Пламенная фотометрия и аграрная наука: реалии и перспективы

Калий и натрий по содержанию в растительном организме относятся к важным макроэлементам, они активно участвуют в метаболизме, при этом они являются основными катионами внеклеточной жидкости. Соотношение натрия во внеклеточном и внутриклеточном пространстве организма определяет изменение осмотического давления и соотношение объемов внутри внеклеточной жидкости. Калий является основным катионом внутриклеточной жидкости (в ней содержится 98 % калия всего организма) и обеспечивает осмомолярность цитоплазмы, создает условия для протекания в ней биохимических реакций. Говоря простыми словами, калий и натрий – это «кровь» растения. Изменение соотношения концентраций ионов калия и натрия свидетельствует о нарушении физиологических процессов, проявлению различных патологий.

Для определения содержания ионов натрия и калия в растениях используют в основном хроматографические, электрохимические и спектроскопические методы. Ионная хроматография в сочетании с кондуктометрическим детектированием использовалась для определения калия и натрия в образцах сыворотки крови. Для одновременного определения катионов применен капиллярный электрофорез с фотометрическим или кондуктометрическим детектированием. Достоинством метода считают возможность анализа малых объемов пробы с пределами обнаружения на уровне 2 пмоль (пико: 10^-12). Для определения калия и натрия известно применение проточных систем с ион-селективными электродами.

Представленные выше методы, помимо очевидных достоинств, обладают и рядом существенных недостатков:

- трудоемкость метода проведения испытаний;

- малая производительность представленных методов;

- длительная и специфическая подготовка образца для испытаний;

- необходимость использования большого арсенала реагентов и расходных материалов;

- малая нормативная база (ГОСТы, МВИ на методы испытаний);

- дороговизна оборудования и соответствующих комплектующих и как следствие – высокая стоимость испытания.

В арсенале современной аналитической химии важнейшее место занимают методы оптической атомной и пламенной спектроскопии, основанные на измерении интенсивности электромагнитного излучения, испускаемого или поглощаемого атомами определяемого элемента, которые находятся в газо- или парообразном состоянии. Эти методы являются многоэлементными и широко используются для установления макроэлементного состава самых разнообразных объектов – минералов и руд, пищевых продуктов, объектов окружающей среды, почв, кормов, растениеводческой продукции и т.д. Они имеют низкие пределы обнаружения и позволяют определять даже следовые количества элементов в исследуемых объектах.

К прочим достоинствам метода пламенной фотометрии относят:

- высокая чувствительность и точность анализа: метод пламенной фотометрии позволяет определить концентрацию элементов в образцах с высокой точностью, благодаря высокой чувствительности приемника света (до 1 фмоль (фемто: 10^-15));

- быстрота и простота проведения испытания: метод пламенной фотометрии отличается относительной простотой в проведении анализа. Для определения концентрации элементов требуется небольшое количество образца и минимальное время;

- широкий спектр анализируемых щелочных и щелочноземельных металлов: метод пламенной фотометрии позволяет определить концентрацию таких металлов, как калий, натрий, литий, кальций, барий и др. Важно отметить, что этот метод можно успешно применять при анализе как одиночных металлов, так и их смесей;

- большая нормативная база: разработано и внедрено в практику огромное количество национальных и международных ГОСТов, методик проведения испытаний и др. нормативных документов для проведения исследований различных объектов на содержание элементов пламенно-фотометрическим методом;

- экономичность и доступность: существует широкий выбор специализированных приборов для проведения пламенной фотометрии, приобретение которых обходится более экономично, чем для некоторых других методов анализа. Кроме того, обучение персонала проведению анализа методом пламенной фотометрии менее трудоемко по сравнению с другими методами анализа. Все это делает метод пламенной фотометрии доступным для широкого применения в лабораторной деятельности.

Ярким представителем нового поколения пламенных фотометров является пламенный фотометр FP-I6450, продукт научно-инженерных разработок компании «Bioevopeak» (Китайская Народная Республика). Данный прибор (в Республике Беларусь один из первых) установлен в химико-экологической лаборатории академии в ноябре текущего года и предназначен для определения катионов щелочных (натрий, калий, литий) и щелочноземельных (кальций, барий) металлов. В качестве источника возбуждения спектров используется пламя или пропан-бутан–воздух. Аналитические линии определяемого элемента выделяются с помощью интерференционных светофильтров, в качестве приемника излучения используется фотодиод. Ввод пробы осуществляется пневматическим распылителем. Органы управления прибора выведены на сенсорный дисплей, что упрощает работу аналитика, туда же выводятся и показания прибора.

В представленном пламенном фотометре реализованы новые научные и инженерные решения: прямой расчет концентрации испытуемого элемента (нет необходимости пересчитывать концентрацию на массовую долю), кроме цифровых показателей и графическое отображение анализируемых образцов (возможность онлайн наблюдать графическую модель линейки испытуемых образцов: линейная, экспоненциальная и параболическая кривая), возможность параллельно с испытанием и контроль точности (критерии rsd, линейность кривой r)

Обладая широкой нормативно базой (ГОСТы, методики, руководящие документы по проведению испытаний), область применения пламенного фотометра FP-I6450 в лаборатории широкая:

- контроль содержания щелочных и щелочноземельных элементов в кормах, растениеводческой продукции как показатель их качества;

- определение элементов в растительных образцах как расчетная составляющая для определения потребления и выноса элемента питания;

- определение подвижного калия в почвах как показатель почвенного плодородия, мониторинга агрохимических показателей почвы, индекса окультуренности почв и т.д.;

- изучение элементов питания в органических удобрениях, в том числе и нетрадиционных (компосты, осадок сточных вод, донные отложения, ил, сапропель и т.д.) как поиск путей их использования в сельском хозяйстве.

Пламенный фотометр FP-I6450 уже является хорошим подспорьем в проведении прикладных и фундаментальных научных исследованиях профессорско-преподавательского состава академии (ГПНИ, ГНТП, БРФФИ, инициативные тематики), получении результатов для написания магистерских, кандидатских и докторских диссертаций учеными академии, развитии студенческой науки и популяризации в целом аграрного образования и науки.

Коллективом лаборатории выражаем слова благодарности ректору академии Великанову В.В., проректору по научной работе Тибцу Ю.Л., начальнику НИЧ Иванистову А,Н. за содействие в обновлении и укреплении материально-технической базы лаборатории.

Н.В. Барбасов, зав. лабораторией, кандидат с.-х. наук.