3 56 Мікроелементи

Групу мікроелементів, що найбільш часто визначають у фунтах і донних відкладеннях, складають такі біометали, як манган, мідь, цинк, кобальт, молібден, а також бор. Залежно від цілей дослідження аналіз проводять на загальний вміст мікроелементів після повного розчинення проби чи вміст рухливих, доступних для рослин форм елементів у кислотних чи буферних витяжках.

У ґрунтах і донних відкладеннях найбільш часто визначають загальний вміст і рухливі форми таких мікроелементів, як бор, манган, мідь, цинк, кобальт і молібден.

Відомі методи кількісного визначення мікроелементів у ґрунті передбачають попереднє переведення їх у доступний для проведення аналізу стан. Істотні труднощі при цьому пов'язані в основному зі складною структурою досліджуваного об'єкта. Важкі метали, зокрема Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, можуть знаходитися в ґрунті в різному стані (табл. 24).

117

Форми знаходження важких металів у грунтах

Таблиця 24

Водорозчинна форма	Іонообмінна форма	Важкорозчинна форма	Залишкова форма
Вільні іони, оксиди, хлориди, сульфати, карбонати, фосфати, органічні сполуки	Гідратовані іони, гідрокар-бонати, гідро-фосфати	Високомолеку-лярні органічні	Карбонати, оксиди, гідроксиди, суль­фіди, органічні сполуки

Здатність цих сполук переходити в розчин залежить Від ряду факторів:

1. тип й структура аналізованого грунту;

2. концентрація й природа розчинника;

3. природа визначуваного металу.

Підбір селективних розчинників залежить також від постановки задачі: необхідно визначити валовий вміст елементів чи установити концентрації їх рухливих форм у ґрунтових витяжках. І в тому, і в іншому випадку в аналітичному процесі лімітованою стадією є пробопідготовка, яка може займати до 75 - 90 % загального часу аналізу.

Визначення валового вмісту мікроелементів

Основну частину ґрунтової маси складають силікати, алюмосилікати, кварц, що не розчиняються ні в кислотах, ні в лугах. Тому першим етапом валового аналізу є повне розкладання наважки ґрунту.

Для хімічного аналізу грунтів звичайно застосовують три способи їх розкладання — впливом кислот, сплавкою та спіканням. Найбільш розповсюдженим є кип'ятіння з кислотами.

Для правильного вибору й розчинника, і оптимальних умов розкладання ґрунтових проб кислотами необхідно враховувати як властивості мінеральних кислот, так і особливості їх взаємодії з мінеральними й органічними компонентами фунту.

Швидкість розкладання фунту кислотами зростає за умови тонкого здрібнювання проби, нагрівання й перемішування суміші фунту й кислоти, а також при введенні каталізаторів чи внаслідок фізичного впливу на пробу.

Для більш швидкого й повного розкладання фунтів використовують здатність хімічних елементів утворювати розчинні комплексні сполуки, головним чином галогенідні - фторидні чи хлоридні. Тому розкладання ґрунтових мінералів протікає набагато швидше в суміші НС1 з HNO^, ніж в одній HNO₃, завдяки утворенню досить міцних розчинних хлоридних комплексних сполук цих металів.

У більшості випадків перед обробкою кислотами в фунтовій пробі руйнують органічні речовини, що утворюють комплексні сполуки з металами в процесі взаємодії фунту з кислотами не завжди цілком окиснюються, а тому можуть заважати подальшим аналітичним операціям. Щоб зруйнувати органічну речовину, наважку фунту найчастіше прожарюють у муфельній печі при температурі 450 - 550 °С з використанням платинових, кварцових чи

118

порцелянових чашок або тиглів. Іноді термічне руйнування органічних речовин у ґрунтових пробах заміняють дією окиснювачів: пероксиду водню, перманганату калію в середовищі HNO3 і под., а також фізичним впливом у присутності окиснювачів - обробка ультразвуком чи опромінення ультрафіолетовими променями. Не виключено, що при хімічному способі руйнування органічної складової грунту можуть бути втрати визначуваних елементів у вигляді летких сполук чи внесені забруднення з окиснювачами.

Фторидна кислота цілком розкладає силікатні мінерали та діоксид силіцію. У тих випадках, коли необхідно повністю розкласти грунт і не потрібно визначати силіцій, розкладання фунтів проводять сумішшю фторидної (плавикової) кислоти з сульфатною чи нітратною кислотою.

Основні переваги хлористоводневої (хлоридної) кислоти як реагенту для розкладання грунту полягають у гарній розчинності хлоридів металів і леткості кислоти. Концентрована хлоридна кислота має невисокі відновні властивості, але в ній багато металів (Fe, Hg, Zn, Cu та ін) утворюють безперервний ряд розчинних комплексних сполук типу деякі з них можуть бути

леткими. При розкладанні силікатних і алюмосилікатних мінералів грунту в концентрованій НСІ відбувається тільки часткове руйнування кристалічних решіток мінералів. У розведених розчинах НСІ (10 - 18 %) розчинні природні карбонати, фосфати лужноземельних металів, окиснені ванадати. У більш концентрованих розчинах НСІ (20 - 25 %) при нагріванні розчиняються окристалізовані природні фосфати феруму й алюмінію. Органічні сполуки фосфору ґрунту в НСІ практично не розчинні.

Позитивними властивостями нітратної кислоти як реагенту, застосовуваного для розкладання мінеральної частини фунту, є добра розчинність більшості її солей, а також леткість кислоти. Нітратна кислота належить до енергійних окиснювачів, тому в процесі обробки фунту при нагріванні відбувається окиснення елементів, а також руйнування рослинних залишків і органічних речовин.

При розкладанні фунтових зразків широке використанню одержали суміші кислот, що за своїми окисними й комплексотвірними властивостями доповнюють один одного:

• концентровані HNO₃ і НС1О₄ при нагріванні застосовують при визначенні свинцю;

• концентровані HNO₃, HC1 і HF використовують при проведенні валового аналізу на вміст Zn, Fe, Cu, Ni, Cd, Pb, Mn у фунтах, добривах і меліоратах;

• концентровані НСІ і HNO3 у співвідношенні 3:1 (за об'ємом, «царська горілка») мають сильні окисні властивості, обумовлені утворенням у розчині вільного хлору й хлористого нітрозилу NOC1. При обробці фунтової проби «царською горілкою» цілком руйнуються й окиснюються сульфіди, розчиняються всі природні сполуки фосфору, молібдену, ванадію, вольфраму, міді, хрому, цинку, окиснюються органічна речовина та руйнуються органомінеральні сполуки фунту.

119

Таким чином, для переведення визначуваних елементів у розчин при аналізі грунтів найбільш поширеним є кислотний метод. Використання тих чи інших кислот чи їх сумішей обумовлено типом аналізованого грунту й природою металу. Для групового вилучення частіше використовують «царську горілку». Такий вибір пояснюється високою окисною здатністю даної суміші, відсутністю умов вибору аналітичного посуду, на відміну від роботи з фторидною кислотою, а також доступністю компонентів суміші.

Приготування ґрунтових витяжок для визначення рухливих форм