Phương pháp Kjendhal dựa trên nguyên lý chuyển toàn bộ N trong hợp chất hữu cơ thành muối amoni bằng cách công phá với H2SO4 đậm đặc (có K2SO4 tăng nhiệt độ sôi và CuSO4 và Se xúc tác). Xác định hàm lượng NH4+ bằng dụng cụ kjendhal khi cho muối amoni tác dụng với kiềm. Thu NH3 bằng dung dịch axit boric và độ chuẩn amoni borat bằng dung dịch chuẩn HCl 0,01M hoặc HCl M/70.
H3BO3 + NH3 = NH4H2BO3 H2BO3 + H+ = H3BO3
Axit boric là một axit rất yếu (Ka = 5.8.10-10) với dung dịch H3PO3 0,65M có độ pH = 4,7 và khi trung hòa hết 20% H+ ở nấc điện ly thứ nhất bằng NH3 thì pH đã tăng lên 8,6 (với 25ml dung dịch có thể tương ứng với 48mg N). Khi chuẩn độ bằng một axit mạnh (HCl, H2SO4) loãng, tại điểm đổi màu pH = 4,5 cho phép kết thúc định phân.
Sử dụng hỗn hợp chỉ thị màu metyl đỏ (khoảng đổi màu pH = 4.4 - 6.2 chuyển từ đỏ - vàng) với bromocresol xanh (khoảng đổi màu pH = 3.8 - 5.4, chuyển từ vàng - xanh biển) là để mở rộng khoảng đổi màu và phối màu để nhận sự đổi màu rõ rệt hơn.
Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1. Phương pháp thu và xử lý mẫu
2.1.1. Thu mẫu [5, 13]
Các mẫu nghiên cứu được lấy ở 2 xã Hộ Độ và Thạch Hạ,tỉnh Hà Tĩnh. Mẫu được lấy vào ngày 05 tháng 04 năm 2014, nhiệt độ ngày lấy mẫu khoảng 21- 230C, trời không mưa, những ngày trước đó thời tiết bình thường.
Mỗi mẫu được lấy ở 3 vị trí khác nhau, tọa độ các mẫu là:
Hình 2.1. Lấy mẫu và cảnh quan vùng lấy mẫu
2.1.2. Xử lý mẫu [5, 13]
Các mẫu đất được đập nhỏ, để nơi khô ráo, nhặt hết rễ cây, đá nhỏ, xác thực vật, trải đều lên khay men, phơi khô trong nhà. Sau vài ngày mẫu đất khô, cho vào cối sứ giã nhỏ, rây qua rây 1mm.
2.2. Hoá chất, dụng cụ, máy móc [5, 7, 9]
2.2.1. Hoá chất
Hoá chất được sử dụng trong các thí nghiệm ở dạng tinh khiết hoá học hoặc tinh khiết phân tích, nước cất hai lần.
2.2.2. Dụng cụ, máy móc
Bình định mức, bình tam giác, cốc thuỷ tinh, phễu lọc, buret, pipet, ống nhỏ giọt, đũa thuỷ tinh, chén sứ, ống đong, cối sứ, hệ thống đun khuấy đa vị trí, bình hút ẩm…
Máy khuấy từ, con từ.
Cân phân tích Trung Quốc độ chính xác10-4 g, tủ sấy, lò nung.
2.3. Pha chế dung dịch phân tích [2, 12]
2.3.1. Pha chế dung dịch KCl 1N
Cân 18,625g KCl 1N hòa tan trong 150ml H2O. Sau đó, khi muối tan hết thêm H2O vừa đủ 250ml được dung dịch KCl 1N.
2.3.2. Pha dung dịch NaOH 0,02M
Cân 0,8g NaOH hòa tan trong 200ml H2O. Sau đó, khi NaOH tan hết thêm H2O vào cho đủ 1000ml thu được dung dịch NaOH 0,02M.
2.3.3. Pha dung dịch CH3COONa 1M
Cân 41g CH3COONa, hòa tan trong 200ml H2O. Sau đó khi CH3COONa tan hết cần thêm H2O vào đủ 500ml dung dịch NaOH 1M.
Ngoài ra, chúng tôi còn sử dụng các thiết bị và hóa chất sử dụng khi phân tích các chất theo các TCVN khác.
2.4. Phương pháp xác định pH của H2O và của KCl [3, 14]
2.4.1. Nguyên tắc
pH = -lg aH+ là đại lượng biểu thị hoạt độ H+ trong môi trường đất. Đó là chỉ tiêu đơn giản đầu tiên về độ chua thường được xác định nhất, nó có ý nghĩa rất lớn trong việc đánh giá tính chất của đất.
Phép đo thông dụng và tiêu chuẩn hiện nay là phép đo điện thế, sử dụng pH mét điện cực thuỷ tinh.
2.4.2. Quy trình phân tích
Khuấy 10g đất (đã qua rây 1mm) 20 phút trên máy khuấy từ với 25ml KCl 1N (xác định pH của KCl) hoặc với 25ml nước tinh khiết (xác định pH của nước). Sau đó để yên 2 giờ, lắc 2 đến 3 lần rồi đo pH ngay trong dung dịch huyền phù.
Cách đo mẫu: Giữ cho điện cực cách mặt đất là 1cm và ngập nước khoảng 2cm. Chờ 30 giây rồi đọc giá trị pH trên máy độ chính xác là 0,1 đơn vị pH.
2.5. Phương pháp xác định độ chua thủy phân [3, 4, 34]
2.5.1. Nguyên tắc
Dùng một muối tạo bởi kiềm mạnh và axit yếu, thường là CH3COONa dùng để trao đổi H+ và Al3+ từ keo đất:
Ngoài tác dụng trao đổi của Na+, ion CH3COO- có khả năng liên kết với H+ và Al3+ làm tăng cường quá trình trao đổi, do đó kết quả trao đổi sẽ triệt để hơn dùng muối trung tính. Quá trình thuỷ phân (CH3COO)3Al làm tăng H+ trong dung dịch:
(CH3COO)3Al + 3H2O = CH3COOH + Al(OH)3 Độ chua thuỷ phân được tính bằng mgđl/100g đất.
2.5.2. Quy trình phân tích
Cân 40g đất (đã qua rây 1mm) lắc với 100ml dung dịch CH3COONa 1N trong 1 giờ rồi lọc.
Lấy 15ml dung dịch lọc thêm 2 giọt phenolphtalein rồi chuẩn bằng NaOH 0,02N tới màu hồng (bền trong 30 giây), (dung dịch NaOH này đã được chuẩn độ lại bằng HCl ống chuẩn 0,1N).
Độ chua thủy phân được tính theo công thức:
Trong đó: V: thể tích NaOH tiêu thụ (ml) N: nồng độ NaOH , N = 0,0184N k: hệ số pha loãng, k = 100:15 m: khối lượng đất, m = 40g 1,75 : hệ số thực nghiệm
2.6. Phương pháp xác định độ chua trao đổi [2, 12, 15]
2.6.1. Nguyên tắc
Mẫu đất được tác dụng với dung dịch KCl, các cation Al3+ và H+ được chuyển vào dung dịch và được xác định bằng phương pháp chuẩn độ trung hoà tổng số Al3+ và H+ (bao gồm cả những phân tử axit hữu cơ chưa điện ly).
2.6.2. Quy trình phân tích
Cân 10g đất mịn khô không khí bằng cân kỹ thuật (độ chính xác 0,1g) cho vào giấy lọc đã đặt trên phễu, bình tam giác thu nước chiết đặt dưới đuôi phễu.
Cho vào 10ml dung dịch KCl 1N thấm đều trên phễu và thu dung dịch chiết vào bình. Điều chỉnh tốc độ thấm từ từ để 10ml dung dịch chảy qua phễu trong 15 phút.
Đổ tiếp mỗi lần 10ml dung dịch KCl theo cách thức như trên và tiếp tục như vậy cho hết 100ml dung dịch trong khoảng 150 phút.
Khi kết thúc, lấy bình hứng ra và thêm KCl 1N cho đến vạch 100ml. Lắc đều, thu được dung dịch để xác định độ chua trao đổi.
Dùng pipet lấy 25ml dung dịch mẫu cho vào bình tam giác thêm 3-5 giọt chỉ thị màu phenolphtalein.
Chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn NaOH 0,02N cho đến khi có màu hồng bền trong 1 phút.
Tiến hành mẫu trắng với 25ml dung dịch KCl 1N, không tác động với đất. Độ chua trao đổi tính bằng me/100g đất, theo công thức:
(1me H+ = 1mmol H+ nên 1me/100g = 1C mol/kg)
Trong đó:
a: là số ml NaOH dùng chuẩn độ 25ml mẫu b: là số ml NaOH dùng chuẩn độ 25ml mẫu trắng M: là nồng độ mol NaOH
m: là khối lượng đất mịn khô không khí lấy phân tích, (g) 4 = 100/25 (lấy 25ml trong tổng số 100ml)
K: là hệ số khô kiệt A: độ ẩm
2.7. Phương pháp xác định anion clorua (Cl-) theo TCN - STPT 1999 [17] 1999 [17]
2.7.1. Nguyên tắc
Xác định clorua hòa tan trong nước bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch chuẩn bạc nitrat, dùng chất chỉ thị màu kết tủa kali cromat.
2.7.2. Qui trình phân tích
Lấy bằng pipep một thể tích chính xác dung dịch rút từ đất có một khoảng Cl- thích hợp cho vào bình tam giác
Điều chỉnh pH của dung dịch đến trung tính hoặc kiềm yếu, dùng dung dịch Na2CO3 0,1 pH met hoặc chỉ thị màu phenolphtalein
Chuẩn độ bằng dung dịch tiêu chuẩn AgNO3 cho đến khi xuất hiện màu đỏ gạch bền.
Tiến hành đồng thời mẫu trắng.
Hàm lượng anion clorua tính bằng mg/dm3, theo công thức:
Trong đó:
a: số ml bạc nitrat xác định mẫu dung dịch đất b: số ml bạc nitrat xác định mẫu trắng
M: nồng độ mol bạc nitrat
2.8. Phương pháp xác định độ mặn theo TCN - STPT 1999 [17]
2.8.1. Nguyên tắc
Chiết muối tan bằng nước cất không có CO2 theo tỉ lệ đất : nước = 1 : 5 (W/V), cô cạn dung dịch chiết và sau khi oxy hóa chất hữu cơ bằng H2O2, sấy khô và cân khối lượng cặn.
2.8.2. Qui trình phân tích
Cân 30g đất mịn khô không khí vào chai 250ml, thêm 150ml nước cất không có CO2.
Lắc 2 giờ để yên 1 giờ (đất có nhiều CaSO4 cần để lâu hơn, có thể đến 6 giờ).
Lọc qua giấy lọc mịn. Nếu đục phải lọc lại.
Dùng pipet lấy 50ml dung dịch lọc cho vào cốc khô đã biết khối lượng (có khối lượng không quá 20g).
Thêm tiếp 2ml H2O2 10-15%, đun khô và lặp lại cho đến khi mẫu trắng và khô.
Sấy ở 105oC cho đến khi khối lượng không đổi.
Để nguội trong bình hút ẩm, cân khối lượng cốc có muối tan. Hàm lượng độ mặn tính theo %, theo công thức:
Trong đó:
W1: khối lượng cốc khô (g)
W2: khối lượng cốc + muối tan (g)
W: khối lượng mẫu tương ứng với thể tích xác định (g) K: hệ số khô kiệt của mẫu
2.9. Phương pháp xác định hàm lượng nitơ dễ tiêu theo TCVN 5255:2009 [22] 5255:2009 [22]
2.9.1. Nguyên tắc
Dùng dung dịch kali clorua 1 mol/l để chiết các dạng nitơ dễ tiêu của đất, khử nitrat bằng hỗn hợp Devarda và sau đó chưng cất dịch chiết với natri hydroxyt trong bộ cất micro Kendan. Hấp thụ amoniac bằng dung dịch axit boric và xác định hàm lượng nitơ bằng cách chuẩn độ với các dung dịch chuẩn axit clohydric.
2.9.2. Quy trình phân tích
Dùng cân kỹ thuật cân 20,0g mẫu đất cho vào bình tam giác có dung tích 250ml, thêm vào 40ml dung dịch kali clorua 1M. Lắc trong 1 giờ và lọc lấy dịch trong.
Lắp bộ chưng cất nitơ micro Kendan, đuôi ống ngưng lạnh ngập trong 20ml dung dịch axit boric 2% đựng trong bình tam giác dung tích 100ml.
- Dùng pipet hút 20,0ml dịch lọc cho vào bình chưng cất nitơ. - Thêm khoảng 20ml nước cất và vài giọt chỉ thị phenolphtalein. - Thêm từ từ dung dịch natri hydroxyt đến khi dung dịch xuất hiện màu hồng. - Cho nước chảy qua ống ngưng lạnh và đun bình chưng cất nitơ. Thời gian cất khoảng 5 phút kể từ khi sôi dịch.
- Sau khi chưng cất hết amoniac thì ngừng chưng cất và chuẩn độ lượng nitơ thông qua lượng amoni borat được tạo thành trong axit boric bằng dung dịch tiêu chuẩn axit clohydric 0,01 mol/l cho đến khi mẫu chuyển từ xanh sang hơi đỏ tía.
Tiến hành chưng cất mẫu trắng như chưng cất nitơ dạng amoni, 20ml dịch lọc bằng 20ml dung dịch kali clorua 1mol/l.
Hàm lượng nitơ dễ tiêu của đất (X) tính bằng mg/100g đất, theo công thức sau:
Trong đó:
V: là thể tích dung dịch axit clohydric chuẩn đã dùng khi chuẩn độ dịch lọc (ml)
Vo: là thể tích dung dịch axit clohydric chuẩn đã dùng khi chuẩn độ mẫu trắng (ml)
c: là nồng độ của axit clohydric (mol/l) G: là khối lượng đất ứng với dịch lọc (g) K: là hệ số khô tuyệt đối của đất
2.10. Phương pháp xác định hàm lượng nitơ tổng bằng phương pháp Kjeldahl theo TCVN 6498:1999 [18] pháp Kjeldahl theo TCVN 6498:1999 [18]
2.10.1. Nguyên tắc
Phương pháp này dựa trên cơ sở chưng cất Kendan (Kjeldahl) nhưng thay xúc tác selen bằng xúc tác titan dioxit (TiO2).
2.10.2. Quy trình phân tích
Cho khoảng 2 gam các mẫu đất đã được làm khô trong không khí (hàm lượng nitơ dự kiến khoảng 0,5%) đến 1 gam (hàm lượng nitơ dự kiến khoảng 0,1%) vào trong bình phá mẫu. Thêm vào 4ml axit salixilic, axit sufuric đậm đặc và xoay tròn bình đến khi axit trộn đều vào đất. Để yên hỗn hợp ít nhất trong vòng vài giờ (hoặc qua đêm). Thêm vào bình 0,5 gam natri thiosunfat qua một phễu khô có cuống phễu cắm sâu đến bầu của bình cất và đun cẩn thận hỗn hợp trên bếp phá mẫu đến khi hỗn hợp ngừng sủi bọt.
Sau đó làm nguội bình, thêm vào 1,1 gam hỗn hợp xúc tác và tiếp tục đun đến khi hỗn hợp cất trở nên trong suốt. Đun nhẹ hỗn hợp phản ứng trong 5 giờ sao cho hơi ngưng tụ của axit sunfuric đạt đến khoảng 1/3 cổ bình. Giữ nhiệt độ của dung dịch không quá 400oC.
Sau khi bước phá mẫu kết thúc, làm nguội bình rồi vừa lắc bình vừa thêm từ từ 20ml nước vào. Sau đó xoay tròn bình để chuyển toàn bộ phần không tan về dạng huyền phù và chuyển tất cả vào thiết bị cất. Tráng bình 3 lần bằng nước cất, đổ vào thiết bị cất. Thêm 5ml axit boric vào bình nón 100ml và đặt bình nón dưới sinh hàn ngưng tụ của thiết bị cất sao cho phần cuối của sinh hàn ngưng tụ nhúng vào dung dịch. Thêm 20ml natrihidroxit vào phễu của thiết bị cất và mở khoá để dung dịch kiềm chảy từ từ vào buồng cất đến khi phần ngưng tụ được khoảng 40ml (lượng cụ thể phụ thuộc vào kích thước của thiết bị cất). Tráng phần cuối của sinh hàn ngưng tụ vào phần cất được, thêm vào vài giọt chỉ thị rồi chuẩn độ bằng axit sunfuric đến điểm cuối có màu tím.
Tiến hành phép thử trắng như trên nhưng không có mẫu đất. Ghi lại lượng axit sunfuric chuẩn độ cho mẫu trắng và mẫu đất.
Hàm lượng nitơ tổng (WN) được tính bằng miligam/gam được tính theo công thức sau:
Trong đó:
V1: là thể tíchcủa dung dịch axit sunfuric dùng để chuẩn độ mẫu, ml
V2: là thể tíchcủa dung dịch axit sunfuric dùng để chuẩn độ mẫu trắng, ml
C[H]+ : là nồng độ H+ của axit sunfuric (mol/l) MN: là khối lượng mol của nitơ, (g/mol)
m: là khối lượng của mẫu đất làm khô ngoài không khí, (g) Wnước: là hàm lượng nước tính bằng phân trăm khối lượng so với
mẫu đất được làm khô trong tủ sấy
2.11. Phương pháp xác định hàm lượng photpho dễ tiêu bằng phương pháp Olsen theo TCVN 8661:2011 [24] phương pháp Olsen theo TCVN 8661:2011 [24]
2.11.1. Nguyên tắc
Dùng dung dịch natri hydrocacbonat 0,5 mol/l (pH = 8,5) hòa tan các dạng photpho dễ tiêu trong đất. Xác định hàm lượng phospho trong dịch chiết bằng phương pháp đo màu với "màu xanh molipđen", dùng dung dịch axit ascorbic làm chất khử.
2.11.2. Quy trình phân tích
Dùng cân kỹ thuật cân 5,0g mẫu đất với cho vào bình tam giác có dung tích 250ml. Thêm 100ml dung dịch natri hydrocacbonat 0,5 mol/l. Lắc trong 30 phút và lọc qua giấy lọc. Nếu dịch lọc đục thì phải làm lại.
Dùng pipet hút 10ml dịch lọc, dãy tiêu chuẩn và mẫu trắng cho vào các bình định mức dung tích 25ml. Thêm 3 giọt chỉ thị methyl da cam. Dùng axit sunfuric 4 mol/l để điều chỉnh môi trường đến pH khoảng 4 (khi màu dung dịch chuyển sang màu đỏ da cam).
Thêm từ từ 4ml hỗn hợp tạo màu và lắc tròn. Để yên trong 1 giờ cho màu phát triển tối đa.
Lập đường chuẩn: Hiện màu và đo màu dãy tiêu chuẩn như với dung dịch phân tích và ghi mật độ quang từng mẫu chuẩn. Trục hoành ghi nồng độ của các dung dịch chuẩn (mg/l), trục tung ghi mật độ quang tương ứng đo được. Xác định tọa độ từng mẫu chuẩn và vẽ đường chuẩn.
Hàm lượng photpho dễ tiêu (tính theo mg P/kg) trong đất được tính theo công thức:
Trong đó:
a: là nồng độ phospho trong dung dịch xác định, (mg/l) b: là nồng độ phospho trong dung dịch mẫu trắng, (mg/l) V: là toàn bộ thể tích dung dịch chiết mẫu, (ml)
f: là hệ số pha loãng của dung dịch mẫu m: là khối lượng mẫu, tính bằng gam (g) k: là hệ số chuyển thành đất khô tuyệt đối
2.12. Phương pháp xác định hàm lượng photpho tổng số theo TCVN 4052:1985 [16] 4052:1985 [16]
2.12.1. Nguyên tắc
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc công phá các dạng hợp chất photpho có trong đất bằng H2SO4 đậm đặc có thêm một số giọt HClO4. Axit photphoric hòa tan được xác định bằng phương pháp so màu với màu xanh phức chất của photpho với molypđen dùng hydrazin sunfat làm chất khử.
2.12.2. Quy trình phân tích
Cân chính xác bằng cân phân tích có sai số không lớn hơn 0,001g một khối lượng đất 1g. Cho vào bình kenđan có dung tích 100ml. Cho vài giọt nước thấm đều khối đất rồi cho tiếp 5ml H2SO4 đậm đặc (khối lượng riêng 1,84 g/ml). Để cho axit thấm đều vào đất rồi cho tiếp 5-6 giọt HClO4 70% lắc trộn đều rồi đun trên bếp điện cho đến khi đất có màu trắng và dung dịch trong.
Để nguội bình và cho vào bình khoảng 50ml nước cất, lắc đều và lọc. Pha dung dịch vào bình định mức 100ml. Rửa đất và bình công phá nhiều lần, mỗi lần với lượng nước không nhiều, lọc dung dịch cho vào bình định mức.