Визначення гумусових речовин

На сьогоднішній день не існує універсального стандартного методу для екстракції, фракціонування і визначення гумусових речовин.

Чотири основні вимоги до розчинників, що використовуються для екстракції гумінових речовин із грунтів:

- високі полярність і константа діелектричної проникності;

маленький розмір молекул, що забезпечує проникнення в гумінові структури;

- здатність розривати водневі зв'язки й створювати умови для утворення
водневих зв'язків між гумусовими речовинами та розчинником;

- здатність іммобілізувати катіони металів.

На жаль, поки що не знайшли розчинників, які б відповідали всім цим вимогам. У табл. 22 наведені деякі розчинники й реагенти, що на цей час використовуються для екстракції гумусових речовин із грунтів.

Розчинники й реагенти, що використовуються для екстракції гумусових речовий із ґрунтів

Тобто* 22

 

Сильні основи	NaOH (до 80%) Na2CO3 (до 30%)
Нейтральні солі	Na2P2O7,Na(Ao3Q%) Органічні кислі солі (до 30%)
Органічні хелаги	Ацетилацетон (до 30%) Купферон 8-оксихінолін №-ЕДТА(16%) Етилендіамін, 2,5 моль/л, рН 12,6 (63%) Етилендіамін безводний (5%)
Органічні розчинники	Піридин (36%) ДМФА (18%) ДМСО (23%) Мурашина кислота (до 55%) Ацетон-вода-НСІ (до 20%)

Фракціонування гумусових речовин досягається екстракцією лужними розчинниками, молекулярний розмір виміряється гель-проникаючою хроматографією, ультрацентрифугуванням чи ультрафільтрацією; заряд частинок виміряється за допомогою електрофорезу.

Гумусові речовини можна очищати, пропускаючи через іонообмінні смоли, високошвидкісним центрифугуванням лужних розчинів-екстрактів з подальшим кислотним осадженням гумінових кислот чи діалізом. Після екстракції гумусові речовини розділяють на три фракції і визначають титриметричним методом. У кожній групі визначають хімічне споживання кисню і далі за допомогою емпіричних коефіцієнтів розраховують вміст вуглецю в кожній групі гумусових речовин.

Методика визначення

Наважку фунту (3,00 г) обробляють 0,025 М розчином H₂SO₄ (ЗО мл) і залишають на 5 годин. Після цього суміш центрифугують, розчин зливають, а ґрунт повторно обробляють 0,025 М розчином H₂SO₄. Через годину суміш центрифугують, розчин зливають, фунт промивають дистильованою водою.

Для виділення вільних гумінових речовин промитий фунт заливають (1:10) 0,1 М розчином NaOH, перемішують і залишають на добу. Потім розчин центрифугують, зливають у мірну колбу, а фунт повторно обробляють 0,1 М розчином NaOH Ця операція повторюється кілька разів до зникнення коричневого забарвлення розчину. Загальний об'єм отриманого розчину доводять до 200 мл. Визначення вільних гумінових речовин проводять спектрофотометричним методом на КФК-2 відносно 0,1 М NaOH при (>.=440 нм, 1=10 мм за градуювальним графіком).

Нітроген входить до складу гумусових речовин грунтів. Накопичення його, як і накопичення вуглецю, - характерна властивість ґрунтотворного процесу, обумовленого біологічним кругообміном речовин у системі "фунт- рослина".

Нітроген - найважливіший елемент харчування рослин, оскільки його загальний запас у грунті вважають показником потенційної родючості грунту. Вміст нітрогену в гумусі для всіх фунтів, окрім каштанових, сіроземів і червоноземів, дорівнює приблизно 5%.

Найбільш важливі неорганічні види нітрогену в фунтах - це нітрати, нітрити, здатний до обміну аміак, фіксований у мінералах іон амонію, газоподібний нітроген і оксид нітрогену (І) N₂O. Аміак, не здатний до обміну, може складати до 50 % від загального нітрогену в деяких фунтах, але в культивованих фунтах ця величина рідко перевищує 10 %. Амонійний нітроген, здатний до обміну, знаходиться в маленьких кількостях (1-10 мг/кг фунту). Загальний вміст нітрогену у верхніх шарах фунту змінюється протягом року й пов'язаний із кліматичними змінами (близько 10 мг/кг узимку й до 50 мг/кг навесні).

До 90% всього нітрогену в поверхневому шарі вологого фунту може бути у вигляді органічного нітрогену. Базуючись на продуктах кислотного гідролізу, цей нітроген можна поділити на такі фракції: кислотно-нерозчинний нітроген, нітроген амінокислот, нітроген аміноцукрів і здатний до гідролізу невідомий нітроген. Розподіл кожної фракції залежить від клімату. Сполуки органічного нітрогену є дуже стійкими до взаємодії з фунтовими мікробами. Ці комплекси (які мають зв'язок аміак-лігнін, чи лігнін - гумінові комплекси) адсорбуються на глинистій мінеральній поверхні фунтів.

Цикл нітрогену в фунті - це невід'ємна частина природного циклу цього елемента. Нітроген залишається в фунті не тільки в результаті зв'язування нітрогенвмісних сполук мікроорганізмами, але й унаслідок потрапляння аміаку і штрат-іона з дощовою водою. Важливі джерела нітрогену - використання мінеральних добрив у сільському господарстві, тверді відходи й осад стічних вод. Втрати нітрогену з фунту спостерігаються при зборі врожаю, випаровуванні (наприклад, аміаку) за певних умов, денітрифікації під дією анаеробних бактерій у бідних фунтах при температурі 5 - 25 °С і рН близько 7,5. Присутність у фунті надлишку нітрату та його відновленого продукту, нітриту (у нітрозосполуках), мають згубний вплив на здоров'я людей і навколишнє середовище.

Важливими показниками якості фунтів є вміст нітрогену органічних сполук і загального нітрогену.

Нітроген органічних сполук може бути визначений двома методами: мокре розкладання (метод К'єльдаля) і сухе спалювання (метод Думаса). Метод К'єльдаля більш поширений і включає переведення органічного і неорганічного нітрогену в амонійну форму з подальшим визначенням концентрації іонів амонію. Метод К'єльдаля базується на тому, що органічні нітрогенвмісні сполуки

розкладаються сумішшю концентрованої сульфатної кислоти й сульфату калію при 315 - 370 °С у присутності каталізатора: солі міді, ртуті чи металевого селену:

(аміди)

(амінокислота - аланін)

При цьому утворюється гідрогенсульфат амонію. Далі до розчину додають надлишок лугу й відганяють аміак, збираючи його в розчин кислоти відомої концентрації. Вміст нітрогену в міліграмах N на 1 л визначають за різницею загальної кількості узятої кислоти в приймачі й залишку кислоти після її взаємодії з перегнаним аміаком. Цю кількість сульфатної кислоти визначають зворотним титруванням розчином гідроксиду натрію. При використанні для поглинання аміаку розчину борної кислоти відігнаний аміак визначають прямим титруванням сульфатною кислотою.

Методика визначення

У суху колбу К'єльдаля вносять 1 — 2,5 г повітряно-сухої лабораторної проби грунту або сухих донних відкладів, додають 1 — 2 крупинки (-0,05 г) металевого селену як каталізатора і 10 мл концентрованої сульфатної кислоти. Вміст колби перемішують так, щоб уся наважка проби була змочена сульфатною кислотою. Закривають колбу лійкою і нагрівають до слабкого кипіння у витяжній шафі (пари сполук селену отруйні!). Верхня частина довгої шийки колби К'єльдаля повинна залишатися холодною для забезпечення конденсації пари сульфатної кислоти. Розклад органічних сполук уважається закінченим тоді, коли розчин над мінеральним залишком стає безбарвним, а сам залишок на дні колби -білим. Після цього нагрівання продовжують ще протягом 20 — ЗО хв.

Розчин охолоджують, додають 50 — 70 мл дистильованої води й переносять у круглодонну колбу на 750 мл. Колбу К'єльдаля промивають порціями дистильованої води, зливаючи їх у круглодонну колбу до тих пір, поки в ній не набереться 400 — 450 мл розчину. Додають 40% розчин NaOH або КОН у кількості, яка в 4 рази перевищує кількість сульфатної кислоти для спалювання, і відганяють аміак у приймальну колбу із сульфатною кислотою. У відгоні визначають іони амонію.

Очевидно, що за наведеною методикою визначається сумарний вміст амонійного нітрогену та нітрогену органічних сполук. Однак вміст останнього в грунтах є значно вищим, тому вмістом амонійного нітрогену нехтують.

При титриметричному визначенні іонів амонію у відгоні вміст нітрогену органічних сполук, %, обчислюють за формулою

де V та С — відповідно об'єм (мл) та концентрація (моль-екв/л) сульфатної

кислоти, яку ввели в приймальну колбу;

V| — об'єм розчину лугу, витрачений на титрування залишку сульфатної кислоти у приймальній колбі, мл;

Сі — його концентрація, моль/л;

g — маса повітряно-сухої проби грунту, г;

М — молярна маса еквівалента нітрогену, M(N)>= 14;

К — коефіцієнт перерахунку на суху пробу;

І 000 — перерахунок з міліграмів на грами.

При фотометричному визначенні іонів амонію об'єм відгону доводять дистильованою водою в мірній колбі до певної величини й для аналізу відбирають аліквоту. Вміст нітрогену органічних сполук, %, обчислюють за формулою

де а —кількість іонів NH4, знайдена в аліквоті, мг; V_o—об'єм відгону, мл; V — об'єм аліквоти, мл; g — маса наважки повітряно-сухого грунту, г; 0,78 — коефіцієнт перерахунку NH₄⁺ на N; К — коефіцієнт перерахунку на сухий грунт; 1 000 — перерахунок з міліграмів на грами.

При аналізі сухої проби донних відкладів K=l, a g дорівнює масі наважки проби, г.

За цим же методом може бути визначений і загальний нітроген (органічний і неорганічний). Тоді нітрати й нітрити в грунті спочатку відновлюють воднем до аміаку, а потім мінералізують, як зазначено вище.

При великих кількостях нітрогену в ґрунті застосовують розкладання органічних сполук сумішшю HF-HC1.

При малих кількостях нітрогену в ґрунті застосовують фотометричний метод, оснований на взаємодії іона амонію з фенолом у лужному середовищі в присутності гіпохлориту як окисника і нітропрусиду натрію як каталізатора. При цьому утворюється сполука інтенсивного синього кольору - індофенол:

Даний метод також вимагає переведення всього нітрогену в амонійний.

Також можна використовувати для визначення малих кількостей аміаку фотометричний метод визначення з реактивом Неслера. У лужному середовищі аміак взаємодіє з тетрайодомеркуратом (II) калію, утворюючи нерозчинну жовто-коричневу сполуку:

За методом Думаса ретельне перетирання зразків (як за методом К'єльдаля)
необов'язкове. Метод включає безпосереднє окиснення сполук нітрогену після їх
відновлення в печі від оксидів нітрогену до молекулярного нітрогену й подальше
його кількісне визначення за допомогою кондуктопровідного детектора. „,

Нітроген органічних сполук визначають за методом Йодльбауера. Згідно з ним органічні речовини розкладаються сульфатною кислотою в присутності фенолу, нітратна кислота нітрує фенолсульфатну кислоту з утворенням нітрофенолу:

При цьому нітратний нітроген переходить у зв'язану органічну форму. Подальше додавання цинку спричиняє відновлення нітрофенолу до амінофенолу:

що при застосуванні методу К'ельдаля переводить нітроген амінофенолу в амонійний нітроген і потім відганяється у вигляді аміаку.

Для екстракції нітрату-іона й іона амонію з грунту використовують такі розчинники: насичений

Однак найбільш часто використовують 2М розчин КС1. Найкраще проводити екстракцію одразу після пробовідбору. Іони амонію та нітрату в екстрактах КС1 повинні бути визначені протягом 24 годин Інакше ці екстракти повинні бути заморожені.

Методика визначення

У колбу К'єльдаля вносять 0,5—1,5 г лабораторної проби повітряно-сухого грунту або сухих донних відкладів, додають 10—15 мл фенолсульфатної кислоти (до 40 г фенолу додають 1 л концентрованої сульфатної кислоти й нагрівають на водяній бані до повного розчинення фенолу), перемішують протягом 30 хв, додають 1—2 г цинкового пилу, через 20—ЗО хв вносять 1—2 крупинки металевого селену й далі діють, як описано в попередній методиці.

3 54 ВИЗНАЧЕННЯФОСФОРУ

Фосфор у грунтах може бути присутнім як в неорганічному, так і в органічному вигляді, що відрізняються за розчинністю та реакційною здатністю. Органічна фракція може складати від 5 до 90% від загального фосфору. Принципові форми неорганічного фосфору в Грунті - це ортофосфат кальцію, адсорбовані ортофосфати й оклюдовані фосфати. Ґрунти, у яких міститься багато оксиду кальцію, мають високий вміст кальцію і високе значення рН, фосфат кальцію - домінуюча стабільна форма в них. Загальна кількість фосфору в грунті може змінюватися в широкому інтервалі(від 0,1 - 0,8 г Р/кг до 5 - 20 г Р/кг сухого ґрунту). Фосфор, доступний для рослин, складає лише маленьку частину загального фосфору. Концентрації розчинного фосфору у воді коливаються в межах 0,03 - 3 мг/кг сухого фунту.

В усіх грунтах вміст фосфору в нижніх шарах фунту набагато менший, ніж у верхніх. Значна частина фосфору знаходиться в фунті у вигляді фосфорорганічних сполук. Збільшення вмісту фосфору в нижніх горизонтах деяких фунтів пов'язане зі зміною складу гірських порід.

Екстрагують фосфор із фунтів за методом Мекліха, при якому використовується багатокомпонентний розчин. Цей розчин містить 0,2 М НАс, 0,25 М NH₄NO₃, 0,015 MNH₄F, 0,015 М HNO₃ і 0,001 М EDTA.

Часто необхідно визначити вміст загального й органічного фосфору. Для визначення загального фосфору використовують сплавку зразка з карбонатом натрію та розкладання хлоратною кислотою. Також для розкладання фосфорвмісних сполук у ґрунтах використовують суміші NaBr/NaOH чи H₂SO₄ /H₂O/HF.

Метод сплавки з широко застосовується для визначення загального

фосфору в ґрунтах. Але цей метод довготривалий і вимагає використання дорогих платинових тиглів. Тому для рутинних аналізів частіше застосовують метод розкладу фосфорвмісних сполук з нітратною й хлоратною кислотами. Розкладання проводять у колбі Ерленмейєра чи в автоклаві.

Органічний фосфор можна визначати за процедурою Мехта. При цьому зразки фунтів послідовно обробляють концентрованою хлоридною кислотою, 0,5 М NaOH при кімнатній температурі й 0,5 М NaOH при 90 °С. Неорганічний фосфор визначають відразу після екстракції, загальний - після окиснення органічних речовин за допомогою НСЮ₄. Органічний фосфор визначають за різницею між загальним фосфором і неорганічним. Можна проводити розкладання фосфорорганічних речовин сумішшю НСЮ₄ і NaOH. Також для визначення фосфору можна проводити спалювання зразків фунту при низьких (250 °С) і високих (550 °С) температурах, щоб окиснити неорганічний і органічний фосфор. Але екстракційний варіант більш поширений для видалення фосфору з фунту.

Визначення фосфору можна проводити гравіметричним, титриметричним і фотометричним методами. Усі методи визначення фосфору основані на здатності фосфору утворювати гетерополікислоти з молібденовою кислотою в кислому середовищі (рН 0,8-0,9): Н₃РО₄ + 12(NH₄)₂MoO₄ + 21HNO₃ = (1ЧН₄)₃[Р(.МозО_І0)₄] + 21NH₄NO₃ + 12Н₂О

При дії відновника, наприклад сульфіту, аскорбінової кислоти, гідразину, молібден (VI) у гетерополікислоті відновлюється до середнього ступеня окиснення +5,5, що дорівнює суміші еквівалентних кількостей молібдену (V) і молібдену(УІ). Унаслідок цього утворюється молібденова синь. Фосфор визначають фотометричним методом у вигляді фосфорномолібденової сині у фільтраті після відділення силікатної кислоти. Велика концентрація іонів феруму (III) заважає визначенню, тому їх попередньо відновлюють до феруму (II).

Цю реакцію проводять для визначення неорганічного фосфору - суми ортофосфатів і поліфосфатів після гідролітичного розкладання останніх у кислому середовищі. Вміст поліфосфатів знаходять як різницю між неорганічним фосфором і ортофосфатами.

Методика визначення

Фосфор визначають фотометричним методом у вигляді фосфорномолібденової сині у фільтраті після відділення силікатної кислоти. Велика концентрація іонів Fe³" заважає аналізу, тому їх попередньо відновлюють до Fe²⁺ металічним алюмінієм. Для цього відбирають у стакан 10 мл або менший об'єм аліквоти, додають 10—15 мл дистильованої води, нагрівають до кипіння і вносять невелику кількість порошку металевого алюмінію. При цьому жовте

забарвлення розчину, зумовлене наявністю хлориду феруму (III), зникає внаслідок відновлення іонів Fe³^. Якщо в стакані залишилась тверда фаза металевого алюмінію, то розчин фільтрують, збираючи фільтрат і промивні води в стакан місткістю 100 мл. Загальний об'єм цього розчину не повинен перевищувати 25 — ЗО мл. У разі необхідності розчин випарюють до вказаного об'єму. Додають 20% розчин аміаку до появи слабкої каламуті гідроксидів, які розчиняють додаванням кількох краплин 10% хлоридної кислоти. До 50 мл профільтрованої проби води доливають 2 мл розчину молібденової суміші й через кілька хвилин 0,5 мл 10% розчину аскорбінової кислоти. Суміш перемішують. Одночасно проводять холостий дослід із 50 мл води. Через 15 хв вимірюють оптичну густину розчину при 670—690 нм. Вміст фосфору знаходять за градуювальним графіком, для побудови якого в мірні колби на 50 мл вносять 0; 1,0; 2,5; 5,0; 10,0; 25,0 мл стандартного розчину (0,01 мг РО₄³7л) і доводять об'єм водою до мітки. Далі роблять, як зазначено вище. В одержаних розчинах концентрація фосфатів у перерахунку на досліджувану пробу води дорівнює 0; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 мгРО₄³7л.

Вміст Р2О5, %, обчислюють за формулою

а -V, 1.4946-100

V₂gl000 де а —кількість РО₄³", знайдена за градуювальним графіком в аліквоті, мг,

V, — об'єм фільтрату після відділення силікатної кислоти, мл;

V₂ — аліквота, взята для аналізу, мл;

g — маса наважки сухої проби, г;

\ 000 —перерахунок міліграмів на грами;

1,4946 — коефіцієнт перерахунку РО₄³" на РгО₅.

і калій (NPK)відкладень основними іони NH4", NO2\ NO3,

Доступні для споживання рослинами нітроген, фосфор характеризують забезпеченість фунтів і донних речовинами живлення рослин. До цієї групи входять легкогідролізуючі нітрогеновмісні органічні сполуки, водорозчинні фосфати й іони К⁺ (табл. 23). Інтенсивність споживання цих речовин рослинами залежить від багатьох факторів, серед яких головним є природа рослини — її біологічні особливості й фізіологічний стан, у якому вона знаходиться на час відбору проб для аналізу. Тому одноразовий хімічний аналіз ґрунту чи донних відкладень не дає можливості належною мірою характеризувати їх забезпечення поживними речовинами. Для цього слід проводити аналіз фунтів і донних відкладень, а також рослин протягом усього вегетаційного періоду.

. Таблиця 23 Умови одержання витяжок із ґрунтів і донних відкладень для визначення NPK

Результати визначення NPK виражають у міліграмах на 100 г сухого зразка. 355 ВИЗНАЧЕННЯ МІНЕРАЛЬНОЇ ЧАСТИНИ

Основну частину грунтів і донних відкладень складають практично нерозчинні у воді силікати. Для визначення силікатів використовують сплавку грунтів з різними плавнями, зокрема сумішшю карбонатів калію і натрію, й отриманий сплав розкладають хлоридною кислотою:

Також силікати можна розкладати фторидною кислотою:

SiF₄ при випарюванні видаляється з розчину. Присутність сульфатної кислоти допомагає повному видаленню силіцію, оскільки вона перешкоджає гідролізу:

Крім того, сульфатна кислота розкладає фториди металів, що утворилися, і переводить їх у сульфати:

При розкладанні плавня хлоридною кислотою силіцій випадає в осад у вигдаді гідратованої силікатної кислоти, а в розчині залишаються в іонній формі

ферум, алюміній, манган, титан, кальцій, магній, натрій і калій, сульфат- і ортофосфат-іони.

Після переведення силіцію в нерозчинну силікатну кислоту SiO₂nH₂O її визначають гравіметричним методом за зважуванням прожареного SiO₂ чи різницею у вазі прожареного SiO₂ і залишку в тиглі після обробки осаду в тиглі HF і видалення SiF₄.

Сума полуторних оксидів. Полуторні оксиди - це оксиди алюмінію, феруму, титану, а також фосфати алюмінію і феруму. За кількісним вмістом полуторні оксиди займають друге місце після SiO₂, оскільки алюмосилікати, феросилікати й алюмоферосилікати є найбільш поширеними сполуками силіцію в земній корі.

Алюміній, ферум й титан осаджують розчином гідроксиду амонію у вигляді гідроксидів. Одночасно осаджують нерозчинні фосфати цих елементів. Осадження полуторних оксидів проводять при рН 3-5. Потім осад фільтрують, промивають водою, відмивають від хлоридів і прожарюють при температурі 900 -1 000 °С до постійної маси.

Вміст А1₂О₃ у верхніх шарах ґрунту коливається в межах 6 - 15 %. Униз за ґрунтовим профілем вміст А1₂О₃ звичайно збільшується. Вміст Fe₂O₃ у верхньому горизонті ґрунту коливається в межах 1,5 - 6,0 %. У піщаних підзолистих ґрунтах вміст Fe₂O₃ може знижуватися до 0,3%, а в бурому гірсько-лісовому ґрунті Криму - збільшуватися до 12%. Усередині ґрунтового профілю вміст Fe₂O₃ збільшується для деяких ґрунтів чи залишається на сталому рівні.

Брутто-формула для визначення полуторних оксидів

Вміст полуторних оксидів, %, обчислюють за формулою.:

де а - маса прожареного осаду полуторних оксидів, г; g - маса наважки сухої проби, г.

Прожарений осад полуторних оксидів завжди забруднений невеликою кількістю діоксиду силіцію, для кількісного визначення якого осад переносять у конічну колбу на 100 мл, додають 10 - 30 мл сульфатної кислоти (1:2) і нагрівають до розчинення основної маси осаду. Не розчиненим залишається лише осад оксиду силіцію. Його фільтрують, промивають гарячою водою до повного вилучення іонів феруму, фільтр переносять у тигель і прожарюють. Визначену масу оксиду силіцію віднімають від маси полуторних оксидів і додають до основної маси діоксиду силіцію.

Фільтрат із промивними водами після відділення полуторних оксидів доводять дистильованою водою в мірній колбі до 250 мл і використовують для подальшого визначення іонів кальцію, магнію та сульфід-іонів.

Ферум. Для комплексонометричного визначення іонів феруму відбирають 25 мл фільтрату від силіцевої кислоти, вносять у конічну колбу на 250 мл, додають 7-8 крапель концентрованої нітратної кислоти й нагрівають до кипіння для окиснення іонів Fe²⁺, що частково відбувається в процесі сплавки проби:

 

Розчин нейтралізують 10% аміаком до появи слабкої каламуті, додають 10 мл 1 моль/л розчину хлоридної кислоти й доводять об'єм до 100 мл дистильованою водою. При подальшому перемішуванні розчину каламуть полуторних оксидів розчиняється і створюється рН 1 - 1,5, що є оптимальним для взаємодії іонів Fe³⁺ з комплексоном III. Нагрівають розчин до 50-55 °С, додають 1 мл 10% розчину індикатора сульфосаліцилової кислоти й титрують 0,01 моль/л розчином комплексону III до переходу бузково-червоного кольору моносаліцилатного комплексу феруму до лимонно-жовтого кольору, характерного для комплексонату феруму. Чітка зміна кольору індикатора спостерігається при вмісті 1—100 мг Fe₂O3 у 100 мл розчину.

Вміст іонів феруму у фільтраті від силікатної кислоти визначають також фотометричним сульфосаліцилатним методом.

При великій концентрації іонів алюмінію, кальцію і магнію аміачний розчин трисаліцилатного комплексу феруму може помутніти внаслідок утворення відповідних гідроксидів. У такому випадку додають більший надлишок сульфосаліцилової кислоти, що зв'язує іони зазначених металів у безбарвні комплекси. При фотометричному визначенні феруму вміст Fe₂O₃, %, визначають за формулою

a Vj 1.4298 100

V₂ -g-1000 ' де а - кількість феруму, знайдена за градуювальним графіком у аліквоті, мг;

1 000 - перерахунок з міліграмів на грами;

V_t - об'єм фільтрату після відділення силікатної кислоти, мл;

V₂ - об'єм аліквоти, відібраної для аналізу, мл;

g - маса наважки сухої проби, г;

1,4298 - коефіцієнт перерахунку Fe на Fe₂C>3.

Алюміній. Після комплексонометричного визначення іонів феруму до розчину додають 0,5 мл концентрованої хлоридної кислоти й нагрівають до кипіння для руйнування гідроксокомплексів алюмінію і переведення його в реакційноздатну форму. До гарячого розчину додають з бюретки точно виміряний об'єм 0,01 моль/л розчину комплексону III з таким розрахунком,- щоб його надлишок після утворення комплексоната алюмінію складав 10 мл або більше. Для цього звичайно досить додати 15 - 20 мл розчину комплексону III. Нагрівають розчин до кипіння, кидають у нього шматочок індикаторного папірця конто, нейтралізують 10% розчином ацетату амонію до зміни синього кольору індикаторного папірця на червоний і ще додають 10 мл цього ж розчину. При цьому у розчині рН = 4,5, що є оптимальним для утворення комплексонату алюмінію. Охолоджують розчин до кімнатної температури й титрують 0,01 моль/л робочим розчином FeClj до переходу зеленувато-жовтого кольору розчину, властивого комплексонату феруму (III), до червоного кольору, який виникає внаслідок утворення дисалщилатного комплексу феруму (III) після повного зв'язування надлишку комплексону Ш іонами Fe³*.

Вміст алюмінію, виражений через А1₂О₃,%, визначають за формулою

і де V) — об'єм фільтрату після відділення силіцієвої кислоти, мл; ■ .
>■ • V₂ —об'єм аліквоти, взятий для аналізу, мл; -■ >⁴ ■

V₃ — об'єм 0,01 моль/л розчину комплексону НІ, доданий до проби

після титрування феруму, мл; к₃ —коефіцієнт для перерахунку концентрації розчину комплексону III

на 0,01 моль/л, якщо його концентрація була іншою; V₄ — об'єм 0,01 моль/л розчину FeCl₃, витрачений на титрування

надлишку комплексону НІ, мл; к₄ — коефіцієнт для перерахунку концентрації розчину FeCl₃ на 0,01

моль/л, якщо його концентрація була іншою; g — маса наважки сухої проби, г;

0,0005098 — титр 0,01 моль/л розчину комплексону НІ по А1₂О₃. Манган. Манган визначають у фільтраті після відділення силікатної кислоти. Іони Мп²* окиснюють персульфатом амонію до МпО₄\ який визначають за фотометричною методикою. Необхідно стежити за повнотою відділення іонів СГ та маскуванням іонів Fe³⁺.

Методика визначення

Фільтрат нагрівають до кипіння, додають 0,1 г персульфату амонію та кип'ятять протягом 10 хв для зруйнування органічних сполук. Потім додають 2—З краплини 1% розчину AgNO₃₎ ще невелику кількість персульфату амонію і кілька хвилин кип'ятять. При цьому розчин набуває рожевого забарвлення, що зумовлено утворенням іонів МпО'₄- Розчин у колбі охолоджують і переносять у мірну колбу на 100 мл, доводять до риски бідистилятом і вимірюють оптичну густину при 540 нм у кюветі з товщиною шару 5 см відносно бідистиляту.

Концентрацію мангану (мг/л) знаходять за градуювальним графіком. Для його побудови у мірні колби на 100 мл доливають 0,5; 1; 2; 5; 10 мл стандартного розчину перманганату калію з концентрацією 0,01 мг Mn/мл, доводять об'єм водою до риски й перемішують. Вміст мангану в цих розчинах відповідно дорівнює 0,005; 0,010; 0,020; 0,050; 0,100 мг. Вміст МпО, % розраховують за формулою

де а — кількість мангану, знайдена за градуювальним графіком, мг,

V_t -об'єм фільтрату, мл;

У_г - об'єм аліквоти, відібраної для аналізу, мл, g - маса наважки сухої проби, г;

1,2912 - коефіцієнт перерахунку Мп на МпО.

Титан. Титан визначають у фільтраті після відділення силіцієвої кислоти фотометрично у вигляді жовтого комплексу з пероксидом водню, Іони Fe³⁺, які у великих кількостях заважають аналізу, маскують додаванням 1 мл

Ill

концентрованої фосфорної кислоти на 50 мл розчину, оптичну густину якого
вимірюють. Таку ж кількість фосфорної кислоти вводять у розчин для побудови
градуювального графіка. ^J. \

Методика визначення

У мірну колбу на 50 мл вносять 10 мл проби води, яка містить 10-200 мкг титану, доливають 0,5 мл 1% розчину аскорбінової кислоти, Юмл 1 % свіжовиготовленого водного розчину хромотропової кислоти й 10 мл мурашиноформіатного буферного розчину (до 57 мл 98—100% мурашиної кислоти додають 200 мл води, 28 г гідроксиду натрію та розбавляють водою до 1 л). За допомогою рН-метра перевіряють рН розчину, що має бути в межах 2,9— 3,2. Розбавляють розчин дистильованою водою до риски, залишають на 30 хв і вимірюють оптичну густину при 465 нм. За градуювальним графіком знаходять вміст титану в пробі.

Для побудови градуювального графіка в мірні колби на 50 мл вносять 0; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0; 6,0: 8,0; 10,0 мл стандартного розчину титану з концентрацією 10 мкг/мл, доливають дистильованої води до 10 мл і далі проводять операції відповідно до методики.

Вміст ТіОг розраховують за формулою

я-Vf 1,6680-100

де а - кількість титану, знайдена за градуювальним графіком і аліквотою, мг;

1 000 - перерахунок з міліграмів на грами;

V, - об'єм фільтрату після відділення силікатної кислоти, мл;

V₂ - об'єм аліквоти, відібраної для аналізу, мл;

g - маса наважки сухої проби, г;

1,6680 - коефіцієнт перерахунку Ті на ТіО₂.

Кальцій та магній. Іони кальцію та магнію визначають комплек-сонометрично у фільтраті після виділення полуторних оксидів. До аліквоти додають 10 мл 2% розчину NaOH і розбавляють дистильованою водою приблизно до 200 мл. Додають 0,2% розчин індикатора кислотного хрому темно-синього (0,2 г розчиняють в 10 мг аміачного буферного розчину з рН 10 і розбавляють до 100 мл етанолом) до рожевого забарвлення розчину й титрують 0,01—0,025— 0,05 моль/л розчином комплексону III, залежно від вмісту кальцію, до стійкого фіолетового забарвлення, яке виникає в точці еквівалентності. При цьому титруються тільки іони кальцію, а іони магнію з комплексоном НІ не взаємодіють. При значній концентрації Mg²⁺ утворюється осад Mg(OH)₂, який заважає титруванню. У такому випадку визначення іонів кальцію повторюють, додаючи попередньо до аліквоти 0,1—0,2 г сахарози.

Для визначення магнію до відтитрованого розчину кидають шматок індикаторного папірця конго і додають краплинами розчин НС1(1: 1) до переходу забарвлення індикаторного папірця від червоного до синього. При цьому з'являється рожеве забарвлення розчиненого індикатора кислотного хрому темно-синього. Додають 25% розчин аміаку до зміни забарвлення розчину на синє і папірця

конго на червоне і 20 мл аміачного буферного розчину з рН 10 (25 г NH₄C1 розчиняють у 100 мл дистильованої води, додають 200 мл 20% розчину аміаку й доводять об'єм до 1 л дистильованою водою). За наявності іонів магнію розчин набуває рожево-червоного забарвлення. Титрують робочим розчином комплексону III до появи синювато-фіолетового забарвлення. Вміст СаО, %, обчислюють за Формулою

•t

де V — об'єм робочого розчину комплексону III, витрачений на титрування іонів
і • кальцію, мл;

t Vj — об'єм фільтрату після відділення полуторних оксидів, мл;

V₂ — об'єм аліквоти, взятий для титрування, мл; * g — маса наважки сухої проби, г;

0,0005608 — титр 0,01 моль/л розчину комплексону за СаО (при збільшенні

концентрації розчину комплексону III відповідно наростає його титр). Вміст MgO розраховують за цією ж формулою, враховуючи, що V — об'єм 0,01 моль/л робочого розчину комплексону НІ, витрачений на титрування магнію, мл, а його титр за MgO дорівнює 0,0004032.

Сульфур. Сульфур у вигляді сульфат-іонів визначають гравіметричним методом у фільтраті після відділення полуторних оксидів.

Методика визначення

У склянку на 400—600 мл переносять пробу з вмістом 5—50 мг SO₄²\ розбавляють дистильованою водою до 250 мл і додають 2 мл хлоридної кислоти (1:1). Нагрівають до кипіння при перемішуванні оплавленою скляною паличкою та повільно краплинами додають 3 мл 10% розчину хлориду барію. Розчин з осадом нагрівають на водяній бані протягом 1 год й залишають відстоюватись протятом 8-12 год при кімнатній температурі Осад відфільтровують крізь фільтр із синьою смужкою та промивають декантацією. Частки сульфату барію, які прилипли до стінок стакана, знімають маленькими шматочками вологого фільтрувального паперу, приєднують їх до маси осаду на фільтрі й промивають стакан дистильованою водою. Осад промивають гарячою дистильованою водою до відсутності реакції хлорид-іонів у фільтраті (проба з 1,7% розчином нітрату срібла). Промитий осад разом із фільтром висушують у сушильній шафі до вологого стану, переносять у зважений тигель, спалюють фільтр і прожарюють осад при 750 °С кілька разів до постійної маси. Вміст SO₃, %, визначають за формулою

де а —маса прожареного осаду BaSO.», г;

V/ — об'єм фільтрату після виділення полуторних оксидів, мл;

V₂ — об'єм аліквоти, відібраної для аналізу, мл;

g —маса наважки сухої проби, г;

0,343 — коефіцієнт перерахунку BaSO₄ на SO₃.

Калій і натрій визначають методом фотометрії полум'я ~^в розчині, отриманому після розкладу силікатів (мінеральної частини грунтів і донних відкладів) сумішшю фторидної та сульфатної кислот:

К₂О • А1₂О₃ • 6SiO₂ + 24HF + 4H₂SO₄ = 6SiF₄1+ K₂SO₄ + A1₂(S O_A)₂ + 16H₂O.

Кількість калію та натрію у верхніх пластах грунтів відносно невелика й коливається для К₂О в межах 1,3 - 2,5 %, для Na₂O - 0,6 - 2,0%. У більшості випадків кількість калію перевищує кількість натрію в фунтах і тільки для засолених грунтів характерна зміна співвідношення зі збільшенням вмісту натрію.

Калій та натрій входять до складу полевих шпатів та інших мінералів. Із розчинних мінералів, які вміщують калій та натрій, відомі карналіт MgCl₂-KCl-6H₂O, каїніт KMg(SO₄)Cl-3H₂O, галіт NaCl, сода Na₂CO₃-10H₂O та ін. Присутність великої кількості натрію в грунті обумовлює його солонцюватість та пов'язане з цим погіршення фізичних властивостей фунтів.

Методика визначення

У попередньо зважену платинову чашку на 50 — 75 мл вносять 0,5 — 0,6 г лабораторної проби повітряно-сухого фунту або висушених при 100—105 °С донних відкладів і прожарюють у муфельній печі протягом 1—2 год при температурі 400—500 °С для руйнування органічних речовин. Охолоджують, додають 1—1,5 мл концентрованої сульфатної кислоти й перемішують Додають 20 мл фторидної кислоти й обережно випарюють під витяжкою до появи густої білої пари SO₃. За необхідності повторюють обробку фторидною кислотою до повного розчинення проби. Чашку із залишком поступово нагрівають на пальнику до темно-червоного розжарення для повного вилучення фторидної та сульфатної кислот.

Чашку охолоджують і залишок обробляють при нагріванні декількома мілілітрами розведеної хлоридної кислоти (1: 1). Додають 5—10 мл дистильованої води, перемішують і фільтрують через фільтр «синя стрічка», збираючи фільтрат і промивні води в мірну колбу на 25 або 50 мл і доводять об'єм розчину до риски. Вміст калію та натрію у розчині визначають методом фотометрії полум'я.

Розчини КС1 або NaCl для побудови градуювального графіка готують в таких же мірних колбах.

Вміст оксидів калію та натрію, %, обчислюють за формулою

a-VK KjlOO

де С — концентрація іонів К⁺ або Na\ знайдена за градуювальним графіком, мг/л;
V — об'єм мірної колби з розчином для аналізу, мл;
g — маса наважки повітряно-сухого фунту, г;
К — коефіцієнт перерахунку на сухий фунт;
1 000 —перерахунок концентрації К⁺ або Na^ на 1 мл;
1 000 — коефіцієнт для перерахунку міліграмів на грами;
Кі — коефіцієнт для перерахунку К7 на К.₂О (2,4092) або Na⁺ на Na₂O (2,6959).
При аналізі сухої проби донних відкладів К=І < - -;», *н*і -.»*»<», <

Катіонообмінна здатність грунтів і донних відкладень відіграє важливу роль у кореневому живленні рослин. Обмінна поглинальна здатність грунтів за іонами Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺ і Н⁺ указує на рівень забезпеченості грунту елементами так званого зольного живлення рослин. Обмінна здатність грунтів обумовлює спрямованість ґрунтових процесів і має великий вплив на кореневе живлення рослин, тому вміст обмінних катіонів у ґрунті, а також їх склад і загальна ємність поглинання вважаються важливими показниками хімічних і фізичних властивостей фунтів

Обмінною ємністю грунтів академік К.К. Гедройц назвав властивість ґрунтів обмінювати катіони ґрунтового поглинального комплексу (ПК) на катіони нейтральних сольових розчинів чи іони водню кислоти. Катіони колоїдного комплексу, що вступають в обмінні реакції із зазначеними розчинами, називають обмінними чи поглинальними катіонами. Сумарна ємність поглинання за іонами Са²⁺, Mg²⁺ і Na⁺ при рН 7 для різних фунтів змінюється в межах від 2 -5 ммоль-екв./ІОО г (підзолисті піщані та супіщані) до 70 - 100 ммоль-екв./100 г (торф'яні).

Катіонообмінна (поглинальна) здатність включає визначення обмінних катіонів, ємності поглинання, солонцюватості й кислотності.

Основні закономірності іонного обміну фунтів, установлені К.К. Гедройцем, такі:

1. Поглинений катіон може бути витиснутий іншим катіоном.

2. Катіонний обмін у розчинах мінеральних солей відбувається швидко й в
еквівалентних кількостях.

3. При підвищенні концентрації катіона-витиснювача збільшується кількість
витиснутих іонів, але ця залежність не прямопропорційна.

4. Здатність фунтів поглинати різні катіони зростає зі збільшенням величини
заряду катіона та його атомної маси:

Іон водню займає особливе місце, оскільки він поглинається фунтом краще, ніж інші одно- й двозарядні іони. Якщо порівняти іони натрію й амонію, то солі амонію витісняють із фунтів більшу кількість обмінних катіонів, ніж солі натрію. Тому вміст обмінних катіонів визначають з використанням амонійних витяжок.

Витиснення обмінних катіонів 1 моль/л розчином NH₄C1 методом Гедройца відбувається за схемою

У приведеній схемі ПК означає органомінеральний поглинальний комплекс. Вміст обмінних катіонів виражають у ммолях-екв./ 100 г фунту чи донних відкладень. Якщо проби містять значну кількість обмінних іонів водню, то при такій обробці в розчин частково переходять й іони полуторних оксидів, що заважає визначенню іонів кальцію і магнію. Тому іони полуторних оксидів необхідно відокремлювати перед аналізом.

Для витиснення обмінних катіонів крім 1 М розчину хлориду амонію використовують 1 М розчин ацетату амонію і 0,1 М розчин хлороводневої кислоти. Визначення обмінних катіонів у карбонатних ґрунтах ускладнюється

тим, що при взаємодії цих ґрунтів із сольовими розчинами відбувається часткове розчинення СаСОз і MgCC>3.

Солонцюватість. Насичення фунтів розчинними хлоридми сприяє кращому зростанню рослин, але може збільшувати й вміст токсичних речовин.

Основні солі, що відповідають за солонцюватість грунтів, містять катіони натрію, кальцію і магнію й аніони сульфату й хлориду. Також у грунтах можуть бути присутні іони калію, бікарбонату, карбонату й нітрату. Ці іони присутні в менших кількостях, ніж основні іони. Висока концентрація натрію в фунтах є причиною підвищення дисперсності фунтів і заважає руху води та повітря в фунтах. Найпоширеніший метод визначення вмісту розчинних солей - метод електропровідності.

Ступінь солонцюватості фунтів характеризується відношенням кількості обмінних іонів натрію до ємності поглинання. Для визначення обмінних іонів натрію суху пробу обробляють 0,5 моль/л розчином NaCl, після чого визначають обмінні іони натрію, витісняючи їх іонами кальцію гіпсової води, тобто насиченим розчином за схемою

Вміст гіпсу

Визначення вмісту гіпсу (CaSO₄) у фунтах необхідно робити для оцінки гіпсоносності фунтів і внесення виправлень при розрахунку ємності поглинання гшсоносних фунтів. Гіпс витягають із фунтів дією хлоридної кислоти: CaSO₄ + 2НС1 = СаС1₂ + H₂SO₄

В отриманому розчині визначають іони SO₄²" і віднімають кількість сульфат-іонів водної витяжки. Кількість. іонів кальцію і кількість гіпсу CaSO₄2H₂O еквівалентна кількості знайдених іонів SO₄²".