Лабораторная работа № 1

Определение гигроскопической влаги.

Влажность взятых в поле почвенных проб зависит от свойств почв, их водного режима, погодных условий. Анализируют, как правило, воздушно-сухие пробы. Однако они содержат влагу, которая может быть удалена высушиванием при более высокой температуре, чем температура воздуха. Влагу, которая удаляется из воздушно-сухой пробы при температуре 100 -105^о, называют гигроскопической. Наличие ее связано со способностью почвы, как всякого тонкодисперсного тела, сорбировать пары воды из окружающего воздуха. Массовая доля гигроскопической влаги неодинакова в разных почвах и зависит от гранулометрического, химического, минералогического состава почвы и влажности воздуха.

Чтобы исключить влияние гигроскопической влаги на результаты анализа, их выражают на высушенную при 100-105^о почву, которая не содержит гигроскопической влаги. Для этого определяют массовую долю (%) гигроскопической влаги в каждой аналитической пробе.

В процессе высушивания при данной температуре из почвы удаляются также адсорбированные ею газы (СО, NH₃ и др) , а также частично или полностью кристаллизационная вода присутствующих в почве солей. Поэтому при анализе некоторых почв результаты определения гигроскопической влаги могут быть завышенными. Присутствие в почвах восстановителей приводит к получению заниженных результатов из-за окисления их в процессе высушивания.

Определение гигроскопической влаги загипсованных почв рекомендуется проводить при температуре 60-65^о, так как при более высокой температуре

CaSO₄∙ 2H₂O частично теряет кристаллизационную воду. Полученный результат умножают на эмпирический множитель (1,23), который учитывает неполное удаление из почвы гигроскопической влаги.

Методика определения гигроскопической влаги.

Навеску средней аналитической пробы массой 2-5г берут на аналитических весах в предварительно высушенные при температуре 100-105^о и взвешенные стеклянные бюксы (бюксы взвешивают с крышками). Открытые бюксы с почвой в течение 5 часов выдерживают в сушильном шкафу при температуре 100-105^о. С помощью щипцов с резиновыми наконечниками бюксы вынимают из шкафа, закрывают крышками, охлаждают в эксикаторе (не менее 30 минут) и взвешивают. Условились считать, что высушивание почвы при температуре 100-105^о в течение 5 часов приводит к полной потере гигроскопической влаги. Если необходимо проверить полноту удаления влаги, то бюксы снова помещают в сушильный шкаф на 1,5-3 часа, затем снова охлаждают и взвешивают. Высушивание прекращают, если масса равна или больше результата предыдущего взвешивания ( увеличение массы может быть связано с окислением некоторых компонентов почвы).

Результаты заносят в таблицу:

.

№ пробы	№ бюкса	Масса бюкса г	Масса бюкса с воздушно-сухой почвой г	Масса бюкса с высушенной почвой г	Масса влаги г	Гигроскопическая влажность %

Расчет:

%

где m – масса воздушно-сухой почвы;

m₁ - масса высушенной почвы.

Зная содержание гигроскопической влаги можно:

1. по массе воздушно-сухой почвы рассчитать соответствующую ей массу высушенной почвы;

2. по массовой доле компонента (%) в воздушно-сухой почве рассчитать его массовую долю в высушенной почве.

Для осуществления этих расчетов могут быть использованы соответствующие множители К_W и K_W1. При расчете этих множителей принимают за 100% массу высушенной пробы. Тогда масса воздушно-сухой пробы будет равна 100 + W.

Тогда , а множитель

- коэффициент влажности.

Его обычно используют в валовом анализе для пересчета содержания какого-либо компонента на высушенную почву. Так как при расчете массовой доли любого компонента величина навески всегда находится в знаменателе расчетного уравнения, то множитель, позволяющий результаты анализа, выраженные на воздушно-сухую почву, отнести к почве высушенной, равен величине, обратной К_W.

Контрольные вопросы.(л.р. 1)

1. Факторы, влияющие на влажность почвы.

2. Температура, при которой определяют содержание свободной влаги.

3. Особенность определения влаги в загипсованных почвах.

4. Причины завышения результатов определения гигроскопической влаги.

5. Причины занижения результатов определения гигроскопической влаги.

6. В воздушно-сухой навеске найдено 7,8%гумуса. Рассчитать его содержание в сухой почве при W= 2,45%.

7. При определении содержания железа в почве в сухой навеске найдено 3,8% Fe₂O₃. Рассчитать содержание железа в воздушно-сухой почве при W= 1,85%.

8. При определении содержания алюминия в почве в сухой навеске найдено 6,8% Al₂O₃. Рассчитать содержание алюминия в воздушно-сухой почве при W= 1,45%.

9. В воздушно-сухой навеске найдено 0,3% азота. Рассчитать его содержание в сухой почве при W= 2,38%.

10. Масса сухой навески почвы 0,8765г. Влажность 1,85%. Рассчитать массу навески, взятую для определения влажности.

Лабораторная работа № 2

Определение потери при прокаливании

В процессе почвообразования происходит дифференциация почвенного профиля на генетические горизонты. Она обусловлена перераспределением химических соединений. Оценить процессы перемещения веществ в пределах почвенной толщи помогает валовой анализ почв. При его проведении определяют общее, или валовое, содержание элемента в почве. Результаты валового анализа чаще всего представляют в процентах на прокаленную почву.

Для того, чтобы выразить результаты анализа на прокаленную почву, ее выдерживают при температуре 750 -800^о и находят массовую долю летучих компонентов. Ее принимают за потерю при прокаливании (п.п.п.). Результаты определения потери от прокаливания выражают в % на высушенную почву. Потеря от прокаливания некарбонатных почв включает в себя гумус и химически связанную воду, т.е. группы ОНˉ, входящие в состав молекул. Содержание химически связанной воды вычисляют, вычитая из потери при прокаливании (%) массовую долю гумуса(%).Содержание химически связанной воды может дать ценные сведения о минералогическом составе почв, особенно при анализе илистой и коллоидной фракции. При анализе карбонатных почв в потерю от прокаливания входит также СО₂ карбонатов, при анализе засоленных почв - хлориды.

Методика определения потери при прокаливании

Навеску массой около 1г, берут на аналитических весах в доведенном до постоянной массы фарфоровом тигле. Тигель помещают в слабо нагретую муфельную печь и прокаливают при температуре 750 – 800^о в течение 2 -3 часов. Тигель охлаждают в эксикаторе (не менее 30минут) и взвешивают. Затем тигель снова прокаливают 30 минут, охлаждают и взвешивают. Так как прокаленная почва гигроскопична, взвешивание после второго прокаливания проводят быстро, предварительно выставив на весах результаты первого взвешивания.

Результаты заносят в таблицу:

№ пробы	Масса пустого тигля	Масса тигля с воздушно-сухой пробой г	Масса тигля с пробой после первого прокаливания г	Масса тигля с пробой после второго прокаливания г	Потеря при прокаливании г	ПП %

Потерю от прокаливания выражают в % от высушенной почвы. Поскольку при прокаливании воздушно-сухой навески удаляется и гигроскопическая влага, необходимо из массовой доли летучих компонентов (%) вычесть массовую долю гигроскопической влаги. Тогда для вычисления п.п.п. можно использовать формулу:

, где

m₁ - потери при прокаливании,г;

m - навеска воздушно-сухой почвы , г;

W – массовая доля (%) гигроскопической влаги;

100+W / W - коэффициент пересчета результатов на высушенную почву.

Контрольные вопросы.

1. Компоненты почв, входящие в состав потерь при прокаливании для различных типов почв.

2. Техника выполнения определения п.п.п.

3. Показатели анализов почвы, совместимые с определением п.п.п.

4. При прокаливании навески почвы массой 0,5214г получили остаток массой 0,4547г. В этой же почве найдено 6,4% гумуса и 1,2% СаСО₃. Рассчитать массовую долю химически связанной воды.

5. При анализе воздушно-сухого образца почвы получили 8,8% потерь при прокаливании. Пересчитать п.п.п. на высушенную почву, если ее влажность составляет 1,86%.

6. При прокаливании навески почвы массой 0,4824г получили остаток массой 0,4142г. В этой же почве найдено 7,2% гумуса и 0,6% NaCl. Рассчитать массовую долю химически связанной воды.

7. При анализе высушенной до постоянной массы навески почвы получили 8,2% потерь при прокаливании. Пересчитать п.п.п. на воздушно-сухую почву, если ее влажность составляет 2,46%.

Лабораторная работа №3

Углерод в почвах и методы определения углерода

органических соединений

Углерод в почвах входит в состав как органических, так и неорганических соединений. Углерод, входящий в состав органического вещества, находится в специфических, свойственных только почвам, соединениях – гуминовых кислотах, фульвокислотах, гиматомелановых кислотах, гумине – и в неспецифических соединениях – лигнине, аминокислотах, углеводах, жирных кислотах, спиртах, альдегидах, смолах, восках и пр. Минеральные соединения углерода представлены карбонатами, основная часть которых приходится на относительно труднорастворимые карбонаты кальция и магния. Незначительное количество углерода находится в форме легкорастворимых карбонатов и бикарбонатов натрия и калия. В газовых фазах почв углерод представлен СО₂, СН₄ и пр.

Все методы определения углерода органических соединений основаны на его окислении до СО₂

Прямые методы основаны на определении количества СО₂, образующегося при окислении органических соединений, косвенные методы – на определении количества окислителя, израсходованного на окисление.

Косвенные методы определения углерода

органических соединений

При мокром озолении гумуса раствором дихромата калия в разбавленной (1:1) серной кислоте углерод органических соединений окисляется до СО₂, а ион Cr₂O₇^2- восстанавливается до Сr³⁺. При нагревании реакция протекает количественно и может быть схематически представлена уравнением:

3C + 2K₂Cr₂O₇ + 8 H₂SO₄ = 3CO₂ + 2 Cr₂(SO₄)₃ + 8H₂O + 2K₂SO₄

В методах с титриметрическим окончанием избыток дихромата оттитровывают титрованным раствором восстановителя, чаще всего раствором соли Мора - (NH₄)₂SO₄ ▪ FeSO₄. В фотометрических методах количество углерода определяют по количеству восстановленной формы - Cr³⁺.

При кипячении с почвой дихромат калия окисляет также водород, входящий в состав органических соединений и некоторые минеральные компоненты почвы (Fe²⁺ гидроморфных почв, Cl^- засоленных). Мокрое озоление не позволяет также полностью окислить органические вещества почвы. Поэтому точность определения содержания гумуса этим методом ниже точности определения его методами сухого озоления. Для повышения точности анализа каждая методика предусматривает различные приемы. Например, для более полного окисления гумуса в реакционную смесь вводят катализатор Ag₂SO₄, который к тому же связывает хлорид-ионы в труднорастворимый хлорид серебра.

Фотометрический метод определения углерода

органических соединений

Ионы Cr₂O₇^2- и Cr³⁺ окрашены. Окраска чистого дихромата калия в водных растворах изменяется от желтой до интенсивно-оранжевой в зависимости от концентрации, окраска растворов сульфата хрома – зеленая, т.е спектры поглощения этих растворов сильно различаются.

Разница в положении максимумов поглощения растворов Cr₂O₇^2- и Cr³⁺ позволяет определить фотометрическим методом концентрацию различных форм хрома при совместном присутствии в растворе.

Концентрацию Cr³⁺ удобно определять в области длин волн 584 -594нм, т.к. в ней светопоглощение растворов Cr³⁺ максимально, а оптическая плотность растворов Cr₂O₇^2- практически равно нулю. Возможность селективного измерения оптической плотности Cr³⁺ лежит в основе фотометрического определения углерода органических соединений.

Методика фотометрического определения углерода

органических соединений

ГОСТ 26213-(91)

1. Отбор пробы.

Среднюю лабораторную почвенную пробу равномерно распределяют на бумаге слоем около 5мм. Крупные структурные агрегаты или отдельности предварительно измельчают шпателем на бумаге или пестиком в ступке. Затем почву распределяют по бумаге и длят на квадраты со стороной 3-4см , проводя шпателем вертикальные и горизонтальные линии. Из каждого квадрата на всю глубину слоя шпателем берут небольшое количество почвы и помещают ее в пакетик из кальки Если масса аналитической пробы меньше 10г, операцию повторяют. Из взятой аналитической пробы тщательно удаляют корни и другие растительные остатки. Их отбирают пинцетом, просматривая почву под лупой.

Для отбора органических остатков можно использовать наэлектризованную стеклянную палочку. Для этого палочкой, натертой куском шерстяной ткани, проводят на расстоянии нескольких сантиметров от слоя почвы. Органические остатки прилипают к палочке и удаляются из почвы.

Затем почву просеивают через сито с отверстиями диаметром 0,25мм. Оставшуюся на сите почву переносят в ступку и снова просеивают. Операцию повторяют до тех пор, пока все частицы не пройдут через сито. Измельчению подвергают лишь мелкозем, т.е. частицы почвы диаметром не более 1мм. Аналитические почвенные пробы хранят в пакетиках из кальки.

2. Окисление.

В зависимости от содержания гумуса на аналитических весах берут навеску почвы. Приблизительное содержание гумуса в почве можно определить по ее окраске:

Окраска почвы	Содержание гумуса,%	Масса навески,г
Черная Темно-серая Серая Светло-серая Белесая	5-10 4 – 7 2 - 4 1 - 2 0,5 -1	0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 -1

Навеску почвы помещают на дно сухой конической колбы объемом 100мл. В колбу приливают 10мл 0,4н раствора K₂Cr₂O₇ в разбавленной (1:1) серной кислоте. Объем раствора окислителя приливают с большой точностью, т.к. о количестве углерода судят по изменению содержания Cr₂O₇^2- в результате взаимодействия раствора с почвой. Объем раствора отмеривают каждый раз от нулевого деления бюретки и спускают с одинаковой скоростью.

Осторожным круговым движением распределяют почву по дну колбы, вставляют в колбы маленькие воронки и выдерживают 20 минут в термостате при температуре 136^оС. После охлаждения содержимое колб количественно переносят в мерные колбы на 50 мл, доводят до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают и оставляют смесь на ночь. Затем надосадочную жидкость осторожно сливают в кювету с толщиной светопоглощающего слоя 1 см и измеряют оптическую плотность при длине волны 590нм относительно холостого раствора.

3. Построение калибровочного графика.

Для построения калибровочного графика используют раствор глюкозы с концентрацией углерода 1мг/мл. В конические колбы на 100мл приливают 0; 0,5; 1.0; 2,0; 4.0; 6,0; 8,0 мл стандартного раствора глюкозы и выпаривают досуха на водяной бане. Приливают в каждую пробирку по 10,00мл раствора дихромата и выдерживают 30 минут.

После охлаждения смесь количественно переносят в мерные колбы на 50 мл, доводят раствор до метки, закрывают пробкой и оставляют на ночь.

Затем жидкость наливают в кювету фотоэлектроколориметра и измеряют оптическую плотность при длине волны 590нм. По полученным данным строят график зависимости оптической плотности от массы углерода.

4.Расчет.

Количество углерода находят по калибровочному графику и рассчитывают по формуле:

а ▪ 100

%С = 1000 ▪ m

где а - масса углерода в исследуемом растворе, найденная по

калибровочному графику, мг

m – масса навески почвы , г

Массовая доля гумуса равна:

% гумуса = %С ▪ 1,724

1,724 - коэффициент, рассчитанный из усредненного для различных почв содержания углерода в гумусе (58%)

Контрольные вопросы.

1. Соединения в составе почвы, содержащие углерод (твердая фаза, почвенный раствор, газовая фаза).

2. Основные методы определения содержания углерода в органических и неорганических соединениях почвы (прямые и косвенные).

3. Уравнение реакции окисления углерода хромовой смесью.

4. Принцип фотометрического определения углерода. Расчетные методы фотометрии- метод сравнения, метод калибровочного графика, метод добавок.

5. Приблизительное определение содержания гумуса по цвету почвы.

6. Основные операции фотометрического определения содержания углерода.

7. Навеску почвы массой 0,1889г окислили хромовой смесью, раствор разбавили в мерной колбе и измеряли оптическую плотность. Ее значение соответствовало 6,5мг углерода по калибровочному графику.

Рассчитать массовую долю гумуса в почве.

8. Рассчитайте массу навески почвы с содержанием гумуса около 7%,

которую необходимо взять для точного определения содержания гумуса

по методу калибровочного графика, если диапазон массы углерода в

калибровочных растворах лежит в пределах от 1мг до 8мг.

9.Физический смысл эмпирического коэффициента пересчета массовой

доли углерода в массовую долю гумуса. Какова его точность?

Лабораторная работа № 4

Азот в почвах и методы определения и его общего содержания

Азот – один из основных элементов питания растений. Общее содержание азота в верхних горизонтах почв измеряется десятыми долями процента. Основная часть азота почвы связана с гумусом. В состав гумуса входит 93-97% от общего содержания азота в почве. Гумус содержит около 5% азота.

Минеральные соединения азота в почвах представлены солями азотной и азотистой кислот и ионами аммония. Ионы NH₄⁺ могут находиться в почвах в способном к обмену состоянии и могут быть прочно фиксированы кристаллической решеткой глинистых минералов.

Для определения азота в почвах применяют газоволюметрические методы, которые основаны на термическом разложении почвы и измерении объема выделившегося азота. В практике чаще используют методы, основанные на мокром озолении органического вещества почв концентрированной H₂SO₄ (метод Кьельдаля) или сернокислым раствором CrO₃ (метод Тюрина). Азот органического вещества переходит в ион аммония, который количественно определяют титриметрическими или фотометрическими методами.

Определение азота методом Кьельдаля.

Метод Кьельдаля основан на учете аммония, который образуется при озолении органического вещества почв кипящей концентрированной азотной кислотой. Определение азота по Кьельдалю включает три этапа: озоление органического вещества, отгонку аммиака и количественное определение азота. Фотометрические методы определения аммиака позволяют операцию отгонки исключить.

Озоление органического вещества.

При взаимодействии органического вещества почв с кипящей серной кислотой углерод и водород органических соединении окисляется до СО₂ и Н₂О, азот остается в восстановленной форме и превращается в сульфат аммония. В качестве примера приведем реакцию серной кислоты с аланином, одним из компонентов гумуса:

2CH₃CHNH₂COOH + 13H₂SO₄→ (NH₄)₂SO₄ +6CO₂+16H₂O +12SO₂

Образующийся в процессе реакции диоксид серы препятствует окислению азота. Чтобы диоксид серы не покидал реакционной зоны, сосуд, в котором проводят озоление, закрывают стеклянными затворами. Эти затворы конденсируют также пары серной кислоты, которые стекают обратно в сосуд. Для ускорения процесса используют катализаторы – СuSO₄, HgO, Se или их смесь. При взаимодействии с серной кислотой селен окисляется:

Se + 2H₂SO₄ → H₂SeO₃ +2SO₂ + H₂O

Селенистая кислота более сильный окислитель, чем серная. Окисляя органическое вещество до СО₂ и Н₂О, она восстанавливается до элементарного селена:

2CH₃CHNH₂COOH + 6H₂SeO₃→2NH₃ +6CO₂+10H₂O +6Se

В связи с высокой токсичностью селена все работы с ним нужно проводить в

вытяжном шкафу!

Для повышения температуры кипения в колбу добавляют сульфат калия. Температура кипения серной кислоты, содержащей 1мг/мл K₂SO₄, равна 365^оС. Разложение органического вещества протекает медленно и может быть неполным, если его проводить при температуре ниже 360^оС; при температуре выше 400^ос могут быть потери азота. При проведениии анализа необходимо следить, чтобы не перегревалась та часть колбы, которая не занята жидкостью. В противном случае может происходить термическое разложение сульфата аммония и потери азота.

Количественное определение азота.

1. Отгонка и титриметрическое определение аммиака.

При взаимодействии сульфата аммония с NaOH образуется аммиак:

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH → 2NH₃ + 2H₂O + Na₂SO₄

Количество аммиака определяют, отгоняя его в растворы серной или борной кислоты.

При использовании в качестве поглотителя титрованного раствора серной кислоты применяют метод обратного титрования. Количество кислоты, эквивалентное содержанию образовавшегося при разложении навески почвы аммиака, находят по разности между количеством миллимолей эквивалентов

H₂SO₄,взятых для поглощения аммиака, и количеством миллимолей эквивалентов H₂SO₄, которое было определено после поглощения аммиака.

Более удобно поглощать аммиак борной кислотой. В результате реакции образуется борат аммония:

NH₃ + H₃BO₃ → NH₄⁺ + H₂BO₃ˉ

Борат – ион можно определить титрованием кислотой в присутствии индикатора метилового красного:

H₂BO₃ˉ + Н⁺ → H₃BO₃

2. Фотометрические методы определения аммиака.

В практике анализа почвенно-агрохимических объектов используют метод Несслера и различные варианты индофенолового метода.

Метод Несслера основан на образовании окрашенного малорасворимого соединения при взаимодействии реактива Несслера (K₂HgJ₄) c аммиаком в нейтральных или слабощелочных растворах:

2 HgJ₄ˉ + NH₃ + OHˉ → NH₂Hg₂J₃ + 5Jˉ + H₂O

Очень большого избытка щелочи следует избегать, т.к. NH₂Hg₂J₃ может разложиться с образованием оксида ртути. Концентрацию щелочи следует строго выдерживать в стандартных и исследуемом растворах. Окрашенное соединение NH₂Hg₂J₃ склонно к образованию отрицательно заряженных коллоидных частиц. Для повышения устойчивости системы в нее вводят стабилизатор – желатин, поливиниловый спирт и т.п. При малых концентрациях аммиака коллоидные растворы имеют желтую окраску, с увеличением концентрации появляется бурый оттенок. Все это снижает воспроизводимость анализа, следовательно, и точность определения.

Индофеноловый метод более удобен, т.к. соединение с аммиаком, которое при этом получается, образует истинный раствор, максимум светопоглощения которого находится в видимой части спектра (молярный коэффициент поглощения при длине волны 625нм равен 4,5▪10³).

В основе метода лежит реакция аммиака с фенолом в присутствии окислителя – гипохлорита натрия. Продуктом реакции является индофенол, который в щелочной среде окрашивает растворы в синий цвет.

Для определения азота в почвах используют также зеленую окраску натриевой соли индофенолдикарбоновой кислоты в щелочном растворе.

Методика фотометрического определения общего азота в почвах

ГОСТ 26107 – 84.

1.Отбор пробы.

Среднюю лабораторную почвенную пробу равномерно распределяют на бумаге слоем около 5мм . Крупные структурные агрегаты или отдельности предварительно измельчают шпателем на бумаге или пестиком в ступке. Затем почву распределяют по бумаге и длят на квадраты со стороной 3-4см , проводя шпателем вертикальные и горизонтальные линии. Из каждого квадрата на всю глубину слоя шпателем берут небольшое количество почвы и помещают ее в пакетик из кальки Если масса аналитической пробы меньше 10г, операцию повторяют. Из взятой аналитической пробы тщательно удаляют корни и другие растительные остатки. Их отбирают пинцетом, просматривая почву под лупой.

Для отбора органических остатков можно использовать наэлектризованную стеклянную палочку. Для этого палочкой, натертой куском шерстяной ткани, проводят на расстоянии нескольких сантиметров от слоя почвы. Органические остатки прилипают к палочке и удаляются из почвы.

Затем почву просеивают через сито с отверстиями диаметром 0,25мм. Оставшуюся на сите почву переносят в ступку и снова просеивают. Операцию повторяют до тех пор, пока все частицы не пройдут через сито. Измельчению подвергают лишь мелкозем, т.е. частицы почвы диаметром не более 1мм. Аналитические почвенные пробы хранят в пакетиках из кальки.

2. Разложение навески.

Аналитическую навеску почвы 0,2000г помещают в термостойкую пробирку вместимостью 50мл. В пробирку по стенке приливают 2мл 30% раствора

перекиси водорода, смачивая ею всю навеску почвы. Через две минуты мерной пробиркой приливают 3 мл концентрированной серной кислоты, содержащей селен. Содержимое пробирки осторожно перемешивают круговыми движениями, ставят в устройство для нагревания пробирок и постепенно нагревают пробирки до 400^оС. Озоление ведут при этой температуре до полного обесцвечивания раствора. В связи с высокой токсичностью селена все работы с ним нужно проводить в

вытяжном шкафу!

Затем раствор оставляют до охлаждения до комнатной температуры и количественно переносят в мерную колбу на 50мл и доводят дистиллированной водой до метки. Одновременно проводят контрольный анализ без почвы.

3.Определение азота.

1мл прозрачного раствора, полученного при разложении почвы, переносят пипеткой в сухую коническую колбу вместимостью 100мл. К раствору добавляют 45 мл рабочего раствора окрашивающего реактива и 2,5мл рабочего раствора гипохлорита. После добавления каждого реактива раствор перемешивают. Колбу с раствором оставляют на 1 час для образования устойчивой окраски. Оптическую плотность окрашенного раствора измеряют относительно нулевого раствора в кювете с толщиной поглощающего слоя 1см при длине волны 655нм.

4.Построение калибровочного графика.

В мерные колбы на 50 мл приливают разные количества раствора хлорида аммония с массовой концентрацией азота 0,1мг/мл: 0; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 мл. В каждую колбу до половины объема приливают дистиллированную воду без аммиака и по 3 мл концентрированной серной кислоты, содержащей селен. Осторожно! Возможно разогревание! Растворы охлаждают, доливают до метки и перемешивают.

Из каждой колбы пипеткой берут 1мл раствора и переносят в сухую коническую колбу на 100мл. Далее проводят все операции, как с раствором после разложения почвы.

Строят график зависимости оптической плотности от массы азота в растворе.

2. Расчет.

По графику находят количество азота в мг в анализируемом объеме исследуемого раствора. Общий азот в почве (N_ф) в % вычисляют по формуле:

%

где а - количество азота в анализируемом объеме,

найденное по графику, м;

V₁ - общий объем раствора после разложения почвы, мл;

V₂ - объем раствора, взятый для анализа, мл;

m - масса сухой почвы, г

100 – коэффициент пересчета на 100г почвы;

1000 – коэффициент пересчета миллиграммов в граммы.

Массу сухой почвы (m) в граммах вычисляют по формуле:

где m₁ - масса воздушно-сухой почвы, г;

W_г - гигроскопическая влага,%.

Контрольные вопросы.

1. Соединения в составе почвы, содержащие азот.

2. Основные методы определения содержания азота в почвах.

3. Определение содержания азота по методу Кьльдаля (основные операции).

4. Фотометрические методы определения аммиака ( метод Несслера, индофеноловый метод).

5. Молярное отношение С:N как характеристика обогащенности гумуса азотом.

6. Навеску воздушно-сухой почвы массой 0,1986г обработали для определения азота и получили содержание его 0,46мг. Рассчитать:

а) массовую долю азота в сухой почве при влажности ее 1,28%;

б) массовую долю гумуса в сухой почве, если он содержит 5% азота;

в) молярное отношение С:N, если известно, что в составе гуминовых кислот 58% углерода.

Лабораторная работа №5

Приемы оценки засоления почв.

Для оценки степени и химизма засоления почв в водных вытяжках определяют общую концентрацию легкорастворимых солей и концентрацию входящих в их состав конкретных ионов. Степень засоления почв оценивают по массовой доле (%) сухого, или плотного, остатка или по сумме массовых доле отдельных ионов.

Сухим, или плотным, остатком называется массовая доля высушенного при 105^о остатка, полученного выпариванием аликвоты водной вытяжки.

Сухой остаток дает представление об общем содержании в почве минеральных и органических соединений, извлекаемых из почвы методом водной вытяжки. По величине сухого остатка устанавливают степень засоленности почвы. Однако в процессе высушивания гидрокарбонаты превращаются в карбонаты с выделением СО₂ и Н₂О, сульфаты кальция и магния удерживают кристаллизационную воду, хлориды магния превращаются в MgOHCl с выделением свободного хлора. Все эти процессы влияют на результаты определения сухого остатка.

В некоторых случаях проводят определения прокаленного остатка, который дает представление о массовой доле в почве растворимых минеральных веществ. Его определяют прокаливанием сухого остатка или озолением в нем органических соединений пероксидом водорода.

При анализе фильтратов из насыщенных водой почвенных паст степень засоления почвы определяют по удельной электропроводности фильтрата. К засоленным относят почвы, у которых удельной электропроводности фильтрата выше 4мСм/см.(1/Ом). Почвы, удельная электропроводность фильтрата из паст которых составляет 4- 8 мСм/см, относят к слабозасоленным, 8 -15 мСм/см – к среднезасоленным, больше 15мСм/см – к сильнозасоленным.

По величине удельной электропроводности можно приблизительно оценить концентрацию солей в фильтратах их паст:

С (мг/л) = 0,64 ∙ 10³ ЕС (мСм/см),

где ЕС – удельная электрическая проводимость.

Методика определения сухого остатка водной вытяжки.

ГОСТ 26423 -85

1.Приготовление водной вытяжки.

Пробу почвы массой 30г, взвешенную с точностью до 0,1г, помещают в коническую колбу на 250мл. приливают 150мл воды и перемешивают на магнитной мешалке 3мин. Оставляют на 5 минут для отстаивания.

2.Фильтрование суспензии.

В воронки помещают двойные складчатые фильтры. Край фильтра должен быть расположен на 0,5 – 1см ниже края воронки. В начале фильтрования необходимо перенести на фильтр возможно большее количество почвы. Струю суспензии направляют на боковую стенку воронки, чтобы не порвать фильтр. Первую порцию фильтрата (примерно 10мл) отбрасывают и только затем собирают его в чистый сухой приемник. Мутные фильтраты перефильтровывают.

3. Отбирают пипеткой 25см³ фильтрата водной вытяжки, помещают в предварительно просушенную при температуре 105^оС и взвешенную с точностью до 0,001г фарфоровую чашку. Чашку ставят на водяную баню и выпаривают фильтрат до влажных солей. Затем чашку помещают в термостат, выдерживают в нем в течение 3 часов при температуре 105^оС, охлаждают в эксикаторе и взвешивают с погрешностью не более 0,001г.

4. Расчет

(m ₁– m) ∙ 500

Х = 25

где m - масса пустой чашки, г;

m₁ - масса чашки с осадком, г;

500 – коэффициент пересчета в проценты;

25 - объем пробы вытяжки, см³

Методика получения фильтратов из насыщенных водой

почвенных паст.

Для получения фильтратов из насыщенных водой почвенных паст используют пластиковые контейнеры, плотно закрывающиеся крышками, или фарфоровые чашки, которые при проведение анализа плотно закрывают полиэтиленом, чтобы предотвратить испарение влаги.

При проведении исследований определяют содержание в пасте влаги. Для этого взвешивают контейнеры до и после прибавления дистиллированной воды или при приготовлении пасты воду добавляют из бюретки, фиксируя объем. При этом при расчете влажности пасты обязательно учитывают исходную влажность почвы.

От 200 до 400г почвы, пропущенной через сито с отверстиями диаметром 2мм, помещают в пластиковый контейнер и из бюретки добавляют воду, перемешивая шпателем. Время от времени для консолидации смеси почвы и воды постукивают сосудом о стол. Воду добавляют до тех пор, пока смесь воды и почвы не будет удовлетворять ряду требований:

1) поверхность насыщенной водой почвенной пасты должна блестеть;

2) паста должна слегка течь, если наклонять сосуд, в которой ее готовят;

3) паста должна слегка скользить по шпателю, за исключением паст из

почв с высоким содержанием глины.

Приготовленную пасту выдерживают 4 часа (или оставляют на ночь) и снова проверяют правильность ее приготовления по перечисленным тестам. Если на поверхности пасты появилась свободная вода, то осторожно прибавляют немного воздушно-сухой почвы, в случае затвердевание или потери блеска к пасте добавляют немного воды. Лучшие результаты получаются если 1/2 - 2/3 необходимого количества воды вносить по стенке сосуда при минимальном перемешивании и выдерживать почву не более 6 час., чтобы избежать влияния биологических процессов.

Приготовленную пасту переносят на воронку Бюхнера с предварительно вложенным в нее фильтром и получают фильтра, отсасывая его под вакуумом.

Фильтрат перемешивают и на каждые 25мл его добавляют 1 каплю 0,1% раствора гексаметафосфата натрия (NaPO₃)₆.

Контрольные вопросы.

1.Сухой остаток как показатель степени засоленности почвы. Техника его получения. Химические процессы, которые оказывают влияние на его

состав.

2.Достоинства и недостатки водной вытяжки и фильтрата из паст.

3. Определение степени засоления почв по электропроводности водной вытяжки и фильтрата из паст.

4. Методика определения сухого остатка водной вытяжки.

5. Методика получения фильтрата из паст.

6. Достоинства и недостатки анализов водной вытяжки и фильтрата из

паст.

Лабораторная работа № 6

Карбонаты щелочно-земельных металлов и методы их определения.

Засоленным почвам часто присуща щелочность – способность проявлять свойства слабых оснований. Щелочность принято связывать с анионами слабых минеральных и органических кислот, в частности с ионами СО₃^2- и НСО₃^-.

Основную массу карбонатов в твердых фазах почв составляют карбонаты кальция и, возможно, магния. Все эти соединения труднорастворимы. В почвах щелочного ряда могут присутствовать легкорастворимые карбонаты натрия, реже – калия.

Содержание и распределение карбонатов по почвенному профилю используют в качестве диагностических показателей в классификациях почв. От содержания карбонатов зависят химические и физические свойства почв, их плодородие и мелиоративные особенности. Например, карбонат кальция при содержании в почве 10 – 15% способствует образованию стабильных крупнопористых почвенных агрегатов, тогда как увеличение его содержания до 20 – 25% приводит к уменьшению диффузивности почвенной влаги в связи с осаждением СаСО₃ внутри капилляров.

Методы определения карбонатов основаны главным образом на измерении массы, объема или количества вещества СО₂, выделившегося при их разложении.

Гравиметрические методы основаны на разложении карбонатов и отгонке диоксида углерода. СО₂ может быть поглощен аскаритом и количественно определен по увеличению массы поглотительных трубок. Кроме того, определение может быть проведено по потере массы диоксида углерода с помощью приборов, специально разработанных для анализа почв на содержание карбонатов.

Титриметрические методы основаны на вытеснении СО₂ карбонатов соляной кислотой в титрованный раствор щелочи. Количество СО₂ рассчитывают по количеству NaOH, вступившему в реакцию.

ГОСТ 26424 – 85 предусматривает определение ионов карбоната и бикарбоната в водной вытяжке методом потенциометрического титрования.

Методика определения ионов НСО₃ˉ и СО₃²ˉ в водной вытяжке.

ГОСТ 26424 – 85.

Сущность метода заключается в титровании раствором серной кислоты в водной вытяжке карбоната до рН = 8,3; бикарбоната до рН= 4,4. Конечную точку титрования устанавливают с помощью рН-метра .

1.Приготовление водной вытяжки.

Пробу почвы массой 30г, взвешенную с точностью до 0,1г, помещают в коническую колбу на 250мл. приливают 150мл воды и перемешивают на магнитной мешалке 3мин. Оставляют на 5 минут для отстаивания.

2.Фильтрование суспензии.

В воронки помещают двойные складчатые фильтры. Край фильтра должен быть расположен на 0,5 – 1см ниже края воронки. В начале фильтрования необходимо перенести на фильтр возможно большее количество почвы. Струю суспензии направляют на боковую стенку воронки, чтобы не порвать фильтр. Первую порцию фильтрата (примерно 10мл) отбрасывают и только затем собирают его в чистый сухой приемник. Мутные фильтраты перефильтровывают.

3.Определение ионов СО₃ˉи НСО₃ˉ.

Отбирают пипеткой 20мл водной вытяжки химический стакан и помещают на магнитную мешалку. Заполняют бюретку 0,02н раствором серной кислоты. В пробу вытяжки помещают электродную пару и включают магнитную мешалку. Когда показания рН-метра установятся, измеряют начальное значение рН вытяжки. Затем титруют пробу до рН = 8,3; записывают объем (V₁). Продолжают титрование до рН =4,4; записывают объем (V₂).

4.Расчет.

Количество эквивалентов карбонат-иона ( n ), моль в 100 г почвы, вычисляют по формуле

где 2 - коэффициент, учитывающий, что при рН=8,3 карбонат-ион

оттитрован наполовину

C (1/2 H₂SO₄) – молярная концентрация эквивалента (нормальность)

раствора серной кислоты ммоль/cм³;

V₁ – объем раствора серной кислоты, израсходованный на

титрование до рН=8,3 см³;

V - объем пробы вытяжки, см³,

500 – коэффициент пересчета ммоль в 100 г почвы.

Массовую долю карбонат- иона в почве (Х₁) в процентах вычисляют по формуле:

где 0,030 – коэффициент пересчета в %.

Количество эквивалентов гидрокарбонат-иона ( n ), моль в 100 г почвы, вычисляют по формуле

где V₂ – объем раствора серной кислоты, израсходованный на

титрование до рН=4,4 см³;

Массовую долю гидрокарбонат- иона в почве (Х₁) в процентах вычисляют по формуле:

,

где 0,061 – коэффициент пересчета в %.

Контрольные вопросы.

1.Щелочность почв. Химические соединения щелочного характера в почвах.

2. Методы определения карбонатной щелочности.

3. Методика определения карбонатной щелочности по водной вытяжке

(сущность метода, основные этапы )

4. Какими карбонатными ионами обусловлена щелочность почвы, если рН

водной вытяжки равен 7,8?

5. Из навески почвы массой 30г приготовили водную вытяжку объемом 150мл. 50мл фильтрата этой вытяжки перенесли в мерную колбу на 100мл и довели до метки дистиллированной водой. 50 мл фильтрата этой вытяжки оттитровали до РН=8,3. На титрование израсходовали 1,8мл 0,02М раствора серной кислоты (V₁). Рассчитать содержание карбонат- ионов в почве (моль-экв/100г почвы)

6.Из навески почвы массой 30г приготовили водную вытяжку объемом 150мл. 50мл фильтрата этой вытяжки перенесли в мерную колбу на 100мл и довели до метки дистиллированной водой. 50 мл фильтрата этой вытяжки оттитровали до РН=8,3. На титрование израсходовали 1,8мл 0,02М раствора серной кислоты(V₁). Затем продолжили титрование до РН=4,4 (V₂).Рассчитать содержание гидрокарбонат- ионов в почве (моль-экв/100г почвы)

Лабораторная работа № 7

Аргентометрический метод определения хлорид-ионов

по Мору.

Количественное определение содержания в растворе хлорид-ионов осуществляют тириметрически. В основе метода лежит реакция осаждения:

Cl^- + Ag⁺ = AgCl↓

Конечную точку титрования устанавливают по методу Мора, проводя титрование в присутствии хромата калия. Применение K₂CrO₄в качестве индикатора основано на способности хромат – иона образовывать с ионами серебра кирпично-красный осадок Ag₂CrO₄. В условиях проведения анализа образование осадкаAg₂CrO₄ начинается после того, как хлорид-ионы будут практически полностью связаны в AgCl ( ).

Определение следует проводить в нейтральной среде

Методика аргентометрического определения хлорид-ионов по Мору

ГОСТ 26425-85

1.Приготовление водной вытяжки.

Пробу почвы массой 30г, взвешенную с точностью до 0,1г, помещают в коническую колбу на 250мл. приливают 150мл воды и перемешивают на магнитной мешалке 3мин. Оставляют на 5 минут для отстаивания.

2.Фильтрование суспензии.

В воронки помещают двойные складчатые фильтры. Край фильтра должен быть расположен на 0,5 – 1см ниже края воронки. В начале фильтрования необходимо перенести на фильтр возможно большее количество почвы. Струю суспензии направляют на боковую стенку воронки, чтобы не порвать фильтр. Первую порцию фильтрата (примерно 10мл) отбрасывают и только затем собирают его в чистый сухой приемник. Мутные фильтраты перефильтровывают.

3. Определение содержания Cl^-.

Пробу вытяжки объемом от 2 до 20см³ отбирают пипеткой в коническую колбу, приливают дистиллированную воду до объема 20-30см³, 1см³ 10%раствора K₂CrO₄ и титруют 0,02М раствором азотнокислого серебра до перехода окраски от желтой к красно-бурой. Титрование проводят три раза (V₁, V₂, V₃)

Объем пробы вытяжки устанавливают по величине сухого остатка:

20см³ – при массовой доле сухого остатка до 0,7%;

10см³ – при массовой доле сухого остатка 0,7 – 1,5%;

2см³ - при массовой доле сухого остатка более 1,5%.

4.Расчет.

Количество эквивалентов иона хлорида (Х),ммоль в 100г почвы , вычисляют по формуле:

ммоль/100г почвы

где V₁ –объем раствора азотнокислого серебра, пошедший на

титрование, см³;

С(AgNO₃) - концентрация раствора азотнокислого серебра, ммоль/см³;

500 - коэффициент пересчета на 100г почвы;

V – объем пробы водной вытяжки.

Массовую долю иона хлорида в почве (Х₁) в % вычисляют по формуле:

%

Контрольные вопросы.

1.Метод анализа, на котором основано количественное определение хлорид-иона.

2. Основные этапы определения.

3. Что лежит в основе использования хромата калия в качестве индикатора?

4. Сколько граммов KCl содержится в 250мл раствора, если на титрование 25,00мл его израсходовано 34,00мл 0,1050н раствора AgNO₃?

5. К 50мл 0,001н раствора соляной кислоты добавили 450мл 0,0001н раствора AgNO_3. Выпадет ли осадок хлорида серебра, если ПР_AgCl = 1,78 · 10^-10?

6. К 5мл 0,001н раствора хлорида натрия добавили 4,5мл 0,0001н раствора AgNO_3. Выпадет ли осадок хлорида серебра, если ПР_AgCl = 1,78 · 10^-10?

7. Вычислить растворимость (в моль/л) фторида кальция в воде и в 0,05М растворе CaCl₂

Во сколько раз растворимость во втором случае меньше, чем в первом? ПР = 4,0 ·10^-11

8. Во сколько раз растворимость AgCl в 0,001н растворе NaCl меньше, чем в воде?

ПР_AgCl = 1,78 · 10^-10

Лабораторная работа № 8

Сульфаты, переходящие из твердых фаз засоленных почв в водные вытяжки, представлены легкорастворимыми сульфатами щелочных металлов и магния и менее растворимым гипсом (CaSO₄·2H₂O)_. Растворимость гипса составляет 2г/л CaSO₄, что обуславливает молярную концентрацию эквивалентов (1/2 SO₄^2-) равной 30ммоль·экв/л или 15 ммоль·экв/л на 100г почвы. При анализе засоленных почв растворимость гипса в водных вытяжках может быть значительно выше вследствие увеличения ионной силы раствора (солевой эффект). В то же время ионы Са²⁺ или SO₄^2- могут уменьшать растворимость гипса.

Все методы определения сульфат-ионов (химические инструментальные) основаны на образовании труднорастворимых соединений, чаще всего –сульфата бария.

Турбидиметрическое определение сульфат-ионов.

ГОСТ 26425-85

Метод основан на осаждении сульфат-ионов хлоридом бария и турбидиметрическом определении его в виде сульфата бария.

Турбидиметрия - это метод инструментального анализа, применяемый для исследования гетерогенных систем – суспензий, эмульсий. Светопропускание таких систем прямопропорционально концентрации взвешенных частиц. Поскольку гетерогенные системы неустойчивы, метод имеет ряд ограничений:

1. зависимость сохраняется в пределах низких концентраций

( 0,001 – 0,005М);

2. условия опыта при построении калибровочного графика и анализе исследуемого раствора должны быть строго одинаковыми;

3. для повышения устойчивости суспензии необходимо использовать стабилизирующие реагенты.

Методика определения.

1.Приготовление водной вытяжки.

Пробу почвы массой 30г, взвешенную с точностью до 0,1г, помещают в коническую колбу на 250мл. приливают 150мл воды и перемешивают на магнитной мешалке 3мин. Оставляют на 5 минут для отстаивания.

2.Фильтрование суспензии.

В воронки помещают двойные складчатые фильтры. Край фильтра должен быть расположен на 0,5 – 1см ниже края воронки. В начале фильтрования необходимо перенести на фильтр возможно большее количество почвы. Струю суспензии направляют на боковую стенку воронки, чтобы не порвать фильтр. Первую порцию фильтрата (примерно 10мл) отбрасывают и только затем собирают его в чистый сухой приемник. Мутные фильтраты перефильтровывают.

3 . Построение калибровочного графика.

Приготовление осаждающего раствора: 20г ВаСl₂, взвешенного на технических весах, переносят в мерную колбу на 500мл, приливают примерно300мл дистиллированной воды и 6омл 1Мсоляной кислоты и после полного растворения доводят до метки. Приготовленный раствор смешивают с глицерином 1:1 и хранят не более 3мес.

В качестве стандартного раствора используют 0,2н раствор сульфата натрия. Рабочие растворы готовят в мерных колбах на 50мл согласно таблице:

Характеристика раствора	Номер раствора сравнения
	1	2	3	4	5	6	7	8
Объем стандартного раствора, мл	0	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
Содержание сульфат-иона в почве,ммоль·экв/100г	0	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0

Отбирают пипеткой по 1мл растворов сравнения в пробирки и добавляют по 10мл рабочего осаждающего раствора и тщательно перемешивают. Взвесь фотометрируют не ранее, чем через 10 мин после перемешивания в кювете с толщиной светопоглощающего слоя 10мм при длине волны 520нм. Перед помещением в кювету содержимое пробирки необходимо взболтать. Взвесь оптически устойчива в течение 7ч.

4. Аналогично готовят суспензию из водной вытяжки, измеряют ее кажущуюся оптическую плотность.

5.Обработка результатов.

По результатам фотометрирования строят калибровочный график и

находят содержание сульфат-иона ( Х, ммоль·экв/100г).

Если результат определения выходит за пределы градуировочного графика, определение повторяют, предварительно разбавив вытяжку дистиллированной водой. Результат увеличивают во столько раз, во сколько раз была разбавлена вытяжка.

Массовую долю сульфат-иона в анализируемой почве (в%) вычисляют по формуле:

Х₁ = Х ∙ 0,048 %

Контрольные вопросы.

1.Химические соединения в составе почвы, содержащие сульфат-ион.

2. Определение содержания сульфат-ионов в почве турбидиметрическим методом. Достоинства и недостатки метода.

3.Методы определения содержания гипса.

Лабораторная работа №9

Определение содержания натрия и калия в водной вытяжке

ГОСТ 26425-85

В настоящее время калий и натрий в водных вытяжках фильтратах из паст и почвенных растворах чаще всего определяют методом пламенной фотометрии. Низкие потенциалы возбуждения атомов этих элементов позволяют получить спектры их испускания в низкотемпературном пламени пропан-воздух.

На результаты определения натрия и калия могут влиять сопутствующие компоненты, которые могут содержаться в растворе. Это влияние может быть обусловлено наложением спектральных линий, изменением процессов, происходящих в пламени и в режиме работы распылителя в связи с возможным изменением вязкости и плотности растворов.

Устранить это влияние можно подбором соответствующих условий работы прибора и концентраций стандартных растворов.

Натрий определяют в низкотемпературном пламени по аналитическим линиям 589,0 и 589,9нм, калий – по аналитическим линиям 766,5 и 769,9нм.

Методика определения.

1. Приготовление стандартного раствора натрия (С(Na⁺)=0,1моль/л) и калия (С(К⁺)=0,01моль/л).

5,845г хлорида натрия и 0,746г хлорида калия, прокаленных до постоянной массы при Т=500^оС, взвешивают на аналитических весах и растворяют в мерной колбе на 1000мл, доводят объем до метки дистиллированной водой. Тщательно перемешивают.

2. Приготовление растворов сравнения.

В мерные колбы на 50мл помещают указанные в таблице объемы стандартного раствора, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают.

Характеристика раствора	Номер раствора сравнения
	1	2	3	4	5	6	7
Объем стандартного раствора,мл Концентрация натрия, ммоль/100г почвы Концентрация калия, ммоль/100г почвы	0 0 0	1,0 1,0 0,1	2,0 2,0 0,2	4,0 4,0 0,4	6,0 6,0 0,6	8,0 8,0 0,8	10,0 10,0 1,0

3.Приготовление водной вытяжки.

Пробу почвы массой 30г, взвешенную с точностью до 0,1г, помещают в коническую колбу на 250мл. приливают 150мл воды и перемешивают на магнитной мешалке 3мин. Оставляют на 5 минут для отстаивания.

Фильтрование суспензии.

В воронки помещают двойные складчатые фильтры. Край фильтра должен быть расположен на 0,5 – 1см ниже края воронки. В начале фильтрования необходимо перенести на фильтр возможно большее количество почвы. Струю суспензии направляют на боковую стенку воронки, чтобы не порвать фильтр. Первую порцию фильтрата (примерно 10мл) отбрасывают и только затем собирают его в чистый сухой приемник. Мутные фильтраты перефильтровывают.

4. Приготовление исследуемого раствора.

В мерную колбу на 50мл помещают аликвоту водной вытяжки объемом 1,5,10 мл (в зависимости от предполагаемого содержания натрия и калия ), доводят до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают.

6.Пламенный фотометр настраивают на измерение концентрации натрия или калия в соответствии с инструкцией по его эксплуатации. Фотометрируют приготовленные и исследуемые растворы.

7.Расчет.

По результатам фотометрирования растворов сравнения строят градуировочный график и по нему определяют количество эквивалентов натрия и калия в исследуемом растворе. Результат пересчитывают с учетом разбавления водной вытяжки на количество эквивалентов натрия (Х_Na) и калия (X_K) в 100г почвы.

Массовую долю натрия и калия в анализируемой почве (%) вычисляют

по формулам:

Х¹_Na = 0,023 Х_Na

X¹_K = 0,0391 X_K

Порядок работы на пламенном фотометре.

Пламенный фотометр служит для измерения интенсивности излучения атомов элементов, возбуждаемых в пламени газовой горелки. Измерение интенсивности излучения проводится путем сравнения при фотометрировании дистиллированной воды, растворов с известной концентрацией определяемого компонента и исследуемых растворов.

Принципиальная схема прибора.

1 – анализируемый раствор; 2 – компрессор; 3 – пламя; 4 – светофильтр;

5 – фотоэлемент; 6 – микроамперметр.

Анализируемый раствор 1 с помощью компрессора 2 под давлением вбрызгивается в пламя горелки. За счет энергии пламени атомы определяемого элемента переходят в возбужденное состояние, а затем в процессе релаксации излучают энергию с характеристической длиной волны. Это излучение через светофильтр 4 попадает на фотоэлемент 5. Возникающий фототок, пропорциональный концентрации определяемого элемента, измеряется микроамперметром 6.

Работа на приборе.

Соблюдайте следующий порядок включения и выключения прибора:

1.Включите прибор и компрессор в сеть.

2.Установите максимальную подачу воздуха и опустите капилляр в стаканчик с дистиллированной водой. Распыляйте воду до полного заполнения гидрозатвора, за состоянием которого наблюдайте через боковое отверстие прибора.

3. Установите поплавок подачи воздуха в среднее положение.

4. Снимите светозащитный кожух.

5. Откройте газ на приборе, а затем на баллоне, повернув вентиль по стрелке.

Одновременно подносите электрозажигалку к отверстию горелки.

(При первом включении фотометра происходит постепенное заполнение газовой магистрали и пламя может не загореться. Закройте вентиль баллона и повторите операцию)

6.Отрегулируйте пламя подачей воздуха и газа так, чтобы внутренние конусы его имели голубовато-зеленый цвет, размер порядка 5мм, были ярко очерчены и горели спокойно, без мерцания, а само пламя было бесцветным.

7. Установите на место светозащитный кожух и в течение 10 -15мин прогрейте прибор, распыляя в пламя горелки дистиллированную воду.

8. Ручкой на левой стенке прибора установите светофильтр для определяемого элемента.

9. Ручками «Чувствительность грубо», «Чувствительность плавно», «Установка нуля» при открытой шторке настройте шкалу прибора так, чтобы при распылении дистиллированной воды в течении 1-2мин ее показание было равно 0, а при распылении градуировочного раствора с максимальной концентрацией определяемого элемента показывало устойчивое значение в конце шкалы ( в пределах 80 – 95). Повторяйте настройку до тех пор, пока показания не будут стабильными, заканчивая настройкой 0.

10. Фотометрируйте градуировочные растворы, начиная с минимальной концентрации определяемого компонента.

11. Промойте прибор, распыляя дистиллированную воду.

12. Фотометрируйте исследуемый раствор и снова промойте прибор.

13. Закройте последовательно шторку прибора, вентиль газа на баллоне, газ на приборе, выключите компрессор из сети. Выключите прибор.

Указание мер безопасности

1.Фотометр устанавливается в сухом помещении, свободном от пыли , паров кислот и щелочесй. Рядом с ним не должны находится нагревательный приборы, которые могут вызвать местный нагрев фотометра, а также источники коммуникационных и радиопомех. Помещение должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией.

2. Баллон с газом должен быть удален от измерительного прибора и радиаторов отопления не менее, чем на 1м в соответствие с «Правилами безопасности в газовом хозяйстве», утвержденными Госгортезнадзором СССР 26 июня 1979г, а также защищены от прямых солнечных лучей.

3. Перед началом работы с фотометром следует тщательно проверить и убедиться, что шланги для подачи газа и воздуха плотно надеты на штуцера и в этих местах нет утечек газа и воздуха, шланги не имеют проколов,трещин, резких перегибов или других повреждений, допускающих утечку газа.

Утечку газа необходимо проверять только нанесением мыльной пены на место предполагаемой утечки, категорически запрещается применять для этой цели открытый огонь

4. При обнаружении утечки газа необходимо немедленно перекрыть вентиль на баллоне, проветрить помещение. Запрещается включение или выключение электрических цепей до проветривания помещения.

5. Перед включением фотометра необходимо убедиться в заполнении гидрозатвора, наблюдая за ним через боковое окно прибора.

6. Следует строго соблюдать порядок включения и выключения горелки

Включение – воздух, газ на приборе, газ на баллоне.

Выключение – газ на баллоне, газ на приборе, воздух.

7. Следует остерегаться прикосновений к светозащитному кожуху, через которые проходят продукты сгорания. Недопустимо закрывать его какими-либо предметами.

8. Запрещается оставлять фотометр работающим без присмотра.

9. В соответствии с ПУЭ, ПТЭ и ПТБ компрессор и измерительный прибор должны быть подключены к заземляющему контуру с помощью многожильных медных проводников сечением не менее4мм.

10. В помещении с работающим фотометром должны находиться не менее -2-х человек

Контрольные вопросы

1. Какие соли в составе почв относят к легкорастворимым?

2. Почему легкорастворимые соли считают токсичными для растений?

3. Теоретические основы фотометрии пламени.

4. Правила работы на пламенном фотометре.

5. Расчет содержания натрия и калия по методу калибровочного графика.

Лабораторная работа №10

Определение кальция и магния в водных вытяжках.

ГОСТ 26425-85

Соединения кальция и магния, которые переходят в водную вытяжку представлены легкорастворимыми хлоридами, нитратами, нитритами и слаборастворимыми солями – гипсом, кальцитом, доломитом и, возможно магнезитом. Магний, кроме того, присутствует в почвах в виде легкорастворимого сульфата.

В связи с тем, что засоленные почвы могут иметь щелочную реакцию, концентрация кальция в природных водных растворах часто контролируется растворением-осаждением кальцита. Растворимость кальцита зависит от многих факторов – парциального давления СО₂ в газовых фазах системы, РН, ионной силы раствора. От свойств и концентрации присутствующих в вытяжках минеральных и органических комплексообразователей. Сульфат-ион, например, в значительной мере может увеличить растворимость кальцита вследствие образования растворимого комплекса CaSO₄. В некоторых почвах концентрация кальция контролируется растворением-образованием гипса и может составлять до 15ммоль·экв/100гпочвы.

Концентрация магния в водных вытяжках из засоленных почв может в значительной мере превышать концентрацию кальция. Во-первых, потому что сульфат магния легкорастворим, а карбонат магния характеризуется большим произведением растворимости, чем кальцит, который при взаимодействии с карбонат-ионами образуется в первую очередь.

Методика определения.

Сущность метода заключается в последовательном комплексонометричес-ком титровании ионов кальция при РН=12,5-13 и ионов магния при РН=10 с использованием в качестве индикатора хрома кислотного темно-синего.

1.Приготовление водной вытяжки.

Пробу почвы массой 30г, взвешенную с точностью до 0,1г, помещают в коническую колбу на 250мл. приливают 150мл воды и перемешивают на магнитной мешалке 3мин. Оставляют на 5 минут для отстаивания.

2.Фильтрование суспензии.

В воронки помещают двойные складчатые фильтры. Край фильтра должен быть расположен на 0,5 – 1см ниже края воронки. В начале фильтрования необходимо перенести на фильтр возможно большее количество почвы. Струю суспензии направляют на боковую стенку воронки, чтобы не порвать фильтр. Первую порцию фильтрата (примерно 10мл) отбрасывают и только затем собирают его в чистый сухой приемник. Мутные фильтраты перефильтровывают.

3. Определение кальция и магния.

Отбирают пипеткой 10мл анализируемой вытяжки в коническую колбу для титрования, при перемешивании приливают 50мл дистиллированной воды, 0,5мл 5% раствора гидроксиламина гидрохлорида, 2мл 2М раствора NaOH, добавляют несколько кристаллов диэтилдитиокарбамата натрия и 5 капель 0,5% раствора хрома кислотного темно-синего. Титруют кальций 0,01н раствором ЭДТА до перехода окраски от розовой к сиреневой и регистрируют расход титранта по бюретке. Затем нейтрализуют оттитрованный раствор соляной кислотой (1:4) до перехода окраски в исходную так, чтобы избыток кислоты не превышал 1-2 капель. Прибавляют 5мл хлоридно-аммиачного буферного раствора и титруют сумму кальция и магния до перехода окраски от розовой к синей. По окончании титрования регистрируют объем титранта.

Таким же образом тируют холостую пробу.

Допускается увеличение или уменьшение объема пробы вытяжки для анализа в зависимости от содержания кальция и магния в анализируемой почве.

4. Расчет.

Количество эквивалентов кальция в анализируемой почве (Х),

ммоль·экв/100г, вычисляют по формуле:

X = (V₁-V_о)/V · c · 500,

Количество эквивалентов кальция в анализируемой почве (Х),

ммоль·экв/100г, вычисляют по формуле:

X = (V₂ -V₁-V_о)/V · c · 500,

где V₁ – объем раствора ЭДТА, израсходованный на титрование

кальция , мл;

V₂ – объем раствора ЭДТА, израсходованный на титрование

суммы кальция и магния, мл;

V_о - объем раствора ЭДТА, израсходованный на титрование

кальция или магния в холостой пробе, мл;

V – объем пробы анализируемой вытяжки,мл;

с - концентрация раствора ЭДТА, ммоль·экв/мл;

500 – коэффициент пересчета на 100г почвы (учитывает

соотношение почвы и воды при приготовлении

вытяжки).

Массовые доли кальция и магния (%) вычисляют соответственно фо формулам:

Х¹_Са = 0,020 Х_Са

Х¹_Mg =0,0122 X_Mg

Лабораторная работа №10

Определение кальция и магния в водных вытяжках.

ГОСТ 26425-85

Соединения кальция и магния, которые переходят в водную вытяжку представлены легкорастворимыми хлоридами, нитратами, нитритами и слаборастворимыми солями – гипсом, кальцитом, доломитом и, возможно магнезитом. Магний, кроме того, присутствует в почвах в виде легкорастворимого сульфата.

В связи с тем, что засоленные почвы могут иметь щелочную реакцию, концентрация кальция в природных водных растворах часто контролируется растворением-осаждением кальцита. Растворимость кальцита зависит от многих факторов – парциального давления СО₂ в газовых фазах системы, РН, ионной силы раствора. От свойств и концентрации присутствующих в вытяжках минеральных и органических комплексообразователей. Сульфат-ион, например, в значительной мере может увеличить растворимость кальцита вследствие образования растворимого комплекса CaSO₄. В некоторых почвах концентрация кальция контролируется растворением-образованием гипса и может составлять до 15ммоль·экв/100гпочвы.

Концентрация магния в водных вытяжках из засоленных почв может в значительной мере превышать концентрацию кальция. Во-первых, потому что сульфат магния легкорастворим, а карбонат магния характеризуется большим произведением растворимости, чем кальцит, который при взаимодействии с карбонат-ионами образуется в первую очередь.

Методика определения.

Содержание кальция и магния в водной вытяжке определяют методом комплексонометрического титрования.

В основе определения лежит титрование вытяжки раствором трилона Б (этилендиаминтетраацетата натрия). Эта соль образует растворимые в воде внутрикомплексные соединения с катионами различных металлов. Эти комплексы обладают различной прочность и образуются при определенных для каждого катиона значениях PН. К числу катионов, с которыми трилон Б образует комплексные соединения, относятся катионы кальция, магния, меди, цинка, марганца, кадмия, двух- и трехвалентного железа, алюминия и др. Если в раствор, содержащий эти катионы внести индикатор, дающий непрочное цветное соединения с каким –либо из них, то при добавлении к такому окрашенному раствору в точке эквивалентности произойдет изменение окраски. Такие индикаторы называются металлохромными.Трилонометрическое определение каждого иона проводят при значении PН, при котором этот ион образует с трилоном Б соединение более прочное, чем с индикатором. При рН =9,5-10, которое поддерживается аммонийным буферным раствором сумму кальция и магния титруют в присутствии индикатора эриохрома черного. Кальций титруют при рН=12, которое создают раствором едкого натра в присутствии индикатора мурексида. Определению могут мешать катионы меди, цинка, железа и марганца. Их влияние устраняют переводя эти катионы в комплексные соединения более прочные, чем их комплексы с трилоном Б, в заданном диапазоне PН. Катионы Mn²⁺ и Fe³⁺восстанавливают добавлением гидроксиламина, который переводит Fe³⁺ в Fe²⁺, а комплексы Mn²⁺ и Fe²⁺ с индикатором не окрашены. Катионы Zn²⁺ и Cu²⁺ связывают диэтилкарбаматом натрия в комплексные соединения более прочные, чем комплексы этих катионов с индикатором и трилоном Б.

1.Приготовление водной вытяжки.

Пробу почвы массой 30г, взвешенную с точностью до 0,1г, помещают в коническую колбу на 250мл. приливают 150мл воды и перемешивают на магнитной мешалке 3мин. Оставляют на 5 минут для отстаивания.

2.Фильтрование суспензии.

В воронки помещают двойные складчатые фильтры. Край фильтра должен быть расположен на 0,5 – 1см ниже края воронки. В начале фильтрования необходимо перенести на фильтр возможно большее количество почвы. Струю суспензии направляют на боковую стенку воронки, чтобы не порвать фильтр. Первую порцию фильтрата (примерно 10мл) отбрасывают и только затем собирают его в чистый сухой приемник. Мутные фильтраты перефильтровывают.

2. Определение кальция и магния.

Для определения содержания кальция

отбирают пипеткой 10мл анализируемой вытяжки в коническую колбу для титрования, при перемешивании приливают 50мл дистиллированной воды, 0,5мл 5% раствора гидроксиламина гидрохлорида, 2мл 2М раствора NaOH, прибавляют несколько кристаллов диэтилдитиокарбамата натрия,тщательно преремешивают. Вносят 30-40мг смеси мурексида с хлоридом натрия и титруют стандартным раствором ЭДТА до перехода красной окраски раствора в фиолетовую.

Для определения содержания кальция и магния

отбирают пипеткой 10мл анализируемой вытяжки в коническую колбу для титрования, при перемешивании приливают 50мл дистиллированной воды, 0,5мл 5% раствора гидроксиламина гидрохлорида, 5мл аммонийной буферной смеси, несколько кристаллов диэтилдитиокарбамата натрия, тщательно перемешивают. Вносят 30-40 мг смеси эриохрома черного с хлоридом калия и титруют стандартным раствором ЭДТА до перехода винно-красной окраски раствора в фиолетово-синюю.

По окончании титрования регистрируют объем титранта.

Таким же образом титруют холостую пробу.

Допускается увеличение или уменьшение объема пробы вытяжки для анализа в зависимости от содержания кальция и магния в анализируемой почве.

4. Расчет.

Количество эквивалентов кальция в анализируемой почве (Х),

ммоль·экв/100г, вычисляют по формуле:

X = (V₁-V_о)/V · c · 500,

Количество эквивалентов кальция в анализируемой почве (Х),

ммоль·экв/100г, вычисляют по формуле:

X = (V₂ -V₁-V_о)/V · c · 500,

где V₁ – объем раствора ЭДТА, израсходованный на титрование

кальция , мл;

V₂ – объем раствора ЭДТА, израсходованный на титрование

суммы кальция и магния, мл;

V_о - объем раствора ЭДТА, израсходованный на титрование

кальция или магния в холостой пробе, мл;

V – объем пробы анализируемой вытяжки,мл;

с - концентрация раствора ЭДТА, ммоль·экв/мл;

500 – коэффициент пересчета на 100г почвы (учитывает

соотношение почвы и воды при приготовлении

вытяжки).

Массовые доли кальция и магния (%) вычисляют соответственно по формулам:

Х¹_Са = 0,020 Х_Са

Х¹_Mg =0,0122 X_Mg

Контрольные вопросы.

1.В составе каких соединений содержатся кальций и магний в почвах?

2.Почему результат определения содержания этих элементов зависит от

соотношения Т:Ж при получении водной вытяжки?

3.Почему в засоленных почвах содержание магния в водной вытяжке может значительно превышать содержание кальция?

4.Основные этапы определения содержания кальция и магния в почвах. Расчет содержания ионов кальция и магния в сухом веществе.

5.Из навески почвы 0,5210г после соответствующей обработки (осаждения, растворения, прокаливания) было получено0,02218г СаО и 0,0146г Mg₂P₂O₇. Рассчитать массовые доли карбонатов кальция и магния в известняке, считая ,что кальций и магний образуют только карбонаты.

6. Определить содержание (ммоль-экв) кальция и магния в водной вытяжке, полученной из 30г почвы и 150мл воды, если на титрование аликвоты ее 10мл при рН=12 израсходовано 14,2мл 0,01М раствора ЭДТА, а при рН=10 – 23,8мл этого же раствора.

Лабораторная работа №11.

Определение кислотности почв.