3.3. Методы определения микроэлементов – тяжелых металлов

В питании растений большое значение имеют микроэлементы – элементы, содержание которых в растениях выражается тысячными и стотысячными долями процента, элементы, находящиеся еще в меньших количествах, относятся к ультрамикроэлементам. Микроэлементы участвуют в важнейших ферментативных и обменных процессах в живых организмах. Однако в связи с техногенным загрязнением почв микроэлементы могут накапливаться в почвах в повышенных количествах и оказывать на растения токсичное действие, т.е. переходить в категорию тяжелых металлов.

К тяжелым металлам (ТМ) относят более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомными массами свыше 50 а.е.м. Для их экстрагирования из почв широко применяются 1 н. раствор HNO₃ и ацетатно-аммонийный буферный раствор с рН 4,8. Последующее определение микроэлементов осуществляют методами пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии (ААС), атомно-эмиссионной спектрофотометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП), масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС).

3.3.1. Определение микроэлементов-тяжелых металлов с помощью 1 н. Раствора hno3

1 н. раствор азотной кислоты при соотношении почва : раствор 1 : 10 активно реагирует с почвой, переводя и удерживая в растворе ионы металлов, которые входили в состав ППК, малорастворимых соединений ТМ и комплексных соединений металлов с органическими веществами.

В техногенно загрязненных почвах азотная кислота растворяет оксиды и сульфиды ТМ, являющихся основными компонентами техногенных выбросов. Поэтому 1 н. раствор HNO₃ часто применяют для диагностики загрязнения почв тяжелыми металлами. Считается, что при отсутствии или при слабом уровне техногенного загрязнения в 1 н. HNO₃-вытяжку переходит 5-20% от валового содержания тяжелого металла, в то время как в сильнозагрязненных почвах доля кислоторастворимых соединений металлов превышает 50% от их валового количества.

Ход анализа. Из образца почвы просеянного через сито с диаметром отверстий 1 мм берут навеску почвы массой 5 г с точностью до 0,001 г и помещают ее в колбу объемом 100-150 мл, приливают 50 мл 1 н. раствора HNO₃, взбалтывают на ротаторе 1 час. Часовое взбалтывание можно заменить 5 минутным с последующим суточным отстаиванием. Колбы закрывают пластмассовыми пробками или обертывают резиновые пробки полиэтиленовой пленкой, чтобы предотвратить загрязнение вытяжек цинком. При анализе карбонатных почв колбы закрывают пробками только после того, как прекратиться выделение пузырьков диоксида углерода.

Одновременно с анализом почвенных образцов проводят холостой опыт, включающий все стадии анализа, но без навески почвы. Результаты холостого опыта учитывают в дальнейших расчетах.

После окончания взаимодействия вытяжки фильтруют через беззольные фильтры в сухие колбы. В полученных вытяжках определяют концентрацию ТМ одним из инструментальных методов (ААС, АЭС-ИСП, ИСП-МС).

Содержание ТМ находят по следующей формуле:

где ТМ – содержание тяжелого металла, мг/кг почвы; С₁ – концентрация элемента в вытяжке, мг/л; С₀ – концентрация элемента в холостом опыте, мг/л; V₀ – общий объем вытяжки, мл; m- масса навески почвы, г.

Пример расчета. Для определения меди к навеске почвы массой 5 г прилито 50 мл 1 н. раствора HNO₃. Содержания меди в вытяжке из почвенного образца, определенное методом ААС, составило 8,1 мг/л, в холостом опыте – 1,8 мг/л. Содержание меди в почве равно:

Реактивы.

1. 1 н. раствор HNO₃. В мерную колбу емкостью 1 л приливают примерно 800 мл бидистиллированной воды, после чего добавляют 67 мл конц. HNO₃ (пл. 1,40), перемешивают, доводят бидистиллированной водой до метки, закрывают пробкой и снова перемешивают.