Analyse brute des plantes. Méthodes d'analyse des plantes Étude des organes végétaux
Puisque la botanique étudie pas mal d'aspects différents de l'organisation et du fonctionnement des organismes végétaux, puis dans chaque cas spécifique, un ensemble différent de méthodes de recherche est utilisé. La botanique utilise à la fois des méthodes générales (observation, comparaison, analyse, expérimentation, généralisation) et de nombreuses
méthodes spéciales (méthodes biochimiques et cytochimiques, méthodes lumineuses (conventionnelles, contraste de phase, interférence, polarisation, fluorescence, ultraviolet) et microscopie électronique (transmission, balayage), méthodes de culture cellulaire, chirurgie microscopique, méthodes de biologie moléculaire, méthodes génétiques, méthodes électrophysiologiques , méthodes de congélation et de broyage, méthodes biochronologiques, méthodes biométriques, modélisation mathématique, Méthodes statistiques).
Des méthodes particulières tiennent compte des particularités de tel ou tel niveau d'organisation du monde végétal. Ainsi, pour étudier les niveaux inférieurs d'organisation, diverses méthodes biochimiques, des méthodes d'analyse chimique qualitative et quantitative sont utilisées. Diverses méthodes cytologiques sont utilisées pour étudier les cellules, en particulier les méthodes de microscopie électronique. Pour étudier les tissus et la structure interne des organes, des méthodes de microscopie optique, de chirurgie microscopique et de coloration sélective sont utilisées. Diverses méthodes de recherche génétique, géobotanique et écologique sont utilisées pour étudier la flore aux niveaux population-espèce et biocénotique. Dans la taxonomie des plantes, une place importante est occupée par des méthodes telles que la comparaison morphologique, paléontologique, historique et cytogénétique.
L'assimilation de matériel provenant de différentes sections de la botanique est la base théorique de la formation des futurs spécialistes en agrochimie et pédologie. En raison de la relation inextricable entre l'organisme végétal et l'environnement de son existence, les caractéristiques morphologiques et la structure interne de la plante sont largement déterminées par les caractéristiques du sol. Dans le même temps, la direction et l'intensité des processus physiologiques et biochimiques dépendent également de composition chimique sol et ses autres propriétés, détermine en fin de compte la croissance de la biomasse végétale et la productivité de la production agricole en tant qu'industrie dans son ensemble. Alors connaissances botaniques permettent de justifier le besoin et les doses d'introduction de diverses substances dans le sol, d'influer sur le rendement plantes cultivées. En fait, tout impact sur le sol afin d'augmenter le rendement des plantes cultivées et sauvages est basé sur des données obtenues dans diverses branches de la botanique. Les méthodes de contrôle biologique de la croissance et du développement des plantes reposent presque entièrement sur la morphologie et l'embryologie botaniques.
À son tour monde végétal est un facteur important dans la formation du sol et détermine de nombreuses propriétés du sol. Chaque type de végétation est caractérisé par certains types de sols, et ces modèles sont utilisés avec succès pour cartographier les sols. Les espèces végétales et leurs groupes systématiques individuels peuvent être des phyto-indicateurs fiables des conditions alimentaires (au sol). La géobotanique indicatrice donne aux pédologues et agrochimistes une des méthodes importantes pour évaluer la qualité des sols, leurs propriétés physico-chimiques et chimiques,
La botanique est la base théorique de la chimie agricole, ainsi que des domaines appliqués tels que la production végétale et la foresterie. Environ 2 000 espèces de plantes ont maintenant été introduites dans la culture, mais seule une partie insignifiante d'entre elles est largement cultivée. De nombreuses espèces de flore sauvages peuvent devenir des cultures très prometteuses à l'avenir. La botanique justifie la possibilité et l'opportunité d'un aménagement agricole des espaces naturels, en réalisant des mesures de bonification des terres pour augmenter la productivité des groupes végétaux naturels, en particulier les prairies et les forêts, favorise le développement et l'utilisation rationnelle des ressources végétales sur les terres, les plans d'eau douce et la Océan mondial.
Pour les spécialistes dans le domaine de l'agrochimie et de la science du sol, la botanique est la base de base, qui permet une compréhension plus profonde de l'essence des processus de formation du sol, de voir la dépendance de certaines propriétés du sol sur les caractéristiques de la couverture végétale, et de comprendre les besoins des plantes cultivées en nutriments spécifiques.
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introduction
1. Analyse du sol
2. Analyse des plantes
3. Analyse des engrais
Conclusion
Bibliographie
introduction
Etudes de chimie agronomique Ch. arr. questions de nutrition azotée et minérale de la page - x. plantes pour augmenter le rendement et améliorer la production. Ainsi, un. X. explore la composition de la page - x. les plantes, le sol, les engrais et les processus de leur influence mutuelle. De la même manière, elle étudie les procédés de préparation des engrais et des substances utilisées pour lutter contre les ravageurs, et développe également des méthodes chimiques. analyse d'objets agronomiques: sol, plantes et produits obtenus à partir de ceux-ci, etc. Les processus microbiologiques du sol sont particulièrement importants. Dans ce domaine A. X. en contact avec la pédologie et l'agriculture générale. D'autre part, A. X. s'appuie sur la physiologie végétale et est en contact avec elle, puisque a. X. traite de l'étude des processus intervenant lors de la germination, de la nutrition, de la maturation des graines, etc., et utilise les méthodes de culture de l'eau, du sable et du sol. Dans leurs recherches, les agronomes-chimistes, utilisant Ch. arr. chim. méthodes, dont les méthodes physico-chimiques ont été particulièrement largement utilisées ces derniers temps, ils doivent en même temps maîtriser les méthodes de cultures artificielles et les méthodes de recherche bactériologique. En raison de la complexité et de la diversité des tâches a. x., certains groupes de questions qui étaient auparavant inclus dans a. x., s'est démarqué dans des disciplines indépendantes.
C'est le cas de la chimie, qui étudie la composition chimique des plantes, principalement page - x. et technique, ainsi que la chimie biologique et la physique biologique, qui étudient les processus d'une cellule vivante.
1 . Analysesol
Caractéristiques du sol en tant qu'objet de recherche chimique et indicateurs de l'état chimique des sols
Le sol est un objet d'étude complexe. La complexité de l'étude de l'état chimique des sols est due aux particularités de leurs propriétés chimiques et est associée à la nécessité d'obtenir des informations qui reflètent adéquatement les propriétés des sols et fournissent la solution la plus rationnelle aux problèmes théoriques de la science du sol et utilisation pratique sols. Une large gamme d'indicateurs est utilisée pour décrire quantitativement l'état chimique des sols. Il comprend des indicateurs déterminés dans l'analyse de presque tous les objets et développés spécifiquement pour la recherche sur les sols (acidité échangeable et hydrolytique, indicateurs du groupe et de la composition fractionnaire de l'humus, degré de saturation des sols en bases, etc.)
Les caractéristiques du sol en tant que système chimique sont l'hétérogénéité, la polychimie, la dispersité, l'hétérogénéité, le changement et la dynamique des propriétés, le tampon, ainsi que la nécessité d'optimiser les propriétés du sol.
Polychimie du sol. Dans les sols, un même élément chimique peut faire partie de divers composés : sels facilement solubles, aluminosilicates complexes et substances organominérales. Ces composants ont des propriétés différentes, dont dépend notamment la capacité d'un élément chimique à passer des phases solides du sol à la phase liquide, à migrer dans le profil du sol et dans le paysage, à être consommé par les plantes, etc. . Par conséquent, dans l'analyse chimique des sols, non seulement la teneur totale en éléments chimiques est déterminée, mais également des indicateurs caractérisant la composition et la teneur en composés chimiques individuels ou en groupes de composés ayant des propriétés similaires.
Hétérogénéité des sols. Le sol est constitué de phases solide, liquide et gazeuse. Lors de l'étude de l'état chimique du sol et de ses composants individuels, des indicateurs sont déterminés qui caractérisent non seulement le sol dans son ensemble, mais également ses phases individuelles. Développé modèles mathématiques, permettant d'évaluer la relation entre les niveaux de pression partielle de dioxyde de carbone dans l'air du sol, le pH, l'alcalinité carbonatée et la concentration en calcium dans la solution du sol.
Polydispersité du sol. Les phases solides du sol sont constituées de particules de différentes tailles allant des grains de sable aux particules colloïdales d'un diamètre de plusieurs micromètres. Ils sont de composition différente et ont des propriétés différentes. Dans des études spéciales sur la genèse des sols, des indicateurs de la composition chimique et d'autres propriétés de fractions granulométriques individuelles sont déterminés. La dispersité des sols est liée à leur capacité d'échange d'ions, qui, à son tour, est caractérisée par un ensemble spécifique d'indicateurs - la capacité d'échange de cations et d'anions, la composition des cations échangeables, etc. De nombreuses propriétés chimiques et physiques des sols dépendent des niveaux de ces indicateurs.
Propriétés acido-basiques et redox des sols. La composition des sols comprend des composants qui présentent des propriétés acides et bases, agents oxydants et réducteurs. À résoudre divers problèmes théoriques et appliqués la science du sol, l'agrochimie, la bonification des terres déterminent les indicateurs, caractérisant l'acidité et l'alcalinité des sols, leur état redox.
Hétérogénéité, variabilité, dynamique, tampon des propriétés chimiques des sols. Les propriétés du sol varient même au sein le même horizon génétique. Lors de la recherche les processus de formation du profil du sol sont évalués propriétés chimiques des éléments individuels de l'organisation du sol masses. Les propriétés du sol varient dans l'espace, changent dans temps et en même temps, les sols ont la capacité résistent aux changements de leurs propriétés, c'est-à-dire qu'ils présentent un effet tampon. Des indicateurs et des méthodes de caractérisation de la variabilité ont été développés, dynamique, propriétés tampons des sols.
Modifications des propriétés du sol. Divers processus se produisent continuellement dans les sols, ce qui entraîne des changements dans les propriétés chimiques des sols. L'application pratique est trouvée par des indicateurs qui caractérisent la direction, le degré de gravité et la vitesse des processus se produisant dans les sols; la dynamique des changements de propriétés des sols et leurs régimes sont étudiés. Variation de la qualité de la composition du sol. Différents types et même types et variétés de sols peuvent avoir des propriétés si différentes que non seulement différentes méthodes d'analyse, mais également différents ensembles d'indicateurs sont utilisés pour les caractériser chimiquement. Ainsi, dans les sols forestiers gris podzoliques, soddy-podzoliques, le pH des suspensions aqueuses et salines, l'acidité échangeable et hydrolytique sont déterminés, les bases échangeables sont déplacées des sols par des solutions aqueuses de sels. Lors de l'analyse des sols salins, le pH des suspensions aqueuses uniquement est déterminé et, au lieu des indicateurs d'acidité, l'alcalinité totale, carbonatée et d'autres types d'alcalinité est déterminée. Les caractéristiques énumérées des sols déterminent en grande partie les principes fondamentaux des méthodes d'étude de l'état chimique des sols, la nomenclature et la classification des indicateurs des propriétés chimiques des sols et des processus chimiques du sol.
Système d'indicateurs de l'état chimique des sols
Groupe 1. Indicateurs des propriétés du sol et des composants du sol
Sous-groupes :
1. Indicateurs de la composition du sol et des composants du sol ;
2. Indicateurs de la mobilité des éléments chimiques dans les sols ;
3. Indicateurs des propriétés acido-basiques des sols ;
4. Indicateurs des propriétés d'échange d'ions et colloïdes chimiques des sols;
5. Indicateurs des propriétés redox des sols ;
6. Indicateurs des propriétés catalytiques des sols ;
Groupe 2. Indicateurs des processus chimiques du sol
Sous-groupes :
1. Indicateurs de direction et de sévérité du processus ;
2. Indicateurs de vitesse de traitement.
Principes de détermination et d'interprétation des niveaux des indicateurs
Les résultats de l'analyse du sol contiennent des informations sur les propriétés du sol et les processus du sol et, sur cette base, permettent de résoudre le problème auquel le chercheur est confronté. Les techniques d'interprétation des niveaux des indicateurs dépendent des méthodes de détermination. Ces méthodes peuvent être divisées en deux groupes. Les méthodes du premier groupe permettent d'évaluer ses propriétés sans modifier l'état chimique du sol. Le deuxième groupe - méthodes basées sur le traitement chimique de l'échantillon de sol analysé. Le but de ce traitement est de reproduire les équilibres chimiques existant dans un sol réel ou de perturber volontairement les relations qui se sont développées dans les sols et d'extraire du sol un composant dont la quantité permet d'évaluer la propriété chimique du sol ou le processus qui s'y déroule. Cette étape du processus analytique - le traitement chimique d'un échantillon de sol - reflète la principale caractéristique de la méthode de recherche et détermine les modalités d'interprétation des niveaux de la plupart des indicateurs à déterminer.
Préparation des échantillons de sol des zones étudiées
Les échantillons de sol doivent être prélevés à l'aide de carottes d'un diamètre d'environ 10 mm à une profondeur de 10 à 20 cm.Il est préférable de pré-stériliser les carottes dans de l'eau bouillante (100 0 C). Pour l'analyse du sol, des échantillons de sol mélangés sont prélevés jusqu'à la profondeur de la couche cultivée. En règle générale, il suffit de faire un échantillon mixte pour une parcelle allant jusqu'à 2 ha. Un échantillon mixte est composé de 15 à 20 échantillons de sol individuels prélevés uniformément sur toute la surface du site. Les échantillons pour l'analyse du sol ne sont pas prélevés immédiatement après l'application d'engrais minéraux et organiques, de chaux. Chaque échantillon mélangé pesant 500 g est emballé dans un sac en tissu ou en plastique et étiqueté.
Préparation du sol pour analyse agrochimique
La constitution d'un échantillon analytique est une opération responsable qui garantit la fiabilité des résultats obtenus. Les négligences et les erreurs dans la préparation des échantillons et le prélèvement de l'échantillon moyen ne sont pas compensées par des travaux analytiques qualitatifs ultérieurs. Les échantillons de sol prélevés au champ ou dans la serre sont pré-séchés à l'air à température ambiante. Le stockage d'échantillons bruts entraîne des modifications importantes de leurs propriétés et de leur composition, notamment du fait de processus enzymatiques et microbiologiques. Au contraire, l'échauffement thermique s'accompagne d'une modification de la mobilité et de la solubilité de nombreux composés.
S'il y a beaucoup d'échantillons, le séchage est effectué dans des armoires à ventilation forcée. Détermination des nitrates, des nitrites, de l'ammonium absorbé, des formes hydrosolubles du potassium, du phosphore, etc. effectués le jour du prélèvement à leur humidité naturelle. Les déterminations restantes sont effectuées dans des échantillons séchés à l'air. Les échantillons secs sont broyés dans un moulin à sol ou broyés dans un mortier en porcelaine avec un pilon à pointe en caoutchouc. L'échantillon broyé et séché est passé à travers un tamis d'un diamètre de trou de 2-3 mm. Le broyage et le tamisage sont effectués jusqu'à ce que la totalité de l'échantillon prélevé ait traversé le tamis. Il est permis de ne jeter que des fragments de pierres, de grosses racines et d'inclusions étrangères. Les échantillons sont stockés dans des sacs artisanaux fermés dans une pièce où il n'y a pas réactifs chimiques. Un échantillon de sol à analyser est prélevé selon la méthode de « l'échantillon moyen ». Pour ce faire, l'échantillon tamisé est dispersé en couche mince (environ 0,5 cm) sur une feuille de papier en forme de carré et divisé à la spatule en petits carrés de 2-2,5 cm de côté. un échantillon est prélevé sur chaque carré avec une spatule.
Les principaux indicateurs agrochimiques de l'analyse du sol, sans lesquels aucune culture de terre ne peut se passer, sont la teneur en humus, les formes mobiles de phosphore, d'azote et de potassium, l'acidité du sol, la teneur en calcium, magnésium, ainsi que les oligo-éléments, y compris les métaux lourds. Méthodes modernes l'analyse vous permet de déterminer dans un échantillon 15 à 20 éléments. Le phosphore est un macronutriment. Selon la disponibilité des phosphates mobiles, les sols se distinguent par une très faible teneur - moins d'un mg., Faible - moins de 8 mg., Moyen - 8 - 15 mg. et élevé - plus de 15 mg. phosphates pour 100 g de sol. Potassium. Pour cet élément, des gradations ont été développées en fonction de la teneur en formes mobiles dans le sol : très faible - jusqu'à 4 mg, faible - 4-8 mg, moyenne - 8-12 mg, élevée - 12-17 mg, élevée - plus de 17 mg. potassium échangeable pour 100 g de sol. Acidité du sol - caractérise la teneur en protons d'hydrogène dans le sol. Cet indicateur est exprimé par la valeur du pH.
L'acidité du sol affecte les plantes non seulement par l'effet direct des protons d'hydrogène toxiques et des ions aluminium sur les racines des plantes, mais aussi par la nature de l'apport de nutriments. Les cations d'aluminium peuvent se lier à l'acide phosphorique, convertissant le phosphore en une forme inaccessible aux plantes.
L'effet négatif d'une faible acidité se reflète dans le sol lui-même. Lorsque les protons d'hydrogène sont déplacés du complexe absorbant du sol (SAC) des cations de calcium et de magnésium, qui stabilisent la structure du sol, les granules du sol sont détruits et sa structure est perdue.
Faire la distinction entre l'acidité réelle et potentielle du sol. L'acidité réelle du sol est due à la concentration excessive de protons d'hydrogène par rapport aux ions hydroxyle dans la solution du sol. L'acidité potentielle du sol comprend des protons d'hydrogène liés à l'AUC. Pour juger de l'acidité potentielle du sol, le pH de l'extrait de sel (pH KCl) est déterminé. En fonction de la valeur du pH KCl, on distingue l'acidité du sol: jusqu'à 4 - très fortement acide, 4,1-4,5 - fortement acide, 4,6-5,0 - moyennement acide, 5,1-5,5 - légèrement acide, 5,6- 6,0 est proche de la neutralité et 6,0 est neutre.
L'analyse des sols pour les métaux lourds et l'analyse des rayonnements sont classées comme analyses rares.
Reçu Solution aqueuse sols.
Les solutions de substances contenues dans le sol sont obtenues de plusieurs manières, qui peuvent être fondamentalement divisées en deux groupes : - obtention d'une solution de sol ; - obtention d'un extrait aqueux du sol. Dans le premier cas, on obtient une humidité du sol non liée ou faiblement liée - celle qui est contenue entre les particules du sol et dans les capillaires du sol. Il s'agit d'une solution légèrement saturée, mais sa composition chimique est pertinente pour la plante, car c'est cette humidité qui lave les racines des plantes et c'est en elle que s'effectue l'échange de produits chimiques. Dans le second cas, les composés chimiques solubles associés à ses particules sont lessivés du sol. Le rendement en sel dans l'extrait aqueux dépend du rapport entre le sol et la solution et augmente avec l'augmentation de la température de la solution d'extraction (jusqu'à certaines limites, car une température trop élevée peut détruire toutes les substances ou les transférer dans un état différent ) et une augmentation du volume de la solution et du degré d'affinement du sol (jusqu'à certaines limites, car des particules poussiéreuses trop fines peuvent rendre difficile ou impossible l'extraction et la filtration de la solution).
La solution de sol est obtenue à l'aide de plusieurs outils : pressage, centrifugation, déplacement d'une solution liquide non miscible, méthode de filtration sous vide et méthode lysimétrique.
La pressurisation est réalisée avec un échantillon de sol prélevé du champ au laboratoire. Plus il faut de solution, plus l'échantillon est grand ou plus la pression appliquée est élevée, ou les deux.
La centrifugation est effectuée à 60 rpm pendant une longue période. La méthode est inefficace et convient aux échantillons de sol dont l'humidité est proche de la teneur en humidité maximale possible du sol donné. Pour les sols secs, cette méthode n'est pas applicable.
Le déplacement de l'humidité du sol par une substance non miscible avec la solution du sol permet d'obtenir pratiquement toute l'humidité du sol, y compris l'humidité capillaire, sans l'utilisation d'équipements complexes. L'alcool ou la glycérine est utilisé comme fluide de déplacement. L'inconvénient est que ces substances, en plus de leur densité élevée, ont une bonne capacité d'extraction vis-à-vis de certains composés (par exemple, l'alcool extrait facilement la matière organique du sol), il est donc possible d'obtenir des valeurs surestimées pour la teneur en un certain nombre de substances par rapport à leur contenu réel dans la solution du sol. La méthode ne convient pas à tous les types de sols.
Avec la méthode de filtration sous vide, un vide est créé au-dessus de l'échantillon à l'aide du vide, qui dépasse le niveau de tension d'humidité du sol. Dans ce cas, l'humidité capillaire n'est pas extraite, car les forces de tension dans le capillaire sont supérieures aux forces de tension de la surface libre du liquide.
La méthode lysimétrique est utilisée sur le terrain. La méthode lysimétrique permet non pas tant d'estimer l'humidité gravitationnelle (c'est-à-dire l'humidité capable de se déplacer à travers les couches de sol en raison de la force de gravité - à l'exception de l'humidité capillaire), mais de comparer la teneur et la migration des éléments chimiques de la solution du sol. L'humidité libre du sol est filtrée à travers l'épaisseur de l'horizon du sol par les forces gravitationnelles vers un échantillonneur situé à la surface du sol.
Pour obtenir une image plus complète de la composition chimique du sol, un extrait de sol est préparé. Pour l'obtenir, un échantillon de sol est broyé, passé à travers un tamis à cellules de 1 mm de diamètre, de l'eau est ajoutée dans un rapport massique de 1 partie de sol pour 5 parties de bidistillé (purifié de toute impureté, dégazé et déminéralisé) eau, pH 6,6 - 6,8, température 20 0 C. Le dégazage est effectué afin de libérer l'eau des impuretés de dioxyde de carbone gazeux dissous, qui, lorsqu'il est combiné avec certaines substances, donne un précipité insoluble, réduisant la précision de l'expérience. Les impuretés d'autres gaz peuvent également avoir Influence négative aux résultats de l'expérience.
Pour une pesée plus précise d'un échantillon, il convient de tenir compte de son humidité naturelle, de terrain (pour un échantillon fraîchement prélevé) ou hygroscopique (pour un échantillon séché et stocké). Déterminée en pourcentage de la masse de l'échantillon, sa teneur en humidité est convertie en masse et additionnée à la masse requise. L'échantillon est placé dans un flacon sec d'un volume de 500 à 750 ml, de l'eau est ajoutée. Le flacon avec l'échantillon de sol et l'eau est bien bouché et agité pendant deux à trois minutes. Ensuite, la solution résultante est filtrée à travers un filtre plissé en papier sans cendres. Il est important qu'il n'y ait pas de vapeurs volatiles d'acides dans la pièce (il est préférable d'effectuer des travaux sous tirage, où les solutions acides ne sont pas stockées). Avant le filtrage, la solution de sol est bien agitée afin que les petites particules de sol ferment les plus grands pores du filtre et que le filtrat soit plus transparent. Environ 10 ml du filtrat initial sont jetés car ils contiennent des impuretés du filtre. Le filtrage du reste du filtrat primaire est répété plusieurs fois.Le travail de détermination de la teneur en produits chimiques de l'extrait aqueux commence immédiatement après son obtention, car au fil du temps, des processus chimiques se produisent qui modifient l'alcalinité de la solution, son oxydabilité, etc. Déjà, le taux de filtration peut montrer la teneur totale relative en sel dans la solution. Si l'extrait aqueux est riche en sels, la filtration se fera rapidement et la solution se révélera transparente, puisque les sels empêchent la peptisation des colloïdes du sol. Si la solution est pauvre en sels, la filtration sera lente et de qualité médiocre. Dans ce cas, il est logique de filtrer la solution plusieurs fois, malgré la faible vitesse, car. avec une filtration supplémentaire, la qualité de l'extrait d'eau augmente en raison d'une diminution de la teneur en particules de sol.
Méthodes d'analyse quantitative des extraits ou de toutes autres solutions obtenues lors de l'analyse des sols.
Dans la plupart des cas, l'interprétation des résultats d'analyse de sol ne dépend pas de la méthode de mesure. Dans l'analyse chimique des sols, presque toutes les méthodes disponibles pour les analystes peuvent être utilisées. Dans ce cas, soit la valeur directement souhaitée de l'indicateur est mesurée, soit la valeur qui lui est fonctionnellement liée. Les principales sections de chem. analyse du sol : analyse brute ou élémentaire - vous permet de connaître la teneur totale en C, N, Si, Al, Fe, Ca, Mg, P, S, K, Na, Mn, Ti et d'autres éléments dans le sol ; analyse de l'extrait aqueux (base de l'étude des sols salins) - donne une idée de la teneur en substances hydrosolubles du sol (sulfates, chlorures et carbonates de calcium, magnésium, sodium, etc.); détermination de la capacité d'absorption du sol; identification de la disponibilité du sol nutriments- établir la quantité de composés facilement solubles (mobiles) d'azote, de phosphore, de potassium, etc. absorbés par les plantes Une grande attention est accordée à l'étude de la composition fractionnaire des substances organiques du sol, des formes de composés des principaux composants du sol, dont les oligo-éléments.
Dans la pratique en laboratoire de l'analyse des sols, des méthodes chimiques et instrumentales classiques sont utilisées. A l'aide du classique méthodes chimiques vous pouvez tirer le meilleur parti des résultats précis. L'erreur relative de détermination est de 0,1 à 0,2 %. L'erreur de la plupart des méthodes instrumentales est beaucoup plus élevée - 2-5%
Parmi les méthodes instrumentales en analyse de sol, les méthodes électrochimiques et spectroscopiques sont les plus utilisées. Parmi les méthodes électrochimiques, les méthodes potentiométriques, conductimétriques, coulométriques et voltamétriques, y compris toutes les variétés modernes de polarographie, sont utilisées.
Pour évaluer le sol, les résultats des analyses sont comparés aux niveaux optimaux de la teneur en éléments établis expérimentalement pour un type de sol donné et testés en conditions de production, ou aux données disponibles dans la littérature sur l'apport de sols à macro - et microéléments, ou avec le MPC des éléments étudiés dans le sol. Après cela, une conclusion est faite sur l'état du sol, des recommandations sont données pour son utilisation, des doses d'améliorants, d'engrais minéraux et organiques pour la culture envisagée sont calculées.
Lors du choix d'une méthode de mesure, les caractéristiques des propriétés chimiques du sol analysé, la nature de l'indicateur, la précision requise pour déterminer son niveau, les possibilités de méthodes de mesure et la faisabilité des mesures requises dans les conditions de l'expérience Sont prises en compte. À son tour, la précision des mesures est déterminée par le but de l'étude et la variabilité naturelle de la propriété étudiée. Exactitude -- une caractéristique collective de la méthode, évaluant l'exactitude et la reproductibilité des résultats de l'analyse.
Le rapport des niveaux de teneur dans les sols de certains éléments chimiques.
Différents niveaux de teneur et différentes propriétés chimiques des éléments ne rendent pas toujours approprié l'utilisation de la même méthode de mesure pour la détermination quantitative de l'ensemble des éléments requis.
Dans l'analyse élémentaire (brute) des sols, des méthodes avec différentes limites de détection sont utilisées. Pour déterminer les éléments chimiques dont la teneur dépasse les dixièmes de pour cent, il est possible d'utiliser les méthodes classiques d'analyse chimique - gravimétrique et titrimétrique.
Différentes propriétés des éléments chimiques, différents niveaux de leur teneur, la nécessité de déterminer différents indicateurs de l'état chimique de l'élément dans le sol font utilisation nécessaire méthodes de mesure avec différentes limites de détection.
Acidité du sol
La détermination de la réaction des sols est l'une des analyses les plus courantes, tant dans la recherche théorique qu'appliquée. L'image la plus complète des propriétés acides et basiques des sols est formée par la mesure simultanée de plusieurs indicateurs, y compris l'acidité ou l'alcalinité titrable - le facteur de capacité et la valeur du pH - le facteur d'intensité. Le facteur de capacité caractérise la teneur totale en acides ou en bases des sols ; le pouvoir tampon des sols, la stabilité de la réaction dans le temps et vis-à-vis des influences extérieures en dépendent. Le facteur d'intensité caractérise la force de l'action instantanée des acides ou des bases sur le sol et les plantes ; le flux de minéraux dans les plantes dans une période de temps donnée en dépend. Cela permet une évaluation plus correcte de l'acidité du sol, car dans ce cas, la quantité totale d'ions hydrogène et aluminium dans le sol à l'état libre et absorbé est prise en compte.L'acidité réelle (pH) est déterminée par potentiomètre. L'acidité potentielle est déterminée en convertissant en solution d'ions hydrogène et aluminium lors du travail du sol avec un excès de sels neutres (KCl):
L'acidité d'échange du sol est jugée par la quantité d'acide chlorhydrique libre formé. Une partie des ions H + reste à l'état absorbé (le HCl fort formé à la suite de p-ii se dissocie complètement et un excès de H + libre dans la solution empêche leur déplacement complet du PPC). La partie la moins mobile des ions H + ne peut être transférée en solution qu'avec un traitement supplémentaire du sol avec des solutions de sels alcalins hydrolytiques (CH 3 COONa).
L'acidité hydrolytique des sols est jugée par la quantité d'acide acétique libre formé. Dans ce cas, les ions hydrogène passent le plus complètement dans la solution (sont déplacés du PPC), car l'acide acétique résultant lie fortement les ions hydrogène et la réaction se décale vers la droite jusqu'au déplacement complet des ions hydrogène du FPC. La valeur de l'acidité hydrolytique est égale à la différence entre les résultats obtenus par travail du sol avec CH 3 COONa et KCl. En pratique, la valeur de l'acidité hydrolytique est prise comme le résultat obtenu par un travail du sol avec CH 3 COONa.
L'acidité du sol est déterminée non seulement par les ions hydrogène, mais aussi par l'aluminium :
L'hydroxyde d'aluminium précipite et le système n'est pratiquement pas différent de celui qui ne contient que des ions hydrogène absorbés. Mais même si AlCl% reste en solution, alors pendant le titrage
AlCl 3 + 3 NaOH \u003d A (OH) 3 + 3 NaCl
ce qui équivaut à la réaction
3 HCl + 3 NaOH = 3 NaCl + 3 H 2 O. Les ions aluminium absorbés sont également déplacés lorsque le sol est cultivé avec une solution de CH 3 COONa. Dans ce cas, tout l'aluminium déplacé précipite sous forme d'hydroxyde.
Selon le degré d'acidité, déterminé dans un extrait salin de 0,1n. KKCl potentiométriquement, les sols sont divisés en:
Détermination du pH, de l'acidité échangeable et mobilealuminium selon Sokolov
La détermination de l'acidité échangeable est basée sur le déplacement des ions hydrogène et aluminium à 1,0 n du FPC. Solution de KKCl :
L'acide résultant est titré avec un alcali et la valeur de l'acidité échangeable est calculée, en raison de la somme des ions hydrogène et aluminium. Al est précipité avec une solution de NaF à 3,5 %.
Le titrage répété de la solution vous permet de déterminer l'acidité due uniquement aux ions hydrogène.
En fonction de la différence entre les données du premier et du deuxième titrage, la teneur en aluminium du sol est calculée.
Progression de l'analyse
1. Sur des échelles techniques, prélevez un échantillon de 40 g de sol séché à l'air en utilisant la méthode de l'échantillon moyen.
2. Transférer l'échantillon dans une fiole conique de 150-300 ml.
3. Verser 100 ml de 1,0 N à partir d'une burette. KCl (pH 5,6-6,0).
4. Agiter sur un rotateur pendant 1 heure ou agiter pendant 15 minutes. et laisser une nuit.
5. Filtrer à travers un entonnoir plissé en papier sec, en jetant la première partie du filtrat.
6. Déterminez la valeur du pH dans le filtrat par potentiomètre.
7. Pour déterminer l'acidité échangeable, pipeter 25 ml du filtrat dans un erlenmeyer de 100 ml.
8. Faire bouillir le filtrat sur un brûleur ou une cuisinière électrique pendant 5 minutes. sablier pour éliminer le dioxyde de carbone.
9. Ajouter 2 gouttes de phénolphtaléine au filtrat et titrer la solution chaude avec 0,01 ou 0,02 N. solution alcaline (KOH ou NaOH) à une couleur rose stable - 1er titrage.
10. Dans un autre erlenmeyer, pipeter également 25 ml du filtrat, faire bouillir 5 minutes, refroidir au bain-marie à température ambiante.
11. Verser 1,5 ml de solution de fluorure de sodium à 3,5 % dans le filtrat refroidi avec une pipette, mélanger.
12. Ajouter 2 gouttes de phénolphtaléine et titrer avec 0,01 ou 0,02 N. solution alcaline à une couleur légèrement rose - 2e titrage.
Paiement
1. Acidité échangeable due aux ions hydrogène et aluminium (d'après les résultats du 1er titrage) en meq pour 100 g de sol sec :
où : P - dilution 100/25=4 ; H - échantillon de sol en grammes; K - coefficient d'humidité du sol; ml KOH - la quantité d'alcali utilisée pour le titrage; n.m. KOH - normalité alcaline.
2 Le calcul de l'acidité due aux ions hydrogène est le même, mais selon les résultats du deuxième titrage, après précipitation de l'aluminium.
* Lors de la détermination de ces indicateurs dans un sol humide, le pourcentage d'humidité est déterminé simultanément.
Réactifs
1. Solution 1 n. KCl, 74,6 g chimiquement pur Dissoudre KCl dans 400-500 ml d'eau distillée, transvaser dans une fiole jaugée de 1 litre et porter au trait. Le pH du réactif doit être de 5,6 à 6,0 (vérifier avant de commencer l'analyse - si nécessaire, régler la valeur de pH souhaitée en ajoutant une solution de KOH à 10 %).
2. 0,01 ou 0,02 n. une solution de KOH ou de NaOH est préparée à partir d'une portion pesée du réactif ou du fixanal.
3. Solution de fluorure de sodium à 3,5 %, préparée avec de l'eau distillée sans CO 2 (faire bouillir de l'eau distillée, en évaporant au 1/3 du volume d'origine).
Méthodes de détermination des polluants prioritaires dans les sols
Séparément, compte tenu de la pertinence et de l'importance du problème, il convient de mentionner la nécessité d'analyser les métaux lourds dans les sols. L'identification de la contamination des sols par des métaux lourds est réalisée par des méthodes directes d'échantillonnage des sols dans les zones étudiées et leur analyse chimique. Plusieurs méthodes indirectes sont également utilisées : évaluation visuelle de l'état de la phytogenèse, analyse de la répartition et du comportement des espèces indicatrices parmi les plantes, les invertébrés et les micro-organismes. Il est recommandé de prélever des échantillons de sol et de végétation dans le rayon de la source de pollution, en tenant compte des vents dominants le long d'un parcours de 25 à 30 km de long. La distance de la source de pollution pour détecter le halo de pollution peut varier de plusieurs centaines de mètres à plusieurs dizaines de kilomètres. Déterminer le niveau de toxicité des métaux lourds n'est pas facile. Pour des sols ayant des compositions mécaniques et des teneurs en matière organique différentes, ce niveau sera différent. Des MPC ont été proposés pour le mercure - 25 mg/kg, l'arsenic - 12-15, le cadmium - 20 mg/kg. Certaines concentrations préjudiciables d'un certain nombre de métaux lourds dans les plantes (g / million) ont été établies: plomb - 10, mercure - 0,04, chrome - 2, cadmium - 3, zinc et manganèse - 300, cuivre - 150, cobalt - 5, molybdène et nickel - 3, vanadium - 2. Cadmium. Dans les solutions de sols acides, il est présent sous les formes Cd 2+, CdCl +, CdSO 4, sols alcalins - Cd 2+, CdCl +, CdSO 4, CdHCO 3. Les ions cadmium (Cd 2+) représentent 80 à 90 % de la quantité totale en solution, à l'exception des sols contaminés par des chlorures et des sulfates. Dans ce cas, 50 % de la quantité totale de cadmium est constituée de CdCl + et de CdSO 4 . Le cadmium est sujet à une bioconcentration active, ce qui conduit en peu de temps à son excès de concentrations biodisponibles. Ainsi, le cadmium est le toxique du sol le plus puissant par rapport aux autres métaux lourds. Le cadmium ne forme pas ses propres minéraux, mais est présent sous forme d'impuretés, la majeure partie dans les sols est représentée par des formes d'échange (56-84%). Le cadmium ne se lie pratiquement pas aux substances humiques. Mener. Les sols sont caractérisés par des formes de plomb moins solubles et moins mobiles que le cadmium. La teneur de cet élément sous forme hydrosoluble est de 1,4%, dans l'échange - 10% du brut; plus de 8 % du plomb est associé à la matière organique, la majeure partie de cette quantité étant constituée de fulvates. 79% du plomb est associé à la composante minérale du sol. La concentration de plomb dans les sols des régions de fond du monde est de 1 à 80 mg/kg. Les résultats de nombreuses années de recherche mondiale ont montré une teneur moyenne en plomb dans les sols de 16 mg/kg. Mercure. Le mercure est l'élément le plus toxique des écosystèmes naturels. L'ion Hg 2+ peut être présent sous forme de composés organomercuriels individuels (méthyl-, phényl-, éthylmercure, etc.). Les ions Hg 2+ et Hg + peuvent être associés à des minéraux dans le cadre de leur réseau cristallin. À de faibles valeurs de pH de la suspension du sol, la majeure partie du mercure est sorbée par la matière organique et, à mesure que le pH augmente, la quantité de mercure associée aux minéraux du sol augmente.
Plomb et cadmium
Pour déterminer la teneur en plomb et en cadmium des objets environnement naturel Au niveau de fond, la méthode la plus largement utilisée est la spectrophotométrie d'absorption atomique (AAS). La méthode AAS est basée sur l'atomisation de l'élément analysé mis en solution dans une cellule en graphite sous atmosphère de gaz inerte et l'absorption de la raie de résonance du spectre d'émission de la lampe à cathode creuse du métal correspondant. L'absorption du plomb est mesurée à une longueur d'onde de 283,3 nm, le cadmium à une longueur d'onde de 228,8 nm. La solution analysée passe par les étapes de séchage, d'incinération et d'atomisation dans une cellule en graphite utilisant un chauffage à haute température par courant électrique dans un flux de gaz inerte. L'absorption de la raie de résonance du spectre d'émission d'une lampe à cathode creuse de l'élément correspondant est proportionnelle à la teneur de cet élément dans l'échantillon. Lors de l'atomisation électrothermique dans une cuve en graphite, la limite de détection pour le plomb est de 0,25 ng/ml, pour le cadmium de 0,02 ng/ml.
Des échantillons de sol solides sont mis en solution comme suit : 5 g de sol séché à l'air sont placés dans une coupelle en quartz, versés avec 50 ml d'acide nitrique concentré, soigneusement évaporés jusqu'à un volume d'environ 10 ml, 2 ml d'acide chlorhydrique 1 N sont ajoutés. solution d'acide nitrique. L'échantillon est refroidi et filtré. Le filtrat est dilué à 50 ml avec de l'eau bidistillée dans une fiole jaugée. Une aliquote de 20 μl de l'échantillon est introduite dans une cuvette en graphite avec une micropipette et la concentration de l'élément est mesurée.
Mercure
La méthode la plus sélective et la plus sensible pour déterminer la teneur en mercure de divers objets naturels est la méthode d'absorption atomique à vapeur froide. Les échantillons de sol sont minéralisés et dissous avec un mélange d'acides sulfurique et nitrique. Les solutions résultantes sont analysées par absorption atomique. Le mercure dans la solution est réduit en mercure métallique et, à l'aide d'un aérateur, la vapeur de mercure est introduite directement dans la cuvette d'un spectrophotomètre à absorption atomique. La limite de détection est de 4 µg/kg.
Les mesures sont effectuées comme suit : l'appareil est mis en marche, le microprocesseur est allumé, l'échantillon dissous d'un volume de 100 ml est versé dans l'échantillon, puis 5 ml d'une solution de chlorure d'étain à 10 % sont ajoutés et un un aérateur avec un bouchon sur la section mince est immédiatement inséré. La lecture maximale du spectrophotomètre est fixée, en fonction de laquelle la concentration est calculée.
2. Analyse des plantes
L'analyse des plantes nous permet de résoudre les problèmes suivants.
1. Étudier la transformation des macro et microéléments dans le système sol - plante- des engrais pour divers modes de culture des plantes.
2. Déterminer le contenu des principaux biocomposants des objets végétaux et des aliments pour animaux: protéines, lipides, glucides, vitamines, alcaloïdes et la conformité de leur contenu aux normes et standards acceptés.
3. Evaluer l'adéquation des végétaux au consommateur (nitrates, métaux lourds, alcaloïdes, substances toxiques).
Échantillonnage de plantes
L'échantillonnage des plantes est une étape critique du travail qui nécessite certaines compétences et une certaine expérience. Les erreurs d'échantillonnage et de préparation pour l'analyse ne sont pas compensées par un traitement analytique de haute qualité du matériel collecté. La base de l'échantillonnage des plantes dans les agro- et biocénoses est la méthode d'échantillonnage moyen. Afin que l'échantillon moyen reflète l'état de l'ensemble de la population de plantes, le macro- et microrelief, les conditions hydrothermales, l'uniformité et la densité des plantes, ainsi que leurs caractéristiques biologiques sont pris en compte.
Les échantillons de plantes sont prélevés par temps sec, le matin, après le séchage de la rosée. Lors de l'étude des processus métaboliques chez les plantes en dynamique, ces heures sont observées tout au long de la saison de croissance.
Il existe des cultures à semis continu : blé, avoine, orge, céréales, graminées, etc. et des cultures labourées : pommes de terre, maïs, betteraves, etc.
Pour les cultures à semis continu, 5 à 6 parcelles de 0,25 à 1,00 m 2 sont uniformément réparties sur la parcelle expérimentale, les plantes de la parcelle sont fauchées à une hauteur de 3 à 5 cm.Le volume total du matériel prélevé est un échantillon combiné . Après un soigneux calcul de la moyenne de cet échantillon, un échantillon moyen de 1 kg est prélevé. Un échantillon moyen est pesé, puis analysé par composition botanique, en tenant compte des mauvaises herbes, des plantes malades, qui sont exclues de l'échantillon.
La division des plantes en organes est effectuée avec comptabilisation du poids dans l'échantillon de feuilles, tiges, épis, fleurs, épis. Les jeunes plantes ne sont pas différenciées par les organes et sont fixées dans leur ensemble. Pour les cultures en rangées, en particulier les cultures hautes telles que le maïs, le tournesol, etc. un échantillon combiné est composé de 10 à 20 plantes de taille moyenne, prélevées en diagonale de la parcelle ou alternativement en rangées non adjacentes.
Lors de la sélection des plantes-racines, 10 à 20 plantes de taille moyenne sont déterrées, nettoyées du sol, séchées, pesées, les organes aériens sont séparés et les plantes-racines sont pesées.
L'échantillon moyen est réalisé en tenant compte de la taille des tubercules, épis, paniers, etc. Pour ce faire, le matériel est trié visuellement en gros, moyen, petit et, par conséquent, la part de la fraction constitue l'échantillon moyen. Dans les cultures hautes, l'échantillon peut être moyenné par dissection longitudinale de la plante entière de haut en bas.
Le critère d'évaluation du bon échantillonnage est la convergence des résultats de l'analyse chimique dans les déterminations parallèles. Le taux de réactions chimiques dans les échantillons de plantes prélevés pendant la période de végétation active est beaucoup plus élevé que dans de nombreux objets analysés. En raison du travail des enzymes, les processus biochimiques se poursuivent, entraînant la décomposition de substances telles que l'amidon, les protéines, les acides organiques et surtout les vitamines. La tâche du chercheur est de réduire au minimum la période allant de l'échantillonnage à l'analyse ou à la fixation du matériel végétal. La réduction du taux de réactions peut être obtenue en travaillant avec des plantes fraîches au froid dans une chambre climatique (+4°C), ainsi qu'un stockage à court terme dans un réfrigérateur domestique. Dans le matériel végétal frais à l'humidité naturelle, les formes solubles dans l'eau des protéines, des glucides, des enzymes, du potassium, du phosphore sont déterminées et la teneur en nitrates et nitrites est déterminée. Avec une petite erreur, ces déterminations peuvent être effectuées dans des échantillons de plantes après lyophilisation.
Dans les échantillons fixes séchés à l'air, tous les macronutriments sont déterminés, c'est-à-dire composition en cendres des plantes, teneur totale en protéines, glucides, lipides, fibres, substances pectines. Le séchage d'échantillons de plantes au poids sec absolu pour analyse est inacceptable, car la solubilité et les propriétés physicochimiques de nombreux composés organiques sont perturbées et une dénaturation irréversible des protéines se produit. Lors de l'analyse des propriétés technologiques de tout objet, le séchage est autorisé à une température ne dépassant pas 30 ° C. Des températures élevées modifient les propriétés des complexes protéines-glucides dans les plantes et faussent les résultats de la détermination.
Fixation du matériel végétal
La conservation des substances organiques et des cendres dans les échantillons de plantes en quantités proches de leur état naturel est réalisée grâce à la fixation. La fixation de la température et la lyophilisation sont utilisées. Dans le premier cas, la stabilisation de la composition des plantes est réalisée en raison de l'inactivation des enzymes, et dans le second cas, en raison de la sublimation, alors que les enzymes végétales restent à l'état actif, les protéines ne se dénaturent pas. La fixation à température du matériel végétal est réalisée dans un four. Le matériel végétal est placé dans des sacs en papier kraft et chargé dans un four préchauffé à 105-110°C. Après le chargement, la température est maintenue à 90-95°C pendant 10-20 minutes, selon les propriétés du matériel végétal. Avec un tel traitement thermique dû à la vapeur d'eau, les enzymes végétales sont inactivées. À la fin de la fixation, le matériel végétal doit être humide et lent, tout en conservant sa couleur. Un séchage supplémentaire de l'échantillon est effectué avec accès à l'air dans des sacs ouverts à une température de 50 à 60 ° C pendant 3 à 4 heures. La température et les intervalles de temps indiqués ne doivent pas être dépassés. Un chauffage prolongé à haute température entraîne la décomposition thermique de nombreuses substances contenant de l'azote et la caramélisation des glucides de la masse végétale. Échantillons de plantes à forte teneur en eau - racines, fruits, baies, etc. divisé en segments afin que l'analyse inclue les parties périphériques et centrales du fœtus. Un ensemble de segments pour l'échantillonnage est composé de segments de gros, moyens et petits fruits ou tubercules dans le rapport approprié entre eux dans la culture. Des segments de l'échantillon moyen sont broyés et fixés dans des cuvettes émaillées. Si les échantillons sont volumineux, la partie aérienne des plantes est écrasée immédiatement avant la fixation et rapidement fermée dans des sacs. Si les échantillons sont censés ne déterminer qu'un ensemble d'éléments chimiques, ils ne peuvent pas être fixés, mais séchés à température ambiante. Le séchage du matériel végétal est mieux effectué dans un thermostat à une température de 40 à 60 0 C, car à température ambiante, la masse peut pourrir et être contaminée par des particules de poussière de l'atmosphère. Les échantillons de céréales et de graines ne sont pas soumis à une fixation thermique, mais ils sont séchés à une température ne dépassant pas 30°C. La lyophilisation du matériel végétal (séchage par sublimation) est basée sur l'évaporation de la glace en contournant la phase liquide. Le séchage du matériel pendant la lyophilisation est effectué comme suit: le matériel végétal sélectionné est congelé à l'état solide, remplissant l'échantillon d'azote liquide. L'échantillon est ensuite placé dans un lyophilisateur où il est séché à basse température et sous vide. Dans ce cas, l'humidité est absorbée par un déshydratant spécial (réactif), qui est utilisé comme gel de silice, chlorure de calcium, etc. La lyophilisation inhibe les processus enzymatiques, mais les enzymes elles-mêmes sont préservées.
Broyage d'échantillons végétaux et leur conservation.
Le broyage des plantes est effectué dans un état sec à l'air. La vitesse de broyage augmente si les échantillons sont pré-séchés dans un thermostat. L'absence d'humidité hygroscopique en eux est déterminée visuellement: les tiges et les feuilles fragiles et facilement cassables dans les mains sont le matériau le plus approprié pour le broyage.
Pour le broyage d'échantillons en vrac pesant plus de 30 g, des moulins de laboratoire sont utilisés; pour le broyage de petits échantillons, des moulins à café domestiques sont utilisés. En très petites quantités, les échantillons de plantes sont broyés dans un mortier de porcelaine, puis passés au tamis. Le matériau broyé est tamisé à travers un tamis. Le diamètre des trous dépend des spécificités de l'analyse : de 1 mm à 0,25 mm. La partie de la matière qui n'a pas traversé le tamis est rebroyée dans un broyeur ou dans un mortier. Le "rejet" du matériel végétal n'est pas autorisé, car cela modifie la composition de l'échantillon moyen. Avec un grand volume d'échantillons broyés, il est possible de réduire le volume en passant d'un échantillon de laboratoire moyen à un échantillon analytique moyen, le poids de ce dernier est de 10-50 g, et pour le grain d'au moins 100 g. fait par cantonnement. L'échantillon de laboratoire est uniformément réparti sur du papier ou du verre sous la forme d'un cercle ou d'un carré. La spatule est divisée en petits carrés (1-3 cm) ou segments. Le matériel provenant de carrés non adjacents est pris dans l'échantillon analytique.
Détermination de diverses substances dans le matériel végétal
Détermination des formes hydrosolubles des glucides
La teneur en glucides et leur diversité sont déterminées par l'espèce végétale, la phase de développement et les facteurs environnementaux abiotiques et varient considérablement. Il existe des méthodes quantitatives pour la détermination des monosaccharides : chimiques, polarimétriques. La détermination des polysaccharides dans les plantes est effectuée par les mêmes méthodes, mais, d'abord, la liaison oxygène (-O-) de ces composés est détruite lors du processus d'hydrolyse acide. L'une des principales méthodes de détermination - la méthode de Bertrand est basée sur l'extraction des glucides solubles du matériel végétal avec de l'eau distillée chaude. Dans une partie du filtrat, les monosaccharides sont déterminés, dans l'autre - après hydrolyse acide hydrochlorique- les di- et trisaccharides, qui se décomposent en même temps en glucose
Détermination du potassium, du phosphore, de l'azote basé sur le réactions d'hydrolyse et d'oxydation de substances organiques végétales avec des agents oxydants puissants (mélange de composés sulfuriques et chlore to-t). Le principal agent oxydant est l'acide perchlorique (HclO 4). Les substances organiques sans azote sont oxydées en eau et en dioxyde de carbone, libérant des éléments de cendres sous forme d'oxydes. Les composés organiques contenant de l'azote sont hydrolysés et oxydés en eau et en dioxyde de carbone, libérant de l'azote sous forme d'ammoniac, qui est immédiatement lié par l'acide sulfurique. Ainsi, en solution, il y a des éléments de cendres sous forme d'oxydes et d'azote sous forme de sulfate d'ammonium et de sel d'ammonium d'acide perchlorique. La méthode élimine la perte d'azote, de phosphore et de potassium sous la forme de leurs oxydes, puisque la matière végétale est exposée à une température de 332°C. C'est le point d'ébullition de l'acide sulfurique, tandis que l'acide perchlorique a un point d'ébullition beaucoup plus bas - 121 ° C.
Définitionteneur en nitrates et nitrites. Les plantes accumulent les nitrates et les nitrites en grande quantité. Ces composés sont toxiques pour l'homme et les animaux, les nitrites sont particulièrement dangereux dont la toxicité est 10 fois supérieure à celle des nitrates. Les nitrites dans le corps humain et animal convertissent le fer ferreux de l'hémoglobine en trivalent. La métahémoglobine résultante est incapable de transporter l'oxygène. Un contrôle strict de la teneur en nitrates et nitrites des produits végétaux est nécessaire. Un certain nombre de méthodes ont été développées pour déterminer la teneur en nitrates des plantes. La méthode express ionométrique la plus utilisée. Les nitrates sont extraits avec une solution d'alun de potassium, suivi d'une mesure de la concentration de nitrates dans la solution à l'aide d'une électrode sélective d'ions. La sensibilité de la méthode est de 6 mg/dm 3 . La limite de dosage des nitrates dans un échantillon sec est de 300 ml -1 , dans un brut - 24 -30 ml - 1 . Arrêtons-nous plus en détail sur l'analyse de l'azote total dans les plantes.
Détermination de l'azote total par Kbeldalu
Une teneur en azote plus élevée est observée dans les organes génitaux, en particulier dans le grain, et sa concentration est plus faible dans les feuilles, les tiges, les racines, les racines et très peu dans la paille. L'azote total dans une plante est représenté sous deux formes : l'azote protéique et l'azote des composés non protéiques. Ces derniers comprennent l'azote, qui fait partie des amides, des acides aminés libres, des nitrates et de l'ammoniac.
La teneur en protéines des plantes est déterminée par la quantité d'azote protéique.La teneur en azote protéique (en pourcentage) est multipliée par un facteur de 6,25 lors de l'analyse des organes végétatifs et des racines et par 5,7 lors de l'analyse des céréales. Les formes non protéiques de l'azote représentent 10 à 30 % de l'azote total dans les organes végétatifs et pas plus de 10 % dans le grain. La teneur en azote non protéique diminue à la fin de la saison de croissance, par conséquent, dans des conditions de production, sa part est négligée. Dans ce cas, l'azote total est déterminé (en pourcentage) et sa teneur est convertie en protéines. Cet indicateur est appelé "protéine brute", ou protéine. Principe de la méthode. Une partie de la matière végétale est incinérée dans un ballon Kjeldahl avec de l'acide sulfurique concentré en présence d'un des catalyseurs (sélénium métallique, peroxyde d'hydrogène, acide perchlorique, etc.). Température d'incinération 332°C. Dans le processus d'hydrolyse et d'oxydation de la masse organique, l'azote dans le ballon est stocké en solution sous forme de sulfate d'ammonium.
L'ammoniac est distillé dans un appareil de Kjeldahl en chauffant et en faisant bouillir la solution.
En milieu acide, il n'y a pas de dissociation hydrolytique du sulfate d'ammonium, la pression partielle d'ammoniac est nulle. Dans un environnement alcalin, l'équilibre se déplace et de l'ammoniac se forme dans la solution, qui s'évapore facilement lorsqu'il est chauffé.
2NH 4 OH \u003d 2NH 3 * 2H 2 0.
L'ammoniac n'est pas perdu, mais traverse d'abord le réfrigérateur sous forme de gaz, puis, en se condensant, tombe dans le récepteur avec de l'acide sulfurique titré et se lie avec lui, formant à nouveau du sulfate d'ammonium:
2NH 3 + H 2 SO 4 \u003d (NH 4) 2 S0 4.
Un excès d'acide, non associé à l'ammoniac, est titré avec un alcali de normalité précisément établie à l'aide d'un indicateur combiné ou rota méthylique.
Progression de l'analyse
1. Sur une balance analytique, prélever un échantillon de matière végétale ? 0,3-0,5 ± 0,0001 g à l'aide d'un tube à essai (selon la différence entre le poids du tube à essai avec l'échantillon et le poids du tube à essai avec les restes de le matériau) et, en plaçant à l'extrémité du tube à essai un tube en caoutchouc de 12 à 15 cm, abaissez soigneusement l'échantillon au fond du ballon de Kjeldahl. Verser dans le ballon muni d'une petite éprouvette 10-12 ml d'acide sulfurique concentré (d=1,84). L'incinération uniforme du matériel végétal commence déjà à température ambiante, il est donc préférable de laisser les échantillons remplis d'acide pendant la nuit.
2. Placez les flacons sur la cuisinière électrique et effectuez une combustion progressive, d'abord à feu doux (mettez de l'amiante), puis à feu vif, en agitant périodiquement doucement. Lorsque la solution devient homogène, ajoutez un catalyseur (quelques cristaux de sélénium ou quelques gouttes de peroxyde d'hydrogène) et continuez à brûler jusqu'à ce que la solution soit complètement décolorée.
Catalyseurs. L'utilisation de catalyseurs contribue à l'augmentation du point d'ébullition de l'acide sulfurique et à l'accélération de l'incinération. Dans diverses modifications de la méthode Kjeldahl, du mercure métallique et du sélénium, du sulfate de potassium, du sulfate de cuivre, du peroxyde d'hydrogène sont utilisés. Il n'est pas recommandé d'utiliser l'acide perchlorique seul ou en mélange avec de l'acide sulfurique pour la combustion comme catalyseur. La vitesse d'oxydation du matériau est assurée dans ce cas non pas par une élévation de température, mais par le dégagement rapide d'oxygène, qui s'accompagne de pertes d'azote lors de l'incinération.
3. Décapage de l'ammoniac. Après la fin de la combustion, le ballon Kjeldahl est refroidi et de l'eau distillée y est soigneusement versée le long des parois, le contenu est mélangé et le col du ballon est rincé. La première portion d'eau est versée jusqu'au goulot et transférée quantitativement dans un ballon à fond rond de 1 L. Le ballon de Kjeldahl est lavé 5 à 6 fois de plus avec de petites portions d'eau distillée chaude, en vidant à chaque fois l'eau de lavage dans le ballon de distillation. Remplir le ballon de distillation avec de l'eau de lavage jusqu'aux 2/3 du volume et ajouter 2-3 gouttes de phénolphtaléine. Une petite quantité d'eau rend difficile la vaporisation pendant la distillation, et une grande quantité peut provoquer le transfert d'eau bouillante vers le réfrigérateur.
4. Verser 25-30 ml de 0,1 n. H 2 SO 4 (avec un titre réglé avec précision), ajouter 2-3 gouttes d'indicateur de méthylroth ou de réactif de Groak (couleur violette). La pointe du tube du réfrigérateur est immergée dans l'acide. Le ballon de décapage est placé sur le réchauffeur et connecté au réfrigérateur, en vérifiant l'étanchéité de la connexion. Pour détruire le sulfate d'ammonium et éliminer l'ammoniac, une solution alcaline à 40% est utilisée, prise dans un volume qui est quatre fois le volume d'acide sulfurique concentré pris lors de la combustion de l'échantillon.
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- Physique. De nombreux indicateurs font l'objet d'études : températures de fusion et de solidification, indicateurs de densité, réfraction. Rotation optique, etc. Sur leur base, la pureté du produit et sa conformité à la composition sont déterminées.
- Chimique. Ces études nécessitent un strict respect des proportions et des procédures. Celles-ci incluent : la détermination de la toxicité, de la stérilité, ainsi que la pureté microbiologique des médicaments. L'analyse chimique moderne des médicaments nécessite le strict respect des consignes de sécurité et la présence d'une protection pour la peau et les muqueuses.
- Physique et chimique. Ce sont des techniques assez complexes, notamment : la spectrométrie divers types, chromatographie et électrométrie.
Toutes ces études nécessitent des équipements modernes. Il se trouve dans le complexe de laboratoires de l'ANO "Center for Chemical Expertise". Des installations modernes, une centrifugeuse innovante, de nombreux réactifs, indicateurs et catalyseurs - tout cela contribue à augmenter la vitesse des réactions et à maintenir leur fiabilité.
Que devrait-il y avoir au laboratoire
Tous les centres experts ne peuvent pas tout fournir pour une étude pharmacologique. équipement nécessaire. Alors que le "Centre d'Expertise Chimique" de l'ANO dispose déjà de :
- Spectrophotomètres à spectre d'action varié (infrarouge, UV, absorption atomique, etc.). Ils mesurent l'authenticité, la solubilité, l'homogénéité et la présence d'impuretés métalliques et non métalliques.
- Chromatographes de différentes directions (gaz-liquide, liquide et couche mince). Ils sont utilisés pour déterminer l'authenticité, mesurer qualitativement la quantité de chaque ingrédient, la présence d'impuretés associées et l'uniformité.
- Le polarimètre est un appareil nécessaire à l'analyse chimique rapide des médicaments. Il aidera à déterminer l'authenticité et les indicateurs quantitatifs de chaque ingrédient.
- Potentiomètre. Le dispositif est utile pour déterminer la rigidité de la composition, ainsi que des indicateurs quantitatifs.
- Titreur Fischer. Cet appareil indique la quantité de H2O dans la préparation.
- Une centrifugeuse est une technique spécifique qui permet d'augmenter la vitesse des réactions.
- Dérivatographe. Cet appareil vous permet de déterminer la masse résiduelle de l'agent après le processus de séchage.
Cet équipement, ou du moins sa disponibilité partielle, est un indicateur de la haute qualité du complexe de laboratoires. C'est grâce à lui qu'au "Centre d'expertise chimique" de l'ANO toutes les réactions chimiques et physiques se déroulent à une vitesse maximale et sans perte de précision.
ANO "Center of Chemical Expertise": fiabilité et qualité
Besoin urgent d'une analyse chimique des plantes médicinales ? Vous souhaitez établir l'authenticité des médicaments achetés ? Il vaut donc la peine de contacter le "Centre d'expertise chimique" de l'ANO. Il s'agit d'une organisation qui regroupe des centaines de professionnels - le personnel du partenariat à but non lucratif compte plus de 490 spécialistes.
Avec eux, vous obtenez de nombreux avantages:
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Dès le début du XVIe siècle. une vérité importante a été établie: propriétés médicales chaque plante est déterminée par sa composition chimique, c'est-à-dire la présence de certaines substances qui ont un certain effet sur le corps humain. À la suite de l'analyse de nombreux faits, il a été possible d'identifier certaines propriétés pharmacologiques et le spectre d'action thérapeutique de nombreux groupes de composés chimiques appelés ingrédients actifs. Les plus importants d'entre eux sont les alcaloïdes, les glycosides cardiaques, les glycosides triterpéniques (saponines), les flavonoïdes (et autres composés phénoliques), les coumarines, les quinones, les xangons, les lactones sesquiterpéniques, les lignanes, les acides aminés, les polysaccharides et certains autres composés. Sur les 70 groupes de composés naturels actuellement connus, nous ne nous intéressons souvent qu'à quelques groupes ayant une activité biologique. Cela limite le choix et accélère ainsi la recherche des produits chimiques naturels dont nous avons besoin. Par exemple, activité antivirale ne possèdent que certains groupes de flavonoïdes, xanthones, alcaloïdes, terpénoïdes et alcools ; antitumoral- certains alcaloïdes, cyanures, cétones triterpéniques, diterpénoïdes, polysaccharides, composés phénoliques, etc. Les composés polyphénoliques se caractérisent par une activité hypotensive, antispasmodique, antiulcéreuse, cholérétique et bactéricide. De nombreuses classes de composés chimiques et de produits chimiques individuels ont un spectre d'activité biomédicale strictement défini et plutôt limité. D'autres, généralement des classes très larges, telles que alcaloïdes, ont un spectre d'action très large et varié. De tels composés méritent une étude médicale et biologique approfondie, et surtout dans les domaines qui nous intéressent, recommandée. Les progrès de la chimie analytique ont permis de développer des méthodes simples et rapides (méthodes express) pour identifier les composés chimiques et les produits chimiques individuels dans les classes (groupes) dont nous avons besoin. À la suite de cela, la méthode des analyses chimiques de masse, autrement appelée criblage chimique (du mot anglais criblage - tamiser, trier à travers un tamis), est née et a été largement introduite dans la pratique du travail de recherche. Il est souvent pratiqué de rechercher les composés chimiques recherchés en analysant toutes les plantes de la zone d'étude.
Méthode de criblage chimique
La méthode de dépistage chimique, associée à des données sur l'utilisation de la plante en médecine empirique et tenant compte de sa position systématique, donne les résultats les plus efficaces. L'expérience suggère que presque toutes les plantes utilisées en médecine empirique contiennent des classes de composés biologiquement actifs que nous connaissons. Par conséquent, la recherche des substances dont nous avons besoin, avant tout, doit être effectuée à dessein parmi les plantes qui ont découvert d'une manière ou d'une autre leur activité pharmacologique ou chimiothérapeutique. Méthode express peut être associée à une sélection préliminaire d'espèces, de variétés et de populations prometteuses grâce à leur évaluation organoleptique et à l'analyse de données ethnobotaniques, indiquant indirectement la présence de substances qui nous intéressent dans la plante. Une méthode de sélection similaire a été largement utilisée par l'académicien N. I. Vavilov pour évaluer la qualité du matériel source de diverses plantes utiles impliquées dans la sélection et la recherche génétique. Pendant les années des premiers plans quinquennaux, des recherches ont ainsi été menées dans la flore de l'URSS à la recherche de nouvelles plantes à caoutchouc.
Pour la première fois à grande échelle méthode de criblage chimique dans la recherche de nouvelles plantes médicinales, le chef des expéditions d'Asie centrale de l'Institut de recherche chimique et pharmaceutique de toute l'Union (VNIHFI) PS Massagetov a commencé à utiliser. L'examen de plus de 1400 espèces végétales a permis à l'académicien A.P. Orekhov et à ses étudiants de décrire environ 100 nouveaux alcaloïdes d'ici 19G0 et d'organiser en URSS la production de ceux qui sont nécessaires à des fins médicales et de lutte antiparasitaire. L'Institut de chimie des substances végétales de l'Académie des sciences de la RSS d'Ouzbékistan a examiné environ 4 000 espèces végétales, identifié 415 alcaloïdes et établi pour la première fois la structure de 206 d'entre eux. Les expéditions du VILR ont recensé 1498 espèces végétales du Caucase, 1026 espèces d'Extrême-Orient, de nombreuses plantes Asie centrale, la Sibérie, la partie européenne de l'URSS. Rien qu'en Extrême-Orient, 417 plantes porteuses d'alcaloïdes ont été trouvées, y compris le semi-arbuste securinega, contenant un nouvel alcaloïde securinine - un moyen d'action semblable à la strychnine. À la fin de 1967, la structure de 4349 alcaloïdes avait été décrite et établie dans le monde entier. La prochaine étape de la recherche est évaluation complète et approfondie de l'activité pharmacologique, chimiothérapeutique et antitumorale substances individuelles isolées ou préparations totales en contenant. Il convient de noter que, dans l'ensemble du pays et à l'échelle mondiale, la recherche chimique est bien en avance sur les possibilités de tests médicaux et biologiques approfondis de nouveaux composés chimiques trouvés dans les plantes. À l'heure actuelle, la structure de 12 000 composés individuels isolés à partir de plantes a été établie; malheureusement, beaucoup d'entre eux n'ont pas encore fait l'objet d'études médicales et biologiques. De toutes les classes, les composés chimiques valeur la plus élevée ont certainement des alcaloïdes; 100 d'entre eux sont recommandés comme médicaments importants, par exemple, l'atropine, la berbérine, la codéine, la cocaïne, la caféine, la morphine, la papavérine, la pilocarpine, la platifilline, la réserpine, la salsoline, la sécurine, la strychnine, la quinine, la cytisine, l'éphédrine, etc. La plupart de ces médicaments sont obtenus dans le résultat de recherches basées sur le criblage chimique. Cependant, le développement unilatéral de cette méthode, réduite dans de nombreux instituts et laboratoires à la recherche des seules plantes porteuses d'alcaloïdes, est alarmant.Il ne faut pas oublier qu'en plus des alcaloïdes, de nouvelles substances végétales biologiquement actives appartenant à à d'autres classes de composés chimiques sont identifiés annuellement. Si avant 1956, la structure de seulement 2669 composés naturels de plantes qui n'étaient pas liés aux alcaloïdes était connue, alors au cours des 5 années suivantes (1957-1961), 1754 autres substances organiques individuelles ont été trouvées dans les plantes. Aujourd'hui, le nombre de substances chimiques à structure établie atteint 7 000, qui, avec les alcaloïdes, constituent plus de 12 000 substances végétales. Dépistage chimique sortant lentement de la "période alcaloïde". Sur les 70 groupes et classes de substances végétales actuellement connues (Karrer et. al., 1977), elle n'est effectuée que dans 10 classes de composés, car il n'existe pas de méthodes expresses fiables et rapides pour déterminer la présence d'autres composés dans la plante. matériaux. L'implication dans le criblage chimique de nouvelles classes de composés biologiquement actifs est une réserve importante pour augmenter le rythme et l'efficacité de la recherche de nouveaux médicaments à partir de plantes. Il est très important de développer des méthodes pour la recherche rapide de produits chimiques individuels, par exemple la berbérine, la rutine, l'acide ascorbique, la morphine, la cytisine, etc. Les composés secondaires, ou substances dites de biosynthèse spécifique, présentent le plus grand intérêt dans la création de nouveaux médicaments thérapeutiques. Beaucoup d'entre eux ont un large spectre d'activité biologique. Par exemple, les alcaloïdes sont approuvés pour une utilisation dans la pratique médicale comme analeptiques, analgésiques, sédatifs, hypotenseurs, expectorants, cholérétiques, antispasmodiques, utérins, toniques du système nerveux central et médicaments analogues à l'adrénaline. Les flavonoïdes sont capables de renforcer les parois des capillaires, d'abaisser le tonus des muscles lisses de l'intestin, de stimuler la sécrétion de bile, d'augmenter la fonction neutralisante du foie, certains d'entre eux ont des effets antispasmodiques, cardiotoniques et antitumoraux. De nombreux composés polyphénoliques sont utilisés comme agents hypotenseurs, antispasmodiques, antiulcéreux, cholérétiques et antibactériens. Une activité antitumorale a été notée dans les cyanures (par exemple, contenus dans les graines de pêche, etc.), les cétones triterpéniques, les diterpénoïdes, les polysaccharides, les alcaloïdes, les composés phénoliques et autres. De plus en plus de médicaments sont créés à partir de glycosides cardiaques, d'acides aminés, d'alcools, de coumarines. polysaccharides, aldéhydes, lactones sesquiterpéniques, composés stéroïdiens. Souvent, des substances chimiques connues de longue date trouvent un usage médical, dans lequel il n'a été possible que récemment de découvrir l'une ou l'autre activité médicale et biologique et de développer une méthode rationnelle de fabrication de médicaments. Le criblage chimique permet non seulement d'identifier de nouveaux objets prometteurs pour l'étude, mais aussi : - identifier les corrélations entre la position systématique de la plante, sa composition chimique et l'activité biomédicale ;
- connaître les facteurs géographiques et environnementaux qui favorisent ou entravent l'accumulation de certaines substances actives dans les plantes ;
- déterminer l'importance des substances biologiquement actives pour les plantes qui les produisent;
- identifier des races chimiques de plantes héréditairement différentes les unes des autres en présence de certaines substances actives.
Étude des organes végétaux
Différents organes végétaux diffèrent souvent non seulement par la teneur quantitative en substances actives, mais également par leur composition qualitative. Par exemple, la sinoménine alcaloïde ne se trouve que dans l'herbe de la graine de lune de Daurian, et la cytisine ne se trouve que dans les fruits du thermopsis lancéolé, étant absente dans ses parties terrestres jusqu'à la fin de la floraison des plantes, tandis que dans le thermopsis de l'alternatif La cytisine à fleurs est présente en grande quantité dans les parties aériennes à toutes les phases de développement de la plante. . C'est pourquoi, afin d'obtenir une image complète de la composition chimique de chaque plante, il est nécessaire d'analyser au moins quatre de ses organes : souterrains (racines, rhizomes, bulbes, tubercules), feuilles et tiges (dans les herbes, les feuilles sont toujours plus riches en substances actives que les tiges), les fleurs (ou inflorescences), les fruits et les graines. Chez les plantes ligneuses-arbustives, les substances actives s'accumulent souvent dans l'écorce des tiges (et des racines), et parfois seulement dans les semis, certaines parties de la fleur, du fruit et de la graine.
La composition chimique de chaque organe végétal varie également de manière significative dans les différentes phases de son développement. La teneur maximale de certaines substances est observée dans phase de bourgeonnement, d'autres - dans phase de pleine floraison, troisième - pendant fructifier Par exemple, la triacanthine, un alcaloïde, ne se trouve en quantités importantes que dans les feuilles épanouies du criquet à trois épines, alors que dans d'autres phases de développement, elle est pratiquement absente de tous les organes de cette plante. Ainsi, il est aisé de calculer que pour n'identifier, par exemple, qu'une liste complète des plantes à alcaloïdes de la flore de l'URSS, comptant environ 20 000 espèces, au moins 160 000 analyses (20 000 espèces X 4 organes X 2 phases de développement) doit être fait, ce qui nécessitera environ 8000 jours de travail d'1 assistant-analyste de laboratoire. Environ le même temps doit être consacré à déterminer la présence ou l'absence de flavonoïdes, de coumarines, d'hétérosides cardiaques, de tanins, de polysaccharides, d'hétérosides triterpéniques et de toute autre classe de composés chimiques dans toutes les plantes de la flore de l'URSS, si les analyses sont effectué sans abattage préalable des plantes pour une raison ou une autre. De plus, les mêmes organes dans la même phase de développement de la plante dans une région peuvent avoir les substances actives nécessaires, alors que dans une autre région ils peuvent ne pas les avoir. Outre les facteurs géographiques et environnementaux (influence de la température, de l'humidité, de l'insolation, etc.), la présence de races chimiques particulières dans une plante donnée, totalement indiscernables par des caractéristiques morphologiques, peut affecter ici. Tout cela complique grandement la tâche et, semble-t-il, rend les perspectives d'achèvement de l'évaluation chimique préliminaire de la flore de l'URSS, et plus encore le globe très éloigné. Cependant, la connaissance de certains modèles peut grandement simplifier ce travail. Premièrement, il n'est pas nécessaire d'examiner tous les organes à toutes les phases de développement. Il suffit d'analyser chaque organe dans la phase optimale, lorsqu'il contient la plus grande quantité de substance à tester. Par exemple, des études antérieures ont établi que les feuilles et les tiges sont les plus riches en alcaloïdes dans la phase de bourgeonnement, l'écorce - pendant le flux de sève printanière, et les fleurs - dans la phase de leur pleine floraison. Les fruits et les graines, cependant, peuvent contenir différents alcaloïdes et en différentes quantités à l'état mûr et non mûr, et par conséquent, si possible, ils doivent être examinés deux fois. La connaissance de ces régularités simplifie grandement l'évaluation chimique préalable des plantes. Examen complet de tous types- la méthode est efficace, mais c'est quand même un travail à l'aveugle ! Est-il possible, sans procéder à la moindre analyse chimique, de distinguer les groupes de plantes qui contiennent vraisemblablement l'une ou l'autre classe de composés chimiques de ceux qui ne contiennent manifestement pas ces substances ? En d'autres termes, est-il possible de déterminer la composition chimique des plantes à l'œil nu ? Comme nous le verrons dans la section suivante de notre brochure, en termes généraux, nous pouvons répondre à cette question par l'affirmative. AGENCE FÉDÉRALE POUR L'ÉDUCATION
UNIVERSITÉ D'ÉTAT DE VORONEZH
INFORMATION ET SOUTIEN ANALYTIQUE DES ACTIVITÉS ENVIRONNEMENTALES EN AGRICULTURE
Manuel pédagogique et méthodique pour les universités
Compilé par : L.I. Brekhova L.D. Stakhurlova D.I. Shcheglov A.I. Gromovik
VORONEZH - 2009
Approuvé par le Conseil Scientifique et Méthodologique de la Faculté de Biologie et des Sols - Protocole n°10 du 4 juin 2009
Reviewer Docteur en Sciences Biologiques, Professeur L.A. Yablonski
L'aide pédagogique a été préparée au Département des sciences du sol et de la gestion des terres de la Faculté de biologie et des sols de l'Université d'État de Voronej.
Pour la spécialité : 020701 - Sciences du sol
Le manque ou l'excès de tout élément chimique provoque une perturbation du cours normal des processus biochimiques et physiologiques chez les plantes, ce qui modifie finalement le rendement et la qualité des produits végétaux. Par conséquent, la détermination de la composition chimique des plantes et des indicateurs de qualité des produits permet d'identifier les conditions environnementales défavorables à la croissance de la végétation cultivée et naturelle. A cet égard, l'analyse chimique du matériel végétal fait partie intégrante des activités de protection de l'environnement.
Un manuel pratique d'information et d'appui analytique des activités de protection de l'environnement en agriculture a été élaboré conformément au programme des cours de laboratoire en « Biogéocénologie », « Analyse végétale » et « Protection de l'environnement en agriculture » pour les étudiants des 4e et 5e années du département des sols de la Faculté de biologie et des sols VSU.
PROCEDE DE COLLECTE D'ECHANTILLONS DE PLANTES ET DE PREPARATION DE CES ECHANTILLONS POUR L'ANALYSE
Le prélèvement d'échantillons de plantes est un moment très crucial pour l'efficacité du diagnostic de la nutrition des plantes et de l'évaluation de la disponibilité des ressources du sol pour celles-ci.
Toute la zone de la culture étudiée est visuellement divisée en plusieurs sections en fonction de sa taille et de l'état des plantes. Si des zones avec des plantes manifestement pires sont identifiées lors de l'ensemencement, ces zones sont alors marquées sur la carte du champ, on détermine si le mauvais état des plantes est le résultat d'une entolie ou d'une phytomaladie, d'une détérioration locale des propriétés du sol ou d'une autre croissance conditions. Si tous ces facteurs n'expliquent pas les raisons du mauvais état des plantes, on peut alors supposer que leur nutrition est perturbée. Ceci est vérifié par des méthodes de diagnostic des plantes. Prenez pro-
des sites avec le pire et le plus les meilleures plantes et le sol sous eux et par leurs analyses, ils découvrent les raisons de la détérioration des plantes et le niveau de leur nutrition.
Si le semis n'est pas homogène quant à l'état des plants, il faut s'assurer lors de l'échantillonnage que les prélèvements correspondent à l'état moyen des plants dans une section donnée du champ. Les plantes avec des racines sont extraites de chaque tableau sélectionné le long de deux diagonales. Ils sont utilisés: a) pour prendre en compte le gain de poids et l'évolution de la formation des organes - la structure future de la culture, et b) pour les diagnostics chimiques.
Dans les premières phases (avec deux ou trois feuilles), l'échantillon doit contenir au moins 100 plantes pour 1 ha. Plus tard pour les céréales, le lin, le sarrasin, les pois et autres - au moins 25 à 30 plantes par 1 ha. Dans les grandes plantes (maïs adulte, chou, etc.), les feuilles saines inférieures sont prélevées sur au moins 50 plantes. Pour tenir compte de l'accumulation par phases et du prélèvement par la culture, toute la partie aérienne de la plante est prise en compte dans l'analyse.
À espèces d'arbres - fruitiers, baies, raisins, ornementales et forestières - en raison des particularités de leurs changements liés à l'âge, de la fréquence de fructification, etc. l'échantillonnage est un peu plus compliqué que celui des grandes cultures. On distingue les groupes d'âge suivants: semis, sauvageons, greffés de deux ans, semis, arbres jeunes et fructifères (commençant à porter des fruits, en pleine fructification et fanant). Chez les semis, au cours du premier mois de leur croissance, la plante entière est incluse dans l'échantillon, suivie de sa division en organes: feuilles, tiges et racines. Au cours du deuxième mois et des mois suivants, les feuilles complètement formées sont sélectionnées, généralement les deux premières après les plus jeunes, en partant du haut. Les deux premières feuilles formées sont également prélevées sur des oiseaux sauvages de deux ans, à partir du sommet de la pousse de croissance. Chez les greffés de deux ans et les semis, ainsi que chez les adultes, ils prennent les feuilles médianes des pousses de croissance.
À les baies - groseilles à maquereau, groseilles et autres - sont sélectionnées parmi les pousses de la croissance actuelle de 3 à 4 feuilles de 20 buissons de sorte que dans l'échantillon
il y avait au moins 60 à 80 feuilles. Les feuilles adultes sont prélevées sur les fraises dans la même quantité.
L'exigence générale est l'unification des techniques d'échantillonnage, de transformation et de conservation : prélever strictement les mêmes parties sur toutes les plantes selon leur marcottage, leur âge, leur localisation sur la plante, l'absence de maladie, etc. Il importe également que les feuilles soient en plein soleil ou à l'ombre, et dans tous les cas, des feuilles de même placement par rapport à éclairage solaire, le meilleur du monde.
Lors de l'analyse du système racinaire, l'échantillon de laboratoire moyen est soigneusement lavé à l'eau du robinet avant la pesée, rincé à l'eau distillée et séché avec du papier filtre.
Un échantillon de laboratoire de céréales ou de graines est prélevé à de nombreux endroits (sac, boîte, machine) avec une sonde, puis il est réparti en une couche uniforme sur du papier sous la forme d'un rectangle, divisé en quatre parties et le matériau est prélevé de deux parties opposées à la quantité souhaitée pour l'analyse.
Un des les points importants dans la préparation du matériel végétal pour l'analyse est la fixation correcte de celui-ci, si les analyses ne sont pas censées être effectuées dans du matériel frais.
Pour l'évaluation chimique du matériel végétal en fonction de la teneur totale en éléments nutritifs (N, P, K, Ca, Mg, Fe, etc.), les échantillons de plantes sont séchés à l'air dans une étuve à
température 50 - 60 ° ou dans l'air.
Dans les analyses, dont les résultats tireront des conclusions sur l'état des plantes vivantes, il convient d'utiliser du matériel frais, car le flétrissement entraîne une modification significative de la composition de la substance ou une diminution de sa quantité, voire la disparition des substances contenues dans
plantes vivantes. Par exemple, la cellulose n'est pas affectée par la dégradation, tandis que l'amidon, les protéines, les acides organiques et surtout les vitamines sont décomposés après plusieurs heures de flétrissement. Cela oblige l'expérimentateur à réaliser des analyses sur du matériel frais dans des délais très courts, ce qui n'est pas toujours possible. Par conséquent, la fixation du matériel végétal est souvent utilisée, dont le but est de stabiliser les substances végétales instables. L'inactivation enzymatique est d'une importance décisive. Différentes méthodes de fixation des plantes sont utilisées en fonction des objectifs de l'expérience.
Fixation du ferry. Ce type de fixation de matériel végétal est utilisé lorsqu'il n'est pas nécessaire de doser des composés hydrosolubles (sève cellulaire, glucides, potassium, etc.). Lors du traitement de la matière première végétale, une autolyse si forte peut se produire que la composition du produit final diffère parfois considérablement de celle de la matière première.
En pratique, la fixation à la vapeur s'effectue comme suit: un treillis métallique est suspendu à l'intérieur du bain-marie, le bain est recouvert d'un matériau dense incombustible par le haut et l'eau est chauffée pour un dégagement rapide de vapeur. Après cela, du matériel végétal frais est placé sur la maille à l'intérieur du bain. Temps de fixation 15 - 20 min. Séchez ensuite les plantes
vatsya dans un thermostat à une température de 60 °.
Fixation de la température. Le matériel végétal est placé dans des sacs en papier kraft et les fruits et légumes juteux broyés sont placés en vrac dans des cuvettes émaillées ou en aluminium. Le matériau est conservé pendant 10 à 20 minutes à une température de 90 à 95 °. Cela inactive la plupart des enzymes. Après cela, la masse de la tige des feuilles qui a perdu sa turgescence et les fruits sont séchés dans un four à une température de 60 ° avec ou sans ventilation.
Lors de l'utilisation de cette méthode de fixation des plantes, il faut se rappeler que le séchage prolongé du matériel végétal à l'obscurité
les températures de 80° et plus entraînent des pertes et des modifications de substances dues aux transformations chimiques (décomposition thermique de certaines substances, caramélisation des glucides, etc.), ainsi qu'à la volatilité des sels d'ammonium et de certains composés organiques. De plus, la température de la matière première végétale ne peut atteindre la température ambiante (armoire de séchage) que lorsque l'eau s'est évaporée et que tout l'apport de chaleur a cessé d'être converti en chaleur latente de vaporisation.
Le séchage rapide et doux de l'échantillon de plante est également considéré comme une méthode de fixation acceptable et acceptable dans certains cas. Avec la conduite habile de ce processus, les écarts dans la composition de la matière sèche peuvent être faibles. Il en résulte une dénaturation des protéines et une inactivation des enzymes. En règle générale, le séchage est effectué dans des armoires de séchage (thermostats) ou des chambres de séchage spéciales. Le matériau sèche beaucoup plus rapidement et de manière plus fiable si l'air chauffé circule à travers l'armoire (chambre). La température la plus appropriée pour le séchage
couture de 50 à 60°.
Le matériel séché est mieux conservé dans l'obscurité et dans le froid. Étant donné que de nombreuses substances contenues dans les plantes sont capables de s'auto-oxyder même à l'état sec, il est recommandé de stocker la matière séchée dans des récipients hermétiquement fermés (bouteilles avec bouchons rodés, dessiccateurs, etc.), remplis à ras bord de matière afin que il ne reste plus beaucoup d'air dans les vaisseaux.
Matériel de congélation. Le matériel végétal se conserve très bien à des températures de -20 à -30°, à condition que la congélation se produise assez rapidement (pas plus d'1 heure). L'avantage de stocker la matière végétale à l'état congelé est dû à la fois à l'effet du refroidissement et à la déshydratation de la matière due au passage de l'eau à l'état solide. Il convient de garder à l'esprit que lors de la congélation
les enzymes ne sont inactivées que temporairement et après décongélation, des transformations enzymatiques peuvent se produire dans le matériel végétal.
Traitement des plantes avec des solvants organiques. comme une qualité
On peut utiliser comme agents de fixation de l'alcool bouillant, de l'acétone, de l'éther, etc.. La fixation du matériel végétal par cette méthode est effectuée en le plongeant dans un solvant approprié. Cependant, avec cette méthode, non seulement la fixation du matériel végétal se produit, mais également l'extraction d'un certain nombre de substances. Par conséquent, une telle fixation ne peut être utilisée que lorsqu'il est connu à l'avance que les substances à doser ne sont pas extraites par ce solvant.
Les échantillons végétaux séchés après fixation sont broyés aux ciseaux puis dans un moulin. Le matériau broyé est tamisé à travers un tamis d'un diamètre de trou de 1 mm. Dans le même temps, rien n'est jeté hors de l'échantillon, car en retirant une partie de la matière qui n'est pas passée au tamis dès le premier tamisage, on modifie ainsi la qualité de l'échantillon moyen. Les grosses particules sont passées à travers le broyeur et tamisées à nouveau. Les résidus sur le tamis doivent être broyés dans un mortier.
Un échantillon analytique est prélevé sur l'échantillon moyen du laboratoire ainsi préparé. Pour ce faire, le matériel végétal, réparti en fine couche régulière sur une feuille de papier glacé, est divisé en diagonale en quatre parties. Ensuite, deux triangles opposés sont supprimés et la masse restante est à nouveau répartie en une fine couche sur toute la feuille de papier. Les diagonales sont dessinées encore et encore deux triangles opposés sont supprimés. Ceci est fait jusqu'à ce que la quantité de substance nécessaire à l'échantillon analytique reste sur la feuille. L'échantillon analytique sélectionné est transféré dans un bocal en verre avec un bouchon rodé. Dans cet état, il peut être stocké indéfiniment. Le poids d'un échantillon analytique dépend de la quantité et de la méthodologie de recherche et varie de 50 à plusieurs centaines de grammes de matériel végétal.
Toutes les analyses de matériel végétal doivent être effectuées avec deux échantillons prélevés en parallèle. Seuls des résultats similaires peuvent confirmer l'exactitude du travail effectué.
Les plantes doivent être manipulées dans un laboratoire sec et propre, exempt de vapeurs d'ammoniac, d'acides volatils et d'autres composés qui pourraient affecter la qualité de l'échantillon.
Les résultats des analyses peuvent être calculés à la fois pour des échantillons secs à l'air et absolument secs de la substance. A l'état sec à l'air, la quantité d'eau dans le matériau est en équilibre avec la vapeur d'eau dans l'air. Cette eau est dite hygroscopique, et sa quantité dépend à la fois de la plante et de l'état de l'air : plus l'air est humide, plus l'eau dans le matériel végétal est hygroscopique. Pour convertir les données en matière sèche, il est nécessaire de déterminer la quantité d'humidité hygroscopique dans l'échantillon.
DÉTERMINATION DE LA MATIÈRE SÈCHE ET DE L'HUMIDITÉ HYGROSCOPIQUE DANS UN MATÉRIAU SEC À L'AIR
Dans l'analyse chimique, la teneur quantitative d'un constituant particulier est calculée sur la base de la matière sèche. Par conséquent, avant l'analyse, la quantité d'humidité dans le matériau est déterminée et ainsi la quantité de matière absolument sèche qu'il contient est déterminée.
Progression de l'analyse. Un échantillon analytique de la substance est étalé en couche mince sur une feuille de papier glacé. Ensuite, avec une spatule, de petites pincées de la substance répartie sur la feuille sont prélevées de différents endroits dans une bouteille en verre, préalablement séchée à poids constant. L'échantillon doit peser environ 5 g.Le flacon de pesée avec l'échantillon est pesé sur une balance analytique et placé dans un thermostat dont la température à l'intérieur est maintenue à 100-1050. Pour la première fois dans un thermostat, une bouteille ouverte avec un échantillon est conservée pendant 4 à 6 heures. Après ce temps, la bouteille du thermostat est transférée dans un dessiccateur pour refroidissement, après 20-30
minutes, la bouteille est pesée. Après cela, la bouteille est ouverte et placée à nouveau dans un thermostat (à la même température) pendant 2 heures. Le séchage, le refroidissement et la pesée sont répétés jusqu'à ce que la bouteille pesée atteigne un poids constant (la différence entre les deux dernières pesées doit être inférieure à 0,0003 g).
Le pourcentage d'eau est calculé à l'aide de la formule :
où : x est le pourcentage d'eau ; c – poids du matériel végétal avant séchage, g ; c1 - poids du matériel végétal après séchage.
Matériel et ustensiles:
1)thermostat ;
2) bouteilles en verre.
Formulaire d'enregistrement des résultats
Poids de la boîte avec |
Poids de la boîte avec |
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Dépendait |
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jusqu'à |
jusqu'à |
Charnière |
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après séchage- |
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séchage- |
séchage- |
après vysu- |
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couture, g |
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DÉTERMINATION DES CENDRES "CRUTES" PAR LA MÉTHODE DE CENDRAGE À SEC
La cendre est le résidu obtenu après combustion et calcination de la matière organique. Lors de la combustion, du carbone, de l'hydrogène, de l'azote et partiellement de l'oxygène s'échappent et il ne reste que des oxydes non volatils.
La teneur et la composition des éléments de cendre des plantes dépendent de l'espèce, de la croissance et du développement des plantes, et en particulier des conditions pédo-climatiques et agrotechniques de leur culture. La concentration des éléments de cendres diffère considérablement dans les différents tissus et organes des plantes. Ainsi, la teneur en cendres dans les feuilles et les organes herbacés des plantes est beaucoup plus élevée que dans les graines. Il y a plus de cendres dans les feuilles que dans les tiges,
