Результат интеллектуальной деятельности: Способ спектрофотометрического определения содержания гуминовых веществ в жидких гуминовых препаратах

Изобретение относится к агрохимии, и может быть использовано для количественного определения гуминовых веществ в жидких гуминовых препаратах.

За последние десятилетие высокие темпы роста сельскохозяйственного производства привели к интенсивности использования широкого спектра удобрений и пестицидов, в том числе гуминовых препаратов. Такие препараты не являются удобрениями в буквальном смысле, поскольку содержание элементов питания в них невелико. Скорее это природные биологически активные вещества, которые в оптимальных дозах стимулируют прорастание семян, улучшают дыхание и питание растений, регулируют поступление в растения тяжелых металлов и радионуклидов и в конечном итоге увеличивают урожайность [1]. Активность данных процессов зависит от типа и содержания свободных гуминовых веществ в препарате. Химический состав этих веществ связан с географическим происхождением, возрастом, климатом, биологическими условиями и пр.. Свойства препаратов на их основе зависят от исходного сырья (состав, которых разнообразен) и технологических особенностей производства. Существуют различные способы определения гуминовых веществ количественного содержания в гуминовых препаратах. Распространенным является спектрофотометрический способ определения. Экспрессность и эффективность этого метода позволяют использовать его при технологическом контроле разных препаратов при производстве и применении жидких удобрений. Данный анализ затруднен, тем, что оптическая плотность препаратов будет зависеть от состава исходного сырья препарата. В связи с этим важным является установление наиболее чувствительной длинны волны при определении концентрации веществ в жидких гуминовых препаратах.

Существует несколько методов определения содержания гуминовых кислот.

В почвенно-зоологических исследованиях для идентификации гуминовых веществ широко используется метод Кулльманна и Фрейтага (Kullmann, Freitag, 1957). Метод основан на фотоколориметрическом определении экстрактов гуминовых кислот и фульвокислот по коэффициенту пропускания при длинах волн: 465, 533, 574, 619, 665, 726 нм [2]. Использование данного способа возможно только для определения веществ на качественном уровне.

Количественное фотоколориметрическое определения содержания гуминовых кислот в почвах возможно по метод Вельте (Welte, 1956). В данном способе оптические плотности раствора гумата измеряют при длинах волн 472 и 665. Концентрация веществ определяется по специальной формуле [3]. Методика мало чувствительна из-за анализа в видимой области спектра.

Известен способ спектрофотометрического определения гуминовых кислот в природных водах. Перед определением проводят предварительную подготовку пробы воды с использованием пирофосфата натрия и концентрированной соляной кислоты. Время проведения данного процесса составляет более 24 часов. Выпавшие в течение этого времени гуминовые кислоты отделяют центрифугированием, осадок их промывают 5 мл 0,1 М раствора соляной кислоты, взбалтывают и центрифугируют. Затем гуминовые кислоты растворяют в 0,5%-ном растворе едкого натра и измеряют оптическую плотность этого раствора на спектрофотометре СФ-4 при 340 и 440 ммк в кварцевых кюветах с толщиной слоя 10 мм. Концентрация веществ определяется по специальной формуле. Чувствительность данного способа довольна высока - 10 мкг гуминовых кислот в пробе с погрешностью 10%. Однако использование дополнительных реагентов ведет к дополнительным расходам [4].

Авторами [5] описан способ определения гуматов по совокупности признаков, элементному составу, с помощью ИК-спектроскопии. Определение основано на получении гуматов металлов путем добавления растворов нитратов определенного металла. Полученные осадки отфильтровывают и промывают значительным объемом дистиллированной воды или спиртом для удаления избытка ионов металлов. Количественное определение металлов в составе гуматов проводится методом рентгенофлюоресцентного анализа. ИК-спектры полученных образцов снимают на ИК-Фурье спектрофотометре. Недостатком такого подхода является использование дорогостоящего оборудования, участия специалистов разного профиля, длительность во времени.

Известен способ анализа гуминовых кислот пелоидов [6]. Исследуемая субстанция является очищенным экологически чистым препаратом, минерализация которого не превышает 1%, содержание тяжелых металлов не более 3,0⋅10^-4 %. Это темно-коричневое, почти черное, чешуйчатое твердое вещество, без запаха и вкуса. Гуминовые кислоты в данном случае являются природным компонентом лечебных грязей. Анализ гуминовых кислот включает спектрофотометрическое определение щелочного раствора веществ, отличающийся тем, что обработку образца проводят 0,05 М раствором натрия гидроксида в течение 4 ч на водяной бане, затем доводят рН раствора до 10,0, перед спектрофотометрическим определением анализируемую пробу разводят дистиллированной водой, и измеряют оптическую плотность раствора в области значений 310-800 нм, при этом качественной характеристикой являются максимумы поглощения при 350 нм и 390 нм, а для количественной оценки гуминовых кислот проводят определение при длине волны 350 нм с использованием калибровочного графика. Описанный способ выбран в качестве прототипа. Недостатками данного способа являются:

1. использование большого числа реагентов, что ведет к дополнительным расходам, усложнению эксперимента;

2. проведение анализа занимает большое количество времени.

Задачей настоящего изобретения является способ спектрофотометрического определения содержания гуминовых кислот в жидких гуминовых препаратах, с целью определения наиболее чувствительной длинны волны, подходящей для исследуемых препаратов. Предложенный способ способен снизить трудоемкость, уменьшить количество используемых реагентов и временя проведения анализа.

Поставленная задача решается тем, что способ спектрофотометрического определения содержания гуминовых веществ в жидких гуминовых препаратах, включает предварительное удаление примесного осадка из пробы с известной концентрацией методом центрифугирования. Далее отбирают аликвоту из полученного маточного раствора, разводят ее дистиллированной водой в соотношении от 1:100 до 1:500 определяют наиболее чувствительную длину волны в области значений 310-800 нм и строят калибровочный график, с помощью которого рассчитывают содержание гуминовых веществ в анализируемых образцах.

Пример конкретного осуществления изобретения приведен ниже.

Исследуемый препарат представляет собой жидкий растительный экстракт, полученный из торфа. Содержание гуминовых кислот заявлено производителем в таких препаратах 1,30% - 2,5%, фульвокислот - 0,45% - 1,08%. В пробирку помещают 10 мл исходного препарата с известной концентрацией гуминовых веществ и центрифугируют при 2000 об./мин., после этой процедуры из маточного раствора пипеткой отбирают 1 мл жидкости и помещают в мерную колбу на 250 мл, доводят дистиллированной водой до метки. Оптическую плотность, полученного раствора измеряют на спектрофотометре с использованием кварцевой кюветы с толщиной 10 мм в диапазоне 310-600 нм относительно дистиллированной воды. Результаты измерений приведены в таблице 1, вид спектра приведен на фиг.1. (спектр раствора жидкого растительного экстракт в интервале длин волн 315-800 нм.)

Видно, что в области исследуемых значений длин волн присутствует одна полоса поглощения с максимумом при 340 нм, которая далее была использована для количественного определения гуминовых веществ.

Для построения калибровочного графика готовят серию стандартных растворов из препарата прошедшего предварительное центрифугирование. В колбы на 250 мл вносят разное количество маточного раствора гуминового препарата с концентрацией гуминовых веществ 1,7% (определено по ГОСТ 9517-94 (ИСО 5073-85)) и доводят водой до метки, перемешивают и измеряют оптическую плотность при длине волны 340 нм на спектрофотометре. Результаты измерения оптической плотности приведены в таблице 2; калибровочный график - на фиг. 2. (калибровочный график для спектрофометрического количественного определения гуминовых веществ в жидких растительных экстрактах, рН~6,5-7,5, d=10, длина волны 340 нм).

Зависимость величины аналитических сигналов (длины окрашенной зоны) линейна в диапазоне концентраций 0,8-2,5%. Линейность подтверждается коэффициентами корреляции, близкими к единице. Последующее количественное определение гуминовых веществ в анализируемых образцах рассчитывается с помощью калибровочного графика. Время проведения анализа ~10 минут.

Заявляемый способ позволяет провести качественный и количественный анализ гуминового препарата в течение 10 минут, не считая времени пробоподготовки, которое составляет в среднем 15 минут.

Заявляемый способ по сравнению с известными обладает более низкой себестоимостью, меньшими трудозатратами, высокой точностью, и воспроизводимостью.

Список Литературы:

1. Noble A.D., Randall P.J. and James T.R. Evaluation of two coal-derived organic products in ameliorating surface and subsurface soil acidity // Europ. J. Soil Sci., V. 46, 1995. - P. 65-75.

2. Ускорение роста и развития растений путем использования органических поливных растворов в гидропонном кормопроизводстве / М.Л. Гордиевских, Е.И. Столбовая, В.В. Евченко // АПК России: Южно-Уральский государственный аграрный университет. - 2015. - №73. - С. 129-133.

3. Методы почвенно-зоологических исследований / Под ред. М.С. Гилярова. - М.: Наука, 1975. - 274 с.

4. Резников А.А., Муликовская Е.П., Соколов И.Ю. Методы анализа природных вод. - М.: Недра, 1970. - 488 с.

5. Компоненты иловых сульфидных грязей - гуматы. Способы идентфикации / М.А. Кривопалова, Н.П. Аввакумова, М.Н. Глубокова и др. // Известия Самарского научного цента Российской академии наук. - 2015. - Т. 17. - №5. - С. 289-292.

6. Пат. 2312343 Российская Федерация, МПК G01N 33/15 Способ анализа гуминовых кислот пелоидов / Аввакумова Н.П., Кривопалова М.А., Ткаченко М.Л., Аввакумова А.А., Захарова Е.А., Глубокова М.Н., Бонцевич А.И.; ООО "Пелоид". - 2005136935/15 заявл. 28.11.05; опубл. 10.12.07.