4.6. Определение ионов натрия и калия

Все простые натриевые и калиевые соли, присутствующие в почвах, легко растворимы в воде.

Определение ионов натрия и калия осуществляют методом фотометрии пламени согласно ГОСТ 26427-85 «Почвы. Метод определения натрия и калия в водной вытяжке». Фотометрия пламени – это один из методов эмиссионного спектрального анализа, который основан на физическом свойстве веществ испускать излучение определенного спектрального состава. Для того чтобы вызвать излучение атома, ему сообщают энергию и переводят из основного состояния в одно из возбужденных с более высоким запасом энергии. В возбужденном состоянии атом находится непродолжительное время (10^-7 – 10^-8 с) и переходит в основное состояние. Этот переход сопровождается излучением.

Для возбуждения атомов используют смесь воздуха с бутаном, пропаном, температура пламени этих смесей невысока (1700 - 1900⁰С), поэтому в них возбуждаются только атомы щелочных металлов.

Для определения щелочно-земельных металлов используют пламя с более высокой температурой, например смесь воздуха с ацетиленом – 2300⁰С.

Из спектра пламени с помощью светофильтра или монохроматора выделяют излучение атомов определяемого элемента и поглощают излучения сопутствующих элементов. В простых приборах излучение атомов с помощью фотоэлемента переводят в фототок, величину которого измеряют гальванометром.

При постоянной температуре источника возбуждения интенсивность излучения прямо пропорциональна концентрации атомов в пламени и концентрации элемента в анализируемом растворе. Такая зависимость между интенсивностью излучения и концентрацией существует только при малых концентрациях атомов элемента в пламени.

Количественное определение элементов проводят, сравнивая величины фототоков для испытуемых и стандартных растворов.

Для расчета концентрации определяемого элемента в исследуемом растворе используют метод градуировочного графика, метод ограничивающих растворов или метод добавок.

1. Метод градуировочного графика. Для его построения берут отсчеты по шкале прибора для серии эталонных растворов с концентрацией определяемого элемента от 5 до 100 мг/л. Градуировочный график строят в координатах «отсчет по шкале прибора – концентрация элемента в растворе».

2. Метод ограничивающих растворов. Выбирают два стандартных раствора, близких по концентрации к анализируемому раствору. Отсчет по шкале прибора для одного из растворов должен быть несколько меньше, а для другого – больше, чем для анализируемого раствора. Концентрацию элемента в исследуемом растворе находят по формуле

, (36)

где С_х – концентрация элемента в анализируемом растворе;

А_х – отсчет по шкале прибора для анализируемого раствора;

С₁ – концентрация стандартного раствора с меньшим содержанием анализируемого элемента;

А₁ - отсчет по шкале прибора для стандартного раствора с меньшим содержанием анализируемого элемента;

С₂ – концентрация стандартного раствора с бóльшим содержанием анализируемого элемента;

А₁ - отсчет по шкале прибора для стандартного раствора с бóльшим содержанием анализируемого элемента.

Отсчеты показаний прибора берут дважды в прямом и обратном порядке и для расчета используют среднее значение.

3. Метод добавок. Позволяет нивелировать влияние сопутствующих элементов. Анализируемый раствор исследуют минимум дважды.

Сначала определяют интенсивность излучения исследуемого раствора, а затем – того же раствора, но после добавления определенного объема стандартного раствора. Предполагается, что увеличение отсчета на шкале прибора пропорционально количеству добавленного стандартного раствора.

Устранение влияния сопутствующих элементов при фотометрии пламени можно проводить различными методами:

- влияние щелочно-земельных металлов устраняют проведением определения ионов натрия и калия при низкой температуре пламени;

- влияние кальция устраняют его осаждением или введением элемента, который образует с кальцием труднолетучее соединение и уменьшает интенсивность его излучения. Например, при введении солей алюминия образуется труднорастворимое соединение CaAl₂O₄.

Содержание ионов калия в водных вытяжках из почв, как правило, невелико, поэтому его определяют методом фотометрии пламени в неразбавленных вытяжках.

При определении ионов натрия водную вытяжку в большинстве случаев необходимо разбавлять. Степень разбавления определяют в зависимости от результатов определения хлорид-ионов: при содержании Cl^- от 1,5 до 10 мг-экв/100 г почвы вытяжку разбавляют в 5 раз; при содержании от 10 до 20 мг-экв/100 г почвы – в 10 раз; при содержании более 20 мг-экв/100 г почвы – в 10 раз и более.