Хим анализ. Хим. анализ почв. Вопросы и ответы. Л. А. Воробьева, Д. В. Ладонин, О. В. Лопухина, Т. А. Рудакова, А. В. Кирюшин химическийанализ
 Скачать 1.09 Mb.
|
|
Глава 7. ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПОЧВ . 7.1. Какой процесс лежит в основе методов определения углерода органического вещества почв? Все методы определения углерода органических соединений почв основаны на его окислении до СО 2 7.2. Какие методы используют для окисления углерода органического вещества почв? С этой целью используют методы сухого термического (кислородом) и мокрого (химическими реагентами – окислителями) озоления (окисления) органического вещества почв. 7.3. На чем основаны методы количественного определения углерода органического вещества почв? Методы основаны: а) на количественном определении СО 2 , образовавшегося при окислении органического вещества почв; б) на титриметрическом определении количества вещества окислителя (K 2 Cr 2 O 7 ), пошедшего на окисление углерода органических соединений; в) на фотометрическом определении количества вещества восстановителя (Cr 3+ ), образовавшегося при окислении углерода органических соединений почв раствором дихромата калия. 7.4. Какие методы применяют для количественного определения СО 2 ? При анализе почв для количественного определения CO 2 используют гравиметрические, газоволюмометрические и титриметрические методы. 7.5. На чем основаны гравиметрические методы определения СО 2 ? Методы основаны на поглощении СО 2 соответствующим поглотителем, последующем гравиметрическом определении увеличения массы поглотителя и расчете содержания в почве углерода органических 98 соединений по массе поглощенного диоксида углерода. Методы, основанные на гравиметрическом определении выделившегося при окислении углерода органических соединений почв СО 2 , называют прямыми. Без соответствующих преобразований эти методы не используют для анализа карбонатных почв. 7.6. Какие гравиметрические методы предложены для определения углерода органических соединений почв? Для этой цели используют: 1. Метод Густавсона, основанный на сухом термическом озолении органического вещества почв. 2. Метод Кнопа– Сабанина, основанный на мокром окислении органического вещества сернокислым раствором K 2 Cr 2 O 7 7.7. Какие поглотители СО 2 используют в методах Густавсона и Кнопа-Сабанина? Продукты разложения, производимого в закрытой аппаратуре, вытесняют потоком газа (кислорода или воздуха, не содержащего СО 2 ). Для поглощения СО 2 используют аскарит (асбест, пропитанный раствором NaOH), помещенный в U-образные поглотительные трубки: 2NaOH + СО 2 = Na 2 СО 3 + Н 2 О. Образующуюся в процессе реакции воду поглощают хлоридом кальция, который помещают в поглотительные трубки по ходу движения потока газа (кислорода, воздуха) после аскарита. 7.8. Как устраняют мешающее влияние других летучих компонентов, образующихся при определении органического вещества почв гравиметрическими методами? Эти компоненты поглощают соответствующими поглотителями (галогены – серебряной спиралью или раствором AgNO 3 , воду – серной кислотой или хлоридом кальция), которые располагают по ходу движения газообразных продуктов окисления до поглотителей СО 2 99 7.9. На чем основан газоволюмометрический метод определения углерода органических соединений? Метод основан на измерении объема диоксида углерода, выделившегося при озолении гумуса, и вычислении количества углерода по объему СО 2 с учетом температуры и давления. Разложение органического вещества проводят в токе кислорода в тугоплавкой трубке, помещенной в муфельную печь. Сначала измеряют объем смеси СО 2 и кислорода, затем поглощают диоксид углерода раствором щелочи и измеряют объем кислорода. Объем диоксида углерода вычисляют по разности. 7.10. На чем основан титриметрический метод определения углерода органического вещества почв И. В. Тюрина? Титриметрический метод Тюрина основан на измерении количества вещества K 2 Cr 2 O 7 , пошедшего на окисление углерода органических соединений. При проведении анализа к навеске почвы добавляют точно отмеренный объем сернокислого раствора дихромата калия. Колбы с навеской и окислителем нагревают в строго контролируемых условиях до 140-160 ° C. При этом углерод окисляется до СО 2 , а Cr (VI) восстанавливается до Cr (III). Избыток не прореагировавшего с углеродом дихромата калия определяют титрованием раствором соли Мора (действующее вещество - FeSO 4 ). Параллельно проводят контрольный опыт, используя вместо навески почвы прокаленную пемзу, кварцевый песок или мелкоразмолотое стекло. Количество вещества K 2 Cr 2 O 7 , пошедшего на окисление углерода органических соединений, находят по разности. 7.11 Чему равна молярная масса эквивалента углерода в реакции его окисления до СО 2 ? Если принять, что средний состав органического вещества в почве отвечает формуле С х (Н 2 О) у , то можно ожидать, что окислитель взаимодействует только с углеродом, окисляя его до СО 2 . При этом каждый атом углерода теряет 4 электрона, соответственно, на окисление 1 атома 100 углерода расходуется 4 эквивалента окислителя. Тогда молярная масса эквивалента углерода соответствует 12/4=3 г/моль(экв) или 0,003 г/ммоль(экв). 7.12. На чем основан фотометрический вариант метода Тюрина ? Фотометрический вариант основан на измерении количества вещества Cr 3+ - продукта восстановления Cr 2 O 7 2- при окислении углерода органического вещества почв в условиях, которые предусмотрены в титриметрическом варианте метода. Количество вещества Cr 3+ , образовавшегося в процессе анализа, эквивалентно количеству вещества углерода окисленного в процессе анализа до СО 2 7.13. Какие компоненты, присутствующие в почвах, кроме углерода органических соединений, окисляются дихроматом калия? Дихромат калия может окислять водород, входящий в состав органических соединений; двухвалентное железо, характерное в основном для гидроморфных почв; хлорид - ионы, присутствующие в засоленных почвах. Все эти соединения могут завышать результаты определения углерода. Если соотношение водорода и кислорода в органическом веществе соответствует 2:1, водород не влияет на результаты определения углерода. 7.14. Как по результатам определения углерода принято рассчитывать содержание гумуса? Приняв, что содержание углерода в гумусе составляет 58%, для пересчета содержания углерода в содержание гумуса (или органического вещества почвы) массовую долю углерода (%) традиционно умножают на коэффициент 1,724 (100 : 58 = 1,724). 7.15. Какие методы используют для определения азота в почвах? Для определения азота в почвах используют: газоволюмометрические методы, основанные на термическом разложении органического вещества почв, измерении объема выделившегося азота или использовании детекторов газа; методы, основанные на мокром озолении органического вещества почв 101 концентрированной H 2 SO 4 (метод Кьельдаля) или сернокислым раствором CrO 3 (метод Тюрина). 7.16. На чем основано определение азота в методе Кьельдаля? Метод Кьельдаля основан на количественном определении аммония, образовавшегося при разложении органического вещества почвы концентрированной серной кислотой при кипячении в колбах Кьельдаля в присутствии катализаторов (Se, HgO, CuSO 4 ). При этом азот не окисляется, а переходит в (NH 4 ) 2 SO 4 7.17. Какова роль катализаторов при определении азота методом Кьельдаля? Катализаторы (CuSO 4 , HgO, Se) используются для ускорения процесса разложения органического вещества почв - окисление углерода до СО 2 и водорода до Н 2 О. 7.18. Азот каких соединений можно определить с помощью метода Кьельдаля? С помощью этого метода можно определить азот органических соединений и азот, находящийся в аммонийной форме. Азот нитратов и нитритов этим методом не определяется, так как в составе этих соединений азот находится в окисленной форме и в условиях проведения анализа методом Кьельдаля не переходит в аммонийную. 7.19 В составе какого соединения азот присутствует в продуктах разложения почв серной кислотой методом Кьельдаля? В продуктах разложения почв азот присутствует в составе сульфата аммония. 7.20. Каким образом проводят количественное определение азота при анализе почв методом Кьельдаля? Образующийся при озолении органического вещества почв сульфат аммония добавлением гидроксида натрия переводят в аммиак, который 102 отгоняют и поглощают соответствующими поглотителями – серной или борной кислотами. При использовании для поглощения аммиака строго отмеренного объема титрованного раствора H 2 SO 4 применяют метод обратного титрования. О количестве аммиака судят по разности между количеством миллимолей эквивалентов H 2 SO 4 , взятых для поглощения аммиака, и количеством миллимолей эквивалентов серной кислоты, оставшемся после поглощения азота. Количество вещества избытка серной кислоты определяют титрованием раствором NaOH по фенолфталеину. 7.21. Какое соединение (эквивалентное содержанию азота) образуется при поглощении аммиака борной кислотой и какой раствор для его определения используют в качестве титранта ? При поглощении NH 3 борной кислотой образуется борат-ион H 2 BO 3 - , константа основности которого достаточна для проведения прямого титрования (рК b = 14 - рК a =14 – 9,25= 4,75). Борат-ион титруют кислотой. 7.22. Какие фотометрические методы используют для определения аммиака при анализе почв методом Кьельдаля? Для этой цели используют метод Несслера и индофеноловый метод. Метод Несслера основан на образовании окрашенного в желтый цвет соединения при взаимодействии реактива Несслера K 2 HgI 4 с аммиаком в нейтральной или щелочной среде: 2HgI 4 2– +NH 3 +OH – → NH 2 Hg 2 I 3 +5I – +Н 2 О. NH 2 Hg 2 I 3 является соединением, склонным к образованию коллоидных частиц с отрицательным зарядом. Для получения равномерной и устойчивой взвеси в раствор вводят защитный коллоид – желатин, поливиниловый спирт, кремнекислый натрий. Оптическую плотность растворов измеряют при 400 нм. В основе индофенолового метода лежит реакция аммиака с фенолом в присутствии окислителя гипохлорита или гипобромита натрия. 103 Продуктом реакции является индофенол, который в щелочной среде окрашивает растворы в синий цвет. Оптическую плотность растворов измеряют при длине волны 625 нм. 7.23. В чем состоят преимущества индофенолового метода определения азота в почве по сравнению с методом Неслера? Индофеноловый метод более удобен для фотометрического определения аммонийного азота, так как фотометрируют истинный раствор, а не коллоидный, как в методе Несслера. Кроме того, фотометрическому определению азота методом Несслера мешают ионы, выпадающие в осадок в щелочной среде и образующие нерастворимые соединения с иодид-ионами и ионами ртути (магний, железо, марганец, титан, сульфид-ионы и др.) Влияние ионов металлов устраняют маскированием с помощью тартратов или предварительной отгонкой аммиака. В связи с высоким содержанием мешающих компонентов метод Несслера для определения общего содержания азота в почвах широко не применяется. Его обычно используют для определения обменного или водорастворимого аммония. В этом случае анализируемые растворы содержат гораздо меньше мешающих компонентов. 7.24. Каким образом можно определить общее содержание азота, если в почве присутствуют в значительном количестве нитраты и нитриты? В этом случае необходимо восстановление азота нитратов и нитритов. Методом Йодльбауэра органическое вещество озоляют концентрированной серной кислотой в присутствии фенола. Нитраты и нитриты переходят в нитрофенол, который восстанавливается выделившимся при добавлении цинка водородом до аминофенола. При дальнейшем озолении аминогруппа переходит в аммиак, а затем в сульфат аммония. 7.25. Какую информацию дает отношение С:N? Как его рассчитывают? Это отношение характеризует обогащенность гумуса азотом. Для большинства гумусовых горизонтов почв характерна величина С:N, равная 8 104 – 10, что отвечает высокой и средней обеспеченности гумуса азотом. Отношение С:N рассчитывают по уравнению 12 14 (%) (%) ⋅ = N C N C 7.26. На чем основано определение С, N, H, S в органическом веществе почв с помощью элементных анализаторов? Определение основано на сухом озолении навески почвы в токе кислорода при температуре 1200 о С с последующей очисткой и разделением продуктов сгорания. Количественное определение проводится с помощью специализированных детекторов. Азот восстанавливается до N 2 и направляется к детектору, CO 2 , SO 2 , H 2 O предварительно поглощаются специальными ловушками, после вытеснения из ловушек последовательно поступают в детектор. 105 Глава 8. ПОКАЗАТЕЛИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ГРУППОВОГО ( ФРАКЦИОННОГО ) СОСТАВА СОЕДИНЕНИЙ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ 8.1. Что называют группой или фракцией соединений химического элемента в почве? Существующие в почве соединения химических элементов выполняют разные функции и обладают различными свойствами. Для удобства изучения соединения, обладающие схожими свойствами, объединяют в группы. Группой, формой соединений или фракцией соединений химического элемента в почве называют совокупность соединений какого-либо химического элемента, обладающих в почве сходными химическими свойствами и извлекаемых из почвы с помощью одного вытесняющего раствора. Термины «группа соединений» и «форма соединений» чаще употребляется в отечественной литературе, термин «фракция» - в зарубежной. По своему смыслу они равнозначны. 8.2. Что называют групповым или фракционным составом соединений химических элементов в почве? Групповым или фракционным составом называют совокупность групп или фракций соединений химического элемента, присутствующих в почве. 8.3. Какое место занимают показатели фракционного состава среди других показателей химического состава почв? По своей информативности показатели фракционного состава занимают промежуточное положение между показателями валового состава и показателями вещественного состава почв. 106 8.4. В чём отличие показателей фракционного состава от показателей вещественного состава? Вещественный состав характеризует содержание в почве индивидуальных химических соединений известного состава. Групповой состав характеризует содержание в почве различных по составу, но близких по свойствам соединений химических элементов, точный состав которых может быть неизвестен. Многокомпонентный состав почвы во многих случаях приводит к невозможности выделения и количественного определения индивидуальных химических соединений. Вследствие этого в почвоведении существует и используется гораздо большее количество показателей и методов определения группового или фракционного состава по сравнению с показателями и методами определения вещественного состава. 8.5. На каких принципах основано выделение фракций химических элементов в почвах? Существует несколько принципов выделения фракций и определения фракционного состава соединений химических элементов в почвах. 1. На основе прочности связи соединений химического элемента с почвой или на основе степени их подвижности в почве: а) фракция подвижных соединений; б) фракция прочно связанных соединений. 2. На основе различной растворимости соединений химических элементов: а) фракция легкорастворимых соединений; б) фракция труднорастворимых соединений; в) фракция соединений, растворимых в кислотах; г) фракция соединений, растворимых в щелочах и т. д. 3. На основе связи химических элементов с различными почвенными компонентами: а) фракция, связанная с карбонатами; б) фракция, связанная с органическим веществом; 107 в) фракция, связанная с оксидами/гидроксидами железа; г) фракция, связанная с алюмосиликатами и т. д. 4) На основе различных механизмов или типов связи с почвой: а) фракция обменных катионов, б) фракция специфически сорбированных катионов и т. д. При фракционировании соединений химических элементов набор выделяемых из почвы фракций, а также принципы их выделения, могут быть различными, так как они обусловлены химическими свойствами элемента, особенностями его взаимодействия с почвенными компонентами, а также поставленной задачей. 8.6. На чём основаны методы определения фракционного состава соединений химических элементов в почвах (методы фракционирова- ния)? Методы определения фракционного состава (методы фракционирова- ния) основаны на извлечении из почвы групп соединений химических элементов экстрагирующими растворами, оказывающими селективное воздействие на почву в соответствии с принципами, указанными в предыдущем вопросе. 8.7. Как производят выделение из почвы нескольких фракций химических элементов? При определении в одной почвенной пробе содержания нескольких фракций соединений химических элементов, они могут быть выделены двумя различными способами: 1. Параллельной обработкой нескольких навесок почвы различными экстрагирующими растворами (параллельное фракционирование). 2. Последовательной обработкой различными экстрагирующими растворами одной и той же навески почвы (последовательное фракционирование). |