Способы разложения проб.

Минеральной части почв.

Показатели и методы определения элементного состава

Контрольные вопросы

1.Определение углерода в почве: прямые методы; косвенные методы. Метод Тюрина, его особенности. Погрешности метода и приемы их устранения.

Расчет содержания гумуса.

2. Азот в почвах и методы его определения.

3. Молярное отношение С:N как характеристика почвы.

Лекция 9

(валовой анализ)

Элементный состав почвы позволяет оценить итоги процессов почвообразования. Он различен для разных генетических горизонтов. Гумусово-аккумулятивным горизонтам свойственно повышенное содержание углерода, азота, фосфора, иллювиальные горизонты богаче железом, алюминием. По сочетанию элементных составов генетических горизонтов проводят диагностику почв.

При решении проблем генезиса почв или формирования генетических горизонтов оценивают изменение химического состава материнской породы в процессе почвообразования. Для этого проводят валовый анализ почвенных проб, отобранных из почвенного разреза по генетическим горизонтам. При этом допускают, что: 1)материнская порода однородна и различия в элементном составе почвенных горизонтов обусловлены только процессами почвообразования ; 2)слой, который принимают за материнскую породу, не изменился при почвообразовании; 3)процесс почвообразования развивался в одном направлении.

При оценке степени загрязнения почв техногенными выбросами анализируют в основном поверхностные слои почвы.

Обычно валовый анализ сводится к определению содержания элементов, содержание которых в почве довольно велико – кремния, алюминия, железа, кальция, магния. Сумма оксидов этих элементов составляет около 98% минеральной части почвы. При оценке техногенного загрязнения набор определяемых элементов зависит и от состава загрязнителей.

Результаты валового анализа выражают массовой долей элемента (реже – его оксида) и рассчитывают на воздушно- сухую или высушенную при 105^оС почву.

Принципиально возможен анализ почв в твердом состоянии с использованием различных физико-химических методов анализа (эмиссионно-спектральный, рентгено-флуоресцентный и др). Однако они требуют наличия дорогой аппаратуры и не всегда дают необходимую точность. Поэтому обычно проводят анализ из растворов. Поскольку основная часть почвы представлена силикатами, алюмосиликатами и кварцем, которые не растворяются ни в кислотах, и в щелочах, необходимым этапом валового анализа является разложение навески. Этот процесс позволяет перевести все компоненты почвы в соединения, растворимые в

кислотах.

Способность силикатов к разложению зависит от их состава и свойств металлов, содержащихся в них. Силикат разлагается тем легче, чем меньше отношение массовой доли SiO₂ к сумме массовых долей оксидов металлов

и тем легче, чем более основной характер имеют эти металлы.

В химическом анализе почв используют три способа разложения –кислотами, сплавлением и спеканием.

 

Разложение почв кислотами.

Для разложения почв используют различные минеральные кислоты – HCl, HNO₃,H₂SO₄, HClO₄,HF. Концентрированные HNO₃,H₂SO₄ и горячая HClO₄ являются сильными окислителями (последняя требует осторожности, т.к. в

присутствии органических веществ может взрываться. В практике анализа почв, в частности при определении минерального состава, используют смесь кислот HCl, HNO₃,H₂SO₄, которая позволяет добиться большей скорости и полноты разложения. Однако этим методом нельзя перевести в раствор диоксид кремния, осадок которого сорбирует на своей поверхности различные катионы. Этот осадок отфильтровывают через плотный обеззоленный фильтр, фильтр с осадком сжигают и прокаливают в платиновой чашке при температуре 100-1050^оС до постоянной массы. К взвешенному остатку добавляют 1-2мл дистиллированной воды, несколько капель разбавленной (1: 2) серной кислоты 2 – 10мл плавиковой кислоты (в зависимости от предполагаемого содержания SiO₂). Чашку помещают на плитку, покрытую асбестовой сеткой, и выпаривают содержимое досуха. При этом происходит реакция:

SiO₂ + 4HF = SiF₄↑ + 2H₂O

Чашку вновь прокаливают до постоянной массы и взвешивают. По разнице масс до и после отгонки SiF₄↑ рассчитывают содержание диоксида кремния.

Остаток в чашке растворяют в кислоте и раствор присоединяют к фильтрату.

Разложение почв сплавлением

При сплавлении при высокой температуре происходит взаимодействие компонентов почвы с соединениями щелочных металлов. Процессы, происходящие при этом сложны. В результате вместо оксидов силикатов и алюмосиликатов образуется смесь простых солей, растворимых в воде или кислотах.

Для сплавления могут быть использованы различные плавни:

- щелочные ( Na₂CO₃, K₂CO₃, NaOH, Na₂B₄O₇, смеси этих веществ);

-кислотные (KHSO₄, K₂S₂O₈, (NH₄)₂S₂O₈, B₂O₃);

- окислительные или восстановительные.

Выбор плавня определяется составом исследуемого вещества, набором искомых компонентов и методом дальнейшего анализа.

В почвах преобладают кислотные оксиды, поэтому обычно проводят щелочное сплавление. В качестве плавня обычно используют смесь безводных карбонатов натрия и калия (1:10). Температура плавления такой смеси ниже, чем температура плавления чистых солей.

Сплавление проводят при температуре 800-850^оС в платиновой посуде с использованием примерно 6-кратного избытка плавня.

Сплавление хотя и является универсальным способом разложения, но имеет ряд недостатков, которые ограничивают его применение.Большое количество плавня загрязняет пробу большим количеством натрия и калия, которые могут мешать дальнейшему определению некоторых элементов. Загрязняют пробу и примеси, которые содержатся в плавне. Для нейтрализации и растворения плава требуется большое количество кислоты. К недостаткам этого способа нужно также отнести использование дорогостоящей платиновой посуды.

 

Разложение почв спеканием.

Метод спекание позволяет проводить разложение почв при температуре ниже точки плавления. При использовании специальных приемов спекание можно проводить в фарфоровых тиглях

Процессы, протекающие при спекании, относятся к твердофазным. Они сложны и недостаточно изучены. Экспериментально установлено, что твердофазные реакции могут протекать без участия жидкой фазы при температурах ниже точки плавления или диссоциации реагирующих компонентов. Однако эти реакции протекают с большей скоростью в присутствии газовой или жидкой фазы.

В процессе спекания происходит разрыхление кристаллической решетки и диффузия ионов щелочных металлов вглубь решетки кристалла. Установлено, что диффузия ионов натрия идет быстрее, чем ионов калия. Поэтому в качестве реагента при спекании используют обычно карбонат натрия. Температура процесса 750-800^оС. СО₂, который образуется при разложении карбоната натрия, увеличивает пористость и реакционную способность компонентов. Спекание проводят в присутствии нитрата калия как окислителя в фарфоровых тиглях. Чтобы предотвратить разрушение тигля, его поверхность защищают сульфатом калия. Сульфаты щелочных металлов очень медленно реагируют с силикатами как почвы, так и материала тигля. Тигель не разрушается его компоненты не влияют на результаты анализа.

return false">ссылка скрыта

При выборе способа разложения необходимо учитывать особенности методов количественного анализа, которые будут использоваться в дальнейшем.