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

Year 2018, Volume: 5 Issue: 3, 201 - 208, 31.10.2018

Adem Asan

https://doi.org/10.19159/tutad.397285

Abstract

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.

Keywords

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

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

Abstract

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.

Keywords

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

References

• 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.
• Anonim, 2018. Toprak Verimlilik ve Bitki Besleme Yöntemi. (http://www.orfeteknik.com.tr/orta-kutuphane4.htm), (Erişim tarihi: 19.02.2018).
• Anonymous, 1991. Atomic Absorption Spectrometry Manual, Unicam Limited (Division of Analytical Technology Inc), York Street, Cambridge, Part IV, Section 27, 21.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Kantarcı, M.D., 1997. Kalsiyumun Bitki Beslenmesindeki Yeri ve Önemi. Çevre Korunmasında Kireç Kitabı, Boğaziçi Üniversitesi Yayınları No: 620, Boğaziçi Üniversitesi Matbaası, İstanbul.
• 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.
• Koc, J., Szymczyk, S., 2003. Effect of agriculture intensity on the calcium and magnesium outflows from soils. Journal Elementology, 8(1): 231-238.
• 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.
• Pavel, N.N., 2001. Simultaneous separation and detection of anions and cations in ion chromatography. Trends in Analytical Chemistry, 20(6): 311-319.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.