Валовий хімічний аналіз ґрунту та вираження його результатів

Валовий хімічний аналіз ґрунту

4.1. Валовий хімічний аналіз ґрунту та вираження його результатів.

4.2. Способи розкладання ґрунту.

4.3. Методи кількісного аналізу продуктів розкладання ґрунту.

4.3.1. Гравіметричні методи.

4.3.2. Комплексонометричні методи.

4.3.3. Фотометричні методи.

Елементний склад ґрунтів характеризується наявністю практично усіх хімічних елементів, які існують у природі. Найбільшим вмістом відзначаються такі хімічні елементи (рис. 4.1): Силіцій (Si), Алюміній (Al), Ферум (Fe), Кальцій (Ca), Магній (Mg), Натрій (Na), Калій (К), Титан (Ti), Манган (Mn), Фосфор (P), Сульфур (S).

Сума вищих оксидів цих елементів становить наближено 99 % мінеральної частини ґрунтів. Власне ці елементи традиційно визначають за умови проведення валового хімічного аналізу ґрунту.

Рис. 4.1. Середній вміст у ґрунтах різноманітних хімічних елементів

(за Д. С. Орловим, 1998)

Валовим аналізом називають комплекс визначень, які дають змогу встановити валовий або елементний склад ґрунту, тобто отримати уяву про загальний вміст у ґрунті хімічних елементів або їхніх оксидів.

За умови проведення повного валового хімічного аналізу ґрунту визначають:

Ø гігроскопічну вологу;

Ø втрату при прожарюванні;

Ø вміст органічного Карбону (С), Нітрогену (N);

Ø вміст оксидів: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, MnO, CaO, MgO, SO₃, P₂O₅, K₂O, Na₂O.

У карбонатних ґрунтах, окрім перелічених вище компонентів, визначають також CO₂ карбонатів.

У деяких випадках є доцільним проведення скороченого валового хімічного аналізу і визначення тільки тих елементів, які у процесі ґрунтотворення найбільше виносяться або накопичуються у профілі ґрунту. Доволі часто обмежуються визначенням валового (загального) вмісту Si, Al, Fe, Ca і Mg. Оцінюючи техногенне забруднення ґрунтів, кількісний набір елементів, які визначають, залежить від якісного складу забруднюючих речовин.

Результати валового хімічного аналізу ґрунту виражають масовою часткою (%) вищих оксидів елементів або масовою часткою елементів. Це дає змогу швидко оцінити точність аналізу, оскільки сума виражених у відсотках масових часток вищих оксидів хімічних елементів і втрати від прожарювання становить 100 %. Допустимі відхилення не повинні перевищувати 1-1,5 %.

Водночас вираження результатів у масових частках вищих оксидів має істотні недоліки. Насамперед, ця умовна форма запису не відповідає реально наявним у ґрунтах сполукам. Тільки Si, Ti, Fe і Al частково можуть міститися у ґрунтах у формі вищих оксидів. Інші оксиди не можуть існувати у ґрунті у вільному стані.

Оксидна форма спотворює реальне співвідношення кількості різних елементів у складі ґрунту, оскільки масова і мольна частки Оксигену у складі оксидів різних елементів неоднакові. Наприклад, частка S у складі SO₃ сягає 40 % від маси оксиду, тоді як частка К у складі K₂O − 83 %. Якщо знайдено, що вміст у ґрунті K₂O становить 1,5 %, а SO₃ − 0,3 %, то за цими даними вміст K₂O у ґрунті в 5 разів більший, ніж SO₃; у перерахунку на елементи вміст К становить 1,25 %, а S − 0,12 %, тобто кількість К у 10 разів перевищує кількість S. Отже, аналіз результатів за вмістом оксидів не дає змоги правильно оцінити накопичення у ґрунті або винесення із ґрунту хімічних елементів та їхні реальні співвідношення.

Як одиниці вимірювання складу ґрунтів часто доцільно використовувати не масу атомів елемента, а їхнє число і виражати результати аналізу в одиницях кількості речовини. Наприклад, вміст у генетичному горизонті CaO становить 0,95 %, а MgO − 0,75 %, або у перерахунку на Ca і Mg − 0,68 і 0,45 %, відповідно. Порівняння цих величин вказує на переважання Ca над Mg. Проте число молей Ca у 100 г ґрунту насправді менше, ніж число молей Mg − 0,017 і 0,019 відповідно. Вибір одиниць вимірювання результатів валового хімічного аналізу залежить, насамперед, від завдань, які необхідно вирішити у кожному конкретному випадку.

Результати валового хімічного аналізу виражаються на повітряно-сухий, сухий, прожарений і безкарбонатний ґрунт.

Вираження результатів аналізу на сухий ґрунт. Здебільшого відібрані у полі первинні зразки ґрунту висушують до повітряно-сухого стану одним із зазначених вище прийомів і тільки після цього аналізують. Проте вони містять вологу, яку можна видалити висушуванням за умови дещо вищої температури. Отже, вологу, яку видаляють із повітряно-сухого ґрунту при температурі 100-105 ⁰С, називають гігроскопічною. Її наявність пов’язана зі здатністю ґрунту адсорбувати пароподібну вологу із атмосферного повітря. Масова частка гігроскопічної вологи у різних ґрунтах неоднакова і залежить, насамперед, від гранулометричного, хімічного та мінералогічного складу ґрунтів, також від стану оточуючого повітря. Отож, масова частка гігроскопічної вологи може бути різною не тільки у різних за складом ґрунтах, але в одному і тому ж ґрунті у зв’язку з різною вологістю оточуючого повітря та різним ступенем подрібнення проби ґрунту.

Щоб унеможливити вплив гігроскопічної вологи на результати аналізу ґрунтів, їх виражають на висушений при температурі 100-105 ⁰С ґрунт, який не вміщує гігроскопічної вологи.

За вмістом (масовою часткою, %) гіроскопічної вологи можна здійснити такі розрахунки:

- за масою повітряно-сухого ґрунту обчислити відповідну йому масу сухого ґрунту;

- за масовою часткою (%) компонента у повітряно-сухому ґрунті обчислити його масову частку (%) у сухому ґрунті.

Для здійснення зазначених вище перерахунків використовують відповідні коефіцієнти Kw і Kw₁. Обчислюючи ці коефіцієнти, необхідно пам’ятати, що розраховуючи масову частку (%) гігроскопічної вологи, за 100 % приймають масу сухого, а не повітряно-сухого ґрунту.

Отже, щоб знайти масу сухого ґрунту, масу наважки повітряно-сухого ґрунту множать на коефіцієнт Kw, який обчислюють за формулою:

Коефіцієнт Kw використовують у випадках, коли в одній наважці ґрунту визначають декілька компонентів, наприклад, для перерахунку результатів валового хімічного аналізу.

У випадках, коли наважку ґрунту використовують для визначення тільки одного компонента (наприклад, С чи N), обчислюють коефіцієнт Kw₁, за допомогою якого результат аналізу, розрахований на повітряно-сухий ґрунт, перераховують на сухий ґрунт. Величина коефіцієнта Kw₁ є оберненою до величини коефіцієнта Kw, її обчислюють за формулою:

У процесі висушування ґрунту при температурі 100-105 ⁰С із нього видаляється не тільки гігроскопічна волога, але й адсорбовані ґрунтом гази (CO₂, NH₃ та ін.) та кристалізаційна (гідратна) вода, наявна у ґрунті у складі солей. Тому результати визначення гігроскопічної вологи деяких ґрунтів можуть бути дещо завищеними. Водночас присутність у ґрунтах речовин, здатних окислюватися, зумовлює до одержання занижених результатів внаслідок окиснення у процесі висушування сполук у відновному стані.

Унаслідок того, що кристалізаційна вода, яка входить до складу гіпсу (CaSO₄·2H₂O) видаляється при температурі 100-105 ⁰С, визначення гігроскопічної вологи у ґрунтах з певним вмістом гіпсу рекомендують провадити при температурі 60-65 ⁰С, а не 100-105 ⁰С. Одержаний результат множать на емпіричний коефіцієнт (1,23), за допомогою якого враховують неповне видалення із ґрунту гігроскопічної вологи.

Вираження результатів аналізу на прожарений, безгумусний і безкарбонатний ґрунт. Унаслідок процесу ґрунтотворення відбувається диференціація профілю ґрунту на генетичні горизонти. Диференціація зумовлена, насамперед, вертикальним та латеральним перерозподілом хімічних сполук у генетичному профілі ґрунту. Оцінити процеси переміщення речовин у межах ґрунтової товщі можна за допомогою валового хімічного аналізу ґрунтів. Найчастіше результати валового хімічного аналізу виражають у відсотках на прожарений ґрунт.

Для того, щоб виразити результати валового хімічного аналізу у відсотках від маси прожареного ґрунту, ґрунт витримують у муфельній печі при температурі 750-800 ⁰С і знаходять масову частку летких компонентів. Величину масової частки називають втратою від прожарювання. Результати визначення втрати від прожарювання виражають у відсотках на висушений ґрунт. У втрати від прожарювання некарбонатних ґрунтів долучають гумус та хімічно зв’язану воду. Як зазначає А. А. Роде, вміст хімічно зв’язаної води дає змогу одержати важливі відомості про мінералогічний склад ґрунтів, передусім за умови аналізу мулистої і колоїдної фракцій (А. А. Роде, 1971). Вміст хімічно зв’язаної води обчислюють як різницю між величиною втрати від прожарювання (%) та масовою часткою гумусу (%). Аналізуючи карбонатні ґрунти, у втрати від прожарювання долучають також CO₂ карбонатів, а за умови аналізу засолених ґрунтів − хлориди.

Перерахунок на прожарений ґрунт здійснюють шляхом множення результатів аналізу на коефіцієнт (К). Його обчислюють за формулою:

де nn − втрати від прожарювання, виражені у % від маси сухого ґрунту.

Проте не тільки накопичення гумусу, але й перерозподіл та акумуляція відносно мобільних карбонатів (бікарбонатів) Са ускладнює сприйняття результатів валового аналізу, не даючи змоги оцінити розподіл у профілі ґрунту мінеральних компонентів, передусім півтораоксидів. Отож, аналізуючи карбонатні ґрунти, перерахунок здійснюють на безгумусну і безкарбонатну наважку.

Для перерахунку результатів аналізу на безгумусний і безкарбонатний ґрунт необхідно результати аналізу, виражені на сухий ґрунт, помножити на коефіцієнт:

де [гумус] і [CaCO₃] − масові частки гумусу і CaCO₃, виражені у відсотках від маси сухого ґрунту.

На величину цього коефіцієнта множать результати визначення усіх хімічних елементів, окрім Са, оскільки результат визначення валового вмісту Са є сумою Са карбонатів і Са, який міститься у силікатах та інших сполуках. На коефіцієнт К множать масову частку (%) некарбонатного Са, яку, у свою чергу, обчислюють, віднімаючи від загальної кількості Са у ґрунті − Са карбонати.

Дата добавления: 2014-01-04