СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРЯМОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОСТУПНОГО РАСТЕНИЯМ ФОСФОРА В УГЛЕАММОНИЙНОЙ ПОЧВЕННОЙ ВЫТЯЖКЕ, ОКРАШЕННОЙ ГУМИНОВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ, И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2016 года по МПК G01N33/24 G01N21/77 

Назначение и область применения.

Область применения изобретения относится к химическим методам анализа почв с использованием проточных автоанализаторов, например, при оценке плодородия земель сельскохозяйственного использования.

Изобретение, например, может эффективно использоваться в аналитических лабораториях, при измерении концентрации подвижных минеральных форм фосфора в почвенных пробах с извлечением его углеаммонийным экстрагентом.

Известен способ определения подвижного фосфора в углеаммонийной вытяжке из почв (ГОСТ 26205-91. Определение подвижных форм фосфора и калия по методу Мачигина в модификации ЦИНАО).

Получаемая этим способом почвенная вытяжка, очень часто окрашена органическими (гуминовыми) соединениями в коричневый цвет. Для подготовки к колориметрированию в спектральном диапазоне 600-750 нм эту вытяжку осветляют, окисляя при нагревании органические соединения смесью серной кислоты и калия марганцевокислого в конических колбах или пробирках из термостойкого стекла. После этого в вытяжку добавляют реактив для окрашивания фосфора и проводят колориметрирование.

В органической компоненте вытяжки содержится органически связанный фосфор, который прямо не доступен растению. При окислении вытяжки вышеназванным способом органически связанный фосфор переходит в минеральную фракцию и, тем самым, увеличивает содержание подвижных форм фосфора, искажая информацию об обеспеченности растений указанным элементом. Это подробно рассматривается в книге "Автоматизация аналитических работ и приборное обеспечение мониторинга плодородия почв и качества продукции растениеводства". Авторы Ю.М. Логинов, А.Н. Стрельцов, стр. 96-108. Москва. Агробизнесцентр. 2010.

Известен способ прямого измерения концентрации подвижных минеральных форм фосфора в почвенных пробах при извлечении его углеаммонийным экстрагентом и устройства для его осуществления (Патент на изобретение №2474809 RU).

В указанном способе отсутствует сложная химическая подготовка вытяжки к колориметрированию. Полученную почвенную вытяжку сразу смешивают с окрашивающим реактивом. Выделяющаяся при этом двуокись углерода удаляют из раствора ваккуумированием, а подготовленную таким образом почвенную вытяжку колориметрируют в спектральном диапазоне 898-900 нм. В этом диапазоне измерения окрашенные органические соединения практически не мешают определению фосфора. Влияние органических соединений на правильность определения доступного фосфора может наблюдаться только в тех случаях, когда образцы содержат очень большое количество гумуса (более 6-7%) и оптическая плотность вытяжек из этих образцов составляет более 0,10 E при λ=710 в плоско-параллельной кювете с базой 10 мм.

Удаление двуокиси углерода необходимо для того, чтобы пузырьки указанного газа не перекрывали светового потока в измерительной кювете колориметра и давали возможность работать с использованием проточной кюветы, упрощающей и убыстряющей колориметрирование.

Указанный способ упрощает пробоподготовку пробы к анализу, повышает производительность и качество аналитических работ при измерении концентрации подвижных минеральных форм фосфора в почвенных пробах после извлечения его углеаммонийным экстрагентом.

Однако, при получении почвенной вытяжки, которая очень сильно окрашена гуминовыми соединениями, измерять концентрацию фосфора в этом случае необходимо дважды: вначале проводят фотометрирование раствора с окрашивающим реактивом фосфора, затем, эту же вытяжку фотометрируют без окрашивающего компонента фосфора.

Разность между измерениями, полученными в первом и во втором случаях определит содержание подвижного минерального фосфора в исходной почвенной вытяжке.

Кроме этого, все технологические и химические операции при анализе почвенной вытяжки, указанным способом, необходимо проводить вручную.

В качестве прототипа изобретения нам представляется возможным использовать известный способ прямого измерения концентрации подвижных минеральных форм фосфора в почвенных пробах при извлечении его углеаммонийной вытяжкой (ОСТ 10 256-2000. Почвы. Методика выполнения измерений концентраций подвижных минеральных форм фосфора и калия по технологии ЦИНАО в углеаммонийной вытяжке из почв по Мачигину).

При измерении концентрации подвижных минеральных форм фосфора в почвенных пробах указанным способом (автоматизированный вариант определения) необходимо проводить измерения дважды одной и той же вытяжки или использовать две отдельные пробы одной и той же вытяжки. Это уменьшает производительность и увеличивает объем пробы, используемой для анализа.

В неавтоматизированном варианте анализа указанным способом отсутствует операция удаления выделяющейся из раствора двуокиси углерода при смешивании почвенной вытяжки с реактивом, окрашивающим минеральные формы фосфора. Это приводит к ухудшению качества и точности определения фосфора и не дает возможности использовать проточную кювету для колориметрирования окрашенных растворов, что резко снижает производительность аналитических работ.

Предлагаемый способ автоматизированного прямого определения доступного растениям фосфора в углеаммонийной почвенной вытяжке, окрашенной гуминовыми соединениями, и устройства для осуществления способа позволяют полностью автоматизировать процесс определения указанного показателя в полученной вытяжке с учетом влияния органической составляющей на результаты измерений во всех измеряемых пробах. При этом полученный образец вытяжки анализируется на автоанализаторе проточного типа со спектрофотометрическим окончанием в спектральном диапазоне 898-900 нм, производится одновременное двухканальное спектрофотометрирование одной пробы: в одном канале с добавлением реактивов для окрашивания фосфора, а в другом канале с добавлением реактивов без окрашивания фосфора, автоматизированный расчет получения разности результатов двух каналов определяет содержание фосфора, доступного растениям, без учета фосфора, входящего в органическую компоненту вытяжки и не доступного растениям.

Гидравлическая схема автоанализатора с пояснениями показана на фиг. 1. Количество выделяющейся двуокиси углерода, которое необходимо надежно удалять из гидравлической системы, обеспечивается конструкцией пузырькоотделителя (фиг. 2) и нормированием выделившегося объема диоксида углерода. Этот объем определяется объемом разделительной камеры пузырькоотделителя и обеспечивается соотношением производительностей гидравлического канала отбираемой пробы вытяжки почвы и гидравлического канала подачи окрашивающего реактива. Кроме этого, удаление пузырьков перед поступлением потока в кювету колориметра принудительно обеспечивается отдельным каналом, производительность которого выше производительности канала, отбирающего пробу в кювету колориметра. Остатки выделившейся не удаленной двуокиси углерода обратно растворяются в жидкости в результате ее охлаждения и не мешают измерениям оптической плотности раствора.

Аналитическая подготовка и технология анализа проводится по ОСТ 10 256-2000. Предлагаемый способ в два раза повышает производительность проведения анализа и увеличивает точность измерения фосфора, доступного растениям.

Гидравлическая схема устройства приведена на фиг. 1. Подписи и пояснения на чертеже.

Таким образом, нами заявляется следующее.

1. Способ автоматизированного прямого определения доступного растениям фосфора в углеаммонийной почвенной вытяжке, окрашенной гуминовыми соединениями, заключающийся в том, что полученный образец вытяжки анализируется на автоанализаторе проточного типа со спектрофотометрическим окончанием и измерением оптической плотности гидравлических потоков в спектральном диапазоне 898-900 нм, отличающийся тем, что производится одновременное двухканальное спектрофотометрирование одной пробы: в одном канале с добавлением реактивов для окрашивания фосфора, а в другом канале с добавлением реактивов без окрашивания фосфора, автоматизированный расчет получения разности результатов двух каналов определяет содержание фосфора, доступного растениям, без учета фосфора, входящего в органическую компоненту вытяжки и не доступного растениям; нормированное количество выделяющейся двуокиси углерода при смешивании почвенной вытяжки с реактивами при нагревании гарантированно удаляется из гидравлического потока, а остатки выделившейся двуокиси углерода растворяются в жидкости в результате ее охлаждения и не мешают измерениям оптической плотности раствора. Это в два раза повышает производительность проведения анализа и увеличивает точность измерения фосфора, доступного растениям.

2. Автоанализатор для прямого определения доступного растениям фосфора в почвенной вытяжке, окрашенной гуминовыми соединениями, состоящий из автомата подачи проб 8, емкости с дистиллированной водой 9, разделителя пробы 7 на два канала, многоканального перистальтического насоса 2, гидравлической системы со смесителями 3, 11, термостатами 4, 12, охлаждающими устройствами 5, 13, спектрофотометрами 6, 14, коллектором 15, и компьютерной системы (на фиг. 1 не показана), отличающийся тем, что гидравлическая система [фиг. 1] включает два спектрофотометра 6, 14, в которые одновременно поступает измеряемая проба вытяжки и которые обеспечивают определение оптической плотности пробы по одному каналу с добавлением реактивов для окрашивания фосфора 1, а по другому каналу с добавлением реактивов без окрашивания фосфора 10, разница в измерениях оптической плотности одной и той же пробы в двух каналах характеризует содержание фосфора, доступного растениям, без учета фосфора, входящего в органическую компоненту вытяжки и не доступного растениям. Предлагаемая конструкция автоанализатора упрощает проведение анализа и повышает производительность аналитических работ.

3. Пузырькоотделитель [фиг. 2] для удаления пузырьков из гидравлической системы автоанализатора по п. 2 перед поступлением потока жидкости в кювету колориметра, включающий вход 16 для общего потока жидкости с пузырьками воздуха, выход 17 для удаления пузырьков воздуха, выход 18 для ввода жидкости без пузырьков воздуха в кювету колориметра, разделительную камеру 19, отличающийся тем, что вход 16 для общего потока жидкости с пузырьками воздуха, выход 17 для удаления пузырьков воздуха, выход 18 для ввода жидкости без пузырьков воздуха в кювету колориметра обеспечивает вертикальные потоки жидкости, при этом выход 17 для удаления пузырьков воздуха подключается к дополнительному каналу перистальтического насоса и имеет большую производительность, чем канал для ввода жидкости без пузырьков воздуха в кювету колориметра; объем разделительной камеры 19 пузырькоотделителя [фиг. 2] определяется объемом выделившейся двуокиси углерода и обеспечивается соотношением производительностей гидравлического канала отбираемой пробы вытяжки почвы и гидравлического канала подачи окрашивающего реактива, тем самым обеспечивая надежное удаление пузырьков воздуха из гидравлического потока перед поступлением его в кювету колориметра, что повышает качество анализа

Технология автоматизированного прямого измерения концентрации подвижных минеральных форм фосфора в почвенных пробах при извлечении его углеаммонийной вытяжкой предлагаемым способом и устройства, обеспечивающие эту технологию.

Аналитическая подготовка к анализу проводится по ОСТ 10 256-2000.

Далее согласно руководству по эксплуатации оборудования собирают гидравлическую схему, что показано на фиг. 1.

Затем на автомат подачи проб устанавливают кассету с градуировочными растворами и градуируют оба канала с использованием окрашивающего реактива для определения фосфора.

После градуировки обоих каналов с использованием окрашивающего реактива в одном из каналов окрашивающий реактив заменяют на реактив не окрашивающий.

Добившись стабильного базового (нулевого сигнала) на экране монитора, начинают измерения испытуемых проб. Результаты измерения, полученные в канале с не окрашивающим реактивом, определяют величину коррекции, которую надо вычесть из результата измерения этой же пробы в окрашивающем канале. Программное обеспечение автоанализатора производит эту операцию автоматически.

Группа изобретений относится к области анализа почв и может быть использована при оценке плодородия земель сельскохозяйственного использования. Способ автоматизированного прямого определения доступного растениям фосфора в углеаммонийной почвенной вытяжке, окрашенной гуминовыми соединениями, заключается в том, что производится одновременное двухканальное спектрофотометрирование и измерение оптической плотности гидравлических потоков в спектральном диапазоне 898-900 нм одной пробы полученного образца вытяжки на автоанализаторе проточного типа, причем в одном канале с добавлением реактивов для окрашивания фосфора, а в другом канале с добавлением реактивов без окрашивания фосфора. Разница в измерениях оптической плотности одной и той же пробы в двух каналах характеризует содержание фосфора, доступного растениям, без учета фосфора, входящего в органическую компоненту вытяжки и не доступного растениям. Группа изобретений относится также к автоанализатору для прямого определения доступного растениям фосфора в почвенной вытяжке и пузырькоотделителю для удаления пузырьков воздуха из потока перед кюветой колориметра указанного устройства. Группа изобретений обеспечивает повышение производительности и точности анализа. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматизированного прямого определения доступного растениям фосфора в углеаммонийной почвенной вытяжке, окрашенной гуминовыми соединениями, заключающийся в том, что полученный образец вытяжки анализируется на автоанализаторе проточного типа со спектрофотометрическим окончанием и измерением оптической плотности гидравлических потоков в спектральном диапазоне 898-900 нм, отличающийся тем, что производится одновременное двухканальное спектрофотометрирование одной пробы: в одном канале с добавлением реактивов для окрашивания фосфора, а в другом канале с добавлением реактивов без окрашивания фосфора, автоматизированный расчет получения разности результатов двух каналов определяет содержание фосфора, доступного растениям, без учета фосфора, входящего в органическую компоненту вытяжки и не доступного растениям; при этом разница в измерениях оптической плотности одной и той же пробы в двух каналах характеризует содержание фосфора, доступного растениям, без учета фосфора, входящего в органическую компоненту вытяжки и не доступного растениям.

2. Автоанализатор для прямого определения доступного растениям фосфора в почвенной вытяжке, окрашенной гуминовыми соединениями, включающий пузырькоотделитель для удаления пузырьков из гидравлической системы перед поступлением потока жидкости в кювету колориметра и состоящий из автомата подачи проб, емкости с дистиллированной водой, гидравлической системы со смесителями, термостатами, охлаждающими устройствами, спектрофотометрами, коллектором, и компьютерной системы, отличающийся тем, что автоанализатор включает разделитель пробы на два канала и многоканальный перистальтический насос, а гидравлическая система включает два спектрофотометра, в которые одновременно поступает измеряемая проба вытяжки и которые обеспечивают определение оптической плотности пробы по одному каналу с добавлением реактивов для окрашивания фосфора, а по другому каналу с добавлением реактивов без окрашивания фосфора.

3. Пузырькоотделитель для удаления пузырьков из гидравлической системы автоанализатора по п. 2 перед поступлением потока жидкости в кювету колориметра, включающий вход для общего потока жидкости с пузырьками воздуха, выход для удаления пузырьков воздуха, выход для ввода жидкости без пузырьков воздуха в кювету колориметра, разделительную камеру, отличающийся тем, что вход для общего потока жидкости с пузырьками воздуха, выход для удаления пузырьков воздуха, выход для ввода жидкости без пузырьков воздуха в кювету колориметра обеспечивают вертикальные потоки жидкости, при этом выход для удаления пузырьков воздуха подключается к дополнительному каналу перистальтического насоса.