Determination of Calcium and Magnesium in Soils of Samsun-Çarşamba Region by Using Ion-Selective Electrodes

Öz

In this study, potentiometric PVC-membrane electrodes were developed with calcium (Ca²⁺) and magnesium (Mg²⁺)-selective micro-dimensions with commercially purchased ionophore to determine Ca²⁺ and Mg²⁺ ion concentrations in the soil. The potentiometric performance characteristics of the prepared Ca²⁺ and Mg²⁺-electrodes were determined and the average potential difference of 23.5 and 27.6 mV was observed for each 10 fold change in concentration versus the parent ion solution in the measurements. The electrodes were found to exhibit linear behavior versus the parent ion solution at a concentration range of 10^-1-10^-5 mol L^-1 and to be highly selective to the parent ion besides the alkali and alkaline earth metal ions. Ca²⁺ and Mg²⁺ analyzes of soil samples were performed using potentiometric PVC-membrane ion-selective electrodes prepared in the laboratory. The accuracy of the proposed assay was tested using the AAS technique and the results were found to be in agreement with each other. The results show that the potentiometric PVC-membrane electrodes in the developed Ca²⁺ and Mg²⁺-selective micro-dimensions can be used routinely in the determination of these ions in soil samples.

Anahtar Kelimeler

• Ion-selective PVC-membrane electrode,potentiometry,soil,calcium,magnesium

İyon-Seçici Elektrotlar Kullanılarak Samsun-Çarşamba Bölgesindeki Topraklarda Kalsiyum ve Magnezyum Tayini

Öz

Bu çalışmada, toprakta bulunan kalsiyum (Ca²⁺) ve magnezyum (Mg²⁺) iyon derişimlerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, ticari olarak satın alınan iyonofor maddeler ile Ca²⁺ ve Mg²⁺-seçici mikro boyutta potansiyometrik PVC-membran elektrotlar geliştirilmiştir. Hazırlanan Ca²⁺ ve Mg²⁺-seçici elektrotların potansiyometrik performans karakteristikleri belirlenmiş ve ölçümlerde ana iyon çözeltisine karşı her 10 kat konsantrasyon değişimi için sırasıyla ortalama 23.5 ve 27.6 mV potansiyel farkı gözlenmiştir. Elektrotlar, 10^-1-10^-5 mol L^-1 derişim aralığında ana iyon çözeltisine karsı doğrusal davranış sergilediği, alkali ve toprak alkali metal iyonlarının yanında ana iyona karşı oldukça seçici olduğu belirlenmiştir. Laboratuvarda hazırlanan potansiyometrik PVC-membran iyon-seçici elektrotlar kullanılarak toprak numunelerindeki Ca²⁺ ve Mg²⁺analizleri yapılmıştır. Geliştirilen yönteminin doğruluğu Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi (AAS) tekniği kullanılarak analiz test edilmiş ve sonuçların birbiri ile uyum içinde olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen Ca²⁺ ve Mg²⁺-seçici mikro boyutta potansiyometrik PVC-membran elektrotlar ile toprak numunelerindeki bu iyonların tayininde rutin olarak kullanılabileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• İyon-seçici PVC-membran elektrot,potansiyometri,toprak,kalsiyum,magnezyum

Kaynakça

1. Alexandra, M.R.F., António, O.S.S.R., José, L.F.C.L., 1995. Flow injection systems with a stream splitting and a dialysis unit for the soil analysis of sodium and potassium by flame emission spectrometry, and calcium and magnesium by atomic absorption spectrophotometry. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 26(1-2): 183-195.
2. Anonim, 2018. Toprak Verimlilik ve Bitki Besleme Yöntemi. (http://www.orfeteknik.com.tr/orta-kutuphane4.htm), (Erişim tarihi: 19.02.2018).
3. Anonymous, 1991. Atomic Absorption Spectrometry Manual, Unicam Limited (Division of Analytical Technology Inc), York Street, Cambridge, Part IV, Section 27, 21.
4. Captian-Vallvey, L.F., Fernandez-Ramos, M.D., 2003. Characterization of a transparent optical test strip for quantification of water hardness. Analytica Chimica Acta, 481(1): 139-148.
5. Grieken, R.V., Bruin, M.D., 1994. Analytical chemistry division, commission on electroanalytical chemistry, recomendations for nomen-clature of ıon-selective electrodes. Pure and Applied. Chemistry, 66(12): 2527-2536.
6. Güzel, N., Gülüt, K.Y., Büyük, G., 2004. Toprak Verimliliği ve Gübreler, Bitki Besin Elementlerine Giriş. Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Genel Yayın No: 246, Ders Kitapları Yayın No: A-80, Adana, s. 323-329.
7. Işıldak, I., Asan, A., 1999. Simultaneous detection of monovalent anions and cations using all solid-state contact PVC membrane anion and cation-selective electrodes as detectors in single column ion chromatography. Talanta, 48(4): 967-978.
8. Kabrick, J.M., Goyne, K.W., Fan, Z.F., Meinert, D., 2011. Landscape determinants of exchangeable calcium and magnesium in ozark highland forest soils. Soil Science Society of America Journal, 75(1): 164-180.

9. Kantarcı, M.D., 1997. Kalsiyumun Bitki Beslenmesindeki Yeri ve Önemi. Çevre Korunmasında Kireç Kitabı, Boğaziçi Üniversitesi Yayınları No: 620, Boğaziçi Üniversitesi Matbaası, İstanbul.
10. Karaman, M.R., Aksu, A., Demirer, T., Er, F., 1999. Effect of potassium and magnesium fertilization on the growth, some nutrient status and K-Mg uptake efficiency parameters of corn (Zea mays L.) grown on siltation soil. Journal of Agriculture, 18(13): 107-116.
11. Koc, J., Szymczyk, S., 2003. Effect of agriculture intensity on the calcium and magnesium outflows from soils. Journal Elementology, 8(1): 231-238.
12. Lopez, G.I., Sanchez, M. M., Hernandez, C.M., 1996. Rapid flame AAS determination of Fe, Ca, and Mg in soils and sediments using slurries. Atomic Spectroscopy, 17(3): 107-111.
13. Pavel, N.N., 2001. Simultaneous separation and detection of anions and cations in ion chromatography. Trends in Analytical Chemistry, 20(6): 311-319.
14. Sang, H.H., Kang, S.L., Geun, S.C., Dong, L., Marek, T., 1993. Potentiometric detection in ion chromatography using multi-ionophore membrane electrodes. Journal of Chromatography A, 64(1): 283-288.
15. Watanabe, K., Tohda, K., Sugimoto, H., Eitoku, F., Inoue, H., Suzuki, K., Nakamura, S., 1991. Ion-sensitive field effect transistor as a monovalent cation detector for ion chromatography and its application to the measurement of Na+ and K+ concentrations in serum. Journal of Chromatography, 566(1): 109-116.
16. Zhang, Y.G., Xiao, M., Dong, Y.H., Jiang, Y., 2012. Determination of soil exchangeable base cations by using atomic absorption spectrophotometer and extraction with ammonium acetate. Spectroscopy and Spectral Analysis, 32(8): 2242-2245.
17. Zikri, A., Julian, F.T., 1999. Determination of calcium, magnesium and strontium in soils by flow injection flame atomic absorption spectrometry, Talanta, 50(5): 929-937.