DIGITALNA ARHIVA ŠUMARSKOG LISTA
prilagođeno pretraživanje po punom tekstu




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 37     <-- 37 -->        PDF

IZVORNI I ZNANSTVENI ČLANCI – ORIGINAL SCIENTIFIC PAPERS Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
UDK 630* 425 (001)


ATMOSFERSKA TALOŽENJA U ŠUMSKIM EKOSUSTAVIMA EUROPE I ISTRAŽIVANJE
NOVIH METODA ODREĐIVANJA FOSFORA I AMONIJAKALNOG DUŠIKA
U OKVIRU ICP FORESTS PROGRAMA


ATMOSPHERIC DEPOSITION IN FOREST ECOSYSTEM OF EUROPE AND RESEARCH
OF NEW METHODS FOR DETERMINATION OF PHOSPHORUS AND
AMMONIA WITHIN A FRAMEWORK OF ICP FORESTS


Tamara JAKOVLJEVIĆ*, Katarina BERKOVIĆ**, Gabriele TARTARI***,
Boris VRBEK*, Jasna VORKAPIĆ-FURAČ**


SAŽETAK: U sklopu programa ICP Forests, provode se intenzivna i stalna
motrenja stanja šumskih ekosustava Europe s posebnim osvrtom na atmosferska
taloženja.Istražuju se nove metode određivanja pojedinih kemijskih elemenata
zbog specifičnosti uzoraka. Fosfor i dušik su za biosferu elementi od
najveće važnosti. Stoga je određivanje koncentracija fosfora i dušika od neprocjenjive
važnosti u poznavanju, kontroli i modeliranju biokemijskih ciklusa
šumskog ekosustava.


U ovom radu ispitana je primjenjivost nove kolorimetrijske metode na automatskom
analizatoru za određivanje fosfora i amonijakalnog dušika u uzorcima
atmosferskih oborina, u svrhu unapređenja postojeće metodologije koja
se koristi u ICP Forests, međunarodnom istraživačkom programu. Do sada
korištene standardne metode određivanja fosfora i amonijakalnog dušika su
metode spektrofotometrijske analize.U postupku validacije nove kolorimetrijske
metode na automatskom analizatoru primijenjeni su sljedeći kriteriji: grafička
analiza rezultata mjerenja, točnost, linearnost metode, radno područje
metode, granica detekcije i granica kvantifikacije te ponovljivost. Rezultati
odre đivanja pokazuju da je nova metoda određivanja fosfora i amonijakalnog
du šika linearna u ispitivanom području, a t-testom je potvrđeno, da razlike rezultata
određivanja pomoću dviju metoda određivanja fosfora i amonijakalnog
dušika uz razinu pouzadnosti od 99,99 %, nisu značajne. Na osnovi
kon trolnih karata te utvrđenih granica detekcije i kvantifikacije određenih
novom metodom, utvrđena je dobra ponovljivost i veća osjetljivost nove metode.
Nova metoda određivanja može se s potpunom sigurnošću primijeniti u
znan stveno-istraživačkom radu i biti dobra zamjena postojećim standardnim
me todama. Ova metoda s potpunom sigurnošću će se moći primjenjivati u
znanstve no-istraživačkom radu i ICP Forsets programu, jer je prilagođena
upravo specifičnostima uzoraka uzetih iz šumskog ekosustava.


Ključne riječi: amonijakalni dušik, automatski analizator, atmosferska
taloženja, fosfor, ICP Forests, spektrofotometrija, validacija metode


*


Mr. sc. Tamara Jakovljević, dr. sc. Boris Vrbek, Šumarski institut Jastrebarsko,
Cvjetno naselje 41, 10450 Jastrebarsko, Hrvatska,
tamaraj@sumins.hr


**


Dr. sc. Katarina Berković, red. prof., dr. sc. Jasna Vorkapić-Furač,
red. prof., Prehrambeno-biotehnološki fakultet,
Pierottijeva 6, 10 000 Zagreb, Hrvatska


***


Gabriele Tartari, CNR ISE, Largo Tonolli 50, 28922 Verbania Pallanza, Italija




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 38     <-- 38 -->        PDF

T. Jakovljević, K. Berković, G. Tartari, B. Vrbek, J. Vorkapić-Furač: ATMOSFERSKA TALOŽENJA ... Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
UVOD – Introduction


S obzirom na činjenicu da su najvažniji uzročnici
propadanja šuma onečišćenja prisutna u zraku, 1985.
godine je u okviru Konvencije UN i Europske komisije


o prekograničnom onečišćenju (CLRTAP) osnovan Međunarodni
program za procjenu i motrenje utjecaja onečišćenja
iz zraka na šume (International Cooperative
Programe on Assessment and Monitoring of Air Pollution
Effects on Forests, skraćeno ICP Forests) (Selet ko
vić i Potočić, 2004). Zadatak spomenutog
programa je prikupljanje podataka o stanju šuma. U tu
svrhu provode se intenzivna i stalna motrenja šumskih
ekosustava Europe, kako bi se utvrdila oštećenost uzrokovana
onečišćenjima atmosfere i drugim čimbenicima,
koji utječu na stanje šuma. (Mosello i sur. 2005).


Izabrano je više od 860 ploha intenzivnog motrenja
u najvažnijim šumskim ekosustavima u 30 europskih
zemalja (Lorenz i Fischer, 2006). Na svakoj plohi
intenzivnog motrenja prikupljani su sljedeći podaci:
broj ploha, broj stabala, vrsta drveća, podaci o tlu, podaci
o lišću/iglicama, podaci o atmosferskim taloženjima,
podaci o rastu drveća, meteorološki podaci te
zemljopisni i topografski položaj plohe.


Cilj praćenja atmosferskih taloženja šumskim plohama Europe


Purpose of monitoring atmospheric deposition in forested European sites


Glavni zadatak intenzivnog motrenja je bolje promišljanje
utjecaja zagađenja zraka na šumske ekosustave,
posebice utjecaja količine sumporovih oksida
(SO), dušikovih oksida (NO) i amonijaka (NH3). Da


x
y


bi se postigao cilj treba obratiti pozornost na odnos između
količine taloženih tvari i parametara, koji utječu
na promjene ekosustava (Ulrich 2006). Za ispitivanja
oborinskih taloženja u šumi uzimaju se uzorci dobiveni
metodama: prokapljivanja (eng. throughfall, THR),
mokrog taloženja tj. taloženja iz oborina na otvorenom
području (eng. bulk open field, BOF) i procjeđivanja
po površini stabla (eng. stemflow, STF). Taloženja
ispod krošanja i debla stabala su obično veća od taloženja
na otvorenom području, zbog ispiranja tvari s lišća.
Prilikom prolaska atmosferskih oborina preko krošanja
i debla moguće je promatrati dva procesa:


1.
Ispiranje: otopina koja sadrži većinu nutritivnih elemenata
s debla se sljeva i dovodi do povećanja koncentracija
tih elemenata u uzorku dobivenom prokap
ljivanjem.


2.
Apsorpcija: Lišće apsorbira većinom dušikove spojeve
iz oborina, što dovodi do smanjenja njihove
koncentracije u uzorcima dobivenim prokapljivanjem
u usporedbi s uzorcima dobivenim mokrim taloženjem.
Pasivna difuzija je glavni uzrok povećanja koncentracije
aniona pri prokapljivanju, dok pasivna difuzija i
ionska izmjena utječu na koncentraciju kationa uzoraka
dobivenih procjeđivanjem. Udio izmjene u kroš njama i
deblu ovisi o vrsti drveta i ekološkim uvjetima kao što
su: sezonska raspodjela lišća, opskrbljenost tla hranjivima,
gnojidba, biotički stres (oštećenja uzrokova na insektima),
abiotički stres (suša i ekstremne tempe rature)
te prisutnost različitih zagađivala (Fre ies leben i
Ridder 2005).


Slika 1. Metode mjerenja taloženja u šumi


Figure 1 Methods for measuring deposition in forest


(Foto: Boris Vrbek)




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 39     <-- 39 -->        PDF

T. Jakovljević, K. Berković, G. Tartari, B. Vrbek, J. Vorkapić-Furač: ATMOSFERSKA TALOŽENJA ... Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
Fizikalno-kemijska ispitivanja i uvođenje novih analitičkih metoda određivanja
fosfora i amonijakalnog dušika


Phisical and chemical analyses and implementation of new analitical methodsfor determination of phosphorus and ammonia


Fizikalno-kemijske analize uzoraka obuhvaćaju
određivanja; pH, provodljivosti, ukupnog alkaliteta,
aniona (sulfati, nitrati, kloridi), ukupnog fosfora, amonijakalnog,
ukupnog i organskog dušika, kationa (natrij,
kalij, magnezij, kalcij, aluminij, kobalt, krom,
kadmij, bakar,olovo, nikal, cink) te otopljenog organskog
ugljika (ICP Forests 2006). Analiza kationa i
aniona ukazuju kako nije dovoljno mjeriti samo koncentraciju
pojedinih elemenata u otopini, već količinu
treba svesti na g/m2 ili kgha-1, kako bi se dobio uvid u
količinu taloženja i ispiranja u nekom šumskom ekosustavu
(Vrbek 2002).


Istraživački laboratorij za kemiju voda u Talijanskom
institutu za ispitivanja ekosustava (CNR Istituto
per lo Studio degli Ecosistemi) u Verbania Pallanza
uključen je u ICP Forests program.U njemu se više od
20 godina provode istraživanja u području kemije površinskih
i oborinskih voda, korištenjem standardnih (re fe
rent nih) metoda i uvođenjem novih metoda u svrhu
unapređenja postojeće metodologije korištene u međunarodnim
istraživačkim programima. Postojeće standardne
metode korištene do sada za određivanje fosfora i
amonijakalnog dušika u uzorcima voda su spektrofotometrijske
analize na UV/VIS spektrofotometru. Cilj is tra
živanja je utvrditi primjenjivosti nove kolorimetrijske
metode na Automated Discrete Analyser AQ2 za određivanje
fosfora i amonijakalnog dušika na uzorke prikup ljene
na ICP Forests Level II plohama.


Picea abies Karst. – obična smreka
Fagus sylvatica L. – obična bukva
Quercus cerris L. – hrast cer
Quercus petraea (Matt.) Liebl. - hrast kitnjak
Quercus ilex L. – hrast crnika


Fosfor u atmosferskim taloženjima


Fosfor se u oborinama nalazi isključivo kao fosfat,
koji je najčešće zastupljen u obliku ortofosfata, polifosfata
ili organski vezanog fosfata. Izvori prisutnih fosfata
su različiti i potječu od: čestica stijena, živih i neživih
organizama, komponenata koje se isparavanjem oslobađaju
iz biljaka i spojeva, koji nastaju pri požarima i izgaranjima
fosilnih goriva. Općenito, količine prisutnog
fosfora u oborinama su manje u odnosu na količine dušika.
U kontinentalnom području glavni izvor fosfora u
oborinama je prašina stvorena erozijom tla, te urbanim i
industrijskim zagađenjima atmosfere. U planinskim područjima
određena je veća količina fosfora u ljetnim
mjesecima, a povećava se i količina nakupljenih nutrije-


Dušik u atmosferskim taloženjima


Slika 2. ICP Level II plohe u Italiji


Figure 2 ICP Level II plots in Italy


– Phosphorus in atmosferic deposition
nata u snijegu i ledu tijekom zime, koji u uzorke dospijevaju
otapanjem u proljeće. Sadržaj fosfora u oborinama
je relativno nizak, manji od 30 µg L-1 u nezagađenim područjima,
dok se u urbano-industrijskim zonama povećava
na preko 100 µg L-1. Male količine fosfora u
atmosferi pokazuju, da ispiranja s krošanja doprinose
količinom više od 90 % fosfora u uzorcima dobivenim
prokapljivanjem. Manje količine fosfora u uzorcima dobivenim
prokapljivanjem mogu potjecati od prisutne
zemljane prašine, posebno u šumama, koje su u blizini
obra đenih poljoprivrednih zemljišta ili od ptičjih izmeta
(ICP Forests 2006).


– Nitrogen in atmosferic deposition
Količina dušika dospijelog iz atmosfere, općenito se izravnim ispiranjem tla. Promatra li se detaljnije, kolismatra
neznatnom u usporedbi s onom koja je dobivena čina dušika iz atmosfere, koja putem oborina dospije u




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 40     <-- 40 -->        PDF

T. Jakovljević, K. Berković, G. Tartari, B. Vrbek, J. Vorkapić-Furač: ATMOSFERSKA TALOŽENJA ... Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
šumu, značajna je za dušikov ciklus i produktivnost.
Dušik u mokrim taloženjima, koji dolazi izravno iz
oborina jako ovisi o lokaciji, meterološkim uvjetima,
smjeru vjetra, položaju izvora i jezera u odnosu na industrijske
zone i poljoprivredna područja (Grennfelt
i Hultber g 1986). Dominantni oblici dušika u vodama
su: disocirani molekulski dušik (N2), amonijakalni
dušik (NH4+), nitriti (NO2-), nitrati (NO3-) i velik
broj organskih spojeva kao što su aminokiseline, amini,
nukleotidi i proteini (Wetzel, 2001).U nezagađenim
područjima većinu vezanog dušika čini amonijakalni
dušik, koji nastaje razgradnjom organskog materijala.
U atmosferi prisutan amonijakalni dušik vezan s česticama
prašine može se oksidirati do nitrata, tako da
uzorci sadrže i amonijakalni dušik, nitrat i otopljeni organski
dušik. Kemijski sastav čestica nastalih taloženjem
jako je promjenjiv, jer se s krošnje ispiru različite
čestice i plinovi, koji se nalaze na površini kao tvari
koje prijanjaju ili su otpuštene s krošanja (Anderss
o n 1986).Taloženjem čestica i plinova jako se povećava
kiselost šumskih ekosustava, dio kiselosti dijelom
se troši na stvaranje puferskih otopina izmjenom kalcijevih,
magnezijevih ili kalijevih iona u tkivu lišća. Puferske
reakcije mogu čak povisiti pH uzoraka nastalih


prokapljivanjem u usporedbi s uzorcima nastalim mokrim
taloženjem, koji sadrže samo čestice prisutne u
oborinama. Ipak, protoni uklonjeni iz toka nastalog
prokapljivanjem premješteni su u unutrašnji tok drveta
i konačno ulaze u tlo u zamjenu za ione hranjiva, koje
iskoristi korijen kako bi nadoknadio gubitak s krošnje.
Jedan dio prisutnih protona neutralizira se reakcijom
amonijevih iona s česticama aerosola iz atmosfere ili s
površine stabla. Amonijeve ione u šumskom ekosusta vu
koristi drveće u zamjenu za protone ili se oni u tlu
oksidiraju do nitrata (Grennfelt i Hultberg 1986).
Dušikovi spojevi su važna hranjiva i mogu se asimilirati
izravno iz lišća. Značajna količina protona nastaje na
površini biljke i u tkivu kao rezultat plinova sum porova(
II) oksida (SO) i dušikovih oksida (NO) te ta lože


x


nja i kasnijeg nastajanja kiselina. Kiselost na površini
biljaka može se neutralizirati kationima nastalim u procesu
ispiranja lišća ili iz soli nataloženih na površini
lišća. Ispiranje kationa uključuje reakcije na površini,
kojima se kationi na kutikuli ili staničnoj stijenci zamjenjuju
s vodikovim ionima. Stvaranje pufera u krošnjama
ima učinak uklanjanja protona iz toka uzoraka nastalih
prokapljivanjem, ali ti protoni još uvijek mogu uzrokovati
stres (Freisleben i Ridder 2005).


MATERIJALI I METODE RADA – Material and methods


Uzorci voda iz atmosferskih taloženja na ispitivanim
plohama prikupljani su dva puta mjesečno tijekom
3 mjeseca prema metodologiji ICP Foresta. Uzorci uze ti
u šumi pohranjeni su u transportni hladnjak pri temperaturama
od 0-4 °C i u takvom stanju dostavljani su u
laboratorij, kako bi se spriječio rast mikroorganizama
(Tartari 2002).


Ukupni fosfor i amonijakalni dušik u uzorcima
određivani su referentnom metodom na UV/ VIS spektofotometaru
SAFAS Monaco UV mc2. Fosfor se određuje
pri apsorpcijskom maksimumu od 890 nm, a
amonijakalni dušik pri 695 nm. Nova metoda na automatskom
analizatoru SEAL AQ2, objedinjuje više kolorimetrijskih
metoda koristeći mikro količine uzorka i
reagensa, koji se prenose u različitim vremenima u


reakcijsku ćeliju. Očitanje apsorbancije postiže se pomoću
fotometra, koji sadrži filtre koji propuštaju valne
duljine svjetlosti od 695 nm za fosfor, odnosno 890 nm
za amonijakalni dušik. Reakcijska ćelija mora biti termostatirana
na 37 °C, a uzorci trebaju biti temperature


+ 4 °C. Ako koncentracija uzorka izlazi iz područja kalibracijske
krivulje, instrument automatski razrijeđuje
(Holler i sur. 2007). Reagensi, standardi i otopine
pripremljeni su svakodnevno s ultračistom vodom
(0,05 µS cm-1 i 0,1 µ m) i kemikalijama analitičke čistoće.
Za izradu kontrolnih karata su praćenja ponovljivosti
koristio se laboratorijski referentni materijal,
pripravljen od uzoraka vode iz šume, filtrirane filterom
1 µm i konzervirane s otopinom 0,2 % kloroforma.
Postupak validacije metode – Method validation


Razvoj i validacija nove metode zahtijevala je zadovoljavanje
za tu metodu važnih kriterija, a to su: točnost,
linearnost metode, radno područje metode, granica detekcije
kao funkcija standardne devijacije signala vrijednosti
slijepih proba izračunate prema:


LOD = S – Sb .Kd* S.D. (1)


c


gdje su Si Sb -određene vrijednosti za uzorak i za


c


slijepu probu, S.D. – standardna devijacija signala slijepih
proba i Kd – koeficjent proporcionalnosti, čija je
preporučena vrijednost 3;


granica kvantifikacije izračunata prema:


LOQ = S– Sb.K * S.D. (2)


cq


gdje je: Kq koeficjent proporcije čija je preporučena
vrijednost 10 (ICP Forests, 2006);


te ponovljivost, s obzirom na analitičko područje izračunati
su statistički parametri kao što su relativna
standardna devijacija (RSD) u % , prema izrazu :


RSD = S.D./ Xx 100 (3)


m


gdje su: S.D. – standardana devijacija vrijednosti
koncentracija uzoraka i X– srednja vrijednost kon


m


centracija uzoraka


RSD koristila se kao mjerilo disperzije, odnosno
raspr šenosti rezultata tj. označavanje ponovljivosti
metode.




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 41     <-- 41 -->        PDF

T. Jakovljević, K. Berković, G. Tartari, B. Vrbek, J. Vorkapić-Furač: ATMOSFERSKA TALOŽENJA ... Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
Istraživanja su se temeljila na:


1. izboru metode za uspoređivanje – odabrana je meto da
korištena kroz duži period, a njeni su rezultati
točni, potvrđeni analizom referentnih materijala i
komparativnim laboratorijskim ispitivanjima. U
ovom radu referentna metoda je spektrofotometrijska
metoda,
2. broju analiziranih uzoraka – 88 analiza fosfora i 74
amo nijakalnog dušika,
3. jednostrukom ili dvostrukom mjerenje – jednostru ko
mjerenje uzoraka referentnim metodama i no vom
metodom te dvostruko mjerenje laboratorijskog referentnog
materijala zbog praćenja ponovljivosti,
4. razdoblju u kojemu se provode određivanja – kod
analiza novom metodom i usporedbe s referentnom
metodom određivanja provode se više od 20 dana,
nije bilo nužno mjeriti više od 2 do 5 uzoraka dnev no,
analize su provedene u razdoblju od 3 mjeseca,
5. stabilnosti uzoraka – unutar dva sata analiza i referentnom
i novom metodom ili čuvanje uzoraka na
+ 4 °C,
6. grafičkoj analizi rezultata u određenom radnom
području – za fosfor je područje koncentracija od
0,01-0,25 mg L-1, a za amonijakalni dušik područje
kon centracija u području koncentracija od 0,05-2,00
mg L-1,
7. statističkoj obradi rezultata – deskriptivna statistika
(srednja vrijednost, standardna devijacija, broj razma
tranih rezultata, minimum, maksimum i medijan)
za svaku metodu određivanja, kao i za razlike
do bivene različitim metodama određivanja.
Za sve statističke analize razina značajnosti od 5 %
smatra se statistički značajnom. Za usporedbu referent ne
metode i novih metoda korištena je metoda najmanjih
kvadrata (linearna regresija). Testirana je značajnost
procjene pojedinih parametara (t-testom), jednadžbe linearne
regresije i izračunati su intervali pouzdanosti za
procjenu parametara za 99,9 % vjerojatnost. U t - testu
izračunato je da li je izraz:


. 0 (4)


gdje je: q – broj razmatranih rezultata, Md -srednja
vrijednost razlika razmatranih rezultata, t -t Student za
. stupnjeva slobode (... = .q–1. i razina pouzdanosti . .


i Sd


– standardna pogreška razlike. Vrijednosti Md i Sd su
izračunate prema izrazima:
(5)
(6)
gdje je: di – razlika između vrijednosti parametara
istog uzorka određenih dvjema različitim metodama
(Westgard 2003).


Svi parametri analiza, kao i grafički prikazi, sačinjeni
su korištenjem programa EXCEL.


REZULTATI I RASPRAVA – Results and discussion


U istraživanjima je kao referentna metoda za validaciju
određivanja fosfora novom metodom automatskim
analizatorom (AA AQ2) koristila spektrofotometrijska
metoda (P S) i za validaciju nove metode određivanja
amonijakalnog dušika automatskim analizatorom (AA
AQ2) spektrofotomerijska metoda (AN S).


Rezultati usporedbe razlika koncentracija fosfora i
amo nijakalnog dušika određenih različitim metodama
pra vilno su distribuirani oko pravca koji prolazi ishodištem,
tako da je pola rezultata ispod pravca, a pola
iznad pravca, koji prolazi ishodištem. Nultu hipotezu,
koja je postavljena da su rezultati određivanja koncentracija
fosfora dobiveni različitim metodama isti, odnosno,
da su vrijednosti x i y grafičkog prikaza jednake,
zadovolja va prikazani pravac y = x. Pridruživanjem
rezul tata do bivenih određivanjem fosfora i amonijaklanog
dušika spektro fotometrijskom metodom, rezultatima
određivanja fos fora i amonijaklanog dušika
automatskim analizatorom, vidljivo je područje u ko jem
je odnos između rezulta ta dobivenih tim dvjema
me todama linearan (sli ke 3 i 4).


Na ovu činjenicu ukazuju i parametri dobiveni metodom
najmanjih kvadrata (tablica 1).Veličina R2, koeficjent
determinacije za određivanje fosfora iznosi 0,98
(0.R2. 1) što se može protumačiti time, da više od 98
% rasipanja izlaznih podataka potječe od linearne funkcijske
ovisnosti y= ax + b, dok manje od 2 % rezultata
otpada na rezidualno tzv. neobjašnjeno rasipanje uzrokovano
slučajnom pogreškom (Westgard 2003).
Kada se usporede vrijednosti deskriptivne statistike
(tablica 1) sviju analiziranih rezultata fosfora dobivenih
spektrofotometrijskom metodom (P S) i automat-
skim analizatorom (AA AQ2) vidljiva je velika
podudarnost rezultata.Vrijednosti koeficjenta regresije
a (0,9736) i odsječka b (0,0017) dobivene u području
ispitivanih koncentracija određivanih uzoraka dvjema
različitim metodama, nisu statistički različite od 1, odnosno
0. Koeficjent korelacije (0,99) prema Roemer-
Orphalovoj tablici (Vasilj, 2000) govo ri o potpunoj
pozitivnoj korelaciji (r = 0,90 – 1,00).


Na slici 4 prikazani su koeficjent regresije a
(1,0654) i odsječak b (-0,0216) te koeficjent determina




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 42     <-- 42 -->        PDF

T. Jakovljević, K. Berković, G. Tartari, B. Vrbek, J. Vorkapić-Furač: ATMOSFERSKA TALOŽENJA ... Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
Slika 3.
Regresijska analiza usporedbe koncentracija fosfora određenih spektofotometrijskom metodom, PS i automatskim
analizatorom, AA AQ2


Figure 3 Regression analysis of comparation of concentrations determinated by spectrophotometric methodmethod, PS and
automatic analyser, AA AQ2


Slika 4.
Regresijska analiza usporedbe koncentracija amonijakalnog dušika određenih spektofotometrijskom metodom,
ANS i automatskim analizatorom, AAAQ2


Figure 4 Regression analysis of comparation of concentrations determinated by spectrophotometric methodmethod, ANS
and automatic analyser, AA AQ2


cije R2 (0,9752) za određivanje amonijakalnog dušika uzoraka određenih dvjema različitim metodama, nisu
spektrofotomerijskom metodom (ANS) i automatskim statistički različite od 1, odnosno 0 (tablica 1). Korelaanalizatorom
(AA AQ2). Jednadžbe linearne regresije cijski koeficjent r (0,988) prema Roemer-Orphalovoj
omogućile su grafički prikaz pravca, koji prikazuje li-ta b lici (Vasilj, 2000) govori o potpunoj pozitivnoj
nearan odnos varijabli x i y u odnosu na idealan slučaj ko relaciji (r = 0,90 – 1,00).
kada su koncentracije određene dvjema metodama iste, S obzirom, da instrumentalne analize daju relativno
odnosno y = x. Vrijednost regresijskog koeficjenta a i visoke r vrijednosti, izračunati r te kalibracijska krivulja
odsječka b dobivenih u danom području koncentracija dovoljni su da se dobije uvid u lineranost. Odnos dvi ju




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 43     <-- 43 -->        PDF

T. Jakovljević, K. Berković, G. Tartari, B. Vrbek, J. Vorkapić-Furač: ATMOSFERSKA TALOŽENJA ... Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
Tablica 1. Deskriptivna statistika za koncentracije i razlike koncentracija fosfora i amonijakalnog dušika određenih
spektrofotometrijskim metodama, P S i ANS i automatskom analizatoru, AAAQ2


Table 1
Descriptive statistics for concentrations and differences in concentrations of phosphorus and ammonia
determineted by spectrophotometric methods PS and ANS and with automatic anlyser


Metoda – Method P S AA AQ2
razlika-difference
P S- AA AQ2
AN S AA AQ2
razlika-difference
AN S-AA AQ2
Mjerna jedinica-Units mg L-1 mg L-1 mg L-1 mg L-1 mg L-1 mg L-1
Ukupan broj razmatranih rezultata
Number of results
Broj negativnih rezultata razlike metoda
Number of negative results of method difference
Broj pozitivnih rezultata razlike metoda
Number of positive results of method difference
Minimum-Minumum
Maksimum-Maximum
Srednja vrijednost-Mean
Mediana-Median
Standardna devijacija-Standard deviation
0,010
0,236
0,063
0,044
0,059
0,009
0,240
0,063
0,040
0,058
88
43
39
-0,024
0,031
0,0
0,0
0,008
0,040
1,949
0,677
0,526
0,52
0,508
1,949
0,708
0,548
0,56
74
61
13
-0,237
0,165
-0,046
-0,032
0,069
Koeficjent pravca a-Slope a
Odsječak b-Intercept b
R2
0,974
0,0017
0,981 0,975
1,065
-0,022
r 0,990 0,988
S a 0,0147 0,020
Sb 0,0013 0,022
Md 0,00 -0,046


varijabli pratio se i iz razlika među koncentracijama
odre đenim dvjema različitim metodama za svaki uzorak
u odnosu na koncentracije određene referentnom, spektrofotometrijskom
metodom (slike 5 i 6). Ta kav grafički
prikaz daje bolji uvid u raprostranjenost vrijednosti oko
0, ali i u jednoznačnost rezultata dobivenih različitim


metodama, što je u skladu s određivanjima ovakvih uzoraka
(Tartari i Mosello 1997). Za uzorke u kojima
je koncentracija fosfora manja od 0, 15 mg L -1 uočene
su razlike u području ± 0,02 mg L -1. Grafički prikaz razlika
u koncentraciji određivanja amonijakalnog dušika
(slika 6) prikazuje vrlo male razlike u području koncen-


Slika 5.
Usporedba razlika koncentracija fosfora određenih spekrofotometrijskom metodom, PS i automatskim
analizatorom, AAAQ2


Figure 5 Differences in concentrations determinated by spectophotomeric method, PS and automatic anlyser, AAAQ2




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 44     <-- 44 -->        PDF

T. Jakovljević, K. Berković, G. Tartari, B. Vrbek, J. Vorkapić-Furač: ATMOSFERSKA TALOŽENJA ... Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
tracija 0,50 do 0,80, a one se povećavaju porastom koncentracija
amonijakalnog dušika i u većini slučajeva
imaju negativnu vrijednost.


Da bi se utvrdilo da li je ovaj odnos posljedica slučaja
ili je značajan statistički, testirana je opravdanost


korelacijskog koeficjenta.t-Testom je potvrđeno da rezultati
dobiveni dvjema metodama uz razinu pouzdanosti
od 99,9 % nisu značajno različiti, jer je intervalom
(a±(txSa)) od 0,924 do 1,024 obuhvaćena idealna vrijednost
1 za koeficijent regresije a, a idealna vrijednost 0 za


Slika 6.
Usporedba razlika koncentracija amonijaklnog dušika određenih spekrofotometrijskom metodom, ANS i
automatskim analizatorom, AAAQ2


Figure 6 Differences in concentrations determinated by spectophotomeric method, ANS and automatic anlyser, AAAQ2


odsječak b obuhvaćena je intervalom (b± (txSb)) od
-0,003 do 0,006, intervalom (izraz 4) od -0,003 do 0,003
obuhvaćena je idealna vrijednost 0 za Md (tablica 1).
Kada se regresijom utvrdila uzročno posljedična veza
dviju varijabli, moguće je preko regresijske jednadžbe
računski procijeniti vrijednost y za bilo koju vrijednost
x bez mjerenja. (Zar, 1999). Na osnovi jednadžbe
AA AQ2 = 0,9736 P S + 0,0017 može se predvidjeti kolika
bi bila koncentracija fosfora u uzorku, kada bi se
ona određivala automatskim analizatorom (AA AQ2) uz
pomoć koncentracije određene spektrometrijskom metodom
(P S).


U području određivanih koncentracija amonijakalnog
dušika 0,50 – 2,00 mg L -1 statistički obrađene vrijed
nosti sviju analiziranih rezultata određenih
spektrofotometrijskom metodom (AN S) i metodom automatskim
analizatorom (AA AQ2 ) pokazuju male razlike
u minimumu i standardnoj devijaciji rezultata, a
neznatno veće u maksimumu dviju metoda (tablica 1).


Na Slici 4, metodom najmanjih kvadrata na osnovi dobivenih
podataka određeni su koeficijent regresije a
(1,065) i i odsječak b (-0, 0216) te koeficjent determinacije
(0,9875). Vrijednost regresijskog koeficjenta a različita
je od 1, a odsječak b dobiven u danom području
koncentracija uzoraka manji je od 0. Korelacijski koeficjent
r prema Roemer-Orphalovoj tablici (Vasilj, 2000)
govori o potpunoj pozitivnoj korelaciji (r = 0,70 – 1,00).
t-Testom je potvrđeno, da rezultati (tablica 1) dobiveni
dvjema metodama uz razinu pouzdanosti od 99,99 % i
određene stupnjeve slobode nisu značajno različiti, jer je
intervalom (a±(txS)) od 0,997 do 1,134 obuhvaćena


a


idealna vrijednost 1 za koeficjent regresije a i intervalom
(b± (txSb)) od -0,097 do 0,054 obuhvaćena idealna
vrijednost 0 za odsječak pravca b, te intervalom od
-0,073 do 0, 018 za Md razlike aritmetičkih sredina
(izraz 4) obuhvaćena je idealna vrijednost 0.


U tablici 2 izračunate su vrijednosti granica detekcije
(LOD) i kvantifikacije (LOQ) za fosfor i amonija-


Tablica. 2.Vrijednosti LOD i LOQ za ispitivane metode


Table 2 LOD and LOQ values for examine methods


Analiza-Analyses Fosfor-Phosphorus Amonijakalni dušik-Ammonia
Metoda-Method P S AAAQ2 AN S AA AQ2
LOD (µg L-1) 2 16 5 13
LOQ (µg L-1) 5 36 14 52




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 45     <-- 45 -->        PDF

T. Jakovljević, K. Berković, G. Tartari, B. Vrbek, J. Vorkapić-Furač: ATMOSFERSKA TALOŽENJA ... Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
kalni dušik određen spektrofotometrijskom metodom u
usporedbi s automatskim analizatorom (AAAQ2), iz
koje je vidljivo da automatski analizator pokazuje veću
osjetljivost.


Shewhartova kontrolna karta (ISO 8258, 1998)
odre đivanja koncentracija referentnih materijala važan
su dio kontrole kvalitete kemijskih analiza. Glav na zadaća
takve karte je provjera ponovljivosti mjerenja
svake grupe analiza. Karte su konstruirane na os no vi
srednjih vrijednosti i standardnih devijacija rezultata laboratorijskog
referentnog materijala (tablica 3). Određene
vrijednosti omogućile su procjenu gornjih i donjih


preporučenih granica i granica pouzdanosti. U praksi
se koriste ± 2S.D. i ± 3 S.D. granice za preporučenu
granicu i granicu pouzdanosti. Ako je standardna devijacija
pravilno procijenjena, 95 % rezultata mjerenja
nalazi se unutar intervala srednje vrijednosti koncentracije
X± 2S.D. i više od 99 % u intervalu X ± 3S.D.


m
m


Na temelju tablice 3 dobivene su kontrolne karte (slike
7 i 8) iz kojih se može uočiti da se u normalnoj raspodjeli
unutar srednje vrijednosti koncentracija ± 3S.D.
nalaze gotovo svi rezultati (99, 72 %) određivanja fosfora
i amo nijakalnog dušika spektrofotometrijskom
metodam (PS i AN S) i metodom na automatskom ana-


Tablica 3 Statistički parametri dobiveni iz kontrolnih karata određivanja fosforai amonijakalnog dušika
spektrofotometrijskom metodom, P S i ANS i na automatskom analizatoru, AAAQ2


Table 3
Statistic parametars from control charts of derterinating phosphorus and ammonia by spectophotomeric
methods, PS i ANS and with automatic anlalyser AAAQ2


Analiza-Analyses Mjerna
jedinica
Fosfor Phosphorus
dušik
Amonijakalni Ammonia
Metoda-Method Unit P S AA AQ2 AN S AA AQ2
Srednja vrijednost-Mean µg L-1 149,3 145,9 131,3 134,7
Standardna devijacija-Standard deviation µg L-1 1,2 4,6 3,3 6,7
Standardna devijacija laboratorija-Standard deviation of lab µg L-1 4 4 3,9 6,7
Relativan standardna devijacija-Relative standard deviation % 0,8 3,1 2,5 5,0
Relativan standardna devijacija lab.
Relative standard deviation of lab % 3,0 3,0 3,0 5,0
Minimum-Minimum µg L-1 148 124 120 120
Maksimum-Maximum µg L-1 152 138 148 148
N 28 38 33 33


Slika 7. Kontrolna karta koncentracija fosfora određenih metodom PS i AAAQ2


Figure 7 Control chart of concentrations of phosforus by methods PS and AA AQ2




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 46     <-- 46 -->        PDF

T. Jakovljević, K. Berković, G. Tartari, B. Vrbek, J. Vorkapić-Furač: ATMOSFERSKA TALOŽENJA ... Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
Slika 8. Kontrolna karta koncentracija amonijakalnog dušika određenih metodom P S i AAAQ2


Figure 8 Control chart of concentrations of ammonia by methods AN S and AA AQ2


lizatoru (AA AQ2). Njihova je grupiranost oko sredine
takva, da se gotovo 2/3 uzorka nalazi u intervalu srednje
vrijednosti koncentracija ± 2 S.D..Međutim vrlo
mala grupa vrijednosti koncentracija fosfora (slika 7),
koja pada izvan područja intervala srednje vrijednosti
koncentracija ± 3 S.D. Uzorci s vrlo visokim vrijednostima
koncentracija amonijakalnog dušika (slika 8),


koje se nalaze izvan intervala srednje vrijednosti ± 3


S.D. zahtijevaju ponavljanje analiza, jer su vrijednosti
koncentracija dobivene spektofotomerijskom metodom
(AN S), kao i vrijednosti koncentracija dobivenih
automatskim analizatorom (AA AQ2) izvan unaprijed
određenih granica.
ZAKLJUČCI – Conclusions


.
vrijednosti deskriptivne statistike sviju određenih re zultata
fosfora i amonijakalnog dušika dobivenih
spektrofotometrijskom metodom i automatskim ana lizatorom
pokazuje veliku podudarnost,
.
grafički prikazi razlika raspršenosti i grafički prikaz
usporedbe metoda prvih rezultata određivanja fosfora
i amonijakalnog dušika na automatskom analizatoru,
u usporedbi s referentnom spek tro fotometrijskom
metodom pokazuje linearan odnos rezultata, a razlike
su pravilno distribuirane oko pravca koji prolazi ishodištem
te nema nesukladnih rezultata,
.
određivanja fosfora i amonijakalnog dušika na automatskom
analizatoru je linearno u ispitivanom području,


.
t-testom je potvrđeno da razlike rezultata dviju metoda
određivanja fosfora i amonijakalnog dušika uz
razinu pouzadnosti od 99,99 % nisu značajne,
.
uspoređivanjem kontrolnih karata utvrđena je dobra
ponovljivost rezultata određenih novom metodom,
.
utvrđene su granice detekcije i kvantifikacije koje pokazuju
veću osjetljivost novih metoda.
Usporedbom rezultata dviju metoda, spektrofoto metrijske
i metode određivanja na automatskom analizatoru,
vidljive su prednosti nove metode zbog
mo gućnosti njene automatizacije (mogućnost ispitivanja
lakša, veći broj uzoraka i obrade rezultata) što rezultira
smanjenjem slučajnih pogrešaka, koje se povećavaju pri
manualnom određivanju te mogućnosti paralelnog odre




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 47     <-- 47 -->        PDF

T. Jakovljević, K. Berković, G. Tartari, B. Vrbek, J. Vorkapić-Furač: ATMOSFERSKA TALOŽENJA ... Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
đivanju i fosfora i amonijakalnog dušika. Zbog mini-gurnošću moći primjenjivati u znanstveno-istraživamalnog
manulanog rada i bolje ponovljivosti ispitivanja, čkom radu i ICP Forsets programu intenzivnog motreprimijenjena
nova metoda određivanja može se sa sigur-nja, jer je prilagođena upravo specifičnostima uzoraka
nošću smatrati dobrom alternativom već standardnim uzetih iz šumskog ekosustava.
metodama. Isto tako će se ova metoda sa potpunom si-


LITERATURA – References


Andersson, F., 1986: Acidic deposition and effects Seletković, I., N. Potočić, 2004: Oštećenost šu on
the forests of Nordic Europa, Water, Air& ma u Hrvatskoj u razdoblju od 1999.do 2003.
Soil Pollution, 30, 17–29. go dine, Šumarski list, 137, 3–4.


Freiesleben, N.E., C. Ridder, 2005: Patterns of Tartari,G., 2002: Metodi analitici per le acque, CNR
acid deposition to a Danish spruce forest, Water, ISE, Italija, str. 24.
Air& Soil Pollution, 162, 135–141.


Vasilj, Đ., 2000: Osnovne biometričke metode, Hr-
Grennfelt, P., H. Hultber g, 1986: Effects of nitro-vat sko Agronomsko društvo, Zagreb.
gen deposition on the acidification of terrestrial


Vrbek, B., 2002:Utjecaj padalina na kemijski sastav


and aquatic ecosystem, Water, Air& Soil Pollu


tekuće faze tala šumske zajednice hrasta lužnjaka


tion, 30, 945–963.


i običnog graba u sjeverozapadnoj Hrvatskoj, Di-
Holler, F. M., D. Skoog, S. R. Crouch, 2007: sertacija, Šumarski fakultet Zagreb, str.65.
Principles of instrumental analyses, 6th edition,


Westgard, O. J., 2003: Basic method validation, 2nd
Thomson Brooks/Cole, Canad ICP Forests,


Edition, Madison, USA.
2006, Manual on methods and criteria for har-


Zar, J. H., 1999: Biostatistical analysis, Prentice Hall


monized sampling, assessment, monitoring and


International, USA, str. 324.


analyses of the effects of air pollution on forests,
Part VI Sampling and Analysis of Deposition
ISO 8258:1998, Shewhart control charts.


Lorenz, M., R. Fischer, 2006: Forest condition in
Europa, BFH, Hamburg.


Mosello, R., M. Amoriello, S. Arisci, 2005:
Validation of chemical analyses of atmosferic
deposition in forested European sites, J. Limnology,
64, 93–102.


SUMMARY: The ICP Forests and EU Regulation aim to conduct intensive
and continous monitoring on forests ecosystem as a means of evaluating the
damage caused atmosferic pollution and other factors influencing forest con-
dition.There is no doubt that phosphorus and nitrogen are among the most important
elements for the biosphere and its biochemical cycles. Therefore, to
get the most correct information about the concentration of different types of
these elements is invaluable for understanding the control and creating biochemical
cycles.In this work the implementation and validation of new colorimetric
method on automatic analyser for determination of phosphorus and
ammonia has been investigeted. The investigation was performed on samples
precipitated water in the forest ecosystem.Until now standard methods, spectrophotometry
has been used for determination of phosphorus and
ammonia.In the validation procedure following criteria have been investigated:
graphical analyses of measured results, accuarcy, linearity in the working
range, the limit of detection, the limit of quantification and the repeatability.
The results showed that the method for determination of phosphorus and ammonia
on automatic analyser is linear in the range of investigation (Table 1),
while the t-test has showed that differences between these two methods are not
significant being 99,99 %. From the control charts it is obvious that the repea




ŠUMARSKI LIST 5-6/2009 str. 48     <-- 48 -->        PDF

T. Jakovljević, K. Berković, G. Tartari, B. Vrbek, J. Vorkapić-Furač: ATMOSFERSKA TALOŽENJA ... Šumarski list br. 5–6, CXXXIII (2009), 267-278
tability (Figure 7 and 8) of the results obtained with new method is good. The
limit of detection and the limit of quantification shows more sensibility (Table
2). Therefore, the new method seem to be a good alternative to the standard
methods and can be used in the scientific research of ICP Forests because is
adapted to specifics of samples from forest.


Key words: ammonia, automatic analyser,ICP Forests, phosphorus,
precipitated water, spectrophotometry, validation method