Физико-химические методы оценки качества почв

ФГАОВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»
Институт экологии и географии
Кафедра ландшафтной экологии
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПОЧВ
Учебно-методическое пособие
Казань
2011
1
УДК
Печатается по решению Редакционно-издательского совета ФГАОУВПО
«Казанский (Приволжский) федеральный университет»
методической комиссии Института экологии и географии
Протокол № 8 от 6 июня 2010 г.
заседания кафедры прикладной экологии
Протокол № 13 от 5 мая 2011 г.
Составитель
к.б.н., ст. преподаватель П.Ю. Галицкая,
д.б.н. профессор С.Ю.Селивановская,
аспирант Р.Х.Гумерова
Научный редактор
д.г.н., профессор О.П. Ермолаев
Рецензент
д.х.н., профессор Латыпова В.З.
Физико-химические методы оценки качества почв: Учебно-методическое
пособие / П.Ю. Галицкая, С.Ю.Селивановская, Р.Х.Гумерова. – Казань: Казанский
университет, 2011. – 37с.
Для модуля: «Использование земельных ресурсов», раздел 3: «Агроэкологический
мониторинг. Методы оценки деградации и рекультивации почв», бакалавры
направления подготовки - Экология и природопользование, Профиль подготовки –
Природопользование
- Для дисциплины «Агроэкологический мониторинг», бакалавры направления
подготовки - Экология и природопользование, Профиль подготовки – Прикладная
экология
© Казанский университет, 2011
© Галицкая П.Ю., Селивановская С.Ю., Гумерова Р.Х. 2011
2
Содержание
1.
2.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ...................................................................................4
1.1.
Определение электрической проводимости...........................................................................................4
1.2.
Определение рН водной вытяжки ...........................................................................................................4
1.3.
Определение водопрочности агрегатов по методу Андрианова-Качинского....................................5
1.4.
Агрегатный (структурный) анализ и водопрочность агрегатов по методу Н.Н.Никольского ..........6
1.5.
Определения гранулометрического состава почв методом пипетки Н.А. Качинского .....................8
1.6.
Определение полной влагоемкости почв .............................................................................................14
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ И БИОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ..........................................................16
2.1.
Определение ХПК титриметрическим методом ..................................................................................16
2.2.
Методика определения азота аммонийного фотометрическим методом ..........................................18
2.3.
Методика определения массовой доли нитритного азота в почвах фотометрическим методом. ..22
2.4.
Аргентометрический метод определения хлорид-ионов по Мору ....................................................25
2.5.
Метод определения иона сульфата в водной вытяжке .......................................................................28
2.6.
Метод определения емкости катионного обмена ................................................................................30
2.7.
Определение массовой доли нефтепродуктов в почвах ССылка .......................................................32
2.8.
Определение содержания органического углерода ССылка ..............................................................34
2.9.
Метод определения содержания органического вещества ..............................................................35
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................................................................37
3
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ
1.1. Определение электрической проводимости
(ГОСТ 26423-85)
Электропроводностью называют величину, обратную электрическому
сопротивлению
R.
Электропроводность
разбавленных
растворов
электролитов зависит от числа ионов в растворе (т.е. от концентрации), числа
элементарных зарядов, переносимых каждым ионом (т. е. от заряда иона), и
от скорости движения одинаково заряженных ионов к катоду или аноду под
действием электрического поля. С учетом всех этих факторов
электропроводящие свойства ионов характеризуют эквивалентной ионной
электрической проводимостью (подвижностью).
Средства измерений, реактивы и материалы
Кондуктометр с диапазоном измерений
погрешностью измерений не более 5
0,01
-
100
мСм/см
и
Методика определения
После 5-минутного отстаивания вытяжки из почвы в суспензию
погружают датчик кондуктометра
и определяют электрическую
проводимость. После каждого определения датчик тщательно промывают
дистиллированной водой.
1.2. Определение рН водной вытяжки
(ГОСТ 26423-85)
рН - мера активности ионов водорода в растворе, и количественно
выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с
обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов,
выраженной в молях на литр:
pH = - lg [H+]
Средства измерений, реактивы и материалы
рН-метр или иономер с погрешностью измерений не более 0,05 рН
Методика определения
Почвенную суспензию объемом 15-20 мл сливают в химический стакан
вместимостью 50 мл и используют для измерения рН.
4
Настройку рН-метра проводят по трем буферным растворам с рН 4,01,
6,80 и 9,18, приготовленным из стандарт-титров. Показания прибора
считывают не ранее чем через 1,5 мин после погружения электродов в
измеряемую среду, после прекращения дрейфа измерительного прибора. Во
время работы настройку прибора периодически проверяют по буферному
раствору с рН 6,86.
За результат анализа принимают значение единичного определения рН со
шкалы прибора с точностью не ниже 0,1 единицы рН. Допускаемые
отклонения от среднего арифметического результатов повторных анализов
при выборочном статистическом контроле при вероятности Р = 0,95
составляют 0,2 единицы рН.
1.3. Определение водопрочности агрегатов по методу АндриановаКачинского
Метод основан на учете агрегатов, расплывшихся в воде за определенный
промежуток времени.
Средства измерений, реактивы и материалы
Набор сит с диаметром отверстий 3; 2; 1 мм, чашки Петри,
фильтровальная бумага
Методика определения
Пробу воздушно-сухой почвы просеивают через набор сит с диаметром
отверстий 3; 2; 1 мм и в дальнейшем анализируют или каждую фракцию,
определяя затем среднюю величину водопрочности, или берут одну среднюю
по размеру комков фракцию.
На дно низкого стеклянного сосуда (чашка Петри) помещают листок
фильтровальной бумаги и на нем правильными кругами раскладывают до 50
комков почвы (рис. 1). В сосуд приливают воду до полного увлажнения листа
фильтровальной бумаги и через 3 мин, когда произойдет капиллярное
насыщение агрегатов, в него осторожно доливают воду комнатной
температуры так, чтобы она покрыла агрегаты слоем 0,5 см.
В течение 10 мин с интервалом в 1 мин подсчитывают полностью
распавшиеся агрегаты. Так как распад агрегатов в воде происходит в
различное время, то для характеристики степени водопрочности структуры в
расчеты вводят поправочный коэффициент Качинского (k), который по
каждой минуте равен (%):
для 1-й— 5; 2-й—15; 3-й —25; 4-й—35; 5-й —45; 6-й —55; 7-й —65; 8-й
—75; 9-й — 85; 10-й — 95.
5
Водопрочность комков, не расплывшихся в течение 10 мин,
принимается за 100%. Устойчивость агрегатов к разрушающему действию
воды определяют по формуле:
r= (P1K1+..+P10K10 + N*100%)/A
где
— количество агрегатов, распавшихся в соответствующую
минуту;
— поправочные коэффициенты для соответствующих
минут;
Q – количество не распавшихся в течение 10 минут агрегатов;
А — общее количество агрегатов, взятых для анализа.
Например, за 10 минут из 16 агрегатов распался 1 агрегат на 8й минуте.
Для этого 1 агрегата используем поправочный коэффициент, а остальные 15
просто умножаем на 100. Водопрочность равна:
R= (0*5+0*15+0*25..+1*75+0*85+0*95 + 15*100)/16 = 98 %
Рис.1 Определение водопрочности агрегатов по методу П. И. Андрианова.
Примечание. Поправочный коэффициент (k) позволяет сравнивать
агрегаты, распадающиеся в разное время. Например, если k равно 100, это
означает, что агрегат, который не распался после 10 минут замачивания, в 100
раз прочнее того, который распался сразу.
При r, равном 50, говорят, что наблюдается 50%-я водопрочность
агрегатов, при r, равном 40, — что 40%-я и т. д.
1.4. Агрегатный (структурный) анализ и водопрочность агрегатов
по методу Н.Н.Никольского
Целью агрегатного анализа является установление относительного
содержания в почве не частиц, а их агрегатов. Поэтому при проведении
агрегатного анализа почву нельзя растирать и даже сильно встряхивать во
избежание нарушения почвенных агрегатов. Разделение агрегатов
производится при помощи стандартного набора сит.
6
Средства измерений, реактивы и материалы
Фарфоровая ступка с пестиком, стандартный набор сит с жесткой
кисточкой, технические весы с разновесами, линейка фарфоровые чашки
диаметром 15-20 см (6 шт.).
Методика определения
Почвенный образец с ненарушенной структурой в воздушно-сухом
состоянии осторожно рассыпают на листе бумаги и двукратно квартуют.
Навеску в 200 г. последовательно просеивают через каждое сито стандартного
набора. При этом сито ставят наклонно и осторожно постукивают по краю.
Оставшийся на сите материал взвешивают, переносят в фарфоровую чашку
или стакан и накрывают бумагой, на которой написаны номер образца и
фракция. Почвенную массу, пропущенную через первое сито на лист бумаги,
переносят на второе сито и просеивают. Операцию повторяют с каждым
ситом, вплоть до сита с отверстиями диаметром 0,25 мм.
Полученные массы фракций пересчитывают на 100% от массы взятой
навески. В результате расчетов получают представление о содержании
агрегатов разной величины в почве.
Из каждой фракции отбирают 10 агрегатов (для удобства подсчета в
процентах) и помещают в фарфоровую чашку большого диаметра. Агрегаты
распределяют по дну чашки на одинаковом расстоянии друг от друга.
В чашку наливают водопроводную воду так, чтоб она покрыла агрегаты
слоем около 2 см, после чего чашку оставляют в покое на 20 мин.
По истечении 20 мин. каждый агрегат стеклянной палочкой осторожно
передвигают. При этом подсчитывают число сохранившихся и
разрушившихся агрегатов.
Результаты заносят в таблицу.
7
Таблица 1. Водопрочность агрегатов по методу Н.Н. Никольского
Фракция агрегатов, мм
Содержание прочных
агрегатов, %
>10
50
10-7
60
7-5
50
5-3
50
3-1
40
1-0.5
30
0.5-0.25
40
1.5. Определения гранулометрического состава почв методом
пипетки Н.А. Качинского
(ГОСТ 12536-79)
Гранулометрический
состав
(механический
состав,
почвенная
текстура) — относительное содержание в почве, горной породе или
искусственной смеси частиц различных размеров независимо от их
химического или минералогического состава. Гранулометрический состав
является важным физическим параметром, от которого зависят многие
аспекты существования и функционирования почвы, в том числе плодородие.
В почвах и породах могут находиться частицы диаметром как менее
0,001 мм, так и более нескольких сантиметров. Для подробного анализа весь
возможный диапазон размеров делят на участки, называемые фракциями.
Единой классификации частиц не существует.
В настоящее время получили распространение два основных принципа
построения классификаций:
1.
На основании содержания физической глины с учётом
доминирующей фракции и типа почвообразования. Создана
Н. А. Качинским и принята в России.
2.
На основании относительного содержания фракций песка,
пыли и глины по Аттербергу. Международная классификация,
классификации общества почвоведов (SSSA) и общества агрономов
8
(ASSA) США. Для
треугольник Ферре.
определения
названия
почвы
используют
Рис. 2. Треугольник Ферре.
Однозначного перехода от одной классификации к другой не существует,
однако используя кумулятивную кривую выражения результатов
гранулометрического
состава
можно
назвать
почву
по обеим
классификациям.
Гранулометрический (зерновой) состав грунта следует определять по
весовому содержанию в нем частиц различной крупности, выраженное в
процентах по отношению к весу сухой пробы грунта, взятой для анализа.
Средства измерений, реактивы и материалы
Цилиндр емкостью 0.5 л, мешалка, пипетка объемом 25 мл, большая
фарфоровая чашка, пестик с резиновым наконечником, малая фарфоровая
чашка, 4 бюкса емкостью более 25 мл, сито с диаметром отверстий 0,25 мм,
воронка диаметром 20-25 см.
Методика определения
Берут навеска почвы 10г на технических весах, навеску помещают в
фарфоровую чашку. Взвешивают на технических весах маленькую
фарфоровую чашку, масса пустой чашки заносится в табл. 1. Взвешиваются
на аналитических весах 4 бюкса, их номера и масса заносятся в табл. 2.
9
К почве в фарфоровой чашке добавляют малое количество воды,
достаточное для доведения почвы до состояния крутой пасты. В таком
состоянии почву растирают пестиком с резиновым наконечником в течение
10-15 минут.
С помощью промывалки почву количественно переносят на сито с
диаметром отверстий 0,25 мм, помещенное в воронку, вставленную в
цилиндр объемом 0.5 л. На сите почву тщательно промывают из промывалки,
пока вода, проходящая сквозь сито, не станет чистой. Фракция, оставшаяся
на сите, количественно переносят в малую фарфоровую чашку. После
высушивания на водяной бане чашка с фракцией взвешивают на
технических весах. Результат взвешивания записывают в таблицу 2.
Таблица 2. Процентное содержание фракции > 0,25 мм
Горизонт, Масса
глубина, см пустой
чашки, г
Масса
Масса
чашки
с фракции, г
фракцией, г
Содержание
фракции, %
Объем суспензии в цилиндре доводят до 0.5 литра. Производят
взмучивание суспензии шестьюдесятью энергичными ударами специальной
мешалки. После последнего удара мешалка вынимают из цилиндра и
отмечают время взмучивания по часам с секундной стрелкой. Пипеткой
объемом 25 мл отбирают пробу суспензии, которая затем помещают во
взвешенный бюкс. Бюкс помещают в термостат для высушивания.
Всего пробы отбирают четыре раза. После взятия каждой пробы
необходимо довести объем суспензии в цилиндре до 0.5 литра и вновь
взболтать суспензию, отметив время.
•Первую (суточную) пробу отбирают (при температуре воздуха 20°С) с глубины
7 см через 21 час 45 минут после взмучивания.
•Вторую (часовую) пробу отбирают с глубины 10 см через 1 час 15 минут
после взмучивания.
•Третью (минутную) пробу отбирают с глубины 10 см через 18 минут 40 секунд
после взмучивания.
•Четвертую (секундную) пробу отбирают с глубины 25 см через 1 минуту 52
секунды после взмучивания.
Порядок взятия проб произвольный.
10
Примечание. Пробу пипеткой следует брать медленно. Добирать
суспензию или выпускать ее из пипетки, если не удалось сразу взять ровно
25 мл не допускается. Если объем суспензии в пипетке не равен 25 мл,
определяется объем набранной суспензии и эта величина заносится в графу
"Объем суспензии" в таблице 3.
Таблица 3. Процентное содержание фракций, определяемых методом
пипетки
Масса
№
пустого
бюкса бюкса, г
Масса
Масса
Объем
бюкса с фракции, суспенфракцией, г
зии, мл
г
Содержание
Масса
фракции в фракции, %
цилиндре, г
1
2
3
4
Высушенные бюксы с фракциями взвешивают на аналитических весах,
результаты записывают в табл. 3.
Производят расчет содержания фракций различных размеров, заносят их
в таблицу 4.
Таблица 4. Содержание фракций различного размера в почве (%)
Горизонт,
глубина в
см
Размер фракции в мм, содержание фракции в %
0,25-1,0
0,05 –
0,25
0,01-0,05
0,0050,01
0,0010,005
<0,001
Прежде чем производить расчеты, необходимо пересчитать массу
взятой навески почвы на абсолютно сухую почву.
Пересчет массы навески на абсолютно сухую почву производится по
следующей формуле:
mad = m•100% • (100% + W)-1
11
где mad - масса абсолютно сухой почвы, г, m - масса воздушно-сухой
почвы, г, а W - гигроскопическая
влажность,
%. Значение
гигроскопической влажности берется из предшествующей работы.
Для всех дальнейших расчетов используется масса абсолютно сухой
почвы.
Массу фракции в чашке определяют как разность массы чашки с
высушенной фракцией и массы пустой чашки. Определяют процентное
содержание фракции, оставшейся на сите, с помощью формулы:
F1 = M1 • 100• mad-1 ,
где M1 - масса фракции, г
mad-1 - массу всей навески (пересчитанную на абсолютно сухую почву).
Это значение заносится в графу «0,25-1,0 мм».
Определяют массу всей фракции в цилиндре по формуле:
Мn = mn • 1000• Vn-1,
Где mn - масса фракций в бюксах, определяют путем вычитания массы
пустого бюкса из массы бюкса с высушенной суспензией, г
Vn-1- объем суспензии в пипетке, мл.
Процентное содержание фракции, отобранной в суточной пробе,
заносят в последнюю графу таблицы 4 (илистая фракция < 0,001 мм).
•Содержание тонкопылеватой фракции (0,001-0,005 мм) находят по разнице
фракций, отобранных часовой и суточной пробами.
•Содержание средней пыли (0,005-0,01 мм) находят по разнице фракций,
отобранных минутной и часовой пробами.
•Содержание крупной пыли (0,01-0,05 мм) находят по разнице фракций,
отобранных секундной и минутной пробами.
Пoдoбнaя пpoцeдypa cлeдyeт из тoгo, чтo глyбины и вpeмя oтбopa
cycпeнзии пoдoбpaнo тaк, чтo cyтoчнoй пpoбoй oтбиpaютcя тoлькo чacтицы
мeнee 0,001 мм, a чacoвoй - мeнee 0,005 мм. Чтoбы нaйти фpaкцию oт 0,001 дo
0,005 мм, нeoбxoдимo из peзyльтaтoв чacoвoй пpoбы вычecть peзyльтaты
cyтoчнoй. Aнaлoгичнa cитyaция c ocтaльными фpaкциями.
Для определения содержания мелкого песка (0,05-0,25 мм), единственной
незаполненной в таблице графы, достаточно вычесть из 100% процентные
содержания всех оставшихся фракций.
Результаты механического анализа обычно приводятся в виде таблицы:
12
Горизо
нт,
глубин
а в см
Таблица 5. Содержание фракций различного размера в почве
Размер фракции в мм, содержание фракции в
%
Потеря
от
обработки
обработки HCl,
%
0,51,0
0,00
0,25 0,05- 0,015– 0,5 0,25 0,05
0,01
0,00
10,00
5
<0,0
01
В первой графе указывают генетический горизонт почвы, глубина его
верхней и нижней границы. Во второй графе записывают потерю от
обработки соляной кислотой. В почвах, содержащих карбонаты, эта потеря
может быть значительной. В карбонатных почвах потеря от обработки НСl не
учитывается при расчете механического состава. В
случае же
бескарбонатной почвы, где незначительная потеря от обработки соляной
кислотой вызвана растворением мельчайших (колллоидных) частиц,
прибавляют потерю от обработки к илистой фракции, поскольку частицы
именно этой фракции растворились. Условно считают, что почва не содержит
карбонатов, если потеря от обработки НСl не превышает 4%.
Чтобы дать основное название механического состава почвы,
определяют содержание физической глины. Для этого складывают
процентное содержание всех частиц менее 0,01 мм (т. е. ила, мелкой и
средней пыли).
Чтобы дать название по трехчленной классификации Качинского,
определяют отдельно содержание песка (сумму крупнопесчаной,
среднепесчаной и мелкопесчаной фракций), пыли (сумму мелкопылеватой,
среднепылеватой и крупнопылеватой фракций) и ила. Затем по двум
преобладающим фракциям механический состав называют, например,
иловато-пылеватым или пылевато-песчаным. При этом фракция, которой
больше всего в почве, ставят на второе место.
Для рыхлых песков механический состав выделяется несколько иначе:
они делятся на крупнозернистые, среднезернистые и тонкозернистые, в
зависимости от преобладания фракций крупного, среднего или мелкого песка,
соответственно.
13
Для подсчета процентного содержания почву разделяют на фракции
следующего размера:
Размер фракции
Название фракции
0,5-1 мм
крупный песок
0,25-0,5 мм
средний песок
0,05-0,25 мм
мелкий песок
0,01-0,05 мм
крупная пыль
0,005-0,01 мм
средняя пыль
0,001-0,005 мм
мелкая пыль
< 0,001 мм
ил
Процентному
содержанию
физической
глины
соответствуют
следующие названия почв по механическому составу:
Размер фракции
Название фракции
< 5%
рыхлый песок
5-10%
связный песок
10-20%
супесь
20-30%
легкий суглинок
30-40%
средний суглинок
40-50%
тяжелый суглинок
50-65%
легкая глина
65-80%
средняя глина
> 80%
тяжелая глина
1.6. Определение полной влагоемкости почв
Влагоёмкость почвы - величина, количественно характеризующая
водоудерживающую способность почвы; способность почвы поглощать и
удерживать в себе от стекания определённое количество влаги действием
капиллярных и сорбционных сил. В зависимости от условий, удерживающих
влагу в почве, различают несколько видов влагоёмкости почвы:
максимальную адсорбционную, капиллярную, наименьшую и полную.
Полной, или наибольшей влагоемкостью называется наибольшее
количество воды, которое способна удержать почва. В этом случае все поры
будут заполнены водой и воздух полностью вытеснен из почвы. Такое
состояние наступает при длительном поступлении в почву избыточного
количества воды, например, во время половодья или в период длительных
дождей.
14
Теоретически полная влагоемкость должна быть равна суммарному
объему пор почвы. Поэтому полную влагоемкость можно определить по
величине порозности. Однако в действительности при полном насыщении
почвы водой в результате растворения некоторых соединений, набухания
почвы и других явлений величина полной влагоемкости отличается от объема
пор воздушно-сухой почвы.
Представление о полной влагоемкости можно получить, насыщая водой
образец почвы с нарушенной структурой.
Средства измерений, реактивы и материалы
Фарфоровая ступка с пестиком, технические весы с разновесами,
железный штатив с зажимом, стеклянная трубка диаметром 2-3 см, длиной 20
см, высокий химический стакан, марля, термостат, фарфоровая чашка,
тигельные щипцы.
Методика определения
Стеклянную трубку диаметром 2-3 см, длиной 20 см с одного конца
обвязывают марлевой салфеткой, под которую подкладывают бумажный
фильтр, и определяют массу на технических весах. Трубку заполняют слегка
измельченным почвенным материалом до отметки 10-12 см. Для уплотнения
материала нижним концом трубки осторожно постукивают о листовую
резину.
Для определения гигроскопической влаги в фарфоровую чашку берут
навеску почвы в 5 г. Определяют массу трубки с почвой на технических
весах. Разность второго и первого определения составляет массу почвы.
Трубку медленно погружают в сосуд с водой таким образом, чтобы
уровень воды был на 1 см выше отметки на трубке, и оставляют ее в таком
положении на 15 мин.
Спустя указанное время трубку с почвой извлекают из воды и в
вертикальном положении закрепляют в штативe на 1 мин, чтобы дать
возможность стечь избытку воды. Затем трубку снимают со штатива,
протирают снаружи фильтровальной бумагой для удаления оставшейся воды
и определяют массу на технических весах.
Расчет воды, удерживаемой почвой после насыщения, производят по
формуле:
*100%,
где А - количество воды, удерживаемое почвой после насыщения,
15
Р1 - масса трубки,
2 - масса трубки с почвой,
Р3 - масса трубки с почвой после ее насыщения водой;
Р2-Р1 - масса почвы,
РЗ-Р2 - масса воды, удерживаемой почвой после насыщения.
Далее определяют гигроскопическую влагу.
Полную влагоемкость W mах определяют суммированием процентного
содержания гигроскопической воды W и воды, удерживаемой почвой после
насыщения А:
Wmax=W+A
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ И БИОХИМИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ ПОЧВ
2.1. Определение ХПК титриметрическим методом
(ПНД Ф 14.1:2.100-97).
Метод основан на окислении органических веществ избытком бихромата
калия в растворе серной кислоты при нагревании в присутствии катализатора
– сульфата серебра. Остаток бихромата калия находят титрованием раствором
соли Мора и по разности определяют количество К2Cr2O7, израсходованное
на окисление органических веществ.
Средства измерений, реактивы и материалы
Весы лабораторные; пипетки; бюретка; цилиндры мерные; шкаф
сушильный; бани песочные; стаканчики; колбы конические; эксикатор;
воронка.
Приготовление растворов
1)
Раствор бихромата калия с концентрацией 0,25 моль/л: 6,129 г
бихромата калия, предварительно высушенного в течение 2 ч при 105 °С,
количественно переносят его в мерную колбу вместимостью 500 мл, растворяют в
дистиллированной воде, доводят до метки и перемешивают.
2)
Раствор бихромата калия с концентрацией 0,025 моль/л: 50 мл раствора
бихромата калия с концентрацией 0,25 моль/л помещают в мерную колбу
вместимостью 500 мл и доводят до метки дистиллированной водой.
3)
Раствор соли Мора с концентрацией 0,25 моль/л: 49,0 г соли Мора
переносят в мерную колбу вместимостью 500 мл растворяют в дистиллированной
воде, добавляют 10 мл концентрированной серной кислоты и после охлаждения
доводят объем раствора до метки дистиллированной водой.
16
4)
Раствор соли Мора с концентрацией 0,025 моль/л: 50 мл раствора соли
Мора с концентрацией 0,25 моль/л помещают в мерную колбу вместимостью 500
мл и доводят объем раствора до метки дистиллированной водой
5)
Раствор индикатора (N-фенилантраниловая кислота или ферроин):
раствор N-фенилантраниловой кислоты: 0,25 г реактива растворяют в 12 мл
раствора NaOH и разбавляют дистиллированной водой до 250 мл.
Раствор ферроина: 0,98 г соли Мора разбавляют в 100 мл дистиллированной
воды, добавляют 2,085 г 1,10-фенантролина моногидрата или 2,93 г сульфата и
перемешивают.
6)
0,4 % раствор NaOH: 0,4 г NaOH растворяют в 100 мл
дистиллированной воды
7)
Раствор сульфата серебра: Ag2SO4 растворяют в 1 л концентрированной
серной кислоты.
Методика определения
Если концентрация хлоридов в пробе анализируемой воды составляет
менее 300 мг/дм3, в колбу вносят 20 мл пробы, добавляют 10 мл раствора
бихромата калия с концентрацией 0,025 моль/л и 30 мл раствора Ag2SO4. В
колбу бросают 2-3 капилляра, присоединяют к ней обратный холодильник и
кипятят содержимое на песочной бане в течение 2 ч.
После
охлаждения
установки
промывают
холодильник
дистиллированной водой, отсоединяют его, добавляют колбу 50 мл
дистиллированной воды, вновь охлаждают, переносят в коническую колбу.
Добавляют 3-4 капли раствора ферроина (или 10 капель раствора Nфенилантраниловой кислоты) и титруют избыток непрореагировавшего
бихромата калия раствором соли Мора до перехода окраски индикатора из
синевато-зеленой в красно-коричневую при использовании в качестве
индикатора ферроина и из красно-фиолетовой в синевато-зеленую при
использовании N-фенилантраниловой кислоты. Аналогичным образом
проводят холостой опыт с 20 мл дистиллированной воды.
Если концентрация хлоридов в воде превышает 300 мг/дм3 , к отобранной
для анализа пробе добавляют сульфат ртути из расчета 100 мг на каждые 10
мг содержащихся в пробе хлоридов и перемешивают. Далее выполняется
определение, как описано выше.
Величину ХПК анализируемой пробы воды находят по формуле:
,
Где VМХ – объем раствора соли Мора, израсходованный на титрование в
холостом опыте, мл;
17
VM – объем раствора соли Мора, израсходованный на титрование в пробе
воды, мл;
СМ – концентрация раствора соли Мора, моль/л;
V – объем пробы воды, взятый для определения, мл;
8,0 – масса миллиграмм-эквивалента кислорода, мг.
2.2. Методика определения азота аммонийного фотометрическим
методом
(ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.30-02)
Методика предназначена для измерений содержания азота аммонийного
в твердых и жидких отходах производства и потребления, осадках, шламах,
активном иле очистных сооружений, донных отложениях природных и
искусственно созданных водоемов фотометрическим методом.
Метод основан на способности ионов аммония образовывать с щелочным
раствором йодида ртути (реактивом Несслера) окрашенные в желтый цвет
соединения йодида меркураммония и измерении оптической плотности
полученного комплекса при λ=400 нм.
Средства измерений, реактивы и материалы
Фотоколориметр с набором стеклянных кювет; весы лабораторные;
колбы мерные 100 мл, 500 мл, 1000 мл; пипетки вместимостью 1 см3, 5 см3, 10
см3; сушильный шкаф; эксикатор; воронки стеклянные; бюксы; чашка
фарфоровая выпарительная вместимостью 100 см3, 500 см3
Приготовление растворов
1) Раствор серной кислоты (1:1): В дистиллированную воду добавляют 50
мл серной кислоты и доводят до 100 мл дистиллированной водой.
2) Раствор гидроксида натрия (1,5%): 1,50 г гидроксида натрия растворяют
в 98,5 мл дистиллированной воды
3) Раствор карбоната натрия (1,5%): 1,50 г карбоната натрия растворяют в
98,5 мл дистиллированной воды
18
4) Безаммиачная вода: К 1 л дистиллированной воды добавить 1 мл 1,5 %
раствора NaOH и 1,5% раствора NaCO3. Кипятят в открытой колбе для
уменьшения объема вдвое.
5) Раствор тиосульфата натрия: 3,50 г тиосульфата натрия растворяют в
500 мл безаммиачной воды. Переносят в мерную колбу вместимостью 1 л и
доводят объем раствора до метки безаммиачной водой.
6) Раствор калия- натрия виннокислого (сегнетова соль): 50 г калия-натрия
виннокислого растворяют в 50 мл безаммиачной воды при температуре не более
60 °С, охлаждают, переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл и доводят
объем раствора до метки безаммиачной водой и отфильтровывают через фильтр
«белая лента».
Определение градуировочного коэффициента
Для построения градуировочного графика необходимо:
- приготовить исходный раствор (NH4)2SO4 с концентрацией 36,7 г/л, для
этого 3,67 г вещества необходимо поместить в мерную колбу на 100 мл и
довести до метки дистиллированной безаммиачной водой. Содержание NH4+ в
данном растворе составит 10г/л.
- 10 мл исходного раствора переносят в мерную колбу на 100 мл и
доводят дистиллированной безаммиачной водой до метки- концентрация
полученного раствора №1 - 1г(NH4+)/1л.
- 10 мл раствора №1 переносят в мерную колбу на 100 мл и доводят
дистиллированной безаммиачной водой до метки- концентрация полученного
раствора №2 - 100 мг(NH4+)/1л.
- 10 мл раствора №2 переносят в мерную колбу на 100 мл и доводят
дистиллированной безаммиачной водой до метки - концентрация
полученного раствора №3 - 10 мг(NH4+)/1л.
- подготавливают 7 мерных колб на 50 мл, которые подписывают: 0
мг/л; 0,2 мг/л; 0,5 мг/л; 1 мг/л; 2 мг/л; 4 мг/л; 6 мг/л
- в колбу «0 мг/л» приливают 30 мл дистиллированной безаммиачной
воды, затем последовательно приливают по 2 мл раствора сегнетовой соли и
реактива Несслера и доводят дистиллированной безаммиачной водой до
метки
- в колбу «0,2 мг/л» переносят 1 мл раствора №3, разводят
дистиллированной безаммиачной водой до 30 мл, затем последовательно
приливают по 1 мл раствора сегнетовой соли и реактива Несслера и доводят
дистиллированной безаммиачной водой до метки
19
- в колбу «0,5 мг/л» переносят 2,5 мл раствора №3, разводят
дистиллированной безаммиачной водой до 30 мл, затем последовательно
приливают по 1 мл раствора сегнетовой соли и реактива Несслера и и доводят
дистиллированной безаммиачной водой до метки
- в колбу «1 мг/л» переносят 5 мл раствора №3, разводят
дистиллированной безаммиачной водой до 30 мл, затем последовательно
приливают по 1 мл раствора сегнетовой соли и реактива Несслера и и доводят
дистиллированной безаммиачной водой до метки
- в колбу «2 мг/л» переносят 10 мл раствора №3, разводят
дистиллированной безаммиачной водой до 30 мл, затем последовательно
приливают по 1 мл раствора сегнетовой соли и реактива Несслера и и доводят
дистиллированной безаммиачной водой до метки
- в колбу «4 мг/л» переносят 20 мл раствора №3, разводят
дистиллированной безаммиачной водой до 30 мл, затем последовательно
приливают по 1 мл раствора сегнетовой соли и реактива Несслера и и доводят
дистиллированной безаммиачной водой до метки
- в колбу «6 мг/л» переносят 30 мл раствора №3, разводят
дистиллированной безаммиачной водой до 30 мл, затем последовательно
приливают по 1 мл раствора сегнетовой соли и реактива Несслера и и доводят
дистиллированной безаммиачной водой до метки
Рис 3. Схема приготовления растворов
20
Полученные растворы колориметрируют при 400 нм. В качестве раствора
сравнения использую дистиллированную безаммиачную воду. Результаты
вносят в таблицу 6:
Таблица 6.
С(NH4+), мг/л
х - переменная
Оптическая плотность, ед. (при
400 нм)
y – зависимая величина
С использованием полученных данных строят уравнение линейной
регрессии вида y=kx+b, где х - С(NH4+), мг/л, у - оптическая плотность, ед.
(при 400 нм), k и b – коэффициенты. Они используются для дальнейших
расчетов.
Методика определения
В зависимости от содержания азота аммонийного в фильтрате, отбирают
1-80 мл пробы в мерную колбу вместимостью 100 мл, доводя объем раствора,
где это требуется, до 80 мл безаммиачной водой. Добавляют 1 мл сегнетовой
соли, перемешивают, затем добавляют реактива Несслера, перемешивают и
доводят объем раствора до метки безаммиачной водой.
Через 10 минут измеряют оптическую плотность при λ=400 нм по
отношению к холостой пробе.
При анализе образцов, имеющих влажность менее 90%, готовят водную
вытяжку. После определения влажности в исследуемом образце в пробу
добавляют такое количество безаммиачной дистиллированной воды, чтобы
массовая доля влаги в образце составила не менее 90% и объем полученной
пробы составил 200 мл. Склянку с водной вытяжкой закрывают пробкой и
взбалтывают в течение 2 часов.
Массовую концентрацию ионов аммония (мг/л) в пробах с влажностью
более 90% рассчитывают по формуле:
21
,
Где D- оптическая плотность
- градуировочный коэффициент
объем анализируемой пробы, мл.
Если фильтрат пробы был разбавлен, результат анализа умножают на
кратность разбавления.
Массовую концентрацию азота аммонийного (N) рассчитывают по
формуле
X=0,78*XNH4,
Массовая долю ионов аммония (NH4+) в пробах с влажностью менее 90%,
рассчитывают по формуле:
,
Где
– масса сухого вещества, взятого для анализа с учетом
содержания влаги, г;
объем пробы, взятый для фотоколориметрирования, мл;
объем безаммиачной воды, взятый для доведения влажности до 90%,
мл.
2.3. Методика определения массовой доли нитритного азота в
почвах фотометрическим методом.
(ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.51-08).
Методика предназначена для количественного химического анализа проб
почв, грунтов, донных отложений, илов, отходов производства и потребления
фотометрическим методом с реактивом Грисса.
Определение основано на способности нитрит-ионов диазотировать
сульфаниловую кислоту с образованием красно-фиолетового красителя
диазосоединения
с
α-нафтиламином.
Интенсивность
окраски
пропорциональна концентрации нитрит-ионов. Протекание реакции в
значительнй степени зависит от рН среды.
Средства измерений, реактивы и материалы
Спектрофотометр; весы лабораторные; рН-метр; сушильный шкаф;
фарфоровая ступка; колбы мерные на 100 мл, 250 мл, 500 мл; пипетки;
бюретка; цилиндры на 25, 100, 500, 1000 мл; воронки стеклянные; эксикатор.
Приготовление растворов
1) Дистиллированная вода, не содержащая нитритов:
22
А) 1 л дистиллированной воды подкисляют 5 мл раствора серной кислоты
(1:3), добавляют 50 мл бромной воды и кипятят в течение 1 часа до полного
удаления брома
Б) К 1 л дистиллированной воды добавляют 1 мл концентрированной
серной кислоты и 0,2 мл 48% раствора сульфата марганца. Добавляют 1-3 мл
перманганата калия до появления розовой постоянной окраски. Через 15 минут
раствор обесцвечивают, прибавляя по капле 0,09% раствора моногидрата
оксалата аммония
В) К 1 л дистиллированной воды добавляют 1 мл один кристалл
перманганата калия и один кристалл едкой щелочи (КОН или NaOH) и проводят
повторную дистилляцию.
2) Бромная вода: бром по каплям при непрерывном помешивании
прибавляют к воде до появления нерастворившейся капли на дне склянки.
3) Раствор серной кислоты (1:3): смешивают один объем серной кислоты с
тремя объемами дистиллированной воды, приливая кислоту к воде.
4) 48% раствор сернокислого марганца: навеску 48 г соли марганца
сернокислого растворяют в 52 мл дистиллированной воды.
5) 0,04% раствора калия марганцевокислого: навеску 0,4 г калия
марганцевокислого растворяют в 1 л дистиллированной воды.
6) 0,09% раствора аммония щавелевокислого: навеску 0,9 г моногидрата
оксалата аммония (NH4)2C2O4*H2O растворяют в 1 л дистиллированной воды.
7) Раствор сульфаниловой кислоты: растворяют 6 г сульфаниловой
кислоты в 750 мл дистиллированной воды. К полученному раствору прибавляют
250 мл ледяной уксусной кислоты.
8) Раствор α-нафтиламина:
А) смешивают 0,6 г гидрохлорида α-нафтиламин с 1 мл концентрированной
соляной кислоты и разбавляют дистиллированной водой до 100 мл.
Б) растворяют 1,2 г α-нафтиламин в дистиллированной воде, прибавляют 50
мл ледяной уксусной кислоты и доводят объем до 200 мл.
9) 10 % раствор реактива Грисса: 10 г готового реактива Грисса,
взвешенного с погрешностью не более 0,1г, растворяют в 100 мл 12% раствора
уксусной кислоты
10) 12% раствор уксусной кислоты: 25 мл ледяной уксусной кислоты
разбавляют дистиллированной водой до 200 мл
11) 1% раствор натрия гидроксида: 1 г натрия гидроксида разбавляют
дистиллированной водой до 100 мл
12) 1% раствор соляной кислоты: 2,2 мл концентрированной соляной
кислоты довести до 100 мл дистиллированной водой
23
13) Основной градуировочный раствор нитрит-ионов концентрацией 0,1
мг/мл : раствор готовят из ГСО, в 1 мл раствора должно содержаться 0,1 мг
нитрит-ионов.
Построение градуировочного графика
Для построения градуировочных графиков необходимо приготовить
образцы для градуировки с массовой концентрацией нитрит-ионов 0,02-0,3
мг/л.
Состав и количество образцов для градуировки приведены в таблице 7.
Таблица 7.
Массовая концентрация
№
в
раствора нитрит-ионов
градуировочных
растворах, мг/л
1
0,00
2
0,02
3
0,04
4
0,06
5
0,10
6
0,15
7
0,20
8
0,25
9
0,30
Аликвотная часть градуировочного
раствора с концентрацией 0,001
мг/мл, помещаемая в колбу
вместимостью 50 мл, мл
0,00
1,0
2,0
3,0
5,0
7,5
10,0
12,5
15,0
В каждую колбу добавляют дистиллированной воды, не содержащей
нитрит-ионов, примерно до 40 мл, прибавляют по 2 мл реактива Грисса и
снова тщательно перемешивают. Доводят раствор до метки и тщательно
перемешивают. Через 40 мин измеряют оптическую плотность растворов на
фотоэлектроколориметре при длине волны λ=520-540 нм, в кюветах с длиной
поглощающего слоя 20 мм. В качестве раствора сравнения используют
дистиллированную воду.
При построении градуировочного графика по оси ординат откладывают
значения оптической плотности, а по оси абцисс – содержание нитрит-иона,
мг/л.
24
Методика определения
10-100 г воздушно-сухой пробы помещают в колбу, приливают 5-кратное
количество дистиллированной воды, взбалтывают 3 минуты и
отфильтровывают через сухой плотный фильтр (синяя лента).
Анализируемую водную вытяжку почвы нейтрализуют до рН 7 по
индикаторной бумаге, используя 1% раствор гидроксида натрия или 1%
раствор соляной кислоты. При появлении мути или осадка, образованной
гидрокидами металлов, растворов фильтруют через фильтр синяя лента.
Берут 40 мл прозрачного и бесцветного фильтрата, помещают в мерную
колбу вместимостью 50 мл, приливают 2 мл реактива Грисса.
При отсутствии готового реактива Грисса в колбу добавляют 1 мл
сульфаниловой кислоты и тщательно перемешивают. Дают постоять 5 минут,
затем добавляют 1 мл α-нафтиламина и 1 мл ацетата натрия.
Доводят раствор до метки и тщательно перемешивают. Через 40 минут
измеряют оптическую плотность полученных растворов на ФЭКе при длине
волны λ=520-540 нм. Содержание нитрит-ионов находят по градуировочному
графику.
Содержание нитритного азота рассчитывают по формуле:
*n*0,304,
Х- содержание нитритного азота в пробе, мг/кг;
Сконцентрация
нитрит-ионов в
растворе, найденная
градуировочному графику, мг/л;
V1- общий объем вытяжки, мл;
V2-общий объем аликвотной части, взятый для анализа, мл;
V3 – вместимость мерной колбы, 50 мл;
а- навеска пробы, г;
К-коэффициент влажности;
n- коэффициент разведения;
0,304 – коэффициент пересчета нитрит-ионов на нитритный азот.
по
2.4. Аргентометрический метод определения хлорид-ионов по
Мору
(ГОСТ 26425-85)
Аргентометрический метод определения хлорид-ионов основан на
образовании труднорастворимого хлорида серебра. Конечную точку
титрования устанавливают по методу Мора, проводя титрование в
присутствии хромата калия. Применение К2СгО4 в качестве индикатора
основано на способности хромат-иона реагировать с Ag+ с образованием
25
кирпично-красного осадка Ag2CrО4. В условиях проведения анализа
образование
Ag2CrО4 начинается после того, как хлорид-ионы будут
практически полностью связаны в виде AgCl.
Средства измерений, реактивы и материалы
Дозаторы с погрешностью дозирования не более 1%; пипетка и бюретка;
посуда мерная лабораторная; колбы конические вместимостью 250 мл; калий
хромовокислый, калий хлористый или стандарт-титр с (КС1)=0,1 моль/дм3
(0,1 н.); серебро азотнокислое
Приготовление растворов
1) 0,1 моль/л раствора хлорида калия: 7,456 г хлористого калия,
прокаленного до постоянной массы при температуре 500 °С, взвешивают с
погрешностью не более 0,001 г, помещают в мерную колбу вместимостью
1000 мл и растворяют в дистиллированной воде, доводя объем раствора до
метки. Приготовленный раствор тщательно перемешивают.
2) 0,01 моль/л раствора хлорида калия: 10 мл раствора KCl (0,1 моль/л)
помещают в мерную колбу вместимостью 100 мл и доводят объем до метки
дистиллированной водой.
3) 0,02 моль/л раствора азотнокислого серебра: 3,4 г азотнокислого
серебра, взвешенного с погрешностью не более 0,1 г, помещают в мерную
колбу вместимостью 1000 мл и растворяют в дистиллированной воде, доводя
объем до метки. Точную концентрацию раствора проверяют титрованием.
Для этого отбирают 10 мл раствора хлорида концентрации 0,01 моль/л в
коническую колбу, приливают 1 мл раствора хромовокислого калия с
массовой долей 10% и титруют раствором азотнокислого серебра до перехода
окраски от желтой к красно-бурой. Титрование проводят три раза и для расчета
точной концентрации используют среднее арифметическое результатов трех
титрований.
Точную концентрацию раствора азотнокислого серебра (X), моль/л,
вычисляют по формуле:
,
где 0,01 – концентрация раствора хлорида, взятого для титрования,
моль/л;
V – объем раствора хлорида, взятый для титрования, мл;
26
V1 – объем раствора азотнокислого серебра, пошедший на титрование,
мл.
Раствор хранят в склянке оранжевого стекла с притертой пробкой.
Концентрацию раствора проверяют титрованием не реже одного раза в
неделю.
Методика определения
Готовят почвенную вытяжку из почвы. Аликвоту вытяжки (объем от 2 до
20 мл) помещают в коническую колбу вместимостью 100-150 мл, добавляют 1
мл 1%-ного раствора К2СгО4, объем жидкости доводят до 25 мл и титруют
0,02 н.AgNО3 до появления слабой красноватой окраски. Титруют со
свидетелем, в качестве которого используют вытяжку с 1 мл раствора К2СгО4.
В свидетель можно добавить немного порошка СаСО3, не содержащего
хлорид-ионов. Сравнение окрасок проводят на фоне белого осадка СаСО3,
имитирующего AgCl. Все растворы, содержащие Ag+, сливают в склянки для
последующей регенерации серебра.
Вычисление результатов анализа проводят по формулам:
Количество эквивалентов иона хлорида (X), ммоль в 100 г почвы,
вычисляют по формуле:
,
где V – объем раствора азотнокислого серебра, пошедший на титрование,
мл;
с – концентрация раствора азотнокислого серебра, ммоль/мл;
500 – коэффициент пересчета на 100 г почвы; V1 - объем пробы водной
вытяжки, мл.
Массовую долю иона хлорида в почве (Х1) в процентах вычисляют по
формуле:
Х1 = С·0,0355,
где С – количество эквивалентов иона хлорида в почве, моль в 100 г;
0,0355 – коэффициент пересчета в проценты.
За результат анализа принимают значение единичного определения иона
хлорида. Результат выражают в миллимолях в 100 г почвы и в процентах с
округлением до трех значащих цифр.
В мг/кг переводят с помощью следующей формулы:
Х (мг/кг) = Сl- %*10 000.
27
2.5. Метод определения иона сульфата в водной вытяжке
(ГОСТ 26426-85)
Сущность метода заключается в осаждении иона сульфата хлористым
барием и турбидиметрическом определении его в виде сульфата бария. В
качестве стабилизатора взвеси используют поливиниловый спирт или
глицерин. Метод не применяется для анализа водных вытяжек, окрашенных
органическим веществом.
Средства измерений, реактивы и материалы
Фотоэлектроколориметр; дозаторы; пробирки
мерная; барий хлористый 2-водный; кислота соляная
стеклянные;
посуда
Приготовление растворов
1) Запасной осаждающий раствор с поливиниловым спиртом: 5 г
поливинилового спирта и 20 г хлористого бария и помещают в стакан из
термостойкого стекла вместимостью 1000 мл. Приливают примерно 800 мл
дистиллированной воды, 60 мл раствора соляной кислоты концентрации 1
моль/л и нагревают смесь при перемешивании до полного растворения
реактивов. После охлаждения раствор переносят в мерную колбу вместимостью
1000 мл, доводят объем до метки дистиллированной водой.
2) рабочий осаждающий раствор с поливиниловым спиртом: в день
проведения
анализа
запасной
осаждающий
раствор
разбавляют
дистиллированной водой в отношении 2:1.
3) осаждающий раствор с глицирином: взвешивают 20 г хлористого бария
и помещают в мерную колбу вместимостью 500 мл. Приливают примерно 300
мл дистиллированной воды и 60 мл соляной кислоты концентрации 1 моль/л.
Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают.
Раствор смешивают с глицерином в отношении 1:1.
4) раствор сернокислого натрия концентрации 0,2 моль/л: 14,2 г
безводного сернокислого натрия, высушенного до постоянной массы при
температуре 100-105°С, помещают в мерную колбу вместимостью 1000 мл и
растворяют в дистиллированной воде, доводя объем раствора до метки.
5) раствор сравнения: в мерные колбы вместимостью 100 мл помещают
указанные в таблице 8 объемы раствора. Объемы растворов доводят до метки
дистиллированной водой. Растворы сравнения используют для градуировки
фотоэлектроколориметра в день проведения анализа.
28
Таблица 8
Характеристика
Номер раствора сравнения
Объем раствора
1
2
3
4
5
6
7
8
Na2SO4, мл
Концентрация иона
сульфата
С(1/2 SO4):
в растворах
сравнения,
ммоль/л
в пересчете на 100 г
0 0,002 0,004 0,008 0,012 0,016 0,020 0,024
0
1,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
почвы, ммоль
6) щелочной раствор трилона Б: 30 г трилона Б, растворяют в 1000 мл
раствора гидроокиси натрия с массовой долей 0,5 %. Раствор используют для
мытья кювет фотоэлектроколориметра и пробирок, в которых проводят
определение. Кюветы и пробирки помещают в раствор на 1 ч.
Построение градуировочного графика
Отбирают дозатором по 1 мл растворов сравнения в пробирки. К пробам
приливают дозатором или из бюретки по 10 мл рабочего осаждающего
раствора и тщательно перемешивают. Фотометрирование взвеси проводят не
ранее чем через 10 мин после прибавления осаждающего раствора, в кювете с
толщиной просвечиваемого слоя 10 мм относительно раствора сравнения №
1, при длине волны 520 нм или используя светофильтр с максимумом
пропускания в области 500-540 нм. Перед помещением в кювету
фотоэлектроколориметра содержимое пробирки необходимо взболтать.
По
результатам
фотометрирования
градуировочный график.
растворов
сравнения
строят
По оси абсцисс откладывают концентрации иона сульфата в растворах
сравнения в пересчете в миллимоли в 100 г почвы, а по оси ординат соответствующие им показания фотоэлектроколориметра. Количество
эквивалентов сульфата в анализируемой почве определяют непосредственно
29
по градуировочному графику. Если результат определения выходит за
пределы градуировочного графика, определение повторяют, предварительно
разбавив вытяжку дистиллированной водой.
Методика определения
Отбирают дозатором по 1 мл анализируемых вытяжек в пробирки. К
пробам приливают дозатором или из бюретки по 10 мл рабочего
осаждающего раствора и тщательно перемешивают. Фотометрирование
взвеси проводят не ранее чем через 10 мин после прибавления осаждающего
раствора, в кювете с толщиной просвечиваемого слоя 10 мм относительно
раствора сравнения № 1, при длине волны 520 нм или используя светофильтр
с максимумом пропускания в области 500-540 нм. Перед помещением в
кювету фотоэлектроколориметра содержимое пробирки необходимо
взболтать.
Взвесь оптически устойчива в течение 7 ч. Допускается
пропорциональное изменение объемов пробы вытяжки, растворов сравнения
и осаждающего раствора при погрешности дозирования не более 1%.
Массовую долю иона сульфата в анализируемой почве (X) в процентах
вычисляют по формуле:
,
где С - количество эквивалентов иона сульфата в анализируемой почве,
ммоль в 100 г;
0,048 - коэффициент пересчета в проценты.
За результат анализа принимают значение единичного определения иона
сульфата.
2.6. Метод определения емкости катионного обмена
(ГОСТ 17.4.4.01-84)
Емкость катионного обмена (ЕКО) – это максимальное количество
поглощенных
катионов, способных к обмену на другие катионы,
выражающееся в мг-экв/100 г почвы. ЕКО почв изменяется от 2 до 65 мгэкв/100 г почвы.
ЕКО определяется составом высокодисперсных частиц почвы и их
количеством.
30
Средства измерений, реактивы и материалы
Барий уксуснокислый, барий хлористый 2-водный, раствор серной
кислоты (С=0,05 моль/л), фенолфталеин, спиртовой раствор с массовой долей
1%
Приготовление растворов
Буферный раствор хлористого бария: 61,0 г хлористого бария 2-водного
и 68,0 г уксуснокислого бария растворяют дистиллированной водой в мерной
колбе и доводят объем раствора до 1 дм3. Полученный раствор должен иметь
рН 6,5
Методика определения
Для некарбонатных почв навеску массой 2,50 г взвешивают на
лабораторных весах и помещают в химические стаканы вместимостью 50 мл,
заливают 25-30 мл буферного раствора хлористого бария и тщательно
перемешивают. Затем полученные суспензии переносят на бумажные
фильтры в фильтровальной установке или воронках, тщательно смывая
остатки почвы из стаканов на фильтры буферным раствором хлористого
бария. Насыщение почвы барием продолжают, приливая к навескам почвы на
фильтрах буферный раствор хлористого бария порциями по 10-15 мл.
Каждую последующую порцию раствора приливают после того, как
полностью отфильтруется предыдущая. Для полного вытеснения катионов из
взятой навески почвы и насыщения ее барием расходуют: для легких почв 150-200 мл, средне- и тяжелосуглинистых - 200-225 мл. Насыщение кислых
почв продолжают до тех пор, пока рН фильтрата не станет равным исходному
значению рН 6,5.
По окончании насыщения барием пробу почвы на фильтре и фильтр
промывают 1 раз дистиллированной водой и оставляют на воздухе на ночь.
Подсушенный фильтр с почвой переносят в технологическую емкость,
установленную в кассету или в колбу вместимостью 200 мл, дозируют в нее
100 мл раствора серной кислоты с(1/2H2SO4)=0,05 моль/л, взбалтывают
содержимое в течение 5 мин и отфильтровывают. Отбирают дозатором по 20
мл фильтрата в конические колбы или химические стаканы вместимостью 100
мл и титруют раствором гидроокиси натрия С(NaOH)=0,1 моль/л до слаборозовой окраски в присутствии 2 капель фенолфталеина или с помощью
блока автоматического титрования до установленного на приборе значения
рН -8,3. Затем проводят контрольное титрование 20 мл исходного раствора
серной кислоты с (l/2 H2SO4)=0,05 моль/л
31
Для карбонатных гипсосодержащих и засоленных почв перед
определением емкости катионного обмена необходимо удалить из почвы
карбонаты, гипс и легкорастворимые соли. Для этого на лабораторных весах
берут навеску почвы 2,50 г, помещают ее в химический стакан вместимостью
50 мл и обрабатывают раствором соляной кислоты, разбавленной 1:250,
сливая отстой на фильтр до исчезновения реакции на кальций в фильтрате с
индикатором кислотным хромом темно-синим. Если почва содержит большое
количество карбонатов или гипса, навеску вначале обрабатывают 2 -3 раза
раствором соляной кислоты, разбавленной 1:60, а затем продолжают
обработку пробы раствором соляной кислоты, разбавленной 1:250. После
этого к пробе почвы приливают 25 -30 мл буферного раствора хлористого
бария и пробу почвы полностью переносят на фильтр. Далее проводят
насыщение почвы барием и продолжают анализ также как и для
некарбонатных почв.
Емкость катионного обмена (ЕКО) в мг экв/100 г почвы вычисляют по
формуле:
где V - объем раствора гидроокиси натрия, израсходованный на контрольное
титрование 20 мл серной кислоты, мл;
Vl - объем раствора гидроокиси натрия, израсходованный на титрование 20 мл
фильтрата, полученного при вытеснении Ва2+ серной кислотой, мл;
С - молярная концентрация раствора гидроокиси натрия, моль/л;
V2 - объем серной кислоты, взятый для вытеснения поглощенного почвой
бария, мл;
m - масса навески воздушно-сухой почвы, г;
V3 - объем фильтрата, взятый для титрования, мл;
100 - коэффициент пересчета на 100 г почвы.
2.7. Определение массовой доли нефтепродуктов в почвах ССылка
Средства измерений, реактивы и материалы
Колбы с притертыми стеклянными пробками емкостью 100мл, бумажный
фильтр «белая лента», мерный цилиндр, четыреххлористый углерод,
хроматографическая колонка
32
Методика определения
Навеску исследуемой пробы помещают в колбу емкостью 100 мл с
притертой стеклянной пробкой. Пробу почвы в колбе заливают 10 мл
четыреххлористого углерода и интенсивно встряхивают в аппарате для
встряхивания проб в течение 1 часа. Полученный экстракт фильтруют через
бумажный фильтр «белая лента» и сливают в бюкс с притертой крышкой.
Экстракцию с последующим фильтрованием повторяют еще 2 раза с новыми
порциями четыреххлористого углерода по 10 мл в каждой. Все экстракты
объединяют в мерный цилиндр емкостью 50 мл и фиксирую суммарный
объем. После этого на приоре ориентировочно оценивают содержание
нефтепродуктов. Показания прибора не должны быть более 90 мг/мл. В
случае превышения показания пипеткой отбирают аликвоту экстракта
объемом 5 мл, помещают ее в мерную колбу вместимостью 25 мл и доливают
до метки четыреххлористым углеродом. В хроматографическую колонку
наливают 10 мл ССl4 для смачивания сорбента. После того как ССl4 впитается
в сорбент, пипеткой емкостью 5 мл отбирают аликвоту разбавленного
экстракта и медленно выливают в колонку. Необходимо следить. Чтобы
уровень идкости не опускался ниже верхнего края слоя оксида алюминия.
После прохождения пробы в колонку вливают дополнительно 5 мл ССl4.
Элюат собирают в цилиндр вместимостью 25 мл, причем первые 10 мл
элюата отбрасывают. Измеряют объем получившегося элюата. Элюат
заливают в кювету и устанавливают в прибор. Фиксируют показания прибора,
соответствующие содержанию нефтепродуктов в элюате (в мг/л).
Определение содержание нефтепродуктов в почве Хизм (мг/л):
Хизм =
Сизм – показатель прибора, мг/л
М – масса навески образца для анализа, кг
V – суммарный объем экстракта, дм3
V1 - объем экстракта, взятый для разбавления, л
V2 - объем экстракта, полученного после разбавления, л
Vал - объем аликвоты экстракта, введенной в хроматографическую
колонку, л
Vэл - объем элюата, полученного после пропускания экстракта через
колонку, л.
33
2.8. Определение содержания органического углерода ССылка
Средства измерений, реактивы и материалы
Пробирки для дигестора, мерные колбы на 25 мл, дигестор, ФЭК, серная
кислота концентрированная
Приготовление растворов
1) раствор бихромата калия: в 1000 мл мерной колбе растворить 80
г сухого К2Сr2О7 в дистиллированной воде и долить до нужного объема.
Определение градуировочного коэффициента
Для построения градуировочного графика необходимо приготовить
исходный раствор глюкозы (С6Н12О6): в мерную колбу на 1000 мл помещают
7,5 г глюкозы и доводят до метки дистиллированной водой. В пробирки для
дигестора помещают указанную в таблице аликвоту исходного раствора,
добавляют 5 мл раствора бихромата калия и с 7,5 мл серной кислоты.
Пробирки помещают в дигестор, закрывают крышками и кипятят 30 мин при
температуре 135°С. Предусматривают холостую пробу, в которой вместо
раствора глюкозы используют 1 мл дистиллированной воды.
Пробирки остужают до комнатной температуры, содержимое качественно
переносят в мерные колбы объемом 25 мл, доводят до метки дистиллированной
водой и перемешивают. Полученный раствор центрифугируют при 6 тыс.
об./мин (не менее) в течение 10 мин. Оптическую плотность надосадочной
жидкости определяют при 585 нм, в качестве раствора сравнения используют
надосадочную жидкость из холостой пробы.
Результаты вносят в таблицу 9.
Таблица 9
Масса (Сорг) Аликвота
исходного Оптическая плотность,
в пробе, мг
раствора, мл
ед. (при 585 нм)
х
y – зависимая величина
переменная
1
0,2
2
0,4
3
0,6
4
0,8
5
1,0
6
1,2
34
7
8
1,4
1,6
С использованием полученных данных строят уравнение линейной
регрессии вида y=kx+b, где х – количество в пробе Сорг, мг, у - оптическая
плотность, ед. (при 585 нм), k и b – коэффициенты. Они используются для
дальнейших расчетов.
Методика определения
В пробирку для дигестора помещают навеску 0,001-0,3г сухой почвы (в
зависимости от содержания органического вещества), 5 мл раствора
бихромата калия и 7,5 мл серной кислоты. Пробирки помещают в дигестор,
закрывают крышками и кипятят 30 мин при температуре 135°С.
Предусматривают холостую пробу, в которой вместо почвы используют 1 мл
дистиллированной воды.
Пробирки остужают до комнатной температуры, содержимое качественно
переносят в мерные колбы объемом 25 мл, доводят до метки дистиллированной
водой и перемешивают. Полученный раствор центрифугируют при 6 тыс.
об./мин (не менее) в течение 10 мин. Оптическую плотность надосадочной
жидкости определяют при 585 нм, в качестве раствора сравнения используют
надосадочную жидкость из холостой пробы. С использованием полученных
значений оптической плотности и градуировочных коэффициентов
рассчитывают содержание Сорг.
Опыт проводят в 3-х-кратной повторности.
2.9.
Метод определения содержания органического вещества
(ГОСТ 27753.10-88)
Сущность метода заключается в прокаливании пробы грунта при
температуре 525 °С. Потерю массы при прокаливании условно принимают за
массовую долю органического вещества. Для учета содержащейся в грунте
влаги одновременно определяют ее массовую долю.
Средства измерений, реактивы и материалы
Печь муфельная, шкаф сушильный, чашки фарфоровые, щипцы
тигельные, эксикатор, заполненный прокаленным хлористым кальцием, весы
лабораторные, плитка электрическая, кальций хлористый плавленый
Методика определения
35
Фарфоровые чашки высушивают в сушильном шкафу при температуре
105 °С в течение 5 ч, охлаждают в эксикаторе и взвешивают с погрешностью
не более 0,01 г. Фарфоровые тигли прокаливают в муфельной печи при
температуре 525 °С в течение 2 ч, охлаждают в эксикаторе и взвешивают с
погрешностью не более 0,01 г.
Пробы грунта массой 5-10 г взвешивают с погрешностью не более 0,01 г
и помещают в подготовленные фарфоровые тигли. Тигли с пробами ставят в
холодную муфельную печь, доводят температуру до 525 °С и прокаливают
при этой температуре в течение 2 ч. Прокаленные тигли охлаждают в течение
5 мин при комнатной температуре на керамической или фарфоровой
подставке, а затем в течение 30 мин в закрытом эксикаторе. Охлажденные
тигли взвешивают с погрешностью не более 0,01 г. После взвешивания тигли
прокаливают в течение 1 ч, охлаждают и взвешивают. Операцию повторяют
до тех пор, пока результаты двух последующих взвешиваний не будут
различаться более чем на 0,01 г. За окончательный результат взвешивания
принимают минимальное значение массы.
Массовую долю органического вещества в грунте (X) в процентах
вычисляют по формуле
*100
где m' - масса пробы грунта до прокаливания, г;
m1’- масса пробы грунта после прокаливания, г;
100 - коэффициент пересчета в проценты;
W - массовая доля влаги в анализируемом грунте.
36
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической
проводимости, pH и плотного остатка водной вытяжки. – М., 1985. – 7 с.
2. ГОСТ 17.4.4.01-84 Охрана природы. Почвы. Методы определения
емкости катионного обмена
3. ISO 11277. 1998. Soil Quality – Determination of particle size distribution in
mineral soil material – Method by sieving and sedimentation. International
Organization for Standardization. Geneva, Switzerland. 30 p. (available at
www.iso.ch)
4. ГОСТ 12536-79 ГРУНТЫ Методы лабораторного определения
гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава 1988
5. ПНД Ф 14.1:2.100-97 — Количественный химический анализ вод. Методика
выполнения измерений химического потребления кислорода в пробах
природных и очищенных сточных вод титриметрическим методом
6. ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.30—02 Методика выполнения измерений содержания
азота аммонийного в твердых и жидких отходах производства и потребления,
осадках, шламах, активном иле, донных отложениях фотометрическим
методом с реактивом Несслера.
7. ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.51—08. Методика выполнения измерений массовой доли
нитритного азота в почвах, грунтах, донных отложениях, илах, отходах
производства и потребления фотометрическим методом с реактивом Грисса.
8. ГОСТ 26425-85. Почвы. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке
9. ГОСТ 26426-85. Почвы. Методы определения иона сульфата в водной
вытяжке
10.ГОСТ 17.4.4.01-84 Охрана природы. Почвы. Методы определения емкости
катионного обмена. М: стандартинформ, 2008
11.ГОСТ 27753.10-88. Грунты тепличные. Метод определения органического
вещества
37