Wir erforschen den Boden/Bestimmung des Nitratgehaltes: Unterschied zwischen den Versionen

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Mineralböden enthalten im allgemeinen 5 bis 30 ppm Nitratstickstoff; dieser Wert kann jedoch stark schwanken. Höhere Gehalte stellen sich besonders bei übermäßiger Gülledüngung ein (Nitratbelastung des Grundwassers!). Ein ständiger Nitratnachschub erfolgt aus der bakteriellen Umsetzung der organischen Bodensubstanz. Bei einem Gehalt von 3 bis 30 % Reinstickstoff in der organischen Bodensubstanz ergibt sich ein Stickstoffvorrat im Boden von 900 bis 9000 kg N je Hektar in der Bodenkrume bis zu 20 cm Bodentiefe.
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<h3>Wir  erforschen  den  Boden</h3>
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<includeonly>[[Kategorie:Wir erforschen den Boden]]</includeonly>
 
==Bestimmung des Nitratgehaltes==
 
 
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<h5 align="center">'''Informationen zum Thema'''</h5>
 
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|Mineralböden enthalten im allgemeinen 5 bis 30 ppm Nitratstickstoff; dieser Wert kann jedoch stark schwanken. Höhere Gehalte stellen sich besonders bei übermäßiger Gülledüngung ein (Nitratbelastung des Grundwassers!). Ein ständiger Nitratnachschub erfolgt aus der bakteriellen Umsetzung der organischen Bodensubstanz. Bei einem Gehalt von 3 bis 30 % Reinstickstoff in der organischen Bodensubstanz ergibt sich ein Stickstoffvorrat im Boden von 900 bis 9000 kg N je Hektar in der Bodenkrume bis zu 20 cm Bodentiefe.
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'''Stickstoffkreislauf im Boden'''


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! Gewinn
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! kg N/ha und Jahr
<h5 align="center">'''Stickstoffbilanz im Boden'''</h5>
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| {{highlight1}}|'''Gewinn:'''
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| Nachlieferung (Mineralisation)  
| Nachlieferung (Mineralisation)  
| 30 bis 270  
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| N-Bindung durch freilebende Bakterien  
| N-Bindung durch freilebende Bakterien  
| ca.10  
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| N-Bindung durch Knöllchenbakterien  
| N-Bindung durch Knöllchenbakterien  
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| bis 200 '''
 
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| Zufuhr aus der Atmosphäre  
| Zufuhr aus der Atmosphäre  
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| Zufuhr durch organische Düngung  
| Zufuhr durch organische Düngung  
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| Zufuhr durch anorganische Düngung  
| Zufuhr durch anorganische Düngung  
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( Durchschnittswerte in Deutschland)  
( Durchschnittswerte in Deutschland)  




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! Verluste
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! kg N/ha und Jahr
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|'''Auswaschung (humide Böden)'''
|'''Auswaschung (humide Böden)'''
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|'''Entzug durch eine Ernte'''
|'''Entzug durch eine Ernte'''
||kg N/ha und Jahr
|50 bis 15o
|50 bis 15o
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'''Nitrifikation'''


Nitrifizierende Bakterien (Nitrobakter; Nitrosomonas)oxidieren Ammoniuem über Nitrit - zu Nitratstickstoff. Der pflanzenverfügbare Stickstoffvorrat ist im Boden überwiegend als Nitration, in geringerer Menge auch als Ammoniumion vorhanden


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<h5 align="center">'''Nitrifikation'''</h5>
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|Nitrifizierende Bakterien (Nitrobakter; Nitrosomonas)oxidieren Ammoniuem über Nitrit - zu Nitratstickstoff. Der pflanzenverfügbare Stickstoffvorrat ist im Boden überwiegend als Nitration, in geringerer Menge auch als Ammoniumion vorhanden
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'''Laborverfahren zur Erstellung eines Nitratauszugs'''


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Bevor ein qualitativer Nitratnachweis erfolgen kann, muss ein Bodenauszug erstellt werden.
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<h5 align="center">'''Laborverfahren zur Erstellung eines Nitratauszugs'''</h5>
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|Bevor ein qualitativer Nitratnachweis erfolgen kann, muss ein Bodenauszug erstellt werden.




'''Verfahren mit Natriumformiatlösung'''
'''Verfahren mit Natriumformiatlösung'''


34,0 g Natriumformiat werden in destilliertem Wasser gelöst. Man gibt 50 ml einer 10-molaren Ameisensäure (oder 19 ml wasserfreie Ameisensäure) hinzu und füllt auf 1000 ml mit destilliertem Wasser auf. Diese Mischung wird auf das zehnfache Volumen verdünnt und  
34,0 g Natriumformiat werden in destilliertem Wasser gelöst. Man gibt 50 ml einer 10-molaren Ameisensäure (oder 19 ml wasserfreie Ameisensäure) hinzu und füllt auf 1000 ml mit destilliertem Wasser auf. Diese Mischung wird auf das zehnfache Volumen verdünnt und die resultierende Lösung im folgenden als "Formiat1ösung" bezeichnet. 10 g des zu untersuchenden abgesiebten Bodens werden in einem Becherglas mit 0,3 g nitratfreier Aktivkohle versetzt und dann mit 200 ml Formiatlösung aufgeschlämmt. Die Natriumformiatlösung trennt die Hydroxonium-Ionen vom Austauscherkomplex der Bodenteilchen. Sie soll bei gelegentlichem Umschwenken 15 Minuten einwirken. Danach wird abfiltriert. Das Filtrat muß farblos sein. Sollte das nicht der Fall sein, muß nochmals Aktivkohle zugesetzt, geschwenkt und abfiltriert werden. Aus dem wässrigen Auszug wird das Nitrat bestimmt.
die resultierende Lösung im folgenden als "Formiat1ösung" bezeichnet. 10 g des zu untersuchenden abgesiebten Bodens werden in einem Becherglas mit 0,3 g nitratfreier Aktivkohle versetzt und dann mit 200 ml Formiatlösung aufgeschlämmt. Die Natriumformiatlösung trennt die Hydroxonium-Ionen vom Austauscherkomplex der Bodenteilchen. Sie soll bei gelegentlichem  
Umschwenken 15 Minuten einwirken. Danach wird abfiltriert. Das Filtrat muß farblos sein. Sollte das nicht der Fall sein, muß nochmals Aktivkohle zugesetzt, geschwenkt und abfiltriert werden. Aus dem wässrigen Auszug wird das Nitrat bestimmt.




'''Verfahren mit Kaliumchlorid'''
'''Verfahren mit Kaliumchlorid'''
An Stelle der Natriumformiatlösung kann auch eine 0,1- molare Kaliumchloridlösung venwendet werden. 7,4 g Kaliumchlorid werden in destilliertem Wasser in Lösung gebracht und bis zu 1000 ml aufgefüllt. 100 g Boden werden mit 100 ml Kaliumchioridlösung versetzt. Dann umrühren, 10 Minuten einwirken lassen und abfiltrieren.
An Stelle der Natriumformiatlösung kann auch eine 0,1- molare Kaliumchloridlösung venwendet werden. 7,4 g Kaliumchlorid werden in destilliertem Wasser in Lösung gebracht und bis zu 1000 ml aufgefüllt. 100 g Boden werden mit 100 ml Kaliumchioridlösung versetzt. Dann umrühren, 10 Minuten einwirken lassen und abfiltrieren.


'''Qualitativer Nachweis mit Eisen(II)-Sulfat'''
'''Qualitativer Nachweis mit Eisen(II)-Sulfat'''
Das Filtrat wird mit einigen Tropfen einer kaltgesättigten Eisen(II)-Sulfatlösung (die mit Schwefelsäure angesäuert wird) versetzt und vorsichtig mit konzentrierter Schwefelsäure unterschichtet. An der Grenzfläche der beiden Flüssigkeiten bildet sich bei Anwesenheit von  
Das Filtrat wird mit einigen Tropfen einer kaltgesättigten Eisen(II)-Sulfatlösung (die mit Schwefelsäure angesäuert wird) versetzt und vorsichtig mit konzentrierter Schwefelsäure unterschichtet. An der Grenzfläche der beiden Flüssigkeiten bildet sich bei Anwesenheit von  
Nitrationen ein brauner Ring.
Nitrationen ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Ringprobe brauner Ring].
 
'''Natriumsalicylatmethode zur quantitativen Bestimmung des Nitratstickstoffs'''


{{Hintergrund_gelb|<H3>'''Natriumsalicylatmethode zur quantitativen Bestimmung des Nitratstickstoffs'''</h3>}}
Die Bestimmung des Nitratstickstoffs erfolgt photometrisch nach der Natriumsalicylatmehthode, wobei das Nitrat in das Natriumsalz der Nitrosalicylsäure überführt wird. Die Farbintensität der gelb gefärbten Lösung dieses Salzes wird kolorimetrisch bestimmt. Anhand einer Eichkurve (nur die Eichgrade kommt zur Anwendung) lässt sich daraus auf die Konzentration des Nitratstickstoffs im eingesetzenten Bodenextrakt schließen.
Die Bestimmung des Nitratstickstoffs erfolgt photometrisch nach der Natriumsalicylatmehthode, wobei das Nitrat in das Natriumsalz der Nitrosalicylsäure überführt wird. Die Farbintensität der gelb gefärbten Lösung dieses Salzes wird kolorimetrisch bestimmt. Anhand einer Eichkurve lässt sich daraus auf die Konzentration des Nitratstickstoffs im eingesetzenten Bodenextrakt schließen.


'''Reagenzien'''
'''Reagenzien'''


*Natriumsalicylat
*[http://de.wikipedia.org/wiki/Natriumsalicylat   '''Natriumsalicylat''']
*3-prozentige Natronlauge
*3-prozentige Natronlauge
*konzentrierte Schwefelsäure
*konzentrierte Schwefelsäure
*30-prozentige Natronlauge
*30-prozentige Natronlauge
*Kaliumnitrat
*Kaliumnitrat
*Natriumformiat
*[http://de.wikipedia.org/wiki/Natriumformiat   '''Natriumformiat''']
 
 
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'''Untersuchungsmaterialien'''
 
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<h5 align="center">'''Untersuchungsmaterialien'''</h5>
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|&nbsp;
*Messkolben (1000 mi)
*Meßkolben (1000 mi)
*Erlenmeyerkolben (100 ml)
*Erlenmeyerkolben (100 ml)
*Bechergläser (50 ml)
*Bechergläser (50 ml)
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'''Ansetzen der Eichlösung'''
'''Ansetzen der Eichlösung'''
 <br>
 
Zum Vergleich der konzentrationsabhängigen Farbabstufungen stellt man eine Eichreihe auf.
Zum Vergleich der konzentrationsabhängigen Farbabstufungen stellt man eine Eichreihe auf.
 {{Hintergrund_orange|<h3>'''Beispiel'''</h3>}}
'''Beispiel'''
 
 
Man setzt eine Lösung an, die 10 g N/l Nitratstickstoff enthält. Dazu werden 72,14 g Kaliumnitrat (KNO3) in Formiat­lösung bis auf 1000 ml aufgefüllt (Stammiösung).
Man setzt eine Lösung an, die 10 g N/l Nitratstickstoff enthält. Dazu werden 72,14 g Kaliumnitrat (KNO3) in Formiat­lösung bis auf 1000 ml aufgefüllt (Stammiösung).
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'''Berechnung der Kaliumnitratmenge'''
'''Berechnung der Kaliumnitratmenge'''
 
 
{{Schrift_orange|<h3>Kaliumnitrat</h3>}}
Kaliumnitrat
Molmasse (abgerundet)
Molmasse (abgerundet)
*   m (1 mol K-Atomne) =39 g
*   m (1 mol K-Atomne) =39 g
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10g Stickstoff sind in 101 x 10  / 14= 72,14 g Kaliumnitrat enthalten
10g Stickstoff sind in 101 x 10  / 14= 72,14 g Kaliumnitrat enthalten
 
 
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[[Datei:Photometrie3.jpg|thumb|700px|center|Eichgrade]]
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<h3>Eichkurve</h3>
 
[[Datei:Photometrie3.jpg|700px]]
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'''Verdünnungsreihe'''


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10 ml der Stammiösung werden auf 1 Liter aufgefüllt; es resultiert eine Lösung mit einem Nitratstickstoffgehalt von 100 mg/l. Von dieser Lösung werden 4 ml, 8 ml, 12 ml, 16 ml,
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<h5 align="center">'''Verdünnungsreihe'''</h5>
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|10 ml der Stammiösung werden auf 1 Liter aufgefüllt; es resultiert eine Lösung mit einem Nitratstickstoffgehalt von100 mg/l. Von dieser Lösung werden 4 ml, 8 ml, 12 ml, 16 ml,
20 ml und 24 ml in je ein 100-ml-Kölbchen pipettiert und auf 100 ml aufgefüllt. Die Gehalte an Nitratstickstoff betragen dann 4, 8, 12, 16, 20 und 24 mg/l.
20 ml und 24 ml in je ein 100-ml-Kölbchen pipettiert und auf 100 ml aufgefüllt. Die Gehalte an Nitratstickstoff betragen dann 4, 8, 12, 16, 20 und 24 mg/l.


'''Blindprobe'''
'''Blindprobe'''


Als Blindprobe dient eine Lösung von 1 ml konzentrierter Schwefelsaure, 10 ml 30-prozentiger Natronlauge und 1 ml 0,5-prozentiger Natriuiisalicylatlösung, die im Meßkolben auf 100 ml aufgefüllt werden.
Als Blindprobe dient eine Lösung von 1 ml konzentrierter Schwefelsäure, 10 ml 30-prozentiger Natronlauge und 1 ml 0,5-prozentiger Natriumsalicylatlösung, die im Messkolben auf 100 ml aufgefüllt werden.


'''Bodenauszug'''
'''Bodenauszug'''


10 g abgesiebter Boden werden, wie oben beschrieben, mit 200 ml Fonniatlösung extrahiert.
10 g abgesiebter Boden werden, wie oben beschrieben, mit 200 ml Formiatlösung extrahiert.
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'''Bestimmung des Nitratgehaltes/Natriumsalicylatmethode'''


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Je 10 ml der Eichlösung und des zu untersuchenden Bodenextrakts (oder der zu untersuchenden Bodenextrakte) werden in ein Becherglas pipettiert. Jede Lösung wird durch einen Tropfen 3-prozentiger Natronlauge in den schwach alkalischen Bereich übergeführt. Anschließend wird 1 ml einer 0,5-prozentigen Natriumsalicylatlösung hinzugegeben.Die so vorbehandelte Probe wird nun im Trockenschrank bei 750 Celsius zur Trockene eingedampft, so dass das Nitrat in fester Form vorliegt.
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<h5 align="center">'''Bestimmung des Nitratgehaltes/Natriumsalicylatmethode'''</h5>
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|Je 10 ml der Eichlösung und des zu untersuchenden Bodenextrakts (oder der zu untersuchenden Bodenextrakte) werden in ein Becherglas pipettiert. Jede Lösung wird durch einen Tropfen 3-prozentiger Natronlauge in den schwach alkalischen Bereich übergeführt. Anschließend wird 1 ml einer 0,5-prozentigen Natriumsalicylatlösung hinzugegeben.Die so vorbehandelte Probe wird nun im Trockenschrank bei 750 Celsius zur Trockne eingedampft, so daß das Nitrat in fester Form vorliegt.


Nach den, Abkühlen wird der Rückstand mit 1 ml konzentrierter Schwefelsäure versetzt, wobei darauf zu achten ist, dass der Rückstand vollständig benetzt wird und die Schwefelsäure eingewirkt hat. Hierbei bildet die Schwefelsäure aus dem in fester Form vorliegenden Nitrat Salpetersäure, welche die gleichzeitig vorhandene Salicylsäure nitriert, so daß Nitrosalicylsäure entsteht. Nachdem die Schwefelsäure 10 Minuten lang eingewirkt hat, verdünnt man mit 6 ml destilliertem Wasser und gibt 10 ml einer 30-prozentigen Natronlauge hinzu.
Nach den, Abkühlen wird der Rückstand mit 1 ml konzentrierter Schwefelsäure versetzt, wobei darauf zu achten ist, dass der Rückstand vollständig benetzt wird und die Schwefelsäure eingewirkt hat. Hierbei bildet die Schwefelsäure aus dem in fester Form vorliegenden Nitrat Salpetersäure, welche die gleichzeitig vorhandene Salicylsäure nitriert, so daß Nitrosalicylsäure entsteht. Nachdem die Schwefelsäure 10 Minuten lang eingewirkt hat, verdünnt man mit 6 ml destilliertem Wasser und gibt 10 ml einer 30-prozentigen Natronlauge hinzu.
Die Nitrosalicylsäure reagiert mit der Natronlauge unter Bildung des gelbgefärbten Natriumnitrosalicylats. Sie wird anschließend in einen 100 ml Meßkolben überführt, wobei man das Becherglas, um eventuelle Reste mitzubekommen, ausspült und das Spülwasser ebenfalls in den Kolben überführt. Die Extinktionen der gelblich gefärbten Lösungen werden photometrisch bei einer Schichtdicke von 1 cm und einer Wellenlänge von 436 nm bestimmt. Dann wird anhand der Konzentrationen und Extinktionen der Eichlösungen die Eichkurve gezeichnet (siehe Eichkurve).Sie ermöglicht es, aus den Extinktionen der Analysenlösungen die ursprünglich vorliegenden Konzentrationen an Nitratstickstoff zu ermitteln.
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Die Nitrosalicylsäure reagiert mit der Natronlauge unter Bildung des gelbgefärbten Natriumnitrosalicylats. Sie wird anschließend in einen 100 ml Meßkolben überführt, wobei man das Becherglas, um eventuelle Reste mitzubekommen, ausspült und das Spülwasser ebenfalls in den Kolben überführt. Die Extinktionen der gelblich gefärbten Lösungen werden photometrisch bei einer Schichtdicke von 1 cm und einer Wellenlänge von 436 nm bestimmt. Dann wird anhand der Konzentrationen und Extinktionen der Eichlösungen die Eichkurve [[#Eichgrade |('''Eichgrade''')]] gezeichnet .Sie ermöglicht es, aus den Extinktionen der Analysenlösungen die ursprünglich vorliegenden Konzentrationen an Nitratstickstoff zu ermitteln.


'''Auswertungsbeispiel'''


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|<table border="1" width="100%">
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<h5 align="center">'''Auswertungsbeispiel'''</h5>
|-


|&nbsp;
* EichwertC<sub>1</sub> = 4 mg/l N --> Extinktion E<sub>1</sub>= 0,20
* Eichwert = 4 mg/l N --* Extinktion E1 = 0,20
* Eichwert C<sub>2</sub>= 8 mg/l N --> Extinktion E<sub>2</sub>= 0,24
* Eichwert C2 = 8 mg/l N --4 Extinktion E2 = 0,24
* Eichwert C<sub>3</sub>= 12 mg/1 N --> Extinktion E<sub>3</sub>= 0,39
* Eichwert C3 = 12 mg/1 N --~ Extinktion E3 = 0,39
* EichwertC<sub>4</sub> = 16 mg/l N --> Extinktion E<sub>4</sub>= 0,51
* Eichwert = 16 mg/l N --3 Extinktion E4 = 0,51


'''Extinktionen der Bodenfiltrate'''
'''Extinktionen der Bodenfiltrate'''
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* E<sub>BOB</sub>= 0,44 → → → C<sub>BOB</sub>= 14 mg/l Nitratstickstoff
* E<sub>BOB</sub>= 0,44 → → → C<sub>BOB</sub>= 14 mg/l Nitratstickstoff
|}




{| class="prettytable"
|<table border="1" width="100%">
|style="background-color:#EEE9BF ;"|
<h5 align="center">'''Erfahrungen und Konsequenzen'''</h5>
|-
|Das Verfahren ist vorteilhaft, weil es auch bei niedrigen Nitratkonzentrationen zu guten Ergebnissen führt. Außerdem werden relativ ungiftige Reagenzien verwendet (die Vorschriften über den Umgang mit Säuren und Laugen, sind selbstverständlich zu beachten!). Das Verfahren unterscheidet sich somit vorteilhaft von der DIN-Vorschrift (DIN 38 405), nach der mit Brucin analysiert wird, oder von der häufiger in der Literatur beschriebenen Methode mit Xylenol. Leider hat es auch einen erheblichen Nachteil: die nitrathaltige Lösung muß eingedampft werden. Das erfordert mehrere Stunden, so daß dieses Verfahren nur in Etappen zu handhaben ist. Bei höheren Nitratkonzentrationen müssen Eichlösungen mit höheren Konzentrationen eingesetzt werden.
|}


{| class="prettytable"
|<table border="1" width="100%">
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<h5 align="center">Informationen zum Thema</h5>
[[Bild:close-up of mole.jpg|120px]]
[http://www.geographie.ruhr-uni-bochum.de/institut/documents/Microsoft%20Word%20-%20Skript-Stickstoff.pdf| '''Der Stickstoffkreislauf''']


'''Erfahrungen und Konsequenzen'''
Das Verfahren ist vorteilhaft, weil es auch bei niedrigen Nitratkonzentrationen zu guten Ergebnissen führt. Außerdem werden relativ ungiftige Reagenzien verwendet (die Vorschriften über den Umgang mit Säuren und Laugen, sind selbstverständlich zu beachten!). Das Verfahren unterscheidet sich somit vorteilhaft von der DIN-Vorschrift (DIN 38 405), nach der mit [http://de.wikipedia.org/wiki/Brucin  '''Brucin'''] analysiert wird, oder von der häufiger in der Literatur beschriebenen Methode mit [http://de.wikipedia.org/wiki/Xylenol  '''Xylenol''']. Leider hat es auch einen erheblichen Nachteil: die nitrathaltige Lösung muß eingedampft werden. Das erfordert mehrere Stunden, so daß dieses Verfahren nur in Etappen zu handhaben ist. Bei höheren Nitratkonzentrationen müssen Eichlösungen mit höheren Konzentrationen eingesetzt werden.
'''Informationen zum Thema'''


Gliederung:
* {{wpde|Stickstoffkreislauf}}
* 1. Einleitung
* [http://fbbwu.uni-lueneburg.de/einrichtungen/labore/Chemie/Nitrat.pdf|'''Universität Lüneburg/Nitratbestimmung''' ]
* 2. Luftstickstoff-Fixierung
**2.1. Biologisch
**2.2. Technisch
**2.3. Atmosphärisch
*3 Biochemische Sickstoffumsetzungen
**3.1. Nitrifikation
**3.2. Ammonifikation
**3.3. Denitrifikation
*4. Umweltrelevanz der Stickstoffumsetzungen
*5. Versuche
**5.1. Ammonium-Bestimmung
**5.2. pH-Wert-Bestimmung
**5.3. Bestimmung der Leitfähigkeit
**5.4. Nitrat-Bestimmung
|}


'''Nitratbestimmung  (Wasser) mit der Natriumsalicylatmethode'''




{| class="prettytable"
{{Boden}}
|<table border="1" width="100%">
|style="background-color:#EEE9BF ;" |
<h5 align="center">Informationen zum Thema</h5>
[[Bild:close-up of mole.jpg|120px]]
[http://fbbwu.uni-lueneburg.de/einrichtungen/labore/Chemie/Nitrat.pdf|'''Universität Lüneburg/Nitratbestimmung''' ]
{{Hintergrund_gelb|'''Nitratbestimmung  (Wasser) mit der Natriumsalicylatmethode''']]
|}

Aktuelle Version vom 27. Februar 2019, 13:25 Uhr

Mineralböden enthalten im allgemeinen 5 bis 30 ppm Nitratstickstoff; dieser Wert kann jedoch stark schwanken. Höhere Gehalte stellen sich besonders bei übermäßiger Gülledüngung ein (Nitratbelastung des Grundwassers!). Ein ständiger Nitratnachschub erfolgt aus der bakteriellen Umsetzung der organischen Bodensubstanz. Bei einem Gehalt von 3 bis 30 % Reinstickstoff in der organischen Bodensubstanz ergibt sich ein Stickstoffvorrat im Boden von 900 bis 9000 kg N je Hektar in der Bodenkrume bis zu 20 cm Bodentiefe.

Stickstoffkreislauf im Boden

Gewinn kg N/ha und Jahr
Nachlieferung (Mineralisation) 30 bis 270
N-Bindung durch freilebende Bakterien ca.10
N-Bindung durch Knöllchenbakterien 100 200
Zufuhr aus der Atmosphäre ca. 10
Zufuhr durch organische Düngung ca. 40
Zufuhr durch anorganische Düngung ca. 60

( Durchschnittswerte in Deutschland)


Verluste kg N/ha und Jahr
Auswaschung (humide Böden) 5 bis 30
Entzug durch eine Ernte 50 bis 15o



Nitrifikation

Nitrifizierende Bakterien (Nitrobakter; Nitrosomonas)oxidieren Ammoniuem über Nitrit - zu Nitratstickstoff. Der pflanzenverfügbare Stickstoffvorrat ist im Boden überwiegend als Nitration, in geringerer Menge auch als Ammoniumion vorhanden


Laborverfahren zur Erstellung eines Nitratauszugs

Bevor ein qualitativer Nitratnachweis erfolgen kann, muss ein Bodenauszug erstellt werden.


Verfahren mit Natriumformiatlösung

34,0 g Natriumformiat werden in destilliertem Wasser gelöst. Man gibt 50 ml einer 10-molaren Ameisensäure (oder 19 ml wasserfreie Ameisensäure) hinzu und füllt auf 1000 ml mit destilliertem Wasser auf. Diese Mischung wird auf das zehnfache Volumen verdünnt und die resultierende Lösung im folgenden als "Formiat1ösung" bezeichnet. 10 g des zu untersuchenden abgesiebten Bodens werden in einem Becherglas mit 0,3 g nitratfreier Aktivkohle versetzt und dann mit 200 ml Formiatlösung aufgeschlämmt. Die Natriumformiatlösung trennt die Hydroxonium-Ionen vom Austauscherkomplex der Bodenteilchen. Sie soll bei gelegentlichem Umschwenken 15 Minuten einwirken. Danach wird abfiltriert. Das Filtrat muß farblos sein. Sollte das nicht der Fall sein, muß nochmals Aktivkohle zugesetzt, geschwenkt und abfiltriert werden. Aus dem wässrigen Auszug wird das Nitrat bestimmt.


Verfahren mit Kaliumchlorid

An Stelle der Natriumformiatlösung kann auch eine 0,1- molare Kaliumchloridlösung venwendet werden. 7,4 g Kaliumchlorid werden in destilliertem Wasser in Lösung gebracht und bis zu 1000 ml aufgefüllt. 100 g Boden werden mit 100 ml Kaliumchioridlösung versetzt. Dann umrühren, 10 Minuten einwirken lassen und abfiltrieren.

Qualitativer Nachweis mit Eisen(II)-Sulfat

Das Filtrat wird mit einigen Tropfen einer kaltgesättigten Eisen(II)-Sulfatlösung (die mit Schwefelsäure angesäuert wird) versetzt und vorsichtig mit konzentrierter Schwefelsäure unterschichtet. An der Grenzfläche der beiden Flüssigkeiten bildet sich bei Anwesenheit von Nitrationen ein brauner Ring.

Natriumsalicylatmethode zur quantitativen Bestimmung des Nitratstickstoffs

Die Bestimmung des Nitratstickstoffs erfolgt photometrisch nach der Natriumsalicylatmehthode, wobei das Nitrat in das Natriumsalz der Nitrosalicylsäure überführt wird. Die Farbintensität der gelb gefärbten Lösung dieses Salzes wird kolorimetrisch bestimmt. Anhand einer Eichkurve (nur die Eichgrade kommt zur Anwendung) lässt sich daraus auf die Konzentration des Nitratstickstoffs im eingesetzenten Bodenextrakt schließen.

Reagenzien

  Untersuchungsmaterialien

  • Messkolben (1000 mi)
  • Erlenmeyerkolben (100 ml)
  • Bechergläser (50 ml)
  • Pipetten und/oder Büretten
  • Tropfengeber
  • Trockenschrank

  Ansetzen der Eichlösung

Zum Vergleich der konzentrationsabhängigen Farbabstufungen stellt man eine Eichreihe auf. Beispiel   Man setzt eine Lösung an, die 10 g N/l Nitratstickstoff enthält. Dazu werden 72,14 g Kaliumnitrat (KNO3) in Formiat­lösung bis auf 1000 ml aufgefüllt (Stammiösung).


Berechnung der Kaliumnitratmenge   Kaliumnitrat Molmasse (abgerundet)

  •    m (1 mol K-Atomne) =39 g
  •    m (1 mol N-Atome) =14 g
  •    m (3 mol 0-Atome) = 48 g
  •    m (1 mol KNO3)= 101 g

14 g Stickstoff sind in 101 g Kaliumnitrat enthalten.

10g Stickstoff sind in 101 x 10 / 14= 72,14 g Kaliumnitrat enthalten  

Eichgrade


Verdünnungsreihe

10 ml der Stammiösung werden auf 1 Liter aufgefüllt; es resultiert eine Lösung mit einem Nitratstickstoffgehalt von 100 mg/l. Von dieser Lösung werden 4 ml, 8 ml, 12 ml, 16 ml, 20 ml und 24 ml in je ein 100-ml-Kölbchen pipettiert und auf 100 ml aufgefüllt. Die Gehalte an Nitratstickstoff betragen dann 4, 8, 12, 16, 20 und 24 mg/l.

Blindprobe

Als Blindprobe dient eine Lösung von 1 ml konzentrierter Schwefelsäure, 10 ml 30-prozentiger Natronlauge und 1 ml 0,5-prozentiger Natriumsalicylatlösung, die im Messkolben auf 100 ml aufgefüllt werden.

Bodenauszug

10 g abgesiebter Boden werden, wie oben beschrieben, mit 200 ml Formiatlösung extrahiert.


Bestimmung des Nitratgehaltes/Natriumsalicylatmethode

Je 10 ml der Eichlösung und des zu untersuchenden Bodenextrakts (oder der zu untersuchenden Bodenextrakte) werden in ein Becherglas pipettiert. Jede Lösung wird durch einen Tropfen 3-prozentiger Natronlauge in den schwach alkalischen Bereich übergeführt. Anschließend wird 1 ml einer 0,5-prozentigen Natriumsalicylatlösung hinzugegeben.Die so vorbehandelte Probe wird nun im Trockenschrank bei 750 Celsius zur Trockene eingedampft, so dass das Nitrat in fester Form vorliegt.

Nach den, Abkühlen wird der Rückstand mit 1 ml konzentrierter Schwefelsäure versetzt, wobei darauf zu achten ist, dass der Rückstand vollständig benetzt wird und die Schwefelsäure eingewirkt hat. Hierbei bildet die Schwefelsäure aus dem in fester Form vorliegenden Nitrat Salpetersäure, welche die gleichzeitig vorhandene Salicylsäure nitriert, so daß Nitrosalicylsäure entsteht. Nachdem die Schwefelsäure 10 Minuten lang eingewirkt hat, verdünnt man mit 6 ml destilliertem Wasser und gibt 10 ml einer 30-prozentigen Natronlauge hinzu.

Die Nitrosalicylsäure reagiert mit der Natronlauge unter Bildung des gelbgefärbten Natriumnitrosalicylats. Sie wird anschließend in einen 100 ml Meßkolben überführt, wobei man das Becherglas, um eventuelle Reste mitzubekommen, ausspült und das Spülwasser ebenfalls in den Kolben überführt. Die Extinktionen der gelblich gefärbten Lösungen werden photometrisch bei einer Schichtdicke von 1 cm und einer Wellenlänge von 436 nm bestimmt. Dann wird anhand der Konzentrationen und Extinktionen der Eichlösungen die Eichkurve (Eichgrade) gezeichnet .Sie ermöglicht es, aus den Extinktionen der Analysenlösungen die ursprünglich vorliegenden Konzentrationen an Nitratstickstoff zu ermitteln.

Auswertungsbeispiel


  • EichwertC1 = 4 mg/l N --> Extinktion E1= 0,20
  • Eichwert C2= 8 mg/l N --> Extinktion E2= 0,24
  • Eichwert C3= 12 mg/1 N --> Extinktion E3= 0,39
  • EichwertC4 = 16 mg/l N --> Extinktion E4= 0,51

Extinktionen der Bodenfiltrate

  • EBOA = 0,2 → → → CBOA = 6 mg/l Nitratstickstoff
  • EBOB= 0,44 → → → CBOB= 14 mg/l Nitratstickstoff



Erfahrungen und Konsequenzen

Das Verfahren ist vorteilhaft, weil es auch bei niedrigen Nitratkonzentrationen zu guten Ergebnissen führt. Außerdem werden relativ ungiftige Reagenzien verwendet (die Vorschriften über den Umgang mit Säuren und Laugen, sind selbstverständlich zu beachten!). Das Verfahren unterscheidet sich somit vorteilhaft von der DIN-Vorschrift (DIN 38 405), nach der mit Brucin analysiert wird, oder von der häufiger in der Literatur beschriebenen Methode mit Xylenol. Leider hat es auch einen erheblichen Nachteil: die nitrathaltige Lösung muß eingedampft werden. Das erfordert mehrere Stunden, so daß dieses Verfahren nur in Etappen zu handhaben ist. Bei höheren Nitratkonzentrationen müssen Eichlösungen mit höheren Konzentrationen eingesetzt werden.


Informationen zum Thema

Nitratbestimmung (Wasser) mit der Natriumsalicylatmethode