Колориметрический метод с хромотроповой кислотой
При взаимодействии нитрат иона с хромотроповой кислотой [1,8-диокси-3,6-нафталиндисульфокислота — (HO)2C10H4(SO3H)2] образуется комплекс, окрашивающий раствор в желтый цвет. Реакция протекает в 70%-ной серной кислоте и весьма избирательна. Метод позволяет определять от 0,2 до 20 мг N — NO3 на 100 г почвы. Присутствующие в почвенных вытяжках катионы практически не влияют на развитие окраски. Это дает возможность для извлечения нитратов применять растворы электролитов.
Использование хромотроповой кислоты для определения нитратов в почве предложено сравнительно недавно, и этот метод еще недостаточно широко апробирован в практике почвенных анализов. Однако он может представлять значительный интерес, особенно при выполнении массовых определений благодаря своей простоте, быстроте и высокой чувствительности. Метод дает результаты, близкие с методом дисульфофеноловой кислоты.
Ход анализа. Приводится методика, описанная Н. Н. Басаргиным и Е. А. Черновой.
Навеску 10 г воздушно-сухой почвы, растертой и просеяной через сито с отверстиями 1 мм, помещают в колбу емкостью 100 мл. Туда же прибавляют 50 мл 0,05%-ного раствора K2SO4, взбалтывают 3 мин. и фильтруют через двойной складчатый фильтр из плотной бумаги. Если фильтрат мутный, его перефильтровывают. В стакан емкостью 50 мл помещают пипеткой 3 мл вытяжки, осторожно по стенкам стакана прибавляют 7 мл рабочего раствора хромотроповой кислоты. Жидкость круговым движением стакана хорошо перемешивают и оставляют стоять при комнатной температуре 30 мин. для охлаждения. За это время в растворе развивается желтая окраска. По истечении указанного срока определяют оптическую плотность раствора, используя фотоколориметр или спектрофотометр. Раствор сравнения, используемый при колориметрировании, готовят прибавлением к 3 мл дистиллированной воды 7 мл рабочего раствора хромотроповой кислоты. Содержание N — NO3 находят по калибровочной кривой. Для этого из образцовых рабочих растворов NaNO3 отбирают пипеткой по 3 мл, переносят в стаканы емкостью в 50 мл. Туда же осторожно (по стенкам стакана) прибавляют 7 мл рабочего раствора хромотроповой кислоты. Содержимое стакана перемешивают и через 30 мин. измеряют оптическую плотность.
Желтая окраска растворов нитрат-хромотропового комплекса имеет два максимума спектра поглощения, в области 357 и 455 нм. При использовании фотоколориметра ФЭК-56 оптическую плотность растворов измеряют с применением светофильтра № 4 (эффективная длина волны 440 нм). Окраска устойчива в течение 24 час. Температурные колебания от 20 до 65° не влияют на ее интенсивность.
Если используемые растворы окрашены более интенсивно, чем образцовые, для колориметрирования берут меньший объем вытяжки. Его доводят водой точно до 3 мл и затем прибавляют хромотроповую кислоту.
Присутствующие в почвенных вытяжках соединения практически не влияют на интенсивность окраски колориметрируемых растворов в концентрациях, значительно превышающих содержание их в почвенных вытяжках, за исключением NO2- и Fe2+. Анион NO2 образует с хромотроповой кислотой комплекс, окрашивающий раствор в желтый цвет, аналогичный тому, который дают нитраты. Закисное железо в сернокислой среде (после прибавления раствора хромотроповой кислоты) восстанавливает NO3, это вызывает снижение интенсивности окраски. По данным Симса и Джексона (Sims, Jackson, 1971), предельно допустимые концентрации NO2- и Fe2+, которые не проявляют еще отрицательного влияния, выражаются соответственно 8,4 и 167 мг/л. Это не может служить ограничивающим условием использования метода, так как в почвенных вытяжках такие концентрации NO2- и Fe2+ встречаются крайне редко, только при наличии в почвах восстановительных процессов. Ион хлора не дает окраски при взаимодействии с хромотроповой кислотой, но в присутствии нитратов повышает ее интенсивность. Отрицательное влияние хлора элиминируют добавлением HCl при приготовлении реактива хромотроповой кислоты.
Для извлечения из почвы нитратов вместо 0,05 %-ного раствора K2SO4 можно, как рекомендуют Симс и Джексон, применять 0,2%-ный раствор Ca(OH)2 (отношение почва : раствор составляет 1 : 5) при 15-минутном взбалтывании. Вытяжки быстро фильтруются и очень редко дают мутные фильтраты.
Реактивы. 1. Раствор хромотроповой кислоты. Используют двунатриевую соль — (HO)2C10H4(SO3Na)2. В продаже часто имеется технический препарат. Перед употреблением его очищают. Насыщенный раствор соли дважды обрабатывают углем, не содержащим трехвалентного железа, и перекристаллизовывают из воды. По внешнему виду очищенный препарат представляет собой белый порошок.
Сначала готовят основной 0,1%-ный раствор. Растворяют 100 мг двунатриевой соли хромотроповой кислоты в 50—70 мл концентрированной серной кислоты. Раствор должен оставаться бесцветным. Если он желтеет, это указывает на загрязнение серной кислоты нитратами. Такая кислота не пригодна для анализа. Чтобы ускорить растворение соли в кислоте, смесь можно подогреть на водяной бане при температуре не выше 70° в течение 3—4 мин. Более длительное подогревание и более высокая температура вызовут побурение раствора. После растворения соли раствор переносят в мерную колбу емкостью 100 мл и объем его доводят концентрированной серной кислотой до метки на колбе. Из этого основного раствора готовят рабочий раствор.
Пипеткой 10 мл основного раствора помещают в мерную колбу емкостью 100 мл, туда же приливают 7 мл концентрированной соляной кислоты и объем раствора доводят концентрированной H2SO4 до 100 мл.
Полученный реактив используют при проведении анализов. Им можно пользоваться в течение 4 дней после приготовления. Основной и рабочий растворы хранят в склянках с притертыми пробками в темном месте.
Перед использованием угля для осветления двунатриевой соли хромотроповой кислоты его проверяют на отсутствие трехвалентного железа. Навеску угля 2—4 г обрабатывают 2—3%-ным раствором HCl в течение примерно 15 мин. Если полученный фильтрат дает положительную реакцию на железо в присутствии роданистокислого аммония, уголь необходимо подвергнуть очистке. При загрязнении небольшими количествами железа уголь очищают промыванием 2—3%-ным горячим раствором HCl до полного удаления железа с последующим отмыванием хлора горячей водой. При значительном загрязнении уголь очищают от железа следующим образом. Навеску угля дважды (а иногда и более раз) кипятят по 3 часа на умеренном огне с концентрированной соляной кислотой, беря 10 объемов кислоты на 1 г угля. Смесь желательно кипятить в колбе с пришлифованной стеклянной пробкой, снабженной обратным холодильником. Можно также использовать обычную колбу, вставив в ее горло стеклянную пробку, применяемую Для прикрывания колб Кьельдаля, или воронку с коротким загнутым кончиком. Во время кипения жидкости необходимо, по возможности, поддерживать исходный объем раствора прибавлением концентрированной соляной кислоты. После 3-часового кипения смесь охлаждают, отфильтровывают на воронке Бюхнера, применяя разрежение воздуха в приемной колбе. Излишек соляной кислоты отмывают водой и повторяют обработку угля концентрированной соляной кислотой, как указано выше, до полного удаления железа. Затем уголь отмывают от хлора водой (сначала горячей, потом холодной) и высушивают в термостате при температуре около 100°.
2. Образцовые растворы нитратов. Растворяют 0,6070 г х. ч. NaNO3 в 1 л дистиллированной воды. Раствор содержит 0,1 мг N-NO3 в 1 мл. Из этого запасного раствора готовят образцовые рабочие растворы, содержащие 2, 4, 7, 10 и 15 мг азота в 1 л. Для этого в пять мерных колб емкостью по 100 мл соответственно вносят следующие объемы запасного раствора: 2, 4, 7, 10 и 15 мл. Колбы доводят водой до метки, растворы используют при анализах для построения калибровочной кривой. Запасные и рабочие образцовые растворы хранят в темном месте.
3. Концентрированная серная кислота (уд. вес 1,83—1,84), х. ч., не должна содержать нитратов.
4. Соляная кислота (уд. вес 1,16), х. ч.
