Olomouc Pavlína GINTEROVÁ Zdenka BARTOŠOVÁ Vítězslav MAIER Petr BEDNÁŘ VÝUKOVÁ SKRIPTA CVIČENÍ Z APLIKOVANÉ ANALYTICKÉ CHEMIE

Transkript

1 Olomouc 2012 Pavlína GINTEROVÁ Zdenka BARTOŠOVÁ Vítězslav MAIER Petr BEDNÁŘ VÝUKOVÁ SKRIPTA CVIČENÍ Z APLIKOVANÉ ANALYTICKÉ CHEMIE

2 Předmluva Předkládaný výukový materiál je určen především studentům navštěvujícím předmět ACH/APCHC Cvičení z aplikované analytické chemie, který je vyučován na Katedře analytické chemie, Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci. Výukový materiál obsahuje celkem 11 návodů k laboratorním úlohám týkajících se analýzy reálných vzorků pocházejících z různých oblastí, kterými jsou například potravinářství, metalurgie a životní prostředí. Každý návod obsahuje teoretickou část sloužící k základnímu pochopení problematiky a část praktickou, která je potřebná pro samotné vykonání úkolu, spolu s otázkami sloužícími k prozkoušení studentů před laboratorním cvičením a doporučenou literaturu. Výukový materiál vznikl za finanční podpory Fondu rozvoje vysokých škol v rámci řešení projektu č. 2118/2012 Tvorba výukových skript sloužících k inovaci předmětu Cvičení z aplikované analytické chemie.

3 OBSAH STANOVENÍ KONZERVAČNÍCH LÁTEK V NÁPOJÍCH POMOCÍ KAPALINOVÉ CHROMATOGRAFIE... 3 STANOVENÍ KONZERVAČNÍCH LÁTEK POMOCÍ KAPILÁRNÍ ELEKTROFORÉZY... 6 IDENTIFIKACE NEZNÁMÉHO POLYMERU ZÁKLADNÍ ROZBOR VÁPENCE URČENÍ ZÁKLADNÍCH PARAMETRŮ PŮDY STANOVENÍ MĚDI A NIKLU V OCELI STANOVENÍ KADMIA V MÁKU FOTOMETRICKÉ STANOVENÍ MANGANU V NEŽELEZNÉ SLITINĚ STANOVENÍ TRIAZINOVÝCH PESTICIDŮ V PŮDĚ POMOCÍ PLYNOVÉ CHROMATOGRAFIE ANALÝZA MASTNÝCH KYSELIN V PŘÍRODNÍCH TUCÍCH STANOVENÍ LAKTALBUMINU V MLÉCE POMOCÍ GELOVÉ ELEKTROFORÉZY... 55

4 Stanovení konzervačních látek v nápojích pomocí kapalinové chromatografie Teoretická část Konzervační látky jsou významnými potravinovými aditivy, jejichž úkolem je prodloužit trvanlivost potravin tím, že je chrání před znehodnocením bakteriálního a plísňového původu. Používání příliš vysokého množství aditiv s sebou nese jistá rizika: u některých citlivých jedinců se mohou projevit nepříznivé vedlejší účinky, např. alergie nebo dermatitidy. Proto je třeba kontrolovat, zda jejich obsah nepřesahuje nejvyšší povolené množství (NPM), které je u většiny přídatných látek dáno legislativou. Pro některé přídatné látky není konkrétní hodnota NPM stanovena, v takových případech se při výrobě potravin použití aditiv omezuje na nezbytně nutné množství. Mezi běžně používané konzervanty patří kyselina benzoová a sorbová, popř. jejich soli. Kyselina benzoová (E210) a některé benzoáty se používají jako antimykotické činidlo. Aktivní formou je nedisociovaná kyselina, která je přibližně stokrát účinnějsí než anion. Většina kvasinek a plísní je inhibována nedisociovanou kyselinou o koncentraci mg/kg. Kyselina sorbová (E200) a její soli (E ) jsou účinnými inhibitory řady plísní, kvasinek a některých bakterií. Aktivní formou je nedisociovaná kyselina, která je zhruba krát účinnější než anion. Používá se podle druhu potraviny v množství mg/kg. NPM kyseliny benzoové pro ochucené nealkoholické nápoje a nápojové koncentráty pro přípravu těchto nápojů (po naředění podle návodu výrobce) je 150 mg/l, NPM kyseliny sorbové je 300 mg/l. Používá-li výrobce ke konzervaci kombinaci obou kyselin, pak NPM pro kyselinu benzoovou je 150 mg/l a pro kyselinu sorbovou 250 mg/l. Vysokoúčinná kapalinová chromatografie (HPLC) se stala pro tato stanovení rutinní analytickou metodou. HPLC je separační analytická metoda, využívající rozdílné distribuce složek analytu mezi stacionární a mobilní fázi (v HPLC je mobilní fáze kapalina). Vzorek je dávkován do proudu mobilní fáze, v koloně je separován na jednotlivé složky, které vstupují do detektoru (nejčastěji spektrofotometrického v ultrafialové a viditelné oblasti spektra). Záznam z detektoru (tzv. chromatogram) umožní vyhodnocení analýzy. Nejčastěji se dnes pracuje v systému obrácených (reverzních) fází, kde chemicky vázané alkylové řetězce (nejčastěji C 18H 37) na silikagelu slouží jako stacionární fáze (nepolární) a voda s přídavkem organických rozpouštědel (methanol, acetonitril atd.) jako fáze mobilní (polární). Níže prezentovaná metoda je použitelná pro kyseliny sorbovou, benzoovou a jejich sodné, draselné a vápenaté soli a dále pro estery a soli kyseliny p-hydroxybenzoové. Praktická část 1. Úkol Stanovit obsah konzervačních látek v předloženém nápoji pomocí HPLC. 2. Pomůcky a přístroje HPLC chromatograf sestávající z pumpy, dávkovacího ventilu (dávkovací smyčka 20 µl) a UV detektoru s proměnnou vlnovou délkou; vyhodnocovací zařízení počítač; analytická kolona Spherisorb-5-ODS 4,6 250 mm, zrnění sorbentu 5 µm s předkolonkou 4,6 50 mm, ultrazvuková lázeň, analytické váhy 3

5 odměrné baňky, lodičky, injekční mikrostříkačka Hamilton (100 µl), odměrné válce, skleněné pipety, pipetovací balónek, pomůcky potřebné k sestavení filtrační aparatury, skládaný filtr se střední velikostí pórů, mikrofiltr s membránou o porozitě 0,45 µm, injekční stříkačka, rukavice, ochranné brýle 3. Chemikálie deionizovaná, resp. redestilovaná voda, methanol (pro HPLC), roztok podle Carreze I: 150 g/l K 4Fe(CN) 6. 3H 2O, roztok podle Carreze II: 300 g/l ZnSO 4. 7H 2O, zásobní roztok acetátového pufru (0,2 M CH 3COONa. 3H 2O; 0,2 M CH 3COOH), pracovní roztok acetátového pufru (10 ředěný zásobní pufr deionizovanou vodou), mobilní fáze methanol/pracovní roztok pufru (30/70; v/v), kyselina sorbová (p.a.), kyselina benzoová (p.a.), vzorek nápoje. 4. Pracovní postup Příprava vzorku o do 100 ml odměrné baňky se odpipetuje 20 ml předem odplyněného (ultrazvuková lázeň) vzorku a přidá se cca 60 ml extrakční směsi (MeOH/H 2O, 30/70, v/v) o odměrná baňka se ponechá 10 minut v ultrazvukové lázni při teplotě 70 C o obsah odměrné baňky se vyčeří přidáním 1 ml roztoku podle Carreze I, po promíchání se přidá roztok podle Carreze II a po opětovném promíchání a ochlazení směsi na laboratorní teplotu se baňka doplní extrakční směsí po rysku (u čirých roztoků lze tuto operaci vynechat) o následně se obsah odm. baňky přefiltruje přes skládaný filtr, přičemž první podíl filtrátu (cca 20 ml) se vylije o několik mililitrů filtrátu se dále přefiltruje přes membránový mikrofiltr a podrobí chromatografické analýze Příprava standardních roztoků kyseliny benzoové a sorbové o konc. 100 mg/l o standardní roztoky se připraví rozpuštěním navážky standardu v extrakční směsi o do odm. baňky (100 ml) se převede 10 mg standardu kyseliny benzoové, po rozpuštění navážky se baňka doplní extrakční směsí po rysku o stejným způsobem se připraví standardní roztok kyseliny sorbové o připravené standardní roztoky se použijí k přípravě sady směsných kalibračních roztoků v rozsahu koncentrací mg/l (dle vlastního uvážení) HPLC analýza o HPLC systém se promyje mobilní fází a pro analýzu se zvolí vhodná průtoková rychlost (± 1ml/min) o nastaví se vlnová délka, při které bude UV detektor zaznamenávat absorbanci eluátu (235 nm pro stanovení kyseliny benzoové a sorbové, 260 nm pro stanovení p-hydroxybenzoanů) o vzorky se do chromatografického systému dávkují pomocí mikrostříkačky Hamilton dávkovací smyčka se přeplňuje 100 μl vzorku o provede se analýza všech kalibračních roztoků a vzorků (nástřik každého roztoku se opakuje 3 ) 4

6 5. Vyhodnocení Identifikace stanovovaných látek se provádí porovnáváním retenčních časů, resp. přídavkem standardů ke vzorku. Kvantifikace se provádí metodou vnějšího standardu s využitím kalibrační křivky. Výsledky se porovnají s hodnotami deklarovanými výrobcem nebo hodnotami NPM, které jsou dány legislativou ČR. 6. Otázky Uveďte a vysvětlete alespoň tři metody kvantifikace analytu. Jakou úlohu plní v systému HPLC předkolona? 7. Literatura Vyhláška ministerstva zdravotnictví č. 4/2008 Sb., kterou se stanoví druhy a podmínky použití přídatných látek a extrakčních rozpouštědel při výrobě potravin. Velíšek J., Hajšlová J.: Chemie potravin 2. Tábor: Ossis, Davídek J. a kol.: Laboratorní příručka analýzy potravin. Praha: SNTL, Churáček J. a kol.: Analytická separace látek. Praha: SNTL, Churáček J., Jandera P.: Úvod do vysokoúčinné kapalinové kolonové chromatografie. Praha: SNTL,

7 Stanovení konzervačních látek pomocí kapilární elektroforézy TEORETICKÁ ČÁST Konzervační látky Konzervační látky jsou významnými potravinovými aditivy prodlužujícími trvanlivost potravin (zamezují v potravinách růst mikroorganismů). Příliš vysoké množství konzervačních látek v potravinách však může konzumentům způsobovat negativní vedlejší účinky. Z tohoto důvodu je potřeba kontrolovat, zda obsah těchto konzervačních látek není vyšší než nejvyšší povolené množství (NPM). Kyselina benzoová a sorbová patří spolu s jejich solemi mezi nejúčinnější konzervační látky. Kyselina sorbová se v potravinářství používá zejména v nápojích a sýrech, a to k zabránění rozvoje plísní, kvasinek a bakterií. Dále může být použita např. v pekařských výrobcích, margarínech, kečupech a salátech. Kyselina benzoová se v potravinářství používá např. v čokoládách, citronech, pomerančích, ovocných nápojích, sýrech, nízkotučných džemech a zmrzlinách. Kapilární elektroforéza Stanovení konzervačních látek je možno provést pomocí kapilární elektroforézy (CE). Princip CE je založen na elektroforetické migraci iontů v elektrickém poli. Tato metoda je tedy použitelná pro analyty schopné nést náboj v důsledku jejich disociace či protonizace. Separace je uskutečněna v kapiláře nejčastěji v křemenné. Vnitřní průměr kapiláry se pohybuje od 10 do 100 μm a její délka je v rozmezí od 30 do 100 cm. Separace analytů probíhá vložením vysokého napětí, které je používáno v rozmezí od 0 do 30 kv. Rozseparované analyty jsou poté sledovány pomocí detektoru (nejčastěji spektrofotometrického v ultrafialové a viditelné oblasti spektra), který je umístěn na opačném konci kapiláry, než je dávkován vzorek. Dávkování vzorku se provádí buď elektrokineticky, nebo tlakem (hydrodynamické dávkování). PRAKTICKÁ ČÁST Úkol: Stanovte obsah kyseliny benzoové a sorbové v neznámém vzorku. Naměřené hodnoty slovně okomentujte. Rozhodněte, zda vzorek vyhovuje či nevyhovuje předepsaným normám. 6

8 Pomůcky a přístroje: kapilární elektroforéza Agilent s detektorem diodového pole (DAD), počítač pro vyhodnocování analýz (software ChemStation), křemenná kapilára (50 µm vnitřní průměr), ultrazvuková lázeň, váhy, ph metr, filtrační aparatura, membránový mikrofiltr, laboratorní mixér, odměrné baňky, kádinka, střička Chemikálie: kyselina boritá, kyselina salicylová, kyselina benzoová, kyselina sorbová, hydroxid sodný, vzorek potravin, kalibrační roztoky k ph metru, destilovaná voda, deionizovaná voda, methanol Pracovní postup: Příprava základního elektrolytu: Do odměrné baňky (250 ml) se naváží množství kyseliny borité odpovídající koncentraci 0,05 M Odměrná baňka se doplní deionizovanou vodou po rysku Provede se kalibrace ph metru (podle návodu k přístroji) Pomocí roztoku hydroxidu sodného se upraví ph elektrolytu na hodnotu 9,5 Příprava vzorku: V případě potřeby se vzorek zhomogenizuje laboratorním mixérem Do kádinky (50 ml) se naváží 5 10 g vzorku s přesností na 0,01 g, přidá se ml extrakční směsi methanolu a vody (30:70) Kádinka se umístí na cca 10 minut do ultrazvukové lázně Suspenze se vymyje extrakční směsí do odměrné baňky (100 ml) a doplní se základním elektrolytem na objem cca 80 ml Odměrná baňka se umístí na 10 minut do ultrazvukové lázně Následně se přidá 10 ml roztoku kyseliny salicylové (1 mg/ml) sloužící jako interní standard a odměrná baňka se doplní základním elektrolytem po rysku Roztok se filtruje přes skládaný filtr, první podíl filtrátu se vylije Několik mililitrů filtrátu se dále filtruje přes stříkačkový membránový mikrofiltr Získaný filtrát se použije pro stanovení kyseliny sorbové a benzoové ve vzorku Měření vzorku se provádí 3x Příprava kalibračních roztoků: Připraví se základní roztoky kyseliny benzoové a sorbové, a to navážením a rozpuštěním potřebného množství v základním elektrolytu Tyto základní roztoky se použijí pro přípravu sady kalibračních roztoků Do odměrných baněk (10 ml) se připraví sada kalibračních roztoků v koncentračním rozsahu 1 až 50 mg/l (5 koncentračních úrovní) - rozpuštěním v základním elektrolytu Do každého roztoku je potřeba přidat 1 ml roztoku kyseliny salicylové interního standardu Výsledná koncentrace kyseliny salicylové je tedy 0,1 mg/ml Každý kalibrační roztok se analyzuje 2x 7

9 Analýza pomocí kapilární elektroforézy: Podle pokynů vedoucího cvičení se provede nastavení přístroje Experimentální podmínky: Parametr Podmínky Separační napětí + 25 kv Vlnová délka 235 nm Dávkování Hydrodynamicky 50 mbar/5s Teplota 25 C Kalibrační roztoky a vzorek se podrobí analýze pomocí kapilární elektroforézy s DAD detekcí Identifikace stanovovaných analytů se provede pomocí přídavku standardu kyseliny benzoové nebo sorbové do vzorku (tzv. spikování) Provede se integrace píků všech získaných analýz Kvantifikace se provede metodou absolutní kalibrace s využitím kalibrační křivky do kalibračního grafu se vynáší korigované plochy píků (poměr plochy píku analytu a interního standardu) Vypočte se množství kyseliny benzoové a sorbové v předloženém vzorku Vyhodnocení: Kalibrační roztok 1 c = Kalibrační roztok 2 c = Kalibrační roztok 3 c = Kalibrační roztok 4 c = Kalibrační roztok 5 c = Vzorek k. benzoová k. sorbová k. salicylová k. benzoová k. sorbová k. salicylová k. benzoová k. sorbová k. salicylová k. benzoová k. sorbová k. salicylová k. benzoová k. sorbová k. salicylová k. benzoová k. sorbová k. salicylová Plocha píku Plocha píku Plocha píku Ø Plocha píku Korigovaná plocha píku 8

10 Rovnice regrese: Vypočtená hodnota kyseliny sorbové ve vzorku: Vypočtená hodnota kyseliny benzoové ve vzorku: Slovní vyhodnocení naměřených hodnot vybraných konzervačních látek ve vzorku:.. Otázky k prozkoušení studentů: 1. Popište princip kapilární elektroforézy. 2. Vyjmenujte módy kapilární elektroforézy. 3. Popište základní rozdíly mezi plošnou a kapilární elektroforézou. 4. Je možno použít kapilární elektroforézu pro stanovení neutrálních látek? 5. Je možno stanovit během jedné elektroforetické analýzy jak kationty, tak anionty? 6. Vysvětlete princip detektoru diodového pole. 7. Vyjmenujte další možné detektory, které se používají ve spojení s kapilární elektroforézou. 8. Z jakého důvodu se do potravin přidávají konzervační látky? 9. Jaké znáte jiné typy přidaných látek (tzv. éček)? 10. Navrhněte další možnou metodu vhodnou pro stanovení kyseliny sorbové a benzoové v potravinách. 11. Z jakého důvodu je používán tzv. interní standard? Doporučená literatura: 1. Kašička V.: Teoretické základy a separační principy kapilárních elektromigračních metod, Chemické listy 91, , (1997). 2. Landers J.P., Handbook of Capillary Electrophoresis, CRC Press, Boca Raton Altria K.D., Capillary Electrophoresis Guidebook: Principles, Operation, and Applications, Humana Press Inc., New Jersey Landers J.P., Handbook of Capillary and Microchip Electrophoresis and Associated Microtechniques, CRC Press, Boca Raton Davídek J.: Laboratorní příručka analýzy potravin, Praha, Nielsen S.S.: Food Analysis, Springer, New York, Ötleş S.: Handbook of food analysis instrument, CRC Press, Boca Raton, Coultate T. P.: Food: The chemistry of its components, RCS Publishing, London,

11 Identifikace neznámého polymeru Teoretická část Při analýze makromolekul a v plastikářské technologii se při hodnocení kvality (v chemickém i technologickém smyslu často využívá speciálních zkoušek a testů (hodnocení elasticity, tepelné odolnosti, pevnosti atd.). Výsledky těchto zkoušek jsou užitečným pomocníkem při identifikaci neznámého polymeru nebo materiálu finálního produktu. I ve vlastní chemické analýze hrají pro rychlou orientaci důležitou roli netradiční testy, jako je chování polymeru v plameni, při pyrolýze, rozpustnost apod. Nicméně v analýze polymerů mají zásadní význam instrumentální analytické metody: infračervená (IČ) a Ramanova spektroskopie, nukleární magnetická rezonance, gelová chromatografie, plynová chromatografie pyrolytických produktů s hmotnostně spektrometrickou detekcí a další. K základní identifikaci polymeru se mimo jiných využívá následujících zkoušek: Orientační zkoušky o V prvé řadě jde o charakterizaci polymeru na základě jeho vzhledu konzistence, barva, čirost, opacita; lze také odhadnout, zda se jedná o elastomer, plastomer nebo reaktoplast (duromer). o Chování v plameni vzorek na platinovém očku se umístí těsně nad plamen kahanu (nesvítivý plamen) a sleduje se: změna barvy plamene, vznik sazí (čadivost), hoření vzorku (samozhášivost) a jeho chování po vyjmutí z plamene, následně se posuzují změny ohořelého zbytku. Jde o velmi rychlou zkoušku, ale výsledky významně ovlivňují plniva, změkčovadla, pigmenty a jiné přísady, které mohou polymery obsahovat, proto je nutné analyzovat pouze čisté polymerní vzorky. Charakteristickým ukazatelem pro některé polymery je zápach, který vzniká při jejich hoření a také vzhled ohořelého zbytku. Polymery s jednoduchou strukturou bez dvojných vazeb snadno depolymerují a tají (např. PE), jejich ohořelý zbytek se od původního příliš neliší je jen otavený a zeskelněný. Polymery s benzenovým jádrem v řetězci produkují při hoření saze, které se mohou na povrchu materiálu usazovat (např. PS). Povrch některých polymerů po depolymeraci v plameni je drsný nebo napěněný unikajícím plynem (např. PMMA). Při hoření polysacharidů vzniká žhnoucí načervenalý popel. Dalším užitečným klasifikačním ukazatelem je testování rozpustnosti v různých rozpouštědlech. Obecně vykazují makromolekulární látky nízkou rozpustnost. Nicméně se i zde uplatňují dobře známá pravidla: podobné se rozpouští v podobném a rozpustnost daného polymeru klesá s rostoucí molekulovou hmotností. Některé polymery (např. polyvinylalkohol, polymethylenoxid nebo některé deriváty celulosy) jsou rozpustné ve vodě. V chlorovaných uhlovodících jsou rozpustné polymery nepolární povahy (např. ataktický polystyren, polyvinylchlorid, kaučuky, methakryláty, dokonce i některé ethery celulosy). Fyzikální konstanty z fyzikálních konstant se u polymerů nejčastěji určuje hustota a teplota tání nebo rozmezí teplot fázového přechodu. U nízkotajících vzorků je možné určit index lomu. 10

12 Výše zmíněné zkoušky mají spíše orientační charakter a poskytují rámcovou představu o druhu polymeru, další testy umožní blíže specifikovat typ polymeru jde především o důkazy prvků (elementární analýza) a charakteristické reakce pro důkaz některých funkčních skupin a štěpných produktů (barevné reakce). o Elementární analýza provádí se zkouška podle Lassaigne, při níž se polymer mineralizuje tavením s kovovým sodíkem. Charakteristické prvky se dokazují ve vodném výluhu taveniny pomocí jednoduchých reakcí. Důležitým krokem je dokonalé protavení polymeru. Po filtraci se dokazuje dusík jako berlínská modř, síra jako Ag 2S a halogeny jako AgX po okyselení a vyvaření. o Barevné reakce provádí se Liebermannova a Wechslerova reakce, reakce s polyjodidem, kyselinou chromotropovou, kyselinou chloroctovou a dichloroctovou. Negativní reakci se všemi uvedenými činidly dává teflon a vysokotlaký polyethylen. Lineární polyethylen, polypropylen, polyisobutylen a polystyren se mohou při adsorpci polyjodidu velmi slabě růžově vybarvit. Polystyren může při Wechslerově reakci poskytnout nažloutlé zbarvení. Typické reakce jsou uvedeny v tabulce 2. Praktická část 1. Úkol Identifikujte neznámý polymer na základě orientačních zkoušek fyzikálních konstant, elementární analýzy, barevných reakcí, pyrolytických produktů a IČ spektrometrie. Předkládané vzorky jsou čisté monopolymery, výjimečně kopolymery a neobsahují žádná plnidla, změkčovadla, vulkanizační přísady apod. 2. Pomůcky a přístroje mikroskop opatřený topným stolkem, předvážky, třepačka, IČ spektrometr zkumavky, stojan na zkumavky, kádinky, kahan, platinové očko, kopist, skleněné pipety, pipetovací balónek, porcelánové misky, třecí miska s tloučkem, pomůcky potřebné k sestavení filtrační aparatury, rukavice, ochranné brýle, ochranný štít 3. Chemikálie vzorek polymeru, destilovaná voda, KBr, CCl 4, Na, acentanhydrid, konc. H 2SO 4, pyridin, polyjodid draselný, 5% methanolický roztok KOH, 72% H 2SO 4, chromotropová kyselina, chloroctová kyselina, dichloroctová kyselina, dimethylaminobenzaldehyd, acidobazický indikátor 4. Pracovní postup Orientační zkoušky: o zaznamenají se vnější vlastnosti vzorku barva, čirost, konzistence o testuje se chování polymeru v plameni zbarvení plamene, čadivost, samozhášivost a zápach (identifikace zápachu se nejsnáze provádí po vyjmutí vzorku z plamene) o testuje se rozpustnost předloženého vzorku polymeru ve vodě a tetrachlormethanu malé množství vzorku se třepe po dobu přibližně 2 hod. se 2 ml rozpouštědla, sleduje se, zda se testovaný vzorek rozpouští/nerozpouští nebo bobtná o vykazuje-li vzorek dobrou rozpustnost v CCl 4, přefiltruje se a filtrát se použije k pořízení IČ spektra 11

13 Fyzikální konstanty: o pod mikroskopem se určuje teplota tání nebo rozmezí teplot fázového přechodu Elementární analýza o mg vzorku se mineralizuje kovovým sodíkem mineralizace se provádí v mikrobaňce se sodíkem nabodnutým na kapiláru, je nutné chránit si obličej ochranným štítem o po protavení se horká mikrobaňka rozpraskne v porcelánové misce s 5 ml vody o po filtraci se dokazuje dusík jako berlínská modř, síra jako Ag 2S a halogeny jako AgX o z výsledků elementární analýzy provedené analytickým servisem se určí sumární vzorec Barevné reakce o Liebermannova reakce Je obecná pro steroidy (cholesterol), terpeny (deriváty abietové kyseliny) a tedy i pro přírodní pryskyřice. přibližně 0,2 g vzorku se za horka rozpustí nebo nabobtná ve 2 ml acetanhydridu několik kapek roztoku (suspenze) se převede na porcelánovou misku a po stěně se podvrství několik kapek konc. H 2SO 4 po 30 minutách se zaznamená výsledné zbarvení o Wechslerova reakce Je obecná pro chlorované deriváty jedná se o analogii Fujiwarovy reakce na chlorované uhlovodíky. malé množství rozetřeného vzorku se převrství 1 ml pyridinu a po 3 minutách se ke směsi přidají 2 3 kapky 5% roztoku KOH v methanolu zkouška se opakuje také za horka: vzorek s pyridinem se povaří 1 min a methanolický roztok KOH se přidá k ještě horké směsi o Reakce s kyselinou chromotropovou Je typická pro polymery degradující v kyselém prostředí za vzniku formaldehydu (polyethylenglykol, polyakrylamid, polyvinylalkohol, polyvinylacetát, některé deriváty celulosy a všechny formaldehydové pryskyřice (duromery). k malému množství vzorku se přidají 2 ml 72% H 2SO 4 a několik krystalků kyseliny chromotropové, reakční směs se zahřívá na vodní lázni po dobu 10 minut výsledné zbarvení se porovná se slepým pokusem o Reakce s polyjodidem Je typická pro deriváty celulosy a polyvinylderiváty. Zbarvení rozlišuje čistě uhlovodíkové a kyslík obsahující skelety. k rozetřenému vzorku se přidá několik kapek roztoku polyjodidu draselného, směs se naředí vodou a protřepe reakční směs se nechá 2 minuty vybarvit suspenze se izoluje dekantací nebo filtrací (přes skleněnou fritu) a promyje vodou u vzorků ve vodě rozpustných (škrob, PVAl) nebo ve vodě bobtnajících (polyakrylamid, některé deriváty celulosy) se vybarvuje gelová fáze i roztok 12

14 o Reakce s kyselinou chloroctovou a dichloroctovou Reaguje PVC a další vinylové polymery, reakční mechanismus není znám. malé množství vzorku (asi 0,1 g) se ve zkumavce zahřívá s 1 2 ml kys. chloroctové, nevybarví-li se tavenina po 2 minutách varu, reakce je negativní; je nutné chránit si obličej ochranným štítem test se opakuje s kyselinou dichloroctovou Pyrolýza Produkty pyrolýzy jsou pro jednotlivé polymery typické. Jednoduché polymery s kvarterním uhlíkem se při pyrolýze degradují především na monomery (methakryláty, polyisobutylen, methylpolystyren). V jednoduchém provedení pyrolýzy se sleduje vznik původních komponent (formaldehydu, fenolů, karboxylových kyselin atd.). Jednoduchá pyrolýza se využívá především k identifikaci elastomerů (kaučuků), acidita pyrolytických produktů a časové závislosti jejich tvorby je skupinovou charakteristikou. Další možností je využití kombinace pyrolýzy a identifikačních roztoků A (dimethylaminobenzaldehyd) a B (acidobazický indikátor), které se vybarví podle obsahu těkavých produktů v elastomeru (viz tabulka 3). o asi 0,5 g vzorku se vloží do pyrolytické zkumavky o do připojené absorpční zkumavky se předloží 1,5 ml roztoku A o pyrolytická zkumavka se zahřívá mikrokahanem, po 1 2 min vývoje plynu se absorpční zkumavka vymění za druhou s 1,5 ml roztoku B o roztok A se převede do zkumavky, přidá se 5 ml methanolu a po 20 min se zaznamená zabarvení směsi o směs se pak zahřívá při 50 C na vodní lázni po dobu 2 3 min, poté se zaznamená případná barevná změna. o zbarvení roztoku B upozorňuje na typ polymeru o pyrolytickou zkumavku je nutné před pyrolýzou vyčistit vyžíháním do sucha a po zchládnutí propláchnout kyselinami HCl a H 2SO 4 o místo absorpčních roztoků lze zařadit různá činidla (důkaz formaldehydu, fenolů, primárních a sekundárních aminů) a zvýšit tak identifikační jistotu IČ spektrometrie o nerozpustné polymery: v třecí misce s tloučkem se rozetře na špičku špachtle vzorku s malým množstvím KBr, z takto připravené směsi se vylisuje tableta o za asistence vyučujícího se proměří IR spektrum vzorku 5. Vyhodnocení Na základě výsledků provedených zkoušek se odhadne typ polymeru. Pořízené IČ spektrum polymeru se porovná s atlasem spekter a určí se další mikrostrukturní parametry. Mimoto se také porovnají výsledky kvantitativní elementární analýzy se závěrem identifikace. 6. Otázky Navrhněte a popište provedení důkazu N, S a halogenů. Vysvětlete pojmy: elastomer, plastomer, termoplast, duromer (reaktoplast), popř. uveďte příklady. Uveďte alespoň tři různé polymery a jejich typický zápach, který uvolňují při hoření. 13

15 7. Literatura Rybnikář F. a kol.: Analýza a zkoušení plastických hmot. Praha: SNTL, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně: Ústav fyziky a materiálového inženýrství [online]. [cit ]. Dostupné z: Hummel D. O., Scholl F.: Atlas for Polymer and Plastics Analysis, Vol. 1 Polymer: Structures and Spectra. Munich, Vienna: Hanser, Nálepa K.: Stručné základy chemie a fyziky polymerů. Olomouc: rektorát Univerzity Palackého v Olomouci, Stránský Z. a kol.: Analýza organických sloučenin. Olomouc: rektorát Univerzity Palackého v Olomouci,

16 Tabulka 1: Orientační zkoušky polymerů v plameni Polymer Hoření po vyjmutí z plamene Plamen Vzhled ohořelého zbytku polyetylen (PE) + svítivý s modrým jádrem otavený, měkký polypropylen (PP) + svítivý s modrým jádrem otavený polystyren (PS) + svítivý, čadivý (saze) otavený, zčernalý polyizobutylen (PIB) + svítivý, žlutý mazlavý, lepkavý polyamid (PA) + modrý se žlutou špičkou otavený polymetylmetakrylát + modrý se žlutou špičkou zhnědlý, prostoupený bublinkami polyvinylacetát (PVAc) + žlutý, jiskřivý ztmavlý polyvinylalkohol (PVAl) + svítivý, žlutý, čadivý očazený, změklý polyvinylbutyral (PVB) + modrý s nažloutlým okrajem ztmavlý polyvinylchlorid (PVC) - žlutý, základna zeleně lemovaná zuhelnatělý, křehký polyetylentereftalát (PET) + svítivý, čadivý otavený, zuhelnatělý polytetrafluoretylen (PF 4 ) - žlutý, základna zelená beze změny epoxidové pryskyřice + žlutý zuhelnatělý silikony + svítivý, bílé dýmy bílá, křehká hmota 15

17 Tabulka 2: Přehled barevných reakcí Polymer Liebermannova Wechslerova reakce Chromotropová Vybarvení Chloroctová Dichloroctová reakce za chladu za horka reakce polyjodidem kyselina kyselina PVC hmota m z hnědočervená olivová hčr - starorůžová modrá purpurová Pvinylidenchlorid (PVdC) žlutá hnědá hnědočerná - - purpurová černomodrá PV-alkohol žh čh - - červenohnědá mz černá - černá PV-ethery m z h - - červená f tm. h. zel. nebo mz zelenomodrá PV-acetát (sv. zelená) žlutá žlutá č sv. hnědá čh černá červenofialová modrofialová PV-karbazol modrozelená - - žlutohnědá červenohnědá sv. zelená modrá Me-celulosa žlutá oliv hf - - Et-celulosa oranžová červ. - - fialová žlutá - - Ac-celulosa modrozelená - - červená červená - - PMe-akrylát (hnědá) žlutá - - PMe-methakrylát žlutá - - Pmethoxyethylmethakrylát černá - - P-akrylamid - - žlutá fialová tm. hnědá - žlutá P-methakrylamid - sv. žlutá sv. žlutá béžová žlutá - žlutá P-akrylonitril - žlutá žlutá - žlutá - - Alkydy čh tm. hnědá - - červená hnědá - - Polyamid 1,6 a 6, tm. h černá - sv. žlutá Fenolformald. pryskyřice r č - - fialová - - Močovinoform. pryskyřice (žo) - - purpurová - - Melaminform. pryskyřice (oh) - - červenofialová - - Kumaron-indenové pryskyřice červená - -? - - Kasein fialová černá - - PEG fialová oranžovočervená - - P-fenylenoxid - žlutozelená oranžová - rezavá - - Přírodní kaučuk růžová - - Chlorprenový kaučuk červenohnědá - - růžová - - Chlorkaučuk - olivově zelená červenohnědá PIsobutylen + isopren sv. žlutá Polybutadien, Buna hnědočerná červenohnědá - sv. žlutá P-butadien-styren m šz hčr - - (sv. žlutá) červenohnědá - červenohnědá Ethylen-propylen-dien (EPDM) modravá - sv. žlutá - sv. červené - sv. žlutá P-styren-akrylonitril - - sv. žlutá - žluté - - P-butadien-akrylonitril oranžové - sv. žlutá Vysvětlivky: č červená, čh červenohnědá, čr černá, f fialová, h hnědá, hčr hnědočerná, m modrá, mz modrozelená, o oranžová, p purpurová, r růžová, šz šedozelená, z zelená, ž žlutá, žo žlutooranžová, žh žlutohnědá apod.; sv. m. světle modrá, tm. h. tmavě hnědá apod.; č sv. hnědá: červená až světle hnědá apod., r č: růžová přechází v červenou, (hnědá) reakce je málo výrazná.

18 Tabulka 3: Identifikace elastomerů pyrolýzou Elastomer roztok A roztok B počáteční zbarvení zbarvení po zahřátí zbarvení slepý pokus sv. žluté sv. žluté zelené přírodní kaučuk (NR) hnědé fialové modré zelené přírodní + styrenbutadienový kaučuk olivově zelené zelenomodré zelené chloroprenový kaučuk (CR) oranžově červené červené zelené chloroprenakrylonitrilový kaučuk (NCR) oranžově červené červené žluté až červené styren butadienový kaučuk (SBR) žlutozelené zelené zelené polyizobutylen, butylkaučuk žluté (plavou kapky) světle modrozelené zelené polyvinylchlorid (PVC) žluté žluté červené 17

19 Základní rozbor vápence TEORETICKÁ ČÁST Vápenec Vápenec je usazená hornina, jejíž hlavní složkou je uhličitan vápenatý (CaCO 3). Barva vápence může být od čistě bílé až po černou záleží na příměsích. Příměsi jsou rozhodujícím činitelem pro použitelnost vápence, jeho způsob těžby a případně další úpravu. V České republice jsou vápence velice rozšířenou horninou a mají podstatný národohospodářský význam. Vápence se zužitkují např. na štěrk, dekorační a stavební kámen a k výrobě vápna a cementu. V neposlední řadě jsou používány také k různým účelům v chemickém, cukrovarském i sklářském průmyslu a v hutnictví. Podle chemického složení jsou vápence rozděleny do 8. tříd jakosti, a to především podle obsahu uhličitanu vápenatého a hořečnatého a dalších oxidů. Každá třída je určena pro různé účely použití. Vápence používané pro cukrovarnictví jsou řazeny do 3. třídy jakosti a měly by splňovat následující složení: Obsah uhličitanu vápenatého a hořečnatého: min. 96 % (z toho uhličitan hořečnatý min. 2 %) Obsah oxidu křemičitého: max. 1,5 % Obsah seskvioxidů: max. 0,8 % Vápenec používaný v cukrovarnictví (cukrovarnických pecích) se vypaluje na vápno a vzniklé produkty, kterými jsou oxid uhličitý a vápenatý jsou dále využívány. Oxid uhličitý je používán na čeření surové cukrové šťávy a oxid vápenatý se používá na čistění a neutralizaci cukrové šťávy. Rozklad hornin Alkalické nebo alkalicko-oxidační tavení je preferovaným způsobem rozkladu hornin a minerálů. Zásadité horniny a minerály je někdy možné rozkládat i kyselinami. Mezi zásadité minerály patří např. vápence. ČSN předepisuje pro chemický rozbor vápence rozklad vzorku tavením s uhličitanem sodným. Tento postup, zahrnující stanovení oxidu křemičitého odkouřením s kyselinou fluorovodíkovou, brání především ztrátám stopových prvků při jejich následujícím stanovení. Stanovení hlavních komponent vápenců a dolomitických vápenců (např. pro cukrovarnickou praxi) není zatíženo významnými chybami aplikací rozkladu kyselinou chlorovodíkovou. 18

20 Stanovení vápníku a hořčíku V současné době se pro stanovení vápníku a hořčíku v horninách a minerálech používá gravimetrie. Vápenatý ion se sráží jako oxalát a žíhá na vážený oxid, hořčík jako fosforečnan hořečnato-amonný a žíhá se na vážený difosforečnan dihořečnatý. V cukrovarnické praxi je však zvykem stanovovat obsah (%) uhličitanu vápenatého a hořečnatého. K tomuto stanovení se používá chelatometrická titrace. Při nízkém obsahu hořčíku (pod 4% MgCO 3) je však chelatometrické stanovení nepřesné (rozdíl ve spotřebách při titraci sumy a samotného vápníku nemá být menší než l ml). Proto je v tomto případě nutné provést souběžné stanovení pomocí absorpční atomové spektrometrie. PRAKTICKÁ ČÁST Úkol: Stanovte obsah oxidu křemičitého, seskvioxidů R 2O 3, uhličitanu vápenatého a hořečnatého ve vápenci určeném pro cukrovarnickou praxi. Rozhodněte, zda je předložený vzorek vápence vhodný pro cukrovarnickou praxi. 1. Stanovení oxidu křemičitého (nerozložitelného podílu) Úkol: Stanovte obsah oxidu křemičitého v předloženém vzorku vápence. Zjištěný obsah slovně okomentujte. Pomůcky a přístroje: muflová pec, vodní lázeň, váhy, vařič, sušárna, exsikátor, kahan, filtrační aparatura, porcelánová miska, porcelánový kelímek, hodinové sklo, kádinka, navažovací lodička, lžička, tyčinka, střička Chemikálie: vzorek vápence, chlorid amonný, koncentrovaná kyselina sírová, koncentrovaná kyselina chlorovodíková, 0,1 M dusičnan stříbrný, destilovaná voda Pracovní postup: Naváží se 2 g (s přesností na 2 mg) jemně rozetřeného vzorku vápence vysušeného při teplotě 105 až 110 C Navážený vzorek se převede na porcelánovou misku Navažovací nádobka se vypláchne 2-4 g chloridu amonného na porcelánovou misku Vzniklá směs se promíchá tyčinkou (neměly by vzniknout hrudky) Ke směsi se přidá potřebný objem destilované vody, aby došlo se vzniku husté kaše Směs se opět promíchá, použitá tyčinka se opláchne destilovanou vodou Porcelánová miska se přikryje hodinovým sklem, hubičkou misky se pomalu po kapkách přidává 20 ml koncentrované H 2SO 4 (pozor na bouřlivost rozkladu) 19

21 Následně se směs zahřívá na vodní lázni až do skončení rozkladu Hodinové sklo se opláchne do misky a obsah misky se na vodní lázni odpaří do sucha Porcelánová miska s odparkem se dosuší (30 minut) v sušárně vyhřáté na 120 C Po vychladnutí se odparek spláchne 5 ml koncentrované HCl a nechá se 5 minut stát Poté se přidá 20 ml destilované vody, směs se dobře promíchá tyčinkou a znovu odpaří na vodní lázni Vzniklý odparek se smočí (po stěnách) 5 ml HCl (1:1) Po několika minutách se přidá 100 ml horké destilované vody a promíchá se použitou tyčinkou Připraví se filtrační aparatura Vzorek se přefiltruje (filtr bílá páska) do čisté kádinky Filtr se 3 x promyje horkou 1 % HCl pokaždé se nechá promývací roztok odkapat Následně se filtr promyje horkou destilovanou vodou až do vymizení reakce na chloridy (0,1 M AgNO 3) Filtr se vysuší a opatrně se zuhelní (nad kahanem) v předem vyžíhaném (1000 C) a zváženém porcelánovém kelímku Zuhelněný zbytek se žíhá 1,5 hodiny v muflové peci vyhřáté na 1000 C Po žíhání se kelímek umístí do exsikátoru a po vychladnutí se zváží Vypočte se procentuelní obsah SiO 2 ve vzorku Pozn. filtrát ponecháme pro stanovení obsahu seskvioxidů! Vyhodnocení: Výpočet obsahu (%) oxidu křemičitého (SiO 2) v předloženém vzorku: 100 ( a b) SiO2 (%) = n a hmotnost kelímku s SiO 2 (g) b hmotnost prázdného kelímku (g) n navážka vzorku (g) Vypočtená hodnota SiO 2 (%): Slovní vyhodnocení zjištěného obsahu oxidu křemičitého ve vzorku vápence:. 20

22 2. Stanovení seskvioxidů Úkol: Stanovte obsah seskvioxidů v předloženém vzorku vápence. Vypočtené množství slovně zdůvodněte. Pomůcky a přístroje: muflová pec, vařič, filtrační aparatura, váhy, exsikátor, kádinka, porcelánový kelímek, střička Chemikálie: Filtrát získaný během stanovení oxidu křemičitého, koncentrovaná kyselina dusičná, 10 % roztok hydroxidu amonného, 1 % roztok dusičnanu amonného, kyselina chlorovodíková (1:1), methylová červeň, 0,1 M dusičnan stříbrný, destilovaná voda Pracovní postup: Filtrát získaný během stanovení oxidu křemičitého (se všemi promývacími roztoky) se zahřeje k varu Přidá se několik kapek koncentrované HNO 3, roztok se krátce povaří a následně se po kapkách sráží 10 % roztokem NH 4OH do barevného přechodu methylové červeně Poté se přidají 3 kapky NH 4OH navíc Kádinka s filtrátem se umístí na teplé místo a po usazení se filtruje (filtr bílá páska) Filtrát se jímá do velké čisté kádinky Sraženina na filtru se 2 x promyje horkým 1 % roztokem NH 4NO 3 Kádinka pod filtrem se vymění za tu, ve které probíhalo srážení a sraženina na filtru se rozpustí v 10 až 20 ml horké HCl (1:1) Filtr se důkladně promyje horkou destilovanou vodou a opakuje se srážení roztokem NH 4NO 3 Vzniklá sraženina se zachytí na stejném filtru, který byl použit při první filtraci Filtrát se jímá do kádinky s prvním filtrátem Filtr se promyje 1 % roztokem NH 4NO 3 až do vymizení reakce chloridů Filtr se vloží do předem vyžíhaného a zváženého porcelánového kelímku Po vysušení a zpopelnění se žíhá v muflové peci při teplotě 1100 C po dobu 1,5 hodiny Po žíhání se kelímek umístí do exsikátoru, po vychladnutí se zváží Vypočte se obsah seskvioxidů v předloženém vzorku Pozn. filtrát ponecháme pro stanovení obsahu vápníku a hořčíku! Vyhodnocení: Výpočet obsahu (%) seskvioxidů (R 2O 3) v předloženém vzorku: a b R O (%) 100 ( ) 2 3 = n a hmotnost kelímku s R 2O 3 (g) b hmotnost prázdného kelímku (g) n navážka vzorku (g) Vypočtená hodnota R 2O 3 (%): 21

23 Slovní vyhodnocení zjištěného obsahu seskvioxidů ve vzorku vápence: Stanovení vápníku a hořčíku Úkol: Stanovte obsah uhličitanu vápenatého a hořečnatého ve vzorku vápence. Naměřené hodnoty obsahů slovně okomentujte. Pomůcky a přístroje: digestoř, vařič, vodní lázeň, titrační aparatura, titrační baňky, porcelánová miska, odměrná baňka, ochranný štít, střička Chemikálie: Filtrát získaný během stanovení seskvioxidů, destilovaná voda, 1% roztok kyseliny chlorovodíkové, chelaton, dusičnan olovnatý, 10 % roztok hydroxidu sodného, murexid, eriochromová čerň, Schwarzenbachův pufr Pracovní postup: Filtrát získaný během stanovení seskvioxidů se odpaří na vodní lázni do sucha Větší část amonných solí se odkouří na vařiči v porcelánové misce (Pozor: digestoř, ochranný štít) Zbytek se rozpustí v 20 ml 1 % HCl a destilovanou vodou se převede do odměrné baňky (250 ml), doplní se po rysku a řádně promíchá Provede se stanovení přesné koncentrace odměrného roztoku chelatonu standardizace na dusičnan olovnatý resp. kovový zinek 25 ml roztoku se odpipetuje do titrační baňky, přidá se 10 ml 10 % NaOH a roztok se naředí destilovanou vodou na objem cca 50 ml Přidá se murexid (stanovení vápenatých kationtů) a roztok se titruje 0,1 M odměrným roztokem chelatonu do maximální barevné změny indikátoru Titrace se provede 3 x Následně se odpipetuje 25 ml roztoku, přidá se 5 ml Schwarzenbachova pufru a roztok se naředí na objem cca 50 ml Přidá se eriochromová čerň (stanovení sumy vápenatých a hořečnatých kationtů) a roztok se titruje odměrným roztokem chelatonu do modrého zbarvení Titrace se provede 3 x Vypočítá se obsah uhličitanu vápenatého a hořečnatého ve vzorku Vyhodnocení: Výpočet přesné koncentrace odměrného roztoku chelatonu:

24 Výpočet obsahu uhličitanu vápenatého a hořečnatého ve vzorku vápence: Titrace 1 Titrace 2 Titrace 3 Ø Spotřeba chelatonu (ml) murexid Spotřeba chelatonu (ml) eriochromová čerň s1 c CaCO3(%) = n s2 c CaCO3 + MgCO3 (%) = n s 1 - průměrná spotřeba odměrného roztoku při titraci na murexid (ml) s 2 průměrná spotřeba odměrného roztoku při titraci na eriochromovou čerň (ml) n navážka vápence (g) Pozn.: Pokud je rozdíl s 2 s 1 menší než 1 ml je potřeba vzorek naředit (např. 10x), provést stanovení hořčíku pomocí atomové absorpční spektrometrie a následně přepočítat na obsah uhličitanu hořečnatého. Vypočtená hodnota obsahu (%) uhličitanu vápenatého ve vzorku: Vypočtená hodnota obsahu (%) sumy uhličitanu vápenatého a hořečnatého ve vzorku: Vypočtená hodnota obsahu (%) uhličitanu hořečnatého ve vzorku: Slovní vyhodnocení zjištěného obsahu uhličitanů ve vzorku vápence: Otázky k prozkoušení studentů: 1. Vysvětlete rozdíl mezi horninou a minerálem. 2. Vysvětlete pojem seskvioxid 3. V jakých odvětvích a k čemu může být používán vápenec? 4. Vyjmenujte, jaké další příměsi mohou být přítomny ve vápenci. 5. Vyjmenujte základní parametry, které mají vliv na složení vápence. 6. Vysvětlete základní princip gravimetrie. 7. Vysvětlete princip chelatometrické titrace (odměrný roztok, indikátory). 8. Vysvětlete princip atomové absorpční spektrometrie. 23

25 Doporučená literatura: 1. Zýka J. a kol.: Analytická příručka, 1.díl, SNTL Praha, Harvey D.: Modern Analytical Chemistry, The McGraw-Hill Companies USA, [cit ] 4. Šrámek V., Kosina L.: Analytická chemie, Nakladatelství Fin, Olomouc, Kouřimský J.: Užitkové horniny a minerály, Aventinum, Praha,

26 Určení základních parametrů půdy TEORETICKÁ ČÁST Samotný rozbor půdy představuje celou řadu skupin nejenom analytických stanovení. V základním rozboru jde o horninový rozbor (stanovení oxidů prvků), na nějž navazuje pedologický typový rozbor (určení podle skeletu, zrnitosti, obsahu písku, jílu, kaolinitu, montmorillonitu, atd.) a cílený rozbor (stanovení reziduí pesticidů, atd.). V zemědělsky využívaných půdách se pravidelně kontrolují parametry, které vypovídají o schopnosti půdy produkovat kulturní rostliny a o ekologicky nežádoucích změnách. Zde jde především o kontrolu obsahu živin, organické hmoty, iontovýměnné kapacity a schopnosti, acidity a o kontrolu reziduí. Podle zjištěných parametrů je možné zvolit druh plodiny, pro kterou je půda nejvhodnější, nebo např. provést vhodnou aplikaci hnojiv popř. koncentrátů obsahujících požadovanou živinu. Odběr vzorků půdy Odběr vzorků je velice důležitým prvkem všech rozborů. Vzorky půdy se odebírají sondážními tyčemi, průměrný vzorek se skládá z minimálně 30 odběrových míst. Hloubka odběru se řídí především typem pěstovaných plodin. Plocha potřebná pro odběr vzorku je závislá na druhu půdy. Zemědělské půdy můžeme rozdělit např. na půdu ornou (v bramborářské, horské, řepařské a kukuřičné oblasti), půdu u trvalých travních porostů, půdu u chmelnic, vinic a intenzivních sadů. Odběr vzorků zemědělských půd se řídí Vyhláškou Ministerstva zemědělství č. 275/1998 Sb., o agrochemickém zkoušení zemědělských půd a zjišťování půdních vlastností lesních pozemků. Odebrané vzorky (umístěné v papírových nebo plastových obalech) se nechávají pro většinu rozborů obeschnout na vzduchu, zbaví se hrubších částí skeletu a rostlinných zbytků a následně se podrobí sítové analýze. Pro většinu stanovení se využívá tzv. jemnozemě I (propad přes síto s průměrem oka 2 mm), méně tzv. jemnozemě II (propad přes oko 0,25 mm). 25

27 Vybrané parametry: Výměnné ph je důležitým parametrem, který charakterizuje aciditu (kyselost) půdy, tedy např. i vliv kyselých dešťů. Výměnné ph půdy je dáno především ionty vodíku, které jsou sorbovány půdními koloidy. Tyto ionty se mohou za určitých podmínek uvolnit do půdního roztoku, čímž dojde ke zvýšení aktivní kyselosti půdy. Půdu můžeme podle kyselosti rozdělit do tří skupin: kyselá půda (ph 4,0 6,6), neutrální půda (ph 6,7 7,3) a zásaditá půda (ph 7,4 8,5). Kyselost půdy se snižuje především vápněním. Přijatelný draslík Draslík nacházející se v půdě v různých sloučeninách je možno rozdělit z hlediska přístupnosti pro rostliny a druhu vazby do tří skupin. Jedná se o draslík nevýměnný, výměnný a vodorozpustný. Draselný ion patří k základním živinám rostlin. Zvyšuje asimilační potenci rostlin, odolnost proti vymrzání a chorobám, má být v rovnováze s obsahem sodíku (antagonismus). Za dostatečnou zásobu draslíku v zemědělské půdě se považuje obsah mg K + v 1 kg půdy. Stanovení je založeno na vytěsnění iontu z iontoměničového půdního komplexu směsí octanu a šťavelanu amonného a obvykle následuje stanovení draslíku plamenovou fotometrií. Přijatelný hořčík Hořčík je v půdě obsažen jak ve velmi rozdílných koncentracích, tak i v různých formách. Průměrný obsah veškerého hořčíku se pohybuje kolem 0,6 %. Půdy mající nejvyšší obsah hořčíku jsou půdy vzniklé na dolomitu. Přijatelnost hořčíku ovlivňuje především jeho forma (výměnný na povrchu půdních koloidů, nevýměnný např. v minerálech) a v nemalé míře taktéž antagonistické působení jiných iontů (např. K +, Ca 2+ ). Obsah hořčíku reguluje fotosyntetické procesy. Po eluci roztokem chloridu vápenatého se stanovuje spektrofotometricky (titanová žluť) nebo pomocí atomové absorpční spektrofotometrie (AAS). 26

28 Přijatelný fosfor Obsah celkového fosforu v půdě se pohybuje v rozmezí od 0,03 do 0,13 %. Nejvýznamnějším přírodním zdrojem fosforu v půdě je minerál apatit. Fosfor se v přírodě vyskytuje vždy ve svém nejvyšším oxidačním stupni. Obsah fosforu reguluje (zpomaluje) růst, urychluje nasazování plodů a zrání a podporuje kvetení. Za dostatečnou zásobu se považuje obsah 250 mg P 2O 5/kg, přihnojení je žádoucí při obsahu menším než 150 mg P 2O 5/kg. Při stanovení fosforu se půda eluuje roztokem mléčnanu vápenatého a následuje spektrofotometrické stanovení založené na tvorbě fosfomolybdenové modři. Stanovení dusičnanů Obsah celkového dusíku v půdě má poměrně stálou hodnotu, a to z toho důvodu, že je tvořen sloučeninami chemicky i mikrobiologicky těžce rozložitelnými. Dusík jako živina je nutný pro tvorbu rostlinných bílkovin a chlorofylu, podmiňuje růst rostlin. Přijatelné formy jsou dusík amoniakový, amidový a nitrátový (s výjimkou motýlokvětých luštěnin). Za minerální dusík se považuje sumu amonného a nitrátového dusíku, jehož obsah pro pěstování kulturních rostlin nemá být menší než 120 až 150 mg N/kg půdy. Předmětem analytické kontroly je stanovení celkového dusíku, amonného dusíku a nitrátového dusíku. Nitrátový dusík je nepříliš žádoucí komponentou, i když rostliny převádějí podstatnou část ostatních forem na dusičnan. Obsah dusičnanů v půdě se kontroluje nejčastěji spektrofotometricky (Nesslerovo činidlo, nitrace fenolů), nebo ISE elektrodou s kapalnou membránou. Elučním činidlem při stanovení dusíku je roztok síranu draselného. Organické látky (humus) Organická složka půdy (humus) je mimořádně významná pro produkci kulturních plodin (ovlivňuje úrodnost půdy), její obsah by měl být minimálně 2,5 %, podstatná je ovšem její kvalita. Kvalita humusu se posuzuje např. podle poměru huminových kyselin (stabilnější s vyšší sorpční kapacitou) a fulvokyselin. Humus poutá vláhu v půdě, zvyšuje jímavost vody a živin, zvyšuje záhřevnost půdy, podporuje mikrobiální činnost a je zásobníkem dusíku. 27

29 V přírodně vyrovnaných půdách obsah organické hmoty koreluje s obsahem humusu. Organická složka půdy podstatně ovlivňuje výsledky (recovery) stanovení jednotlivých organických komponent, např. i reziduí pesticidů. Proto je stanovení organických látek mimořádně významné. Provádí se z jemnozemě II. Stanovení organických látek je založeno na totální oxidaci směsí kyseliny sírové a chromové (analogie CHSK). PRAKTICKÁ ČÁST Úkol: Stanovte vybrané základní parametry (výměnné ph, přijatelný draslík, přijatelný hořčík, přijatelný fosfor, obsah dusičnanů, obsah organických látek) předloženého vzorku - zemědělské půdy 1. Stanovení výměnného ph a potřeby vápnění Úkol: U předloženého vzorku půdy stanovte hodnotu výměnného ph a potřeby vápnění. Naměřené výsledky slovně zdůvodněte. Pomůcky a přístroje: ultrazvuková lázeň, ph metr se skleněnou elektrodou, elektromagnetické míchadlo, elektromagnetická míchačka, váhy, kádinka, střička, navažovací lodička, pipety Chemikálie: 1 M KCl, 0,12 M NaOH, kalibrační roztoky k ph metru, destilovaná voda, reálný vzorek zemědělské půdy (jemnozem I) Pracovní postup: Do kádinky (150 ml) se naváží 20 g vzorku (jemnozem I) Přidá se 50 ml 1M KCl Kádinka se umístí na 2 hodiny do ultrazvukové lázně (během sonifikace se stanovují další parametry půdy) Podle pokynů vedoucího cvičení se provede kalibrace ph metru Po vyjmutí z ultrazvukové lázně se do kádinky vloží elektromagnetické míchadlo Kádinka se umístí na elektromagnetickou míchačku, do roztoku se vloží skleněná ph elektroda (elektroda se nesmí dotýkat stěny kádinky ani elektromagnetického míchadla) připojená k ph metru Po dvou minutách míchání se zaznamená naměřená hodnota ph V případě, že je naměřená hodnota ph menší než 6,5, provede se titrace (sloužící pro výpočet tzv. potřeby vápnění) Suspenze se titruje odměrným roztokem 0,12M NaOH (po 1 ml), a to za stálého míchání Po každém přídavku (1 ml) se vyčká 1 minutu a zaznamená se naměřená hodnota ph 28

30 Titrace se ukončí po dosažení ph majícího hodnotu 7,0 Ze spotřeby odměrného roztoku se vypočítá tzv. potřeba vápnění (viz vyhodnocení) Vyhodnocení: Naměřená hodnota výměnného ph 1 : Výpočet potřeby vápnění: A) Počet tun (CaO/ha) = spotřeba odměrného roztoku 0,5 B) Počet tun (CaCO 3/ha) = spotřeba odměrného roztoku 0,9 Vypočtená hodnota potřeby vápnění 2 : A) B) Slovní zhodnocení zjištěných hodnot:.. 1 hodnota zaokrouhlená na 1 desetinné místo 2 hodnota zaokrouhlená na 0,5 t/ha 2. Stanovení přijatelného draslíku Úkol: U předloženého vzorku půdy stanovte obsah draslíku. Zjištěnou hodnotu slovně zdůvodněte. Pomůcky a přístroje: plamenový fotometr, ultrazvuková lázeň, váhy, filtrační aparatura, Erlenmayerova baňka (100 ml), odměrné baňky, odměrný válec, navažovací lodička, střička Chemikálie: eluční roztok (octan + šťavelan amonný), zásobní roztok K +, vzorek půdy, destilovaná voda Pracovní postup: Příprava vzorku: Do zábrusové Erlenmayerovy baňky (100 ml) se naváží 10 g vzorku půdy Vzorek se zalije 25 ml elučního roztoku (octan + šťavelan amonný) a následně se umístí do ultrazvukové lázně Vzorek se sonifikuje (eluuje) po dobu dvou hodin (během této doby je vhodné připravit sadu kalibračních roztoků nutných pro následné stanovení K + ) Připraví se filtrační aparatura Vzorek se vyjme z ultrazvukové lázně a po usazení se filtruje (získaný filtrát má být čirý) Filtrát se dále použije k plamenově fotometrickému stanovení K + Příprava kalibračních roztoků: Ze zásobního roztoku K + se do odměrných baněk odpipetuje potřebné množství odpovídající koncentraci 20, 40, 80, 120 a 160 mg K + /l, což odpovídá obsahu 50, 100, 200, 300 a 400 mg K + /kg půdy 29