Определение содержания нитратов
В растительных объектах
Азот широко распространен во всех геосферах и в составе различных соединений мигрирует в биосфере. В газообразной форме молекулярный азот (N2) довольно инертен, его содержание в атмосфере составляет 78%. Азот используется биотой после усвоения азотфиксирующими бактериями почв и клубеньковыми бактериями, обитающими на корнях бобовых культур, а также сине-зелеными водорослями гидросферы. При этом азот превращается в аммиак по схеме:
N2 фиксация 2N
2N + 3H2 → 2NH3
Образованный аммиак в виде аммонийного иона (NH4+) встраивается в органические молекулы аминокислот, белка и других соединений. После гибели организмов азотсодержащие органические соединения подвергаются разложению. При этом в воду и почвенные растворы переходит азот в виде иона аммония NH4+.Далее аммиак с помощью микроорганизмов окисляется в начале до нитрит (NO2–)-, а затем до нитрат (NO3–)-ионов. Такой процесс носит название процесса нитрификации:
2NH3 + 3O2 → 2H+ + 2NO2– + 2H2O
2NO2– + O2 → 2NO3–
В форме нитратов азот ассимилируется из почвы корнями растений и идет на образование аминокислот и белков.
В бескислородных (анаэробных) условиях процесс можно представить в виде следующей схемы:
 |
(СН2О)n(NH3)m CO2 + H2O + N2 + NH3
Денитрифицирующие бактерии осуществляют процесс, обратный нитрификации, – денитрификацию. Денитрификация происходит только в анаэробных условиях, когда бактерии используют нитрат как окислитель, заменяющий кислород в реакциях окисления органических веществ. Сам нитрат при этом восстанавливается до молекулярного азота. Если израсходованы нитрат-ионы, то для окислительных процессов используется кислород сульфат-ионов:
Образовавшийся аммиак возвращается в цикл. Свободный азот N2 или азот в виде N2O, полученный в результате деятельности микроорганизмов, возвращается в окружающую среду, что поддерживает в природе существующий баланс между включаемым в биосферу и высвобождающимся в атмосферу азотом.
В последнее время применение удобрений, увеличение объемов производств, сопровождающихся образованием азотсодержащих отходов, и другие причины привели к тому, что в почвах, воде, и как следствие – в живых организмах накапливается избыточное количество нитратов. Легкорастворимые нитраты при выпадении большого количества осадков вымываются в глубокие горизонты и могут проникать в грунтовые воды. Накопленные в почве нитраты интенсивно всасываются растениями, что приводит к избыточному содержанию нитратов и в растительных тканях.
Избыток содержания нитратов в воде и пищевых продуктах вредит здоровью людей, так как появление в организме нитрита, восстановленного из нитрата, служит причиной образования метгемоглобина, в котором кислород прочно связан с гемоглобином, что снижает способность эритроцитов переносить кислород. Повышенное содержание нитратов в водных объектах вызывает бурный рост фитопланктона, приводящий к эвтрофикации водоемов.
Цель работы: углубить представления о миграции азота в биосфере, определить содержание нитратного азота в растениях.
Приборы и реактивы: нитратомер ЭКО-01, электроды хлорсеребряный и нитратселективный, гомогенизатор, 0,1 М раствор КNO3, 1%-ный раствор алюмокалиевых квасцов.
Порядок выполнения работы
Перед проведением замеров необходимо подготовить к работе электроды и откалибровать нитратомер.
Пробу растительного материала в количестве 0,25…0,5 кг следует сначала отмыть и просушить фильтровальной бумагой, а затем измельчить ножом на кусочки до 1 см. 10 г пробы взвесить с точностью до первого десятичного знака и поместить в стакан гомогенизатора. Прилить в стакан 50 мл 1 %-ного раствора алюмокалиевых квасцов и гомогенизировать смесь в течение 1–2 мин.
Погрузить в гомогенизированную массу электроды и определить значение ЭДС по шкале прибора. Пользуясь табл. 4, определить содержание нитратов в исследуемых растительных тканях, мг/кг.
Полученные значения сравнить с санитарно-гигиеническими нормами содержания нитратов в растительных продуктах (табл. 5) и сделать вывод о содержании нитратов в растениях и почвах в месте произрастания растений.
Таблица 4