Т. Р. Рыспеков, Б. Д. Балғышева
Бақылау сұрақтары және тапсырмалар
жүктеу/скачать 0,83 Mb.
|
treatise140794
- Бұл бет үшін навигация:
- Пайдаланылған әдебиеттер
- 3.13 15 N ауыр изотопының қолданылуы жəне оны масс жəне эмиссионды спектрометрлік əдістермен талдау
| Бақылау сұрақтары және тапсырмалар
«Электродтық потенциал» ұғымын түсіндіріңіз. Потенциометрлік әдістің негізіне қандай принцип жатады? Мембраналық электродтың шыны электродтан айырмашылығын сипаттаңыз. Масс-спектрометрлік әдіс кандай физикалық құбылысқа негізделген және оны қандай зерттеулерде қолданады? Пайдаланылған әдебиеттер 1 Муравин Э.А., Ромадина Л.В., Литвинский В.А. Агрохимия – М. Изд. Центр «Академия» 2016 2.Агрохимия (под ред. Минеева В.Г.) - М., 2004 3. Минеев В.Г. История развития агрохимии в России и за рубежом (в 2 томах). – М., 2005 4. Малимбаева А.Ж. Применение удобрений в интенсивном земледелии. Алматы, 2011 5.Русин Г.Г. Физико-химические методы анализа в агрохимии. – М.: Агропромиздат, 1990. – 303 б. 6.Практикум по агрохимии / под ред. Б.А. Ягодина. – М.: Агропромиздат, 1987. – 512 б. 7.Мансуров З.А., Колесников Б.Я. Химиядағы физикалық зерттеу әдістері. – Алматы: «Қазақ университеті», - 2006. – 307 б. 8.Агрохимические методы исследования почв. – М.: Наука, 1975. – 656 б. 3.13 15N ауыр изотопының қолданылуы жəне оны масс жəне эмиссионды спектрометрлік əдістермен талдау Қазіргі таңда изотопты талдау екі əдіспен жүзеге асады: масс-спектрометрлік жəне эмиссионды-спектрометрлік. Екі жағдайда да бұл элементтің изотопты құрамын талдау үшін ыңғайлы зат - газтектес азот (N2) болып табылады. Агрохимиялық зерттеуде масс-спектрометрлік əдіс кеңінен қолданылады, ол оптикалыққа қарағанда сезімтал. Бұл 15N таңбаланған тыңайтқыштардың бастапқы байытылуын жеңілдетеді, сонымен қатар тəжірибе шығынын азайтады. Біріккен қосылыстардың изотоптық құрамын өлшеу масс-спектрометрде орындалады. Масс-спектрометрде жақсы нəтиже алу үшін, 1-3 мг азот қажет. Топырақты жəне өсінді үлгілердегі азоттың изотоптық құрамын талдау үшін химиялық талдау жəне изотоптық құрамын зерттеуде қажетті мөлшерде азоты бар үлгісін қолданған пайдалы. 15N құрамын анықтау үшін өсімдік пен топырақтың, изотоптың құрамында басқа белгілі бір қосылыс түрінде кездесетін бұл қосылыстың құрамы химиялық əдіспен анықталады. Себебі изотоптық талдау 15N концентрациясын аналитикалық үлгіде орнықтырады. Топырақты жəне өсінді үлгілерін талдау барысында байытылған, газтектес азотты 15N 2 сатыда алады: Талданатын азот қосылыстарын аммонийлі формасымен аммиакқа айдау; Аммиакты натрий гипобромидімен тотықтырып азот алу. NH3 айдау арқылы азот үлгілерінен аммонийлі форма алу. Əдетте N құрамын анықтауда жалпы азотты Кьелдаль əдісі арқылы концентрлі күкірт қышқылы мен селенді өршіткіш ретінде қолдана отырып, үлгілердің ылғал күлденуін жүргізеді. Азоттың ауыр изотопы мөлшері топырақ пен өсінді үлгілерінде нитрат түрінде болуы мүмкін. Бұл жағдайда нитраттарды қайта аммиак қалпына келтіру үшін органикалық заттың тотығуы үшін фенол күкіртті қышқыл қолданылады. Азоттың жеке қосылыстарының, мысалы аммонийдің, нитраттардың, ақуыз қосылыстарының изотоптық құрамын анықтау үшін, оларды алдын ала бөліп , аммонийлі түрге келтіреді жəне Кьельдальдің микро əдісімен айдайды. NH3 -ті айдағаннан кейін титрлеп дистилляттағы аммонийлі азоттың құрамын анықтайды, ерітіндіні əлсіз қышқылдық реакцияға жеткізіп, 0,02н Н2SO4 -тің бірнеше тамшысын қосады жəне сулы моншада 1-2 мл-ге дейін буландырады. Аммиакты айдауды буландырудың соңында кристаллданып кететіндіктен 2% бор қышқылында емес, 0,02 н Н2SO4 ерітіндісінде титрлеген дұрыс. Изотопты талдауда сенімді нəтижелер алу үшін буландырылған дистиллятта 1мг/мл -ден кем емес (2-3 мг/мл) аммонийлі азот болуы керек. Буландырылған ерітінділерді құтыға ауыстырып, тығынмен жабады. Изотопты талдау үлгідегі изотоптың құрамын анықтау үшін емес, 15N:14N қатынасын тұрғызатындықтан, буландырылған ерітінділерді құтыға ауыстырғанда, стакандарды немесе кәрлен табақшаларды шаю қажет емес. Ары қарай масс спектрометрда азоттың изотопты құрамын анықтайды. Азоттың изотопты құрамын анықтау үшін айтарлықтай күрделі арнайы дайындықты қажет ететін дұрыс эксплуатациялы құрылғылар қолданылады. Сондықтан алдағы талдау-аммиактың молекулалық азот пен 15N:14N изотоптарының қатынасын өлшеуді масс-спектрометрдің инженерлі тобы атқарады. Масс-спектрометр МИ-1305 – бірден бір кең тараған изотопты талдауға арналған сериялық құрылғы. Оның жұмыс істеу принципі - талданатын заттың иондарының массасы m мен электрлік жəне магниттік аудан арқылы өтетін зарядтың e əртүрлі қатынасының кеңістікте жіктелуіне негізделген. Азот молекулалары иондарға электрондық соққы беру арқылы газ көздерінде иондалады. Түзілген иондар үдеу алып, масс-спектрометрдің жіңішке иондық сəулесіне оңды-оптикалық жүйеде шоғырланады. Ионизатор камерасынан өту кезінде, секторлық түрдегі көлденең біртекті магнитті жазыққа орныққан, соңы трапециалы пішінде полюсті электромагниттер туғызатын иондық түйін бір бірінен иондық массасының зарядтық қатынасымен ерекшеленетін иондық сəулелерге ыдырайды. Иондық сəулелер бір мезгілде бір бағыт бойынша фокусталады. Статикалық біртекті магнитті аудандағы иондардың қозғалысын мына теңдік бойынша анықтайды: mυ = R∙H∙e; υ = немесе R = , мұндағы, υ – иондар қозғалысының жылдамдығы; m – ион массасы; U – үдемелі кернеу; Н – магнитті аудан кернеуі; R – магнитті аудандағы ион қозғалысының траектория қисығының радиусы жəне е – ион заряды. МИ-1305 масс-спектрометрінде иондардың негізгі траекториясының радиусы тұрақты жəне 200 мм-ге ал, ауытқу бұрышы 60°-қа тең. Анализатор камерасынан өткен ионды сəуле тізбекті электр тогын түзе отырып, ион қабылдағыштың жіңішке саңылауы арқылы коллекторға түседі. Магнитті ауданның кернеу ұзындығына тəуелді түрде қабылдағыштың коллекторына, массаның зарядқа үлкен немесе кіші қатынасындағы иондар түседі. Магнитті ауданның кернеу ұзындығын өзгерте отырып, барлық иондардың ішінен массасы мен заряд қатынасы қажетті шамадағы иондарды таңдап алуға болады. Талданатын заттағы берілген изотоптың құрамын өлшеу коллектор тізбегінде тоқ күші арқылы анықталады (əдетте 10-14-10-9 ампер аралығында). Талданатын заттағы берілген изотоптың құрамдас бөлігі - коллектор тізбегіндегі тоқ күші болып табылады (10-14-10-9 ампер аралығында). Масс-спектрометрдегі кіші токтар желілік сипаттамасымен тікелей ток күшейткіші арқылы алдын-ала күшейтуден кейін өлшенеді. Газ молекулаларымен соқтығысқанда талданатын иондарының айтарлықтай дисперсиялануын болдырмау үшін, иондық сәуленің өтетін камерасындағы қалдық қысым 2 ∙ 10-7 мм сынап бағанасынан аспауы керек. Құрылғы екі бөліктен тұрады: аналитикалық (вакуум) және өлшеу. Талдау бөлімі болат жақтауға орнатылған. Онда орнатылған тақтаның төменгі бөлігінде: анализатор, камера көзі, қабылдағыш иондар мен бұқаралық сандар, эвакуатор көрсеткіші мен электрометриялық каскад, вакуумды аулағыштар DУ-24 вентель және диффузиялық сорғылар, штепсель коннекторлар, терминал блоктар, су салқындатқыш кран жүйесі, клапаны бар тақталар бар. Төменнен плитаға алдынғы-вакуумдық тұзақ, алдыңғы вакуумдық балон және ылғалтартқыш қосылған. Жақтаудың төменгі бөлігінде вакуумдық сорғы, гидроэлемент, орналасқыш щит орнатылады. Жақтаудың жоғарғы бөлігінде қысымның өлшеу блогы және қабылдау жүйесіндегі ВT-2A вакууметр орналасқан. Масс-спектрометрлік өлшеу кезінде келесідей өзгерістер жүзеге асады: иондардың өзгеруі және күшеюі, зерттелетін заттың массалық сандарының индикациясы, ион көздерінің электрэнергиясы, электронды эмиссия тоғының реттелуі, тездеткіш, тартқыш және кернеудің пайда болуы, электрлі және вакуумдық блоктау, электромагниттік көзі, электрлі сигнализация және т.б. иондық токтардың өзгеруі жəне күшеюі жүзеге асады. Блоктардың алдыңғы тақталарында өлшеу құралдары орнатылған. Олар EПП-09 электронды потенциометр өлшеу торының ортасына қойылған. Масс-спектрометрдің барлық блоктары 5 тәуелсіз арнаға бөлінеді: иондық ток өлшеу арнасы, электр магнитiн беру арнасы, ион көзін беру арнасы, масс-сандық көрсеткіш арнасы, қысым өлшеу арнасы және вакуумдық блоктау. Масс-спектрометрдің қуаты 220/380 Вт ауыспалы ток желісінен ферро-резонанстық тұрақтандырғыштар арқылы жүзеге асырылады. Құрылғыны жұмысқа дайындау келесідей жүзеге асады. Ол анализатор камерасында жоғары вакуумда жұмыс істейді. Алдын ала вакуум вакуумдық сорғымен, жоғары вакууммен - сынап диффузиялық сорғылар арқылы жүзеге асырылады. Анализатор камерасындағы қысым 2.10-7 мм-ден аспауы керек. Алайда, тіпті ең жоғары вакуум жағдайында масс-спектрометрде газдың белгілі бір мөлшерін анықтайды. Ең жоғары биіктікке 18 масса сәйкес келеді. Оның пайда болуы судың иондарымен байланысты (Н21О16)+. Жоғары қарқындылықтың тағы бір шыңы 28 массасы бар көміртек тотығының иондарына ( ) сәйкес келеді. Су және көміртек тотығы қалдық газдардың әдеттегі құрамдас бөлігі болып табылады және масс-спектрометрдің үстіңгі қабатында бастапқы шыңдар болуы мүмкін. Бұдан басқа, төменгі қарқындылық шыңдары анықталады, оның пайда болуы анализатор камерасының тазалығына байланысты. Барлық параметрлерді таңдағаннан кейін, егер екінші күшейткіштің қалдық шыңдарын (ең сезімтал болса) талдау кезінде азот шыңдарының қарқындылығының 1% -нан аспайтын және м / е = 29 <0,01 Вт болса, құрылғы азотты талдау жарамсыз деп есептелуі мүмкін; атмосфералық азоттың изотоптық құрамын талдау кезінде салыстырмалы бірлік 130-дан төмен емес (әдетте ара қатынасы 133) м / е = 28 <0,25 және м / е = 28-ден м / е = 29 В ара қатынасы. 6Барлық жұмыс түрлеріне қолайлы бірыңғай қабылдау жүйесі жоқ. Әрбір зертхана бұл жұмыс түрімен айналысады, белгілі бір табиғатты зерттеу үшін масс-спектрометрге қосыла алатын бірқатар құрылғыларды жинақтайды. Азоттың изотопты талдауы үшін ТСХА Агрохимия кафедрасында газ тектес азотты масс-спектрометрге тікелей ауыстыру жүйесін әзірледі. Изотоптық талдау үшін үлгілерді дайындауда көп саты жоғалып, еңбек өнімділігі жақсарды, талдаудың сапасы жақсарды. Кіру жүйесі вакуумдық сорғылардан тұрады, жоғары вакуумды, реакциялық ыдыстардың вакуумдық крандарын, сорғыту жүйесі мен сорғыны, DOU-25 клапанымен және вакуумды калибрмен байланыстырылған LT-26 монометрлік шамымен қамтамасыз ететін абсорбциялық сорғыдан тұрады. Азот үлгілерін масс-спектрометрге дайындау және натрий гипобромитін дайындау. 15N концентрациясын анықтауға арналған ыңғайлы газ - бұл азот. Оны арнайы жағдайларды қоспағанда, изотоптық коэффициенттерді анықтау үшін үнемі қолданылады. 15N изотопының концентрациясын анықтауға арналған үлгілерді дайындау 2 кезеңнен тұрады: 1) бастапқы материалдағы азоттың аммиакқа айналуы; 2) соңғы элементтің азотқа тотығуы. Талдауға кем дегенде 1 мг үлгідегі азоттың мөлшері бар аммоний сульфаты түріндегі үлгісі алынады. Үлгі 2-3 мл көлемінде буланып, соңында аздап қышқылдық реакция болуы керек. Аммиак мөлшері реакцияға сәйкес гипобромат арқылы азотқа тотықтырылуы мүмкін: 2NH3 + 3NaBrO = N2 + 3H2O + 3NaBr. жүктеу/скачать 0,83 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|