Nutrição Mineral de Plantas

ANÁLISE

QUÍMICA

DE

PLANTAS

Prof. Dr. Rafael L. F. Vasconcellos Email: rlfvasc@usp.br

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Departamento de Ciência do Solo

ETAPAS

1.

Conceito e objetivos

2.

Lavagem de Vidrarias

i. Macro e Micronutrientes 3.

Preparo da amostra

4.

Digestão

i. Via Seca ii. Via úmida

5.

Determinação dos elementos

i. ICP-OES (K, Ca, Mg, S, Cu, Fe, Mn e Zn) ii. Destilação Kjeldahl e Titulação (N)

iii. Digestão via seca e colorimetria iv. Colorimetria (P)

CONCEITO

Avaliar o estado nutricional das plantas

• Diagnosticar desequilíbrio nutricional

• Confirmar sintomas visuais e auxiliar a recomendação

de fertilizantes

• Identificar eficiência de absorção

• Avaliar a mobilidade, redistribuição, armazenamento e

Eu coloco o ácido na

água ou a água no ácido?

VIDRARIA

menisco

LAVAGEM

DE

VIDRARIA

•

Macronutrientes

1. Detergente para laboratório 2. Água torneira 3. 2 x água deionizada •

Micronutrientes

1. Detergente o para laboratório 2. Água torneira 3. 2 x água destilada 4. HCl 10% 5. EDTA 10 % pH 8.0 6. 2 x água deionizada

AMOSTRA VEGETAL

PREPARADA

Folhas e outras partes coletadas - armazenar em

papel

Iniciar processo de Análise no máximo 2

dias após a coleta

Lavar em água corrente e passar em água destilada

Secar a no máximo a 60°C peso constante

(cuidado com a temperatura – perda de

N)

Moinho de facas Peneira 1mm (20 – 40 _mesh) fresco, em frascos ou Armazenar em local

sacos plásticos herméticos

moinho de faca tipo willey

PREPARO DOS EXTRATOS

Objetivo

Retirar os elementos

ligados a parte

orgânica do material

vegetal

Amostra

(Pesagem)

Digestão úmida

Digestão Nitroperclórica Teor P,K,Ca,Mg,S,Cu, Fe,Mn,Zn Digestão H₂SO₄ + Destilação e Titulação

N

Digestão

Seca

Incineração + Extração HCl Teor de Aℓ, B, Ca, Cd, Cℓ, Cr, Co, Cu, Fe, K, Mg,

Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, S, Se, Si e Zn

Sem

Digestão

B, Ca, Cd, Co, Cu, K, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb e Zn

DIGESTÃO ÚMIDA

Ponto de ebulição: H₂SO₄ (338°C) HClO₄ (208°C) HNO₃ (85°C) Bloco Digestor Digestão a frio Dispensador de volumes – H2O

• A matéria orgânica do tecido vegetal é oxidada em ácidos minerais.

• Os ácidos sozinhos ou em mistura mais utilizados são HCl, HNO3, HClO4 e H2SO4

Mistura HNO3 + HCℓO4 (3:1): folhas, sementes, raízes, caules,

cascas

Sementes com alto teor de óleo – pré-digestão a frio HNO₃ e H₂O₂ – evitar explosão

Mistura HNO₃ + HCℓO₄ + H₂SO₄ (3:1:1): alto teor de cinza, madeira – palha – não se avalia Ca, S e Cl.

Mistura H₂SO₄ + H₂O₂ (Kjeldah): Determinação de N total ou proteína total e P total.

Desvantagem: maior consumo de reagentes e a poluição do ambiente

com gases e vapores tóxicos.

Para a determinação de nitrogênio, e utilizada a digestão sulfúrica e, para a determinação de Aℓ, Ca, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, P, Pb, S e Zn, e

DIGESTÃO ÚMIDA

Via úmida

Digestão Nitroperclórica Teor P, K, Ca, Mg, S, Cu, Fe, Mn, Zn Ponto de ebulição: H₂SO₄ (338°C) HClO₄ (208°C) HNO₃ (85°C) Bloco Digestor i. Pesar 1 g de amostra

ii. Adicionar 5 ml de HNO₃ – Digestão a frio Overnight (12 horas)

iii. Adicionar 5 ml de HNO₃

iv. Adicionar os tubos no bloco digestor – reduzir o volume para metade aprox. (90 graus 30 min – 120 graus – vapor cor marrom de oxido de N.).

Não deixar secar –Deixar esfriar DIGESTÃO PARCIAL

v. Adicionar 2 ml de Ácido Perclórico (HClO₄) vi. Aquecer o bloco gradativamente – 180 graus –

maiores T ocorrem perdas de nutrientes até extrato incolor – vapor - 2 horas

vii. Esfriar e completar o volume até 50 ml com água deionizada

Digestão a frio

Dispensador de volumes – H2O

DIGESTÃO ÚMIDA POR MICRO-ONDAS

(SISTEMA FECHADO)

• Ácido Nítrico 65% (5 ml) • 500 mg de amostra • 170 a 180 graus- 20 a 25 bar • Tempo 10 minutos

Permite a análise dos seguintes elementos: Aℓ, Ca, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, P,

Pb, S e Zn.

Vantagem

• Menor contaminação externa • Reduzido consumo de HNO3 • Sem desprendimento de gases

Desvantagem

EXTRAÇÃO EM SOLUÇÃO HCL – SEM DIGESTÃO

Solubiliza elementos químicos sem oxidação da matéria orgânica

Analisa: B, Ca, Cd, Co, Cu, K, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb e Zn

Procedimento

1. 400 mg de amostra

2. Adicionar 20 ml de solução HCl 1 mol/L em frasco de vidro cilíndrico

3. Anotar a massa em balança

4. Aquecer 15 minutos 80 graus em banho maria 5. Agitar 45 minutos – 250 rpm

6. Repor a agua perdida pela evaporação – via balança 7. Filtrar em filtro 15 mm (extrato A) - B, Mn, Cu e Zn

8. Extrato B – transferir 1 ml do extrato A e volume final de 20 ml com água destilada - K, Na, Ca, e Mg

Vantagem: sem produção de gases e vapores tóxicos | não usa aparelhos específicos

como bloco digestor

DETERMINAÇÃO ICP-OES

• Espectrômetro de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente

Leitura – mg/L

Cálculo da Concentração dos Elementos Exemplo 40 mg de Fe / L na amostra (mg/kg) 40 mg ---- 1000 ml X ---- 50 ml X ---- 2mg 50 ml 1g _{1g de amostra teremos 2 mg} 2 mg/ g  2 g/kg ou 2000mg/kg

PREPARO DOS EXTRATOS

Objetivo

Retirar os elementos

ligados a parte

orgânica do material

vegetal

Amostra

(Pesagem)

Digestão úmida

Digestão Nitroperclórica Teor P,K,Ca,Mg,S,Cu, Fe,Mn,Zn Digestão H₂SO₄ + Destilação e Titulação

N

Digestão

Seca

Incineração + Extração HCl Teor de Aℓ, B, Ca, Cd, Cℓ, Cr, Co, Cu, Fe, K, Mg,

Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, S, Se, Si e Zn

Sem

Digestão

B, Ca, Cd, Co, Cu, K, Mg, Mn, Na, Ni, P, Pb e Zn

DIGESTÃO SULFÚRICA - NITROGÊNIO

Reagentes e equipamentos

i. H₂SO₄ ii. Na₂SO₄.10H₂O iii. CuSO₄.5H₂O iv. Na₂SeO₃ v. Amostras de planta vi. Tubos e Bloco digestor vii. Destilador

viii. NaOH 18 mol/L ix. H₂SO₄ 0,014 mol/L

x. Solução de ácido bórico + indicador

Preparo -H₂SO₄+ catalisadores + sais (mistura digestora)

I. 48,5 g Na₂SO₄.10H₂O (sal) II. 175 mL água destilada

III. 4 g CuSO₄.5H₂O (catalisador) IV. 3,6 g Na₂SeO₃(catalisador) V. 200 mLH₂SO₄ concentrado

Preparar em gelo – esfriar e completar volume

para 1 L com água

Preparo -Solução de ácido bórico + indicador (indicador)

20g H₃BO₃em 1 L água destilada

15 mL de solução alcoólica de verde de bromocresol 0,1% + 6 mL de solução alcoólica de vermelho de metila 0,1%.

DIGESTÃO SULFÚRICA - PROCEDIMENTO

1. Pesar 0,2 g de amostra no tubo digestor

2. Adicionar 15 mL de mistura digestora

3. No bloco digestor, aumentar de 50°C em 50°C

até 350°C, 3h.

Bloco Digestor Bloco Digestor

(NH

4

)

2

SO

4

CH2NH2COOH + 3 H2SO4 → 2CO2 + 3SO2 + 4H2O + NH3

D I G E S T Ã O S U L F Ú R I C A – D E T E R M I N A Ç Ã O D E N

Informações úteis

• NH₄+ predomina em meio ácido • NH₃ predomina em meio alcalino

• Concentração de N total de 1 a 50 g/kg. • Mais comum de 10 a 30 g/kg.

Copo para NaOH

Tubo digestor Saída

DESTILADOR MANUAL DE NITROGÊNIO

(NH4)2SO4 + NaOH → Na2SO4 + 2 NH3 + 2 H2O

D I G E S T Ã O S U L F Ú R I C A – P RO C E D I M E N T O D E D E S T I L A Ç Ã O

1. Adicionar 25 mL água destilada ao tubo digestor (frio).

2. Graduar o copo de entrada do destilador a 10-15mL e aquecer a

água do equipamento.

3. Pipetar 10 mL solução de ácido bórico + indicador em um

Erlenmeyer e colocar na saída do aparelho.

4. Colocar o tubo digestor com amostra na entrada, com duas

torneiras abertas

5. Fechar torneira superior e adicionar 15 mL NaOH 18 mol/L no

copo. Abrir lentamente a torneira, admitindo a soda.

6. Fechar ambas torneiras e subir a temperatura.

7. Destilar a amostra do tubo digestor até dobrar o volume do

ácido bórico + indicador no Erlenmeyer.

D I G E S T Ã O S U L F Ú R I C A – T I T U L A Ç Ã O

1. Titular a amônia destilada com H₂SO₄ 0,014 mol/L até que a

solução vire de verde para vermelho

2. Anotar o volume de ácido gasto

3. Fazer brancos (sem material vegetal) no final.

CÁLCULO DO NITROGÊNIO TOTAL

Quanto maior o volume de ácido gasto na amostra problema, maior % N na amostra

(NH4)2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O → (NH4)2SO4 + 4 H3BO3

DIGESTÃO POR VIA SECA

• Incineração: Mufla (450 a 550°C)

Determina: Aℓ, B, Ca, Cd, Cℓ, Cr, Co, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, S, Se, Si e Zn

• 500 mg amostra

• Manter temperatura 500 graus por 3 horas – desligar e esfriar • Adicionar HNO3 1 mol/L (Aℓ, B, Ca, Cd, Cℓ, Cr, Co, Cu, Fe, K,

Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, S, Se e Zn)

• Si – transferir as cinzas para frascos de polietileno 50 ml e

adicionar 5 ml de NaOH 10% - espectrofotometria

Vantagens: simplicidade de execução, possibilidade da determinação de vários elementos

Desvantagens: lentidão, trabalhoso (filtração),

dificuldade de automação, possibilidade de perdas de elementos por volatilização

DIGESTÃO POR VIA SECA

Incineração em mufla :B, Co e Mo.

Boro

1. 550°C x 3h 2. Esfriar e adicionar 10mL HCl 3. Colorimetria da azometina-H.

Cobalto e Molibdênio

1. 550°C x 3h 2. Esfriar e adicionar 5mL HCl 3. 10 mL HCl.

4. Filtrar e limpar 3x10mL água 5. Adicionar 10mL água

Cobalto

Colorimetria do sal nitroso-R.

Molibdênio

Tiocianato