-й раствор хлорида натрия в дистиллированной воде), антипирином (1-фенил-2,3-диметилпиразолон-5).
Риванольная реакция. К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл физиологического раствора и смешивают с 1 мл риванольного раствора (таблетку риванола растворяют при нагревании в 200 мл 8%-й соляной кислоты). Если появится бледно-розовая окраска, значит, уровень нитратов и нитритов в питьевой воде недопустим.
Антипириноваяреакция. Антипирин в присутствии 50 мг/л нитритов образует нитропроизводное, окрашенное в салатовый цвет. Если в растворе присутствуют следы дихромата калия, то чувствительность реакции сильно возрастает, и при содержании нитритов более 1,6 мг/л появляется розовая окраска.Для проведения этого анализа 1 мл питьевой воды смешивают с 1 мл физиологического раствора (концентрация нитритов при таком разведении уменьшается вдвое), добавляют 1 мл раствора антипирина (1 таблетку антипирина растворяют в 50 мл 8%-й соляной кислоты) и быстро 2 капли 1%-го раствора дихромата калия. Смесь нагревают до появления признаков кипения. Если в течение 5 мин раствор становится бледно-розовым, то в нем содержится более 1,6 мг/л нитрит-ионов, а в анализируемой питьевой воде их вдвое больше. В этом случае содержание нитрит-ионов превышает предельно допустимую концентрацию.
Количественное определение суммарного содержания нитратов и нитритовпроводят с помощью реактива Грисса, переведя предварительно нитраты в нитриты цинковой пылью в кислой среде при рН = 3. Затем 10 капель исследуемого раствора подкисляют 10 каплями уксусной кислоты и прибавляют 8–10 капель реактива Грисса. Через 5–10 мин появляется розовое или красное окрашивание.Для определения количественного содержания нитрит-ионов используют серию стандартных растворов. Сначала готовят основной раствор, содержащий 1000 мг нитратов в литре. С этой целью 1,645 г нитрата калия, высушенного до постоянной массы при температуре 105°С, растворяют в 1 л дистиллированной воды в мерной колбе. Из основного раствора готовят рабочие стандартные растворы (в день проведения анализа) с содержанием 100, 50, 25 и 10 мг/л разбавлением его соответственно в 10, 20, 40 и 100 раз. При проведении анализа с градуировочным раствором проводят те же операции, что и с анализируемой пробой. Затем интенсивность окраски исследуемого образца сравнивают с окраской эталонных растворов визуально или на фотоэлектроколориметре (табл.).
ТаблицаОриентировочное содержание нитритов
При массовых анализах растений на содержание нитратов используют потенциометрический метод, который позволяет определить различные физико-химические величины и проводить количественный анализ путем измерения электродвижущей силы элемента. Этот метод основан на применении нитратселективного электрода, позволяющего быстро и точно проводить анализы вытяжек из свежего и сухого растительного материала. Метод хорош не только благодаря высокой точности, но и универсальности применения, в том числе и для растительной продукции, имеющей ярко окрашенный сок, мешающий распознаванию нитратов колориметрическими методами.
Нитратселективный электрод относится к ионоселективным электродам с жидкой мембраной, обладающей свойствами полупроницаемости и повышенной избирательности по отношению к определенному типу ионов. Это свойство позволяет определять активность анализируемого иона по результатам одного измерения, т. е. прямым потенциометрическим методом.
Жидкие мембраны изготавливают на базе ионообменного раствора в соответствующем растворителе. Этим раствором пропитывают стеклянный фильтр или синтетическую пористую пластинку (тефлон, поливинилхлорид и т. д.). К растворителю предъявляют следующие требования:
· не смешиваться с водой;
· обладать высокой вязкостью, чтобы не вытекать из мембраны;
· иметь пониженную упругость пара, чтобы не улетучиваться;
· иметь относительно высокую диэлектрическую постоянную, чтобы ассоциация ионов не выходила за разумные пределы.
Ионообменный раствор образует с исследуемым ионом диссоциирующее в той или иной степени ионное соединение или же связывает исследуемые ионы в комплекс, устойчивый в данном растворителе.
На рисунке представлена схема устройства ионо(нитрат)селективного электрода. Мембрана нитратселективного электрода содержит положительно заряженный комплексный ион переходного металла (Ni2+, Fe2+) с хелатными группами о-фенантролина.
Рис. Схема ионоселективного электрода с жидкой мембраной:1 – внутренний электрод сравнения (хлорсеребряный); 2 – исследуемый раствор; 3 – ионообменный раствор; 4 – пластиковый корпус устройства; 5 – жидкая мембрана, приготовленная из пористой диафрагмы, пропитанной ионообменным раствором
Предложены и другие жидкостные нитрат-электроды, полученные на основе растворов нитрата диметилгексилдецилбензиламмония в деканоле, нитратов тетраоктиламмония и полимерных ионообменных систем.
Однако для различных практических применений, особенно в почвоведении и агрохимии, отдают предпочтение пленочному нитрат-электроду на основе тетрадециламмоний нитрата в дибутилфталате.
продолжение
--PAGE_BREAK--Глава 4. Методические разработки по теме «агрохимия» Урок 1. Химические секреты агронома
Цели. Познакомить учащихся с отдельными агротехническими приемами и химическими процессами, лежащими в их основе; сформировать практические знания, необходимые для работы на даче или приусадебном участке.
Задание 1. Ваш сосед прочел в книге для садоводов-любителей, что при посадке плодовых деревьев и ягодных кустарников надо в яму для саженцев кроме удобрений положить несколько расплющенных и обожженных на костре металлических консервных банок, и попросил вас объяснить смысл этого приема.
Как вы это объясните с точки зрения химика? И почему нередко комнатные растения, посаженные в металлическую банку из-под консервов, лучше растут, чем такие же растения в глиняных горшках?
Задание 2. Известно, что под большинство сельскохозяйственных культур можно вносить только перепревший навоз, лучше прошлогодний. Но при хранении навоз теряет большое количество азота – основного питательного элемента. Для уменьшения потерь азота к навозу добавляют суперфосфат.
За счет каких процессов теряется азот при хранении навоза и почему эти потери можно уменьшить с помощью суперфосфата?
Задание 3. Этилен является природным стимулятором – его накопление в плодах способствует их созреванию, что используют для искусственного ускорения созревания. Чаще применяют не этилен, а продукты, его высвобождающие, например этефон.
Опыт по ускорению созревания плодов под действием этилена вы можете поставить в условиях школьного химического кабинета, например, с помидорами. Опытным путем установлено: для созревания помидоров необходимо, чтобы один объем этилена приходился на 2000 объемов воздуха.
Этилен можно получить из этилового спирта и серной кислоты в специально собранном аппарате. Под действием концентрированной серной кислоты в присутствии катализатора – кварцевого песка – этиловый спирт отщепляет воду с образованием этилена:
С2Н5ОН ®С2Н4 + Н2О.
В качестве камеры дозревания можно использовать шкаф или тумбочку, которую надо хорошо загерметизировать. В камеру помещают зеленые томаты; раз в сутки, предварительно ее проветрив, подают этилен. Под действием этилена томаты созревают за 5–6 дней, в контрольном опыте – за 10–12.
Рассчитайте, сколько надо взять этилового спирта, чтобы получить нужное для опыта количество этилена.
Задание 4. В Тимирязевской сельскохозяйственной академии в XIX в. произошел курьезный случай. Два года здесь тщетно пытались вырастить зимой огурцы. Не помогали никакие научно обоснованные приемы. Тогда пригласили одного клинского огородника и предложили ему выращивать в теплицах огурцы «в свою пользу», но при условии, что он разрешит перенять его приемы.
Клинский гость решил проблему с помощью навоза, но в почву его не вносил. С первого же захода в теплице получили отменный урожай огурцов. По этому поводу профессор А.Г.Дояренко писал: «Клинские огородники вековым опытом… выработали приемы управления самыми тонкими жизненными процессами растений...»
Каким именно процессом научились управлять клинские огородники с помощью навоза и в чем заключается их секрет?
Задание 5. У А.К.Толстого в одном из стихотворений есть строка: "… вслед за пахарем прилежным ходят жирные грачи". Действительно, все, кому приходилось наблюдать вспашку почвы, замечают, что за плугом ходят стаи птиц и склевывают червей, которые при вспашке с оборотом пласта оказываются на поверхности. Может ли этот чисто биологический процесс – поедание червей птицами – повлиять на химический состав почвы?
Задание 6. Любителям разводить «огород на подоконнике» рекомендуют экологически чистое и к тому же бесплатное удобрение, которое можно приготовить, если скорлупу сырых яиц поместить в банку с водой. Через несколько дней вода приобретает специфический «тухлый» запах – значит, удобрение готово и можно поливать огород. Банку лучше держать закрытой, чтобы запах не распространялся по квартире.
Какой элемент питания получают растения с этим удобрением и в какой форме? Чем обусловлен «тухлый» запах?
Задание 7. В связи с экономическим кризисом на Украине было закрыто много угольных шахт. Оставшиеся без работы шахтеры занялись огородничеством и, как люди хозяйственные, решили использовать имущество, оставшееся после закрытия шахт, в частности, и взрывчатку с истекшим сроком хранения в качестве удобрения. Эта информация была опубликована в одной из газет г. Донецка. Насколько это обосновано с точки зрения агрохимика?
Задание 8. Если вы решили заново побелить потолки в своем доме мелом или известью, предварительно необходимо потолки «размыть», т. е. после размачивания снять всю старую побелку скребком. Это очень грязная работа, после которой приходится выносить из дома большое количество старой побелки. Обычно ее выбрасывают в мусорные ящики.
Можно ли попытаться использовать ее в саду или огороде?
Задание 9. Все, кто занимается огородничеством, знают, что хороший компост можно получить, если выдерживать компостную кучу не менее полугода. Но многим удается ускорить этот процесс, поливая компостную кучу водой, которую собирают после мытья молочной посуды, и бросая в нее отходы черного (ржаного) хлеба.
За счет каких процессов в этом случае созревание компоста ускоряется?
Задание 10. Сейчас далеко не все дачники могут приобрести навоз, поэтому многие пользуются жидким удобрением, приготовленным из выполотых на огороде сорняков. Бочку заполняют до половины объема сорняками, доливают водой доверху, прикрывают полиэтиленовой пленкой и выдерживают 10–12 дней. Когда процесс брожения закончится, жидкое удобрение можно вносить на грядки.
Как вы думаете, зависит ли эффективность такого удобрения от вида сорных растений, из которых оно приготовлено?
Задание 11. Раньше хозяйки воду, в которой отваривали очищенные овощи для салата, использовали для приготовления первого блюда. Сейчас рекомендуют ее выливать, т. к. при варке в воду переходят нитраты, которые могут содержаться в овощах.
Можно ли все-таки с пользой употребить этот отвар, если вы живете в городской квартире?
Задание 12. Вы обнаружили в хозяйстве полмешка цемента, который хранится очень давно, и хотя цемент не потерял сыпучесть, но уже почти не схватывается.
Можно ли найти ему какое-то применение в сельском хозяйстве?
Задание 13. В книге А.М.Юдина, М.Н.Ратманского «Домоводство. 5000 советов и рецептов в согласии с природой» (М.: Совет ветеранов книгоиздания, 1994) приведен такой рецепт быстрого проращивания семян петрушки, которая, как известно, является «тугорослым» растением: «Семена петрушки могут прорасти в течение нескольких часов, если замочить их в свежем молоке, посыпать землю трижды с интервалом 10–15 мин тонко размолотой негашеной известью, после чего посеять семена и спрыснуть водой».
Как вы можете объяснить сущность этого приема?
Задание 14. Навозная жижа – ценное быстродействующее азотно-калийное удобрение. На крупных животноводческих фермах оборудуют специальные сборники для хранения навозной жижи, поверхность которой нередко покрывают слоем нефти или отработанного машинного масла.
Попробуйте объяснить, с какой целью это делают.
Задание 15. Чтобы семена сельскохозяйственных культур хорошо сохранялись, они должны иметь влажность не более 15%. Высушить семена не всегда просто, т. к. нагревание приводит к потере всхожести. В связи с этим нередко применяют химическую сушку: смешивают семена с безводным сульфатом натрия Na2SO4. Эта соль легко образует очень прочный кристаллогидрат состава Na2SO4•10H2O, поэтому при смешивании соли с влажными семенами она отнимает от них воду и связывает ее в кристаллогидрат.
Рассчитайте, сколько нужно сульфата натрия для высушивания 10 кг семян, имеющих влажность 25%, до кондиционной влажности 15%.
Задание 16. Современные теплицы оснащены сложным техническим оборудованием, которое автоматически поддерживает в ней нужную температуру, влажность воздуха и его состав. В большинстве теплиц воздух искусственно обогащен диоксидом углерода СО2 из баллонов. Все оборудование теплиц работает круглосуточно, но подачу СО2 ночью прекращают. Почему?
Задание 17. На Востоке бытовала такая легенда. Однажды властелин приказал своему садовнику заставить зеленые груши вызревать за одну ночь. Если же посмеет ослушаться, может лишиться головы. Садовник поставил корзину с грушами в угол своей каморки, зажег ладан и стал горестно молиться. И произошло чудо – к утру груши созрели!
Можно ли объяснить это чудо с точки зрения химии и физиологии растений? Напомним, что ладан – смолистое вещество растительного происхождения.
Задание 18. В 1629 г. голландский ученый Я.Ван Гельмонт поставил интересный опыт. В высушенную землю он посадил побег ивы, предварительно взвесив и землю, и побег. В течение пяти лет побег поливали дождевой водой. Через пять лет побег превратился в дерево, прибавив в весе 164 фунта. Земли убавилось только полтора фунта. Ученый сделал вывод: растение питалось только водой.
Правильный ли вывод сделал ученый? За счет каких химических процессов и веществ могло произойти увеличение массы растения?
Задание 19. Обитающие в почве мелкие млекопитающие – кроты, слепыши, роя норы и гнезда, перемещают огромные количества почвы. Например, кроты в зависимости от их численности перерывают от 3,9 до 55 т на один гектар, а их выбросы в лесах занимают до 37% территории. Вместе с почвой перераспределяются и химические элементы. В перерытом слепышами верхнем слое чернозема возрастает содержание кальция: они перемещают почву из нижнего черноземного карбонатного горизонта, находящегося на глубине около 1 м, к верхнему.
Попробуйте выразить эту «агрохимическую» работу в килограммах на гектар: рассчитайте, сколько кроты перемещают кремния и железа, если содержание этих элементов в тех слоях почвы, где протекает жизнедеятельность кротов, составляет соответственно 33,0 и 3,7%.
продолжение
--PAGE_BREAK--