تقدير المركبات الغذائية في مواد العلف

تقدير العناصر المعدنية الصغرى في مواد العلف

أصبح من الضرورة بمكان في ظل التقدم السريع في أبحاث تغذية الحيوان معرفة مكونات مادة العلف ومحتوياتها من العناصر الغذائية المختلفة بكل دقة.

وتعدّ العناصر المعدنية من العناصر الغذائية التي أضحى لها مكانة رئيسية كعنصر رئيسي في تغذية الحيوان، مما يتسبب عن نقصها أو الخلل في تركيزها في مادة العلف أضرار جسيمة للحيوان، ثم يترتب عليه خسارة اقتصادية فادحة. ولهذا كان من الضروري معرفة محتويات مادة العلف من هذه العناصر قبل الشروع في تغذية الحيوانات، لتتمكن من تلافي نقصها أو أضرار زيادتها في الوقت المناسب.

ويوجد الكثير من الاعتبارات الواجب اتخاذها قبل الشروع في عملية التقدير، لكي تحصل على نتائج معقولة وموثوق بها. وتتلخص هذه الاعتبارات في النقاط التالية:

1) يجب أن تكون جميع الأدوات والزجاجات نظيفة جداً ومغسولة جيداً بماء أعيد تقطيره قبل الاستخدام.

2) علينا الابتعاد عن الأنابيب والتوصيلات والسدادات المطاطية في الاستعمال، لأنها مصدر شائع للتلوث بالعناصر المعدنية وخاصة الزنك. وإذا لزم الأمر استعملنا مكانها أنواعا من البلاستيك.

3) جميع الأحماض والكيماويات والماء يجب أن تكون على درجة عالية من النقاوة وخالية من أي شوائب. أحسن النتائج المستحصل عليها تكون دائما من المحاليل المحضرة حديثاً ولا تتجاوز أكثر من أسبوعين بعد تحضيرها وخاصة كتلك المحاليل المنظمة Buffers والتي يتراوح درجة الـ pH بين 4 – ٨. كما أن بعض المحاليل لها القدرة على التفاعل مع مادة الزجاج ببطء ولذا يستحسن استخدام أوعية من البلاستيك في التخزين لمدة طويلة.

4) جميع الأوزان والحجوم يجب أن تكون مضبوطة جداً بقدر الامكان.

أولاً: إعداد العينة في صورة جاهزة للتقدير:

أ- أخذ العينة:

من الضروري في حالة أخذ عينة للتحليل أن يتأكد من أن العينة ممثلة لمجموع العينات وكذلك بعيدة تماما عن اي مصدر للتلوث وغير ملوثة هذا وتلوث المادة النباتية يمكن أن ينشأ من الآتي:

۱) اختلاطها ببعض أجزاء التربة، وطريقة أخذ العينة أو تعرضها للأتربة بوساطة الرياح.

٢) أخذ العينة بعد رش المحصول ببعض الأسمدة المعدنية وفي هذه الحالة يجب سؤال المزارع عن رش التربة من عدمه. ولمعرفة ما إذا كانت العينة ملوثة بالتربة من عدمه ينصح بتقدير عنصر التيتانيوم Ti لأنه موجود بالتربة بكثرة وندرة في أجزاء النباتات ودرجة التلوث بالتربة تتوقف كثيرا على شكل النبات وحالة الجو السائدة قبل أخذ العينة مباشرة. وبشكل عام، فمن غير المعقول أخذ عينة بعد عاصفة شديدة او مطر او حالة جدب شديدة. كذلك يجب تجنب المناطق القريبة من المدخل أو الطريق العمومي بقدر الامكان.

ومن الممكن تلافي التلوث الناتج عن طريق أخذ العينة النباتية بالطرق الآتية:

1) مسك النبات بيد وقطعه علي ارتفاع ۳ سم من مستوي التربة مع تفادي تلامس النبات بأي جزء من التربة. ويستحسن استخدام مقص تقليم لهذا الغرض.

2) وضع كل عينة في كيس نايلون مع غلقه جيدا ويوضع عليه من الخارج العلامات الكافية (اسم العينة، التاريخ، نوعها.. إلخ) ويجب تفادي وضع أي علامات معدنية أو ورقية بداخل الكيس.

3) نقل العينة في وعاء نظيف من البلاستيك بعيدا عن أي عينة من التربة هذا ويمكن أيضا أن ينشأ التلوث أثناء إعداد العينة للتحليل كما سيتبين فيما بعد.

ب – تجفيف العينة وطحنها:

تجفف العينات النباتية في الحال أو توضع في مكان بارد (2– 5م) حتى يحين وقت تجفيفها. وتجفف هذه العينات على ورق ترشيح أو في صواني ألومنيوم على درجة ٨٠ م طول الليل. تطحن بعد ذلك المادة بطريقة الطحن اليدوي في هاون زجاجي أو من الفخار المطلي من الداخل بطبقة عازلة ويكون مغسولاً جيداً بالطريقة الموضحة فيما بعد هذا وتخزن العينة في علب بلاستيك ما أمكن أو زجاجات مغسولة جيداً.

ج– حرق العينة للحصول على مستخلص الرماد:

الهدف من هذه الخطوة هو التخلص من جميع المواد العضوية الموجودة بالعينة والحصول على الرماد. وتجري هذه الخطوة بطريقتين شائعتين:

1) الحصول على مستخلص الرماد بالطريقة الجافة.

٢) الحصول على مستخلص الرماد بالطريقة الرطبة.

(1) الحصول على مستخلص الرماد بالطريقة الجافة:

وفيها يتخلص من المادة العضوية والكربون على صورة أبخرة وغازات (CO₂) في وجود اوكسجين الهواء الجوي. وتسخن العينة (۲-۱۰ جم حسب تركيز العنصر المراد تقديره) في بوتقة من السيليكا او الفخار او البلاتينيوم علي لهب بنزن حتى التكربن ثم يكمل حرقها في فرن احتراق على درجة 450 م مدة طول الليل، تبرد البوتقة تمم يضاف اليها عدة نقط من حمض نيتريك مركز والتسخين علي لهب هادي، حتى يتم تبخير كل الحامض ثم تعاد مرة أخرى إلى فرن الاحتراق لمدة ساعتين، وإلى أن نتخلص من جميع المواد المتكربنة المتبقية. تبرد العينة ويضاف إليها 10 سم3 حمض كلور الماء مخفف وتسخن حق الغليان، تم ترشح على ورق ترشيح عديم الرماد، ثم يضاف اليها قليل من حمض كلور الماء المركز علي الجزء المتبقي (السيليكا والشوائب)، ثم تسخن حتى الجفاف، ثم يضاف قليل من حمض كلور الماء المخفف ويرشح. يكمل الراشح إلى حجم معلوم، ثم تقدر فيها العناصر المطلوبة بالطريقة المتبعة.

هذا ويستحسن رفع درجة حرارة فرن الاحتراق تدريجيا والبدء بدرجة 250 م والتدرج في الارتفاع بدرجات 50 م حتي 450 م علي مددي ساعة.

عيوب الحصول على مستخلص الرماد بالطريق الجافة:

1) ينتج عنها فقد في بعض العناصر وخاصة المتطايرة إذا ارتفعت درجة حرارة فرن الاحتراق عن 500 م إذا لم تتخذ الاحتياطات اللازمة لذلك يحرق العينة قبل إدخالها في الفرن.

2) الحصول على نتائج أقل من الفعلي نتيجة ادمصاص بعض العناصر على سطح

البوتقة أو الطين المستخدم وخاصة لذا كان من السيليكا وتكوين أملاح سيليكا غير ذائبة.

3) السطح الداخلي لفرن الاحتراق قد يكون مصدراً كبيراً للتلوث أثناء عملية الحرق. (نتيجة تشقق السيراميك وتحويله إلى مسحوق) ويمكن تفادي ذلك بتثبيت الواح من السيليكا وتبطين جدران الفرن بها من الداخلي.

4) قد يتبقى بعض الكربون نتيجة الحرق غير الكامل، ويتغلب عليها بإضافة بعض نقط من حمض الستريك المركز وإعادة حرقها.

5) وجود السيليكا في العينة بكثرة يتسبب في اتحادها ببعض العناصر الموجودة في العينة و تكوين املاح سيليكا غير ذائبة.

6) تحتاج إلى وقت طويل للحصول على نتيجة (حوالي ٤٨ ساعة).

(٢) الحصول على مستخلص الرماد بالطريقة الرطبة:

وفيها تستخدم الأحماض المؤكسدة القوية في تكسير المادة العضوية وأكسدتها، وتكون على درجة حرارة أقل بكثير من المستخدمة في عملية الترميد الجاف وأهم الأحماض المستخدمة في ذلك حمض النيتريك وحمض الكبريتيك وحمض البيوكلوريك وتمتاز هذه الطريقة بتفادي معظم أخطار الفقد الشائعة عن الترميد الجاف وخاصة الناتجة عن ارتفاع درجة الحرارة.

يوزن حوالي 1 – 2 جم عينة، ثم توضع في أنابيب غليان طويلة مع بعض الكرات الزجاجية المنظمة للغليان، يوضع على العينة مزيج الأحماض المؤكسدة بالنسب التالية:

4 : 1: 0.5 بالحجم من أحماض النيتريك وفوق الكلوريك والكبريتيك علي التوالي، ثم تسخن الأنابيب برفق على سخان كهربائي حتى يحتوي الحامض كل العينة، ويتوقف تصاعد الأبخرة النيتروجينية الكثيفة. ثم ترفع درجة الحرارة تدريجيا، ويستمر ذلك، لنحصل على تكسير معظم المادة العضوية (في حالة حدوث تكرين جزيء. تبرد الأنبوبة ويوضع على العينة بضع نقط من حامض النيتريك المركز ثم تسخن مرة أخرى) بعد انتهاء تصاعد كل أبخرة حامض النيتريك وبداية تصاعد أبخرة حمض البيوكلوريك البيضاء تنقل العينة للتسخين على لهب بنزن حتى تتصاعد كل أبخرة البيوكلوريك البيضاء الكثيفة مع ملاحظة تحريك الأنبوبة طول الوقت لتفادي حدوث الانفجار (Pumping). تبرد العينة تم تخفف بالماء المقطر إلى التخفيف المطلوب وتقدر العينة بالطريقة المتبعة.

يلحظ عمل 3 أنابيب بلانك Blank (شاهد) بوضع الأحماض وعدم وضع العينة ومعاملتها بالطريقة ذاتها لمعاملة العينة تماما.

عيوب الحصول على مستخلص الرماد بالطريقة الرطبة:

1) يمكن حدوث بعض الفقد نتيجة للتطاير في حالة غليان هذا المزيج من الأحماض.

2) يمكن حدوث بعض الفقد نتيجة لانتشار بعض القطرات الصغيرة من الحامض ومع البخار وخاصة في حالة الوصول للجفاف ولذا يجب الاحتراس عند الغليان وعدم رفع درجة الحرارة بشدة وتركها تغلي بهدوء.

3) يمكن حدوث بعض الادمصاص للعناصر على زجاج الأنبوبة ولكن بدرجة أقل بكثير من الـ (الترميد الجاف)Dry ashing .

4) ممكن حدوث بعض الادمصاص للعناصر على سطح السيليكا الموجودة في العينة وخاصة في حالة الوصول للجفاف.

5) إمكانية التلوث من الأحماض المستخدمة.

ثانياً: تقدير العناصر المعدنية في العينة:

يوجد العديد من الأجهزة المستخدمة في تقدير العناصر المعدنية الدقيقة يُعد جهاز الـAtomic Absorption Spectrophotometer (جهاز امتصاص الطيف الضوئي الذري) أهم هذه الأجهزة وأسهلها استخداما ولهذا سوف يقتصر على شرح

استخدامه بشيء من التفصيل.

1- اساسيات:

في هذا الجهاز يستخدم اللهب لتحويل محلول العنصر او ايوناته الى ذرات في حالة غازية في حالتها الثابتة (ground State) ثم تعريض تلك الذرات في اللهب إلى أشعة ضوئية على طول موجة يساوي بالضبط طول الموجة الذي يشعه العنصر إذا حدث له انتقال إلكتروني. وعلى ذلك فإن الذرات يمكنها أن تمتص هذا الطول الموجي وتتحول إلى حالة متهيجة (excited State) وعلى ذلك يمكن حساب تركيز العناصر المختلفة حيث أن كمية الطاقة الممتصة تتناسب طرديا وعدد الذرات المتهيجة والموجودة في ممر الضوء والتي تعتمد على درجة حرارة وتركيب اللهب. ويتم حساب تركيز العنصر بالمقارنة بمحلول قياسي Standard Solution سبق تحضيره.

ونظراً لعدم ثبات اللهب من حين لآخر فمن الضروري في كل عينة أن تحضر من ثلاث مكررات Triplicate إذا أمكن، ولكن من المعتاد عمل العينة الواحدة مرتين Duplicate هذا ويكون تركيز العينة في حدود التركيزات القياسية المحضرة حتى يمكن تفادي الأخطاء الناشئة عن استخدام تركيزات عالية.

2- تركيب الـ Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS):

يتركب الـ AAS من الأجزاء التالية (شكل التالي):

أ) مصدر ضوء: Light or radiation source

ويستخدم في إنتاج شعاع ذو حزمة ضيقة. هذا ويجب أن يكون هذا المصدر الضوئي مشابه تماما ومن نوع الضوء الناتج نفسه أو الطاقة الناتجة عن ذرات العنصر المتهيجة.

ب) لهب الرذاذ ومحولة: Atomizer (Mobulizers) and flame

ويستخدم لتحويل محلول العينة إلى رذاذ بتأثير قوة تيار الهواء الذي يمر عبر أنبوبة شعرية مغمورة في العينة المختبرة والتي تتحرك بدورها إلى اللهب لكي تتهيج. هذا ويتكون اللهب نتيجة حرق خليط من بعض الغازات، أشهرها خليط الهواء مع الاسيتيلين بخليط الاسيتيلين مع أكسد النيتروز.

ج) المرشح الضوئي: Filter or monochromaterial

و يستخدم في إنتاج شعاع ضوئي واحد متواز مع الأشعة الضوئي المبعثرة الناتجة عن تهيج ذرات العنصر المختبر ويكون ذلك عن طريق انعكاسها بواسطة منشور عاكس من الكوارتز.

د) الكاشف: Detector

ويستخدم لقياس التغير في الطاقة الضوئية نتيجة تهيج ذرات العنصر المختبر.

هـ) مسجل Output or recorder:

وبه يترجم امتصاص الضوء إلى وحدات تقرأ إما على ورق خاص وإما على لوحة مضيئة.

شكل يبين رسم توضيحي للأجزاء الرئيسية لجهاز الـ AAS

3– بعض الاعتبارات الواجب فهمها عند تقدير العناصر المعدنية بوساطة الـ AAS:

يوجد العديد من العوامل التي يمكن أن تتداخل في تقدير العناصر بواسطة الـAAS ويمكن حصرها في الآتي:

أ) عوامل تؤثر على كمية العينة الواصلة للهب.

ب) عوامل تؤثر على عدد الذرات المتكونة في اللهيب.

ج) عوامل تؤثر على انقسام الجزيئات الواصلة للهب.

أ– عوامل تؤثر على كمية العينة الواصلة للهب:

1) وتحدث دائماً بتأثير ترسيب العنصر المراد تقديره في صورة غير ذائبة.

2) أيضاً كمية العينة الواصلة للهب تتوقف على الخواص الطبيعية للعينة مثل اللزوجة والكثافة، الجذب السطحي والضغط البخاري للعينة.

ولتفادي ذلك يجب تحضير (المحاليل القياسية) في ظروف متماثلة تماماً للعينة.

ب – عوامل تؤثر في الذرات ground State atoms المتكونة في اللهب:

يمكن أن يقل عدد الذرات المتكونة في اللهب بتأثير أحد العوامل الآتية:

۱) عدم الانقسام الكامل للمكونات أو الجزيئات نتيجة اتحاد العنصر المراد تقديره بعناصر آخري مكوناً مركبات يصعب انقسامها تحت درجة حرارة اللهب المستخدم مثل الكالسيوم الذي يتحد مع الفوسفات مكونا فوسفات كالسيوم.

وتستخدم الطريقة التالية للتأكد من تأثير تداخل عناصر أخرى في التقدير: حضر مجموعة تركيزات مختلفة من المادة المتداخلة في التقدير ثم قراءتها على الجهاز وارسمها كما يلي:

ويلاحظ من هذا أنه في منطقة ب أن آ تغير في تركيز المادة المتداخلة بسبب تغيير كبير في قراءة العينة بعكس المنطية آ – وللتغلب على ذلك يتبع الطريقة الآتية:

حضر محلولين من تركيز قياس معلوم يحتويان العنصر المراد تقديره نفسه، ويكون أحدهما من ماء مقطر والآخر مذاب معه المادة المتوقع أنها تتداخل في التقدير. اضبط وضع اللهب على أقصى امتصاص ممكن مع العينة الثانية، وبها العنصر المتداخل ثم اضبط تدفق الغاز حتى تحصل على قراءة واحدة لكل من العينتين. وبهذا يمكن الحصول على الظروف المثلى من ارتفاع اللهب وتدفق الغاز لتقدير العنصر المراد تقديره تحت ظروف تداخل مادة أخرى.

ويوجد كذلك عدة طرق أخرى للتغلب على ذلك أهمها:

– استخدام لهب ذو درجة حرارة مرتفعة جداً مثل أكسد النيتروزاسيتيلين حتى يمكـن الحصول علي انقسام تام للجزيئات.

– استخلاص العنصر المراد تقديره أو المادة المتداخلة وتقديرها على حدة ويراعى في ذلك عدم استخدام مذيبات عضوية حلقية مثل البنزين أو – المذيبات الكربونية العالية الهالوجين مثل رابع كلوريد الكربون أو الكلوروفورم حيث أنها ممكن أن تسبب في تقطيع لهب الاسيتلين/ الهواء أو إطفاؤه.

– استخدام بعض المواد التي تمنع اتحاد العنصر المراد تقديره بالمادة المتداخلة مثل حالة تقدير الكالسيوم يستخدم الاستراونشيوم أو اللانتميوم.

٢) التأين:  Ionization

 وجود بعض العناصر المتأينة مثل الصوديوم والبوتاسيوم بتركيزات مرتفعة في العينة ينتج بعد تعرضها للهب زيادة في الالكترونات في اللهب مما ينتج عنه انخفاض في تأين العنصر المراد تقديره.

3) امتصاص الجزيئات غير المتأينة: Non- atomic absorption

في حالة التركيزات العالية، يمكن لبعض الجزيئات غير المتأينة والموجودة في ممر الضوء في اللهب، امتصاص جزء من الضوء مما يحدث نوع من التداخل في القراءة وعادة درجة الnon- atomic absorption تتزايد بانخفاض طول الموجة الضوئية Wave length وتقل بانخفاض تركيز العينة للحدود المعقولة.

ونتغلب على هذا العيب باستخدام طول موجة ضوئية أكبر واستعمال درجة حرارة أعلى حتى يمكن تحسين انقسام الجزيئات في اللهب. وإذا لم يتمكن من التغلب على ذلك فيستحسن قياس امتصاص الذرات غير المتأينة باستخدام لمبة الهيدروجين.

ثالثاً: تحضير التركيزات المعلومة:

يستحسن استخدام العنصر بذاته أو أكسيده في تحضير هذه المحاليل المعلومة التركيز حتى يمكن تقليل تداخلات أي من أيونات أخرى المصاحبة للعنصر في الجزيء نفسه. ويحضر المحلول بتحضير محلول رئيسي مركز (100 - 1000 ميكروجرام / مل) ثم تحضير تركيزات مختلفة عند الحاجة ويكون التخفيف بالمحلول المستخدم ذاته في تحضير العينة ولا ينصح بالاحتفاظ بهذه المحاليل المخففة مدة طويلة لتفادي الادمصاص على السطح الزجاجي ويستحسن تخزينها في زجاجات بلاستيك إذا لزم الأمر.

وقبل تحضير العينة ووزنها يجب أن تعامل المادة بعدة معاملات للتأكد من أنها في حالة قياسية وخالية من أي شوائب. فمثلاً لو كان المستخدم في تحضير محلول العصر القياسي هو أحد معاونه فيجب غسله بالاسيتون والإيثير حتى يمكن إزالة طبقات الزيت العالقة. كذلك تزال أي أكسيدات على سطح المعدن بوساطة قماش مصنفر. أما في حالة استخدام المركبات أو الأكسيدات فيجب تجفيفها على درجة  110 م لمدة ساعتين حتى يمكن طرد جميع الماء المرتبط.

هذا ويتم التعبير عن التركيزات المختلفة كتركيز مثل جزء في المليون او وزنه في حجم مثل:

1 جزء في المليون يعني: ۱ ميكروجرام مذاب في ۱ مل.

۱ ميللي جرام عنصر مذاب و ۱ لتر.

رابعاً: تنظيف الأدوات وغسلها:

نقوم بعملية تنظيف الأدوات وغسلها لنتخلص من جميع العناصر المعدنية والمواد العضوية العالقة بالسطح الزجاجي.

ويجري ذلك بنقع الأدوات لمدة ٢٤ ساعة في محلول مادة منظفة (صابون) ثم تغسل بماء الصنبور، ثم بالماء المقطر ويعاد نقع الأدوات في محلول حامض نيتريك (50%) لمدة ۳ ساعات او تركيز ۱۰ % لمدة ٢٤ ساعة. كذلك يمكن استخدام مزيج من حامض النتريك والكبريتيك لهذا الغرض.

ثم يعاد غسل هذه الأدوات بالماء المقطر مرة واحدة بالماء المعاد تقطيره وتجفف هوائياً أو في فرن تجفيف وتوضع مقلوبة.