پیدایش

مقدمه :

از كاتيون هاي آب آبياري و خاك كه مورد سنجش قرار مي گيرند K⁺ و Na⁺ از آنجا كه كاتيون سديم با تحرك زياد خود و نيز با غلظت بحراني خيلي كم، در قليايي كردن شديد محيط عامل موثري است، لذا در بررسي ها سهم جذبي آن نسبت به كاتيون هاي كم ضرر تر مانند Ca⁺ و Mg⁺ و يا نسبت درصدي آن نسبت به كل كاتيون هاي موجود محاسبه مي گردد.

سديم بر خلاف پتاسيم، در مواقعي كه به مقدار زياد وجود داشته باشد، يعني حداقل بيشتر از 15% كل كاتيون هاي تبادلي را تشكيل دهد، از نظر شيميايي مورد توجه است. سديم تا اين مقدار مي تواند در نواحي طغيان زده توسط آب دريا، در نواحي خشك كه نمك ها به طور طبيعي تجمع يافته اند و در خاكهايي كه با آبهاي غني از سديم آبياري شده اند، تجمع يابد. وجود سديم در خاك به عنوان يك عامل مخرب ساختمان و در نتيجه كاهش دهنده ي نفوذ پذيري، ذخيره ي رطوبتي خاك و ... مطرح است. بطوريكه در مواقعي كه مقدار سديم تبادلي از 10 تا 20 درصد ظرفيت تبادلي خاك تجاوز كند، حركت آب در داخل بسياري از خاكها متوقف مي شود. مقادير كمتر سديم در خاكهاي ريز بافت به ويژه خاكهايي كه حاوي مقادير قابل توجهي رس متورم هستند، نقش اين عمل را به عهده دارند. مقادير بسيار زياد سديم تبادلي مي تواند در جهت ازدياد نفوذ پذيري به آب در خاك هاي انبساط و انقباض پذير نيز عمل كند، زيرا شكاف هاي وسيعي كه در چنين خاك هايي ايجاد مي شود به آب امكان نفوذ مي دهد. خاكهاي شني با مقادير 30% سديم تبادلي را مي توان به زير كشت در آورد. در چنين خاك هايي مقدار زياد سديم با كند كردن نفوذ پذيري خاك، در حد معقول و قابل كنترل مي تواند مفيد واقع شود.

سديم براي رشد گياهان لازم نيست؛ لذا اندازه گيري اين عنصر به منظور مطالعات تغذيه اي نمي باشد، بلكه عمدتاً براي مقابله با خطرات احتمالي ناشي از زيادي سديم در خاك ها مطالعه انجام مي شود. البته سديم مي تواند جايگزين بخشي از نياز هاي K⁺ شود. تمامي گياهان از نظر عكس العمل در مقابل سديم يكسان نيستند. يك دسته از گياهان مانند مركبات از دريافت سديم هيچگونه بهره اي نمي برند و در مقابل دسته ي ديگري مانند چغندر قند در غياب پتاسيم مي توانند بخوبي از سديم استفاده كنند، ولي وقتي پتاسيم موجود باشد، اثر سديم در اين گياهان ناچيز است. دسته ي سوم گياهاني هستند مانند علف هاي خاك شور از جمله ساليكورينا كه غيبت يا حضور پتاسيم، مقدار بيشتر ي سديم نسبت به پتاسيم جذب مي كنند.

برعكس سديم كه عنصر لازم براي رشد گياهان نيست؛ پتاسيم سومين عنصر كودي مهم بعد از نيتروژن و فسفر است. بسياري از خاكهاي مناطق مرطوب و معتدل قادر به تامين كافي پتاسيم براي محصولات زراعي نيستند.

اگرچه پتاسيم يك كاتيون تك ظرفيتي است، اما غلظت آن در محلول هاي خاك نسبت به پتاسيم تبادلي به علت جذب سطحي قوي پتاسيم توسط كاني هاي سيليكاته ورقه اي 2:1 در حد بيشتري قرار دارد. تبادل بين محلول خاك و فضاي بين لايه هاي اين كاني ها اغلب كم است، به همين علت است كه با وجود منابع غني پتاسيم در ساختار رس ها، بايد كود هاي پتاسه به خاك اضافه شود، زيرا سرعت رها سازي پتاسيم در محلول خاك خيلي كم مي باشد. بعضي خاك ها داراي كفايت لازم براي تامين پتاسيم گياهان هستند. خاك هاي مناطق گرمسيري كه از گدازه هاي آتشفشاني بوجود آمده اند ميتوانند، تا حدود 250 كيلوگرم در هكتار K⁺ در طي ساليان متمادي بدون هيچگونه فقر قابل ملاحظه اي در خاك فراهم كنند.

پتاسيم مناسب ترين كاتيون تك ظرفيتي براي فعال كردن آنزيم هاي گياهي است، چون علاوه بر اينكه غلظت آن در سلول و مقدارش در طبيعت زياد است، داراي تحرك زيادي در داخل گياه مي باشد. اثرات متقابل مفيدي بين ازت و پتاسيم وجود دارد كه نتيجه ي تاثير فلزهاي قلياء در ساخت پروتئين است. پتاسيم بر خلاف عناصر غذايي ديگر بصورت تركيبات غير يوني و يا كمپلكس هاي آلي در ساختمان سلول ديده نمي شود. پتاسيم به صورت يك يون K⁺ از محلول جذب مي شود و جذب آن به وسيله ي گياه به غلظت آن در محلول به شدت بستگي دارد.

جذب پتاسيم به صورت فعال و بر خلاف شيب غلظت صورت مي گيرد. مگر آنكه غلظت پتاسيم در محلول اندك باشد. پتاسيم با بسياري از آنزيم هاي در گير در فتوسنتز و ساخت و انتقال تركيبات آلي همراه مي باشد. جذب نسبي پتاسيم در ابنداي فصل رويش معمولاً در مقايسه با نيتروژن و فسفر بيشتر است.

چون با افزايش تعداد و نسبت سديم محلول در آب، كيفيت آب شديداً پايين مي آيد در عمل نسبت Na به Ca + Mg بايد از رقم يك خيلي پايين تر باشد. در ارزيابي نسبت كاتيون هاي موجود در آب آّبياري، مقايسه هاي نسبي مختلف بيان مي شود مثلاً برخي تجربيات قبلي تاكيد داشتند كه هنگام محاسبه نسبت سديم بين كاتيون هاي قابل تبادل كل نبايد نسبت Na به (Ca + Mg + Na + K) از مرز 0.5 تجاوز كند. از اين نظر يك آب با غلظت گمتر ولي داراي نسبت سديم بيشتر ممكن است از يك آب داراي غلظت بيشتر و سديم كمتر مضر تر باشد.

مقدار سديم و پتاسيم از طريق دستگاه فلم فتومتر اندازه گيري مي شود.

از آنجايي كه هر عنصري كيفيت نور مخصوص خود را دارد، از اين طريق عناصر قابل شناسايي اند. براي اندازه گيري عناصر در آزمايشگاه عناصر مورد نظر رابصورت محلول در آورده و پس از تبديل به ذرات كوچك، آن را مي سوزانند. جسم مورد نظر در هنگام سوختن طيف مخصوصي از خود ساطع مي كند. طيف در اثر عبور يا برخورد با دستگاه هاي الكترونيك به امواج الكتريكي تبديل مي شود. شدت امواج الكتريكي را توسط دستگاه گيرنده و ثبات تعيين، سپس مقدار عناصر را با مقايسه محلول هاي استاندارد تعيين مي كنند. در فلم فتومتري تمام عناصر معدني را به حالت خالص مي توان توسط فلم تعيين كرد، ولي چون محلول هاي خاك، سنگ وگياه، محيط مختلطي است، دامنه استفاده آن در تجزيه خاك محدود و در اكثر موارد شامل پتاسيم و سديم است، زيرا تداخل امواج در اكثر عناصر باعث كاهش حساسيت مي شود.

به علت صرفه جويي در وقت و سهولت عمل اندازه گيري كاتيون ها بيشتر توسط فتومتر انجام مي گردد. روش فتومتري را ميتوان در اندازه گيري كاتيون ها در عصاره خاك از جمله اندازه گيري ظرفيت تبادل كاتيوني خاك، كاتيون هاي قابل تبادل، عصاره اشباعي و همچنين تجزيه آب آبياري، زه آب ها و ... به كار برد.

مناسب ترين روش براي اندازه گيري سديم و پتاسيم روش فتومتري است.

در اين روش عناصر موجود در محلول توسط شعله به اتم يا يون تجزيه شده و تحريك مي شوند و الكترونها انرژي حرارتي را جذب نموده و به مدار دورتري از هسته اتمي صوق داده مي شوند. در طي بازگشت به حالت پايدار و كم انرژي اوليه ، الكترون ها مقدار انرژي جذب شده را از دست داده و اين مقدار انرژي به صورت امواج الكترومغناطيسي ساطع مي شود.

با استفاده از دستگاه فتوسل انرژي رها شده اندازه گيري مي شود. شدت تشعشعات رابطه مستقيم با غلظت عناصر دارد و بنابراين با تعيين شدت نور ومقايسه، با محلول استاندارد در شرايط مشابه مي توان به غلظت يك عنصر در محلول يا عصاره پي برد. جهت تفكيك تشعشعات عناصر از يك ديگر ، فيلتر يا طول موج خاصي براي هر عنصر به كار برده مي شود.

همچنين جهت به دست آوردن پتاسيم موجود در عصاره خاك، عصاره را بدون رقيق سازي توسط دستگاه فلم فتومتر قرائت كرده و غلظت پتاسيم برحسب ppm نيز با قرار دادن عدد قرائت شده در معادله استاندارد پتاسيم دستگاه فلم فتومتر به دست مي آيد.

نشر شعله ای يا فلیم فتومتر Flame photometer

دستگاهي است كه جهت اندازه گيري فلزاتی مانند : كلسيم ، سديم ، پتاسيم ، ليتيم و باریم بكار می رود.فليم فتومتر شبيه اسپكتروفتومتر و يا فتومتر ساده است ، با اين تفاوت كه در فتومتر، لامپ الكتريكی ، و در فلیم فتومتر نور حاصل از شعله بعنوان منبع نور محسوب مي شود . همچنين فتومتر يا اسپكتروفتومتر ، ميزان نور جذب شده توسط محلول را اندازه گيری می نمايد ، در حاليكه فليم فتومتر نور حاصل از سوختن فلز را مستقيماً اندازه گيری می كند .

اساس كار فلیم فتومتر ( فتومتر شعله ای ) :

هنگامی كه نمك های فلزی(metallic salts) در داخل شعله گداخته می شود ، انرژی گرمايی جذب اتم فلزمی شود و سبب می گردد تا يك يا تعداد بيشتری الكترون از اربتيال های خود خارج شوند ، زمانيكه الكترونهای مذكور به سطح الكترونی خود برمی گردند نوری از خود ساطع می نمايند كه مختص آن فلز است بعبارت ديگر طيف نشری هر فلز منحصر بفرد است .

در يك فليم فتومتر بطوركلی يك گاز اشتعال پذير ( گاز طبيعی مايع ) با يك عامل اكسيد كننده ( هوای فشرده ) مشتعل گرديده و توليد شعله می نمايند . نمونه رقيق شده از طريق هوای فشرده از انتهای لوله موئينه بصورت پودري ، وارد شعله شده و گداخته مي شود ، نور حاصل از احتراق پس از عبور از فيلتر مخصوص خود به صورت يک تک رنگ از عدسی عبور کرده و به سلول فتوتيوب برخورد مي‌کند . سلول فتوتيوب نور را دريافت کرده و ولتاژي متناسب با شدت آن ايجاد مي كند كه اين ولتاژ پس از تقویت ، بوسیله گالوانومتر قابل اندازه‌گيري است . اساس اندازه‌گيري مقايسه‌اي بوده و عدد خوانده شده مقایسه ای است بین نمونه Blank که مشخص کننده صفر است ، با يک نمونه استاندارد با غلظت معين .

اجزاء دستگاه فتومتر شعله ای ( فلیم فتومتر ) :

1 ) منبع نور ( شعله ) و نبولايزر، شامل بخش مكنده است كه نمونه مورد آزمايش بوسيله آن وارد شعله مي شود .

2 ) فيلتر و عدسيها

3 ) دتكتور ( فتوسل )

4 ) نمايشگر و چاپگر

5 ) كمپرسور هوا

6 ) منبع گاز

در شکل زیر تصویر یک فتومتر شعله ای یا فلیم فتومتر را مشاهده می کنید :

نمایش شماتیک یک دستگاه فلیم فتومتر Flame photometer:

چندین عامل می تواند در شدت نور منتشره از محلول آزمایش موثر واقع شود که از آن میان می توان عوامل زیر را نام برد :

1 ) ویسکوزیته ( گرانروی ) : اضافه نمودن موادی که باعث افزایش ویسکوزیته می شوند مانند ساکاروز ، شدت نور نشری را کاهش می دهند . و همچنین در عمل اتم سازی ( Atomization ) ، نیز اثر می گذارند .

2 ) حضور اسیدها : عموماً اسیدها باعث کم شدن شدت نور منتشره می شوند و آنچه که محقق است اثر آنیونی اسید است که در تعادل تفکیک نهایی نمک تبخیر شده ، باعث مزاحمت می شود .

3 ) حضور فلزات دیگر : ظاهراً با قرار دادن یک صافی می توان نتایج قابل قبولی گرفت ، و اثری را که یونهای دیگر ممکن است در تابش شعله داشته باشند ، می توان به این ترتیب حذف کرد . از این رو بدیهی است که محلولهای استانداردی جهت تنظیم دستگاه لازم خواهد بود که وجه تشابهی با محلول مورد آزمایش را داشته باشند .

بخش تجربی :

وسایل آزمایش :

بالون 100 سي سي ، بالون 50 سي سي ، پيپت حبابدار، دستگاه فلم فتومتر

موا شيميايي لازم :

محلول مادر پتاسيم (Stock solution) با غلظت 1000 ppm، محلول هاي استاندارد 5 ، 10 ، 15 و 20 ppm پتاسيم

روش کار :

تهیه نمونه خاک

مقدار 5 گرم خاک خشک را که از الک 2 میلیمتری رد شده را داخل یک ارلن 250 میلی لیتری ریخته سپس cc 100 محلول استات آمونیوم نرمال به آن اضافه می کنیم خوب تکان داده 24 ساعت(یک شب) در داخل آزمایشگاه گذاشته سپس با استفاده از دستگاه فلیم فتومتر مقدار پتاسیم خاک را تعین می کنیم .

روش استفاده از دستگاه

ابتدا دستگاه را روشن کرده پس از 15 دقیقه که دستگاه گرم شد آب مقطر را به دستگاه داده پیچ شاهد یا Blank را روی صفر تنظیم می کنیم پس از آن تک تک استانداردها را از رقیق به غلیظ به دستگاه داده ، قرائت های مربوطه را یادداشت می کنیم . سپس نمونه خاک را به دستگاه داده و عدد مربوطه را یادداشت می کنیم . به کمک اعداد بدست آمده و استاندارها آنها را بر روی نمودار برده و نقاط بدست آمده را به هم وصل واز اتصال عدد قرائت شده نمونه خاک و امتداد آن غلظت سدیم و پتاسیم خاک بدست می آید .غلظت در محور X قرائت ها در محور Y.

اندازه گیری پتاسیم محلول در خاک

ابتدا محلول استانداردهای 5 . 10 . 20 . 25 پتاسیمرا تهیه می کنیم . سپس در 4 بالن 100 میلی لیتری مقدار 5 ، 10 ، 20 ، ، 25 ppm از استاندار ppm 100 تهیه شده را ریخته سپس با استات آمونیوم نرمال به حجم می رسانیم .

برای انجام آزمایش از استاندار های 5 . 10 . 20 . 25 استفاده و سپس محلول خاک را مورد آزمایش قرار می دهیم .عدد بدست آمده از نسبت 1 به 1 نمونه مورد آزمایش پس قرار گرفتن در زیر دستگاه در رنج بین 0 تا 25 قرار داشت.

محاسبات:

عدد به دست آمده در دستگاه فیلم فتومتر 34 می باشد . با توجه به نمودار بالا مقدار پتاسیم برابرppm 11 می شود.

با توجه به اينكه نمونه مورد نظر 20 برابر رقيق شده است پس:

K⁺ppm = 11 × 20 = 220 ppm

عوامل خطا:

1- خطاي وسايل اندازه گيري از جمله پيپت و بالون ژوژه كه هركدام داراي مقداري خطا مي باشند.

2- خطا در برداشتن حجم مورد نظر از نمونه.

3- خطا در محلول سازي ها و تهيه محلول هاي مادر و استاندارد.

4- مواد استفاده شده ممكن لست داراي مقداري ناخالصي باشد كه در نتايج آزمايش تاثير گذار است.

بحث و نتیجه گیری :

میزان مصرف پتاسیم در گیاهان بعد از نیتروژن بیشتر از سایر عناصر می باشد و خاکهای ایران دارای منبع غنی پتاسیم است که در نتیجه احتیاجی به دادن کود پتاسیم به خاک نمی باشد .

پتاسيم موجود در خاك از جمله عناصر غذايي مورد استفاده در گياهان است كه كمبود آن مي تواند براي رشد گياهان محدوديت ايجاد كند.

مقدار پتاسيم به دست آمده براي خاك مورد آزمايش(74.342 ppm) نشان مي دهد كه اين خاك از لحاظ مقدار پتاسيم با توجه به تقسيم بندي هاي ذكر شده در گروه خاكهاي با پتاسيم كم قرار مي گيرد.

منابع:

www.az0098.blogfa.com -

-جعفري حقيقي،م. 1383. روش هاي تجزيه خاك، ساري:انتشارات نداي ضحي.

-الياس آذر، خ. 1381. اصلاح خاك هاي شور و سديمي، انتشارات جهاد دانشگاهي اروميه .

- ملكوتي،م و م،همايي. 1382. حاصلخيزي خاك هاي مناطق خشك و نيمه خشك،چاپ دوم. انتشارات دانشگاه تربيت مدرس.

-جعفري، م. 1381. خاك هاي شور در منابع طبيعي، انتشارات دانشگاه تهران.

-برزگر، ع. 1383. خاك هاي شور و سديمي شناخت و بهره وري، انتشارات دانشگاه شهيد