Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Мониторинг почв. Практикум
.pdf
кислота; хлороформ; делительные воронки вместимостью 250 см3; кювета
толщиной 10 – 30 мм.
Общие положения. Кобальт в природе мало распространен. Наибольшее
количество кобальта содержится в ультраосновных породах (100 – 220 мг/кг), в
кислых – на порядок меньше (1 – 15 мг/кг). В осадочных породах этот элемент
связан с глинистыми минералами и органическим веществом (0,1 – 20 мг/кг).
Кобальт входит в состав минералов мышьяка, серы, селена и особенно железа.
Наиболее важными минералами, содержащими этот элемент, являются кобальтовый
шпейс CoAs
и кобальтовый блеск CoAsS.
2
Распределение кобальта по горизонтам почв зависит от климатических зон и
почвообразующих процессов. Высокое его содержание в поверхностном слое
характерно для аридных и семиаридных районов; низкие уровни – для легких почв
атлантических прибрежных равнин и для почв ледниковых районов.
Наибольшее количество кобальта содержится в почвах, образовавшихся на
основных породах и глинистых отложениях.
Валовое содержание кобальта (по разным почвам) колеблется от 1 до 15 мг на
1 кг почвы или от 3 до 45 кг на 1 га. Растворимых соединений от 1 до 5 мг на 1 кг
или от 3 до 15 кг на 1 га. Меньше всего их в супесчаных и торфяных почвах,
дерново-подзолистые суглинистые и черноземы богаче растворимыми
соединениями кобальта.
По обеспеченности подвижным кобальтом почвы подразделяются на
следующие группы:
I – очень низкая обеспеченность < 0,5;
II – низкая обеспеченность 0,5 – 1,0;
III – средняя 1,0 – 1,5;
IV – высокая 1,5 – 3,30.
V – очень высокая обеспеченность > 3,30.
101
Ход работы. В делительные воронки вместимостью 250 мл вносят по 50 мл
анализируемого раствора, контрольного раствора и растворов сравнения,
приливают по 1 мл раствора йоднокислого натрия или пероксида водорода, по 5 мл
лимоннокислого натрия и по 5 мл раствора ПАН. Через 15 мин в делительные
воронки добавляют по 5 мл разбавленной 1:2 серной кислоты и растворы
тщательно перемешивают. Затем добавляют по 5 мл хлороформа и встряхивают
воронки в течение 1 мин.
После разделения фаз нижний слой сливают в кювету спектроколориметра с
просвечиваемым слоем толщиной 10 – 30 мм. Мутные экстракты перед
фотометрированием фильтруют. Фотометрируют экстракты относительно
экстракта первого раствора сравнения, не содержащего кобальт, при длине волны
630 нм или используют светофильтр с максимумом пропускания в области 610 –
640 нм. Измерения проводят в нескольких параллелях и берут среднее значение.
Контрольные вопросы:
1. От чего зависит распределение кобальта по горизонтам почв?
2. В каких районах отмечено высокое содержание кобальта в
поверхностном слое почвы?
3. В каких районах отмечены низкие уровни содержания кобальта в
поверхностном слое почвенного покрова?
4. Перечислите группы почв по обеспеченности подвижным кобальтом.
5. Опишите методику определения кобальта в почве.
5.6 Лабораторная работа «Методика определения ионов железа в почве»
Цель работы: ознакомиться с теоретическими основами определения ионов
железа в почве сульфосалицинатным методом и с помощью роданида аммония и
закрепить теоретические знания на практике.
102
Реактивы и оборудование:
1. сульфосалициловая кислота – 25 %-ный раствор. Сульфосалициловая
кислота массой 25 г растворяется в 100 мл дистиллированной воды. Полученный
раствор необходимо хранить в темной склянке с притертой пробкой.
2. 25 %-ный раствор аммиака, не содержащий СО2.
3. Гидроксиламин солянокислый NH2OH·HCl.
4. Стандартный раствор железа. Навеску [(NH4)2SO4·Fe2(SO4)3·24 Н2O]
массой 0,8637 г растворяют в 1 л 5 %-ного раствора H
и тщательно
2SО4
перемешивают. Полученный раствор должен содержать в 1 мл 0,1 мг железа.
Концентрацию железа в растворе проверяют гравиметрическим методом.
Стандартный раствор железа может быть получен растворением 0,1000 г
металлического железа в 5 %-ном растворе серной кислоты. Если для полного
растворения железа необходимо, раствор подогревают.
Общие положения. Железо – это один из элементов, который необходим для
роста и развития растений, без него не возможно образование хлорофилла. В почвах
железо встречается в составе минералов группы ферросиликатов, в виде
гидроокислов, окислов, простых солей, а также ферро- и ферриорганических
комплексных солей.
Только в сильнокислой среде (рН < 3) подвижность гидроокиси железа
увеличивается и в почвенном растворе появляются ионы железа (Fe
3+
). В
восстановительных условиях окисное железо переходит в закисное с образованием
растворимых соединений FeCO
, Fe(HCO3)2, FeSO
3
, доступных растениям. При
4
повышенной растворимости соединений железа наблюдается угнетение роста
растений. На почвах нейтральных и щелочных с ярко выраженными
окислительными условиями растения могут испытывать недостаток железа, что
внешне проявляется как хлороз.
Гидроокись железа, так же, как и гидроокись алюминия, может образовывать с
органическими кислотами подвижные формы комплексных соединений, способных
перемещаться по профилю почвы.
103
Среднее содержание железа в почвах составляет 3,8 %. В составе почв в
зависимости от кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий
железо может присутствовать в степени окисления +3 и +2. Принципиально
возможно определение количества Fe(III) и количества Fe(II) в почвах, но, как
правило, при проведении валового анализа определяют общее содержание железа в
почвах.
Этот элемент присутствует в почве в составе как первичных, так и вторичных
минералов, являясь компонентом магнетита, гематита, титаномагнетита, глауконита,
роговых обманок, пироксенов, биотитов, хлоритов, глинистых минералов,
минералов группы оксида железа. Много в почвах содержится и аморфных
соединений железа, особенно разнообразных гидроксилов (гетит, гидрогетит и др.).
Общее содержание в почве Fe
колеблется в очень широких пределах: от 0,5 % до
2O3
1,0 % в кварцево-песчаных почвах и от 3 % до 5 % в почвах на лессах, до 8 % – 10 %
в почвах на элювии плотных ферромагнезиальных пород и до 20 % – 50 % в
ферраллитных почвах и латеритах тропиков. В почвах также часто наблюдаются
железистые конкреции и прослои.
Ход работы.
Методика определения общего содержания железа сульфосалицинатным
методом. В мерную колбу вместимостью 100 мл помещают 10 – 25 мл фильтрата,
полученного после отделения кремниевой кислоты. В колбу добавляют 0,5 г
гидроксиламина, приливают 5 – 10 мл 25 %-ного раствора сульфосалициловой
кислоты. Раствор в колбе перемешивают и приливают аммиак до появления слабого
запаха. Раствор снова перемешивают и добавляют еще 2 мл аммиака. Объем
жидкости в колбе доводят водой до метки, раствор тщательно перемешивают и
через 10 мин измеряют оптическую плотность.
Для построения калибровочного графика в мерные колбы вместимостью
100 мл помещают 1, 2, 4, 5, 7 мл стандартного раствора с содержанием Fe 0,1 мг/мл.
В колбы приливают 25 мл воды и проводят анализ, как указано выше, для
испытуемых растворов.
104
Строят график зависимости оптической плотности от концентрации Fe
№ колбы
Объем раствора соли Мора, мл
Масса Fe в 100 мл эталонного
раствора, мг
1
1
0,1
2
2
0,2
3
4
0,4
4
8
0,8
5
16
0,16
6
24
0,24
7
32
0,32
2O3
и
находят содержание железа в почве.
Методика определения подвижных форм железа с помощью роданида
аммония. Навеску воздушно-сухой почвы 5 г, просеянной через сито с отверстиями
1 мм, помещают в колбу и приливают 250 мл 0,2 н раствора HCl, перемешивают и
настаивают в течение суток.
Суспензии фильтруют, пипеткой отбирают 5 мл фильтрата в колбу на 100 мл и
приливают 5 мл HNO3, затем перемешивают и по каплям добавляют раствор
KMnO4с м.д. 0,3% до образования неисчезающей слабо-розовой окраски от одной
капли, затем добавляют 80 – 90 мл дистиллированной воды и 5 мл аммония
роданистого. Доводят водой до метки и колориметруют.
Из рабочего раствора соли Мора готовят эталонные растворы. Для этого в
колбы на 100 мл наливают количество раствора по таблице 5.1, доливают
дистиллированной воды около 80 мл, приливают 5 мл аммония роданистого,
доводят водой до метки, перемешивают колориметрируют сразу в течение 15 –
30 мин. Измерения проводят в нескольких параллелях и берут среднее значение.
Таблица 5.1 – Таблица эталонных растворов для проведения анализа
По результатам фотометрирования эталонных растворов строят
градуировочный график. По оси абсцисс откладывают массу железа в
миллиграммах, соответствующую объему соли Мора в эталонных растворах, а по
оси ординат – соответствующие им показания прибора. Пользуясь градуировочным
105
графиком, по результатам анализа определяют массу железа в анализируемых
1
/100250(%) mVmFe
1
/10043,1250(%) mVmFe
пробах.
Для вычисления массы подвижных форм железа при натуральной влаге
используют следующее уравнение:
где m – масса Fe по градуировочному графику, г;
250 – объем HCl, приливаемый к навеске, мл;
V – объем вытяжки, взятый на определение, мл;
m1– масса навески, г.
Для вычисления массы подвижных форм железа в пересчете на оксид железа
при натуральной влаге используют следующее уравнение:
(5.2)
(5.1)
где 1,43 – коэффициент пересчета на оксид железа.
Контрольные вопросы:
1. Каким образом влияет недостаток железа на растительные организмы?
2. В составе каких минералов железо присутствует в почве?
3. Опишите методику определения общего содержания железа
сульфосалицинатным методом.
4. Опишите методику определения подвижных форм железа с помощью
роданида аммония.
5. По какой формуле вычисляют массу подвижных форм железа при
натуральной влаге?
106
5.7 Лабораторная работа «Методика определения нитрат-ионов в почве»
Цель работы: ознакомиться с методикой определения нитрат-ионов в почве и
овладеть практическими навыками работы на иономере И-160МИ.
Реактивы и оборудование: иономер; ионоселективный нитратный электрод;
электрод сравнения (хлорсеребряный, насыщенный раствором хлорида калия);
колбы мерные на 100 мл; пипетки мерные; стаканы химические объемом 50 мл;
алюмокалиевые квасцы – 1 % раствор; исходный стандартный раствор нитрата
калия – 0,1 моль/л; вода дистиллированная.
Общие положения. По опубликованным данным, в России почти 90 %
пахотных земель испытывают дифицит в минеральных азотных удобрениях. Однако
неумеренное их использование может привести к ряду негативных последствий,
обусловленных большой подвижностью соединений азота.
Соединения нитратов, вымываясь из почвы, легко мигрируют в
поверхностные и грунтовые воды, загрязняя их. Данный процесс приводит к
эвтрофикации воды поверхностных водоемов, приводящей к усиленному росту
водорослей. Это в результате способствует нарушению кислородного режима
водоемов и приводит к гибели гидробионтов.
Нитраты способны аккумулироваться как в продовольственных так и в
кормовых растениях, а затем по пищевой цепи поступать в организм человека. Под
воздействием бактерий кишечника нитраты переходят в нитириты, которые
обладают наибольшей токсичностью. Нитриты, соединяясь с гемоглобином
переводят его в метгемоглобин, который не способен переносить кислород крови.
Это заболевание называется метгемоглобанемией. Из нитратов могут
образовываться нитрозамины, обладающие канцерогенными свойствами.
Необходимо учитывать, что попадание нитратов в организм человека
обусловлено не только применением селитры в качестве азотного удобрения. Это
107
возможно в результате применения любых (практически всех) азотсодержащих
веществ для обработки почвы, будь то удобрение, пестициды либо гербициды. Так,
например, мочевина и ее производные достаточно широко используются в сельском
хозяйстве в качестве азотного удобрения и химических средств защиты растений.
Сама мочевина малотоксичная и не накапливается в организме, однако способна
влиять на качественные показатели воды, попадая из почвы в водоемы. В условиях
природных водоемов под действием фермента уреазы протекает гидролиз
мочевины. Продуктом гидролиза является аммиак, способный окисляться до
нитратов и нитритов. Далее процессы в водоеме развиваются по описанной выше
схеме.
В связи с широким применением азотсодержащих веществ в сельском
хозяйстве возникла проблема контроля содержания нитратов в почве и в
растительной продукции. Полученные данные необходимы для составления
рекомендаций и нормативов по применению удобрений и для осущствления мер по
охране окружающей среды.
Существует несколько методов количественного опреления нитратов в почве.
Все они основаны на предварительном извлечении их в раствор с последующим
определением. Наибольшее распространение получили метод фотометрического
определения с салицилатом натрия и полярографический, реже – методы с
восстановлением нитратов до аммиака и нитритов. С появлением ионоселективных
электродов широкое применение получил ионометрический метод.
Ионометрический метод определения нитратов в почве основан на извлечении
нитратов из почвы 1 %-ным раствором алюмокалиевых квасцов и измерении
активности нитрат-иона с помощью ионоселективного электрода. Ионоселективные
электроды – это электрохимические полуэлементы, в которых разность потенциалов
на границе раздела фаз «электродный материал» – «электролит» зависит от
концентрации (точнее активности) определяемого иона в растворе.
Ход работы.
Подготовка электродов к работе. Новый ионоселективный электрод
промывают дистиллированной водой и ополаскивают приэлектродным раствором.
108
Затем электрод заполняют приэлектродным раствором и выдерживают в течение
3
NO
3
pNO
3
lg
3
NO
CpNO
24 часов в растворе с концентрацией
– 0,1 моль/л. После этого электрод
помещают на 10 минут в дистиллированную воду, промокают фильтровальной
бумагой и проверяют его работу, используя растворы сравнения. В перерыве между
работой электрод хранят в растворе с концентрацией нитрат-ионов 0,1 моль/л.
Построение калибровочного графика. Для построения калибровочного
графика, методом последовательного разбавления, в мерных колбах на 100 мл
готовят калибровочные растворы нитрата калия следующих концентраций: 0,01;
0,001; 0,0001 моль/л.
Приготовление калибровочного раствора нитрата калия 0,01 моль/л:
1. С помощью пипетки внести 10 мл раствора нитрата калия
концентрацией 0,1 моль/л в мерную колбу на 100 мл.
2. Долить в мерную колбу дистилированной воды до метки (риски на горле
коблы).
3. Раствор в мерной колбе перемешать.
Приготовленный раствор нитрата калия имеет концентрацию 0,01 моль/л.
Из раствора нитрата калия 0,01 моль/л, описанным выше способом, готовят
раствор нитрата калия 0,001 моль/л и т. д. Подобный способ приготовления
называют «последовательное разведение».
В приготовленных растворах проводят измерение активности нитрат-иона с
помощью электродной пары. Измерение активности начинают с раствора с меньшей
концентрацией. Электроды перед погружением в калибровочные растворы
промывают дистиллированной водой и подсушивают фильтровальной бумагой.
Показания прибора считывают после прекращения заметного дрейфа показаний
прибора.
По измеренным значениям строят калибровочный график в координатах
Активность, mV от
, представляющий собой прямую (примечание:
).
109
Анализ пробы почвы. Пробы почвы анализируют в воздушно-сухом
3
NO
pC
н
pС
m
VM
Х
NO
100010
3
3
NO
состоянии. Для этого образцы почвы высушивают до постоянной массы при
температуре 40
0
С и пропускают через сито с отвертиями диаметром 1 – 2 мм.
20 г почвы взвешивают на технических весах с точностью до 0,1 г и переносят
в стеклянный стакан. К пробе приливают 50 мл 1 %-ного раствора алюмокалиевых
квасцов, и перемешивают содержимое в течение 3 минут. Затем полученную
суспензию профильтровывают и в фильтрате с помощью электродной пары
измеряют активность нитрат-иона. Измерения проводят в нескольких параллелях и
берут среднее значение. Содержание нитрат-ионов находят по калибровочному
графику в единицах
. Затем по этой величине с помощью таблицы 5.2 или
формуле 5.3 определяют массовую долю азота нитратов в почве (Х, мг/кг):
(5.3)
где М – молярная масса
, г/моль;
V – объем экстрагирующего раствора, мл;
mн – масса навески почвы, взятой для анализа, г.
Полученные результаты сравнивают с предельно-допустимой концентрацией
(ПДК нитратов в почве = 130 мг/кг) и делают вывод о пригодности исследуемой
пробы почвы к использованию.
При анализе проб в состоянии естественной влажности, полученный результат
(Х) пересчитывают на сухую почву, умножая его на коэффициент К1 и К
, которые
2
учитывают долю влаги в почве и увеличение объема экстрагирующего раствора,
взаимодействующего с анализируемой пробой, за счет содержащейся в почве влаги,
которые вычисляют по формулам 5.4 и 5.5:
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]