Особенности пробоподготовки почвы

Загрязнение воздуха и воды можно заметить или обнаружить. Загрязнения почвы могут оставаться скрытыми в течение длительного времени. Почва не прозрачна, в большинстве случаев обладает значительным буферным действием, что позволяет загрязнениям оставаться незамеченными в течение длительного времени.

Почва содержит как минеральные, так и органические вещества. В результате физических и химических процессов выветривания твердых пород образуются осколки камней различной величины. В дальнейшем минеральные остатки могут разрыхляться водой, льдом, ветром и участвовать в формировании почвы. Органическая часть почвы составляется из остатков растений, животных, и микроорганизмов. Органические материалы подвергаются микробиологическим процессам, измельчаются, поедаются обитающими в земле живыми организмами. Из переработанных таким образом органических материалов создается гумус – плодородный слой почвы.

Неорганические и органические материалы образуют частицы различной величины, между которыми образуются пустоты, обеспечивающие пористость почвы. Частично эти поры заполняются воздухом, частично водой. Воздух и вода служат жизненной основой для корней растений и различных организмов, обитающих в почве. Почва обладает некоторыми свойствами, которых лишены воздушная и водная среды. Частицы почвы образуют мелкоячеистый фильтр, который эффективно задерживает твердые взвеси из вод, просачивающихся в почву. Частицы глины и гумуса способны эффективно адсорбировать и абсорбировать целый ряд веществ. Таким образом, почвы в течение ряда лет (иногда десятилетий) могут удерживать различные вещества, не давая им возможности перейти в грунтовые воды. По исчерпании сорбционной емкости почвы может наступить проскок – внешне неожиданное загрязнение грунтовых вод даже без поступления вредных веществ. Почвы обладают значительной способностью к регенерации, вследствие деятельности микроорганизмов и ферментов, способных перерабатывать и превращать самые различные вещества.

Методы анализов, используемые для определения загрязнений в почве и воде во многом сходны и различаются преимущественно стадиями пробоподготовки. Как правило, общих рекомендаций для проведения анализов бывает недостаточно. По этой причине при анализе почв для каждой проводимой операции существуют свои утвержденные методики и соответствующее оборудование. Однако для получения правильных результатов и этого бывает недостаточно. Разрабатываемые методики хорошо работают, если выполнены все условия к ним предъявляемые. В случае достаточно сильного отличия условий проведения анализа от оговоренных в методике условий, результаты могут быть неверными. По этой причине основное большинство применяемых методов анализа почв имеют ограниченную сферу применения.

Среди применяемых методов пробоподготовки почвы широко используются:

q озоление;

q минерализация;

q удаление биоты;

q экстракция и реэкстракция различными типами растворителей;

q хроматография экстрактов перед анализом;

q концентрирование и др.

Озоление (сжигание) применяется тогда, когда нет необходимости в контроле летучих компонентов. Озоление производится в муфельных печах различного типа с рабочими температурами 600 – 800С. Озоление является самым дешевым и распространенным способом получения сред, не содержащих органической составлющей, для последующего анализа содержания ионов.

Если озоление проводится как раз с целью определения массы гумуса (органической составляющей) то при озолении измеряется объем образовавшегося газа и воды.

Разложение органического вещества до углекислого газа и воды может быть осуществлено методами сухого или мокрого озоления.

Сухое озоление органического вещества

При использовании метода сухого озоления по Г.Г. Густавсону достигается практически полное разложение органических веществ, так как реакция протекает при температуре около 600°С. Количество

выделившегося в результате разложения углекислого газа может быть определено гравиметрически, волюмометрически или титриметрически. В классической модификации этот метод отличается большой трудоемкостью и длительностью проведения анализа. Однако поскольку метод отличается высокой точностью и воспроизводимостью, то именно его обычно используют в автоматических анализаторах для определения углерода. Так как в этих приборах температура, при которой происходит

сжигание, может быть установлена точно, то исключается практически единственный недостаток этого метода – возможность разложения присутствующих в почве карбонатов с выделением углекислого газа при температуре более 700°С.

Мокрое озоление органического вещества

Как правило, в аналитической практике при определении углерода органических соединений используют метод Кнопа-Сабанина – мокрое озоление почвы раствором бихромата калия (К2Сг2О7) в серной кислоте. О количестве углерода органических соединений, подвергшихся мокрому озолению, можно судить как непосредственно по количеству выделившегося углекислого газа, так и по количеству окислителя, пошедшего на сжигание opганического вещества. Классический метод Кнопа-Сабанина предусматривает прямое гравиметрическое определение выделившегося при разложении органических веществ углекислого газа. Многие современные модификации предусматривают определение остаточного количества окислителя титриметрическими (метод Тюрина) или фотометрическими (метод Орлова-Гриндель) методами. Поскольку все предлагаемые ниже методы представляют собой модификации этого подхода, т.е. мокрого сжигания органического вещества с последующим

определением избытка окислителя, рассмотрим вначале общие принципы, лежащие в его основе.

Принципы определения гумуса методом мокрого озоления

Отбор проб почвы и подготовка их к анализу

При агрохимическом исследовании почвы наибольший интерес представляет, как правило, определение содержания в почве специфических гумусовых соединений. Между тем в процессе мокрого озоления разложению до углекислого газа и воды могут повергаться все органические вещества, содержащиеся в пробе, в том числе негумифицированные растительные остатки и органические вещества негумусовой природы. Поэтому при подготовке почвы к анализу особое

внимание следует обратить на возможно полное отсутствие в ней корешков и различных органических остатков растительного и животного происхождения. Тем не менее, при определении общего содержания углерода органических соединений в почвах, используемых в земледелии,

даже после тщательной подготовки проб следует иметь в виду, что получаемые результаты могут характеризовать количество углерода не только гумусовых веществ, но и не подвергшихся гумификации неспецифических органических соединений, поступивших в почву с

навозом или различными компостами.

Так как навеска почвы при определении общего содержания углерода весьма невелика, ее однородность также имеет большое значение. Из взятого в поле и доведенного до воздушно-сухого состояния образца берут среднюю пробу почвы массой около 50 г. Корни и видимые глазом органические остатки тщательно отбирают пинцетом. Раздавливают почвенные комки и вновь тщательно отбирают корешки. Почву растирают в агатовой или фарфоровой ступке и отбирают

аналитическую пробу массой около 5 г, которую пропускают сито с диаметром отверстий 1 мм, и вновь отбирают корешки. В процессе отбора корешков надо неоднократно перемешивать почву и вновь

распределять ее тонким слоем. Очищенную от органических остатков почву снова растирают в

ступке и пропускают через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. Трудно поддающуюся растиранию часть образца отбрасывать нельзя. Особенности мокрого озоления органического вещества почв

Озоление (окисление) органических соединений почвы до углекислого газа и воды проводят 0,4 н. раствором К2Сг2О7 в серной кислоте, разбавленной водой в соотношении 1:1. Этот реактив часто

называют хромовой или окислительной смесью. Процесс окисления углерода гумуса можно условно представить уравнением:

2K2Cr2O7 + 8 H2SO4 + ЗС(гумуса) = 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 +

+ 8H2O + ЗСО2

Полнота окисления органического вещества составляет около 85-95%, причем в оторфованных горизонтах она обычно ниже. Она также cильно зависит от температуры и времени протекания реакции. Воспроизводимость результатов обычно невелика, и поэтому определение

следует проводить в не менее чем трехкратной повторности. В классической модификации нагревание проводят на электрической плитке. В этом случае следует весьма тщательно контролировать идентичность условий сжигания для каждой пробы. Рекомендуется проводить сжигание в сушильном

шкафу при температуре 150°С в течение 20 мин, что позволяет несколько повысить воспроизводимость результатов и весьма упростило саму процедуру анализа.

Метод мокрого озоления достаточно быстр, удобен в использовании, не требует сложной аппаратуры и в большинстве почв дает вполне приемлемые результаты. Исключение могут составлять лишь карбонатные почвы и почвы с избыточным количеством извести. Карбонаты не подвергаются разложению хромовой смесью, но образующийся при взаимодействии карбоната кальция и серной кислоты гипс может обволакивать частицы почвы, препятствуя проникновению окислительного

раствора и разложению органического вещества внутри частиц.

Минерализация применяется для разложения до минеральной основы, как правило, органической пробы. Методы минерализации исключают потери даже газовой составляющей при проведении минерализации. Самым дешевым способом минерализации является кислотная минерализация. Существенным ее недостатком является большая длительность от нескольких часов до нескольких суток и вследствие этого низкие возможности лабораторий при массовом поступлении проб на анализ.

Системы для минерализации проб, позволяющие повысить производительность работы:

Аналитический автоклав в комплекте

Экспресс-минерализация твердых проб (пищевые продукты и продовольственное сырье, почва, биообъекты) и перевод её в раствор, навеска пробы до 1,0 г., максимально допустимая температура до 190°C, макс. давление 15 атм. Комплектация: 6 автоклавов, 2 ключа, подставка, 120 пружин, 6 фторопластовых стаканов

Темос-экспресс

Автоматизированный комплекс для пробоподготовки. Одновременно 9 проб (объем пробы не более 15 см^3). Диапазон температур: с открытой крышкой 20- 99°C (±10°C), с закрытой крышкой 400- 650°C(±10°C)

ФК-12М

Фотолизная камера для пробоподготовки водных сред для последующих анализов. Объем пробы до 20 мл, кол-во проб – до 10, время пробоподготовки 20- 40 мин

Минотавр-1

СВЧ-минерализатор. Подготовка проб к определению концентрации металлов. Анализируемые объекты: сточные воды, соки, спиртные напитки, чай, кофе, крупы, зерно, комбикорма, хлеб, сырая рыба, мясо, колбаса, овощи, фрукты, конфеты, молоко и молочные продукты, фармацевтические препараты, биологические объекты, растения. Максимальные навески: 2 г сухого веса, 50 мл жидкости.

Минотавр 2:

В состав установки входят СВЧ-модуль со встроенным блоком контроля и регулировки давления, три фторопластовых контейнера вместимостью 100 мл, скруббер для вытяжки и поглощения паров кислот, тестер СВЧ-излучения.

Прибор работает в следующих режимах: выпаривание проб; минерализация: при низком давлении (вода средней степени загрязненности) и при высоком давлении (вода высокой степени загрязненности, биологические жидкости и ткани, продукты питания); кислотная экстракция металлов из почв и пород. В качестве реагентов используются азотная кислота и перекись водорода.

По окончании минерализации возможно выпаривание пробы с автоматическим отключением нагрева по времени или по остатку жидкости в сосуде. По окончании выпаривания, при достижении состояния "влажных солей", нагрев автоматически отключается. Возможные аналитические окончания: IСР-спектрометрия; атомная абсорбция; фотометрия; люминесценция.

Прибор имеет системы контроля давления и положения защитных элементов и автоматически отключается при несоблюдении оператором правил эксплуатации. Управление осуществляется со встроенной клавиатуры, от компьютера. При этом оператор полностью программирует процесс обработки пробы.

Дата добавления: 2014-01-06