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. 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 |
| 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 |