ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ
ПОКАЗАТЕЛИ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВАЛОВОГО
Валовым анализом почв называют комплекс определений, позволяющих установить валовой или элементный состав почв, т. е. получить представление об общем содержании химических элементов в почве. Изначально валовой анализ был разработан для горных пород и минералов, а позднее был применен для анализа почв при изучении их генезиса и оценки почвенного плодородия. Данные валового состава почв дают возможность проследить изменения в содержании химических элементов по почвенному профилю в сравнении с почвообразующей породой, выявить направление почвообразовательного процесса. Кроме того, результаты валового анализа почв позволяют определить запасы питательных элементов в генетических горизонтах почвенного профиля, используются для уточнения минералогического состава почв. Также, знания элементного состава почв позволяют сделать долгосрочные прогнозы продуктивности агроландшафтов, а также оценить состояние ландшафтов, не затронутых деятельностью человека или изменяющихся в результате техногенеза.
В почвах представлены практически все встречающиеся в природе химические элементы. Наиболее высокое содержание в составе минеральной части почв приходится на долю Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, Ti, Mn, S, P. Имен-но эти элементы принято определять при валовом анализе почвы. По абсолютному содержанию (в процентах к массе почвы) все химические элементы подразделяются на несколько групп:
1. Первая группа включает кремний и кислород, содержание которых составляет десятки процентов, а в сумме они могут составлять 80-90 % почвенной массы.
2. Вторая группа включает элементы, содержание которых в почве меняется от целых до десятых долей процентов (Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, С). Первые две группы – типичные макроэлементы.
3. Третья группа, переходная к микроэлементам представлена такими элементами как Тi, Mn, N, P, S, их количество в почвах выражается сотыми и
десятыми долями процента.
4. В четвертую группу входят микро- и ультрамикроэлементы, которые содержатся в почвах в количествах от тысячных до миллионных долей процен-тов, т.е. «следы» (Ni, Ва, Cu, Mo, Cr, Cr, В, Li и др.)
Концентрационная группировка составляющих почву химических элементов является наиболее простой. Она наиболее полезна при выявлении роли отдельных элементов в формировании почвенного профиля и удобна для выбора методов химического анализа почв.
По классификации В.М. Гольдшмидта все элементы разделяются на четыре группы: литофильные, халькофильные, сидерофильные и атмофильные. Литофильные элементы отличаются сродством к кислороду и в условиях биосферы образуют минералы типа оксидов, гидроксидов, солей кислородных кислот. К их числу относятся: Si, Тi, S, P, F, CI, Al, Se, Na, K, Ca и др. (всего 54 элемента). Халькофилы склонны образовывать соединения с серой – Cu, Zn, Pb, Cd, Ag, Mn и другие. Сидерофильные элементы растворяются в железных расплавах и дают сплавы с железом: Fe, Ni, Co, P, C, Pt, Au, Mo и др. В группу атмофилов входят элементы земной атмосферы – Н, N, C, О, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Cl, Br, I. В особую группу В.М. Гольдшмидт выделил биофильные элементы, то есть те элементы, которые концен-трируются в живых организмах (С, Н, О, N, Р, S, Cl, I и в меньшей степени В, Са, Mg, К, Na, V, Mn, Fe, Cu). Кроме того, при оценке роли отдельных элементов в почвообразовании используют группу элементов, играющих конституционную роль. К данной группе относят элементы, которые входят в структуру решетки минералов, или молекулы тех компонентов, из которых реально складывается масса почвы. В первую очередь это такие элементы как кремний, алюминий и кислород, составляющие основу почвенных силикатов и алюмосиликатов; углерод, водород, азот и кислород – важнейшие компоненты органического вещества.
Валовой химический анализ включает определение гигроскопической влаги, потерь при прокаливании, содержания органического углерода и азота, а также содержания вышеуказанных элементов, входящих в состав минеральной части почв. В некоторых случаях проводят сокращенный анализ и определяют те элементы, которые в процессе почвообразования в наибольшей мере выносятся или накапливаются в почвенном профиле. Валовой химический анализ чаще всего ограничивается следующим набором элементов и включает определение кремния, алюминия, железа, кальция и магния, так как данный анализ достаточно длительный и трудоемкий процесс. При оценке техногенного загрязнения почв набор определяемых элементов зависит от состава загрязняющего вещества.
Результаты определения SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MnO, CaO, Mg3O, SO3, P2O5, K2O, и Na2O выражают количеством оксидов. В карбонатных почвах, кроме того, определяют содержание карбонатов. Результаты валового химического состава почв чаще всего выражают в процентах различных оксидов. Полученную величину затем пересчитывают на сухую почву, используя коэффициент гигроскопичности.
Для реального представления о химическом составе минеральной части почвы используют следующие перерасчеты: на бесперегнойную (безгумусную) почву – для устранения маскирующего влияния гумуса на содержание химических элементов, входящих в состав минеральных компонентов почвы; на бескарбонатную почву — устраняют влияние свободных карбонатов на химический состав алюмосиликатной части почвы; на прокаленную почву – это позволяет определить содержание минеральных компонентов в бескарбонатных почвах и наиболее полно выявить изменения в химическом составе минеральной части почв по сравнению с почвообразующей породой.
Существует несколько методов определения валового химического состава почв – химический, спектрофотометрический, атомно-абсорбционный и другие, но поскольку минеральная часть твердой фазы почвы состоит из компонентов, не растворимых ни в кислотах, ни в щелочах, то первым этапом валового анализа является разложение почвенного образца (навески).
Разложение почвы – процесс, в результате которого минералы, входящие в состав почвы, переходят в форму соединений, способных раствориться в воде или кислотах. Способность минералов к разложению определяется их составом и зависит от свойств металлов, входящих в кристаллическую решетку минерала, а также зависит от количества оксида кремния в составе минерала к сумме оксидов металла.
В валовом анализе почв используют методы кислотного разложения, сплавления и спекания. Для разложения почв используют такие минеральные кислоты как HCL, H2SO4, НF, HCLO4, НNO3. Хорошим растворителем считается концентрированная хлорная кислота, но в присутствии органических веществ окислительный процесс может сопровождаться взрывом. При определении элементного состава почв, в частности микроэлементов, используют смесь кислот HCL, H2SO4, НNO3. В тех случаях, когда не требуется определить содержание кремния, применяют смесь фтороводородной (плавиковой) кислоты с серной или азотной кислотами. Недостатком данного метода является то, что при разложении почвы плавиковой кислотой органическое вещество не окисляется и в последующем мешает количественному определению элементов. Поэтому при использовании для разложения почв хлорной или плавиковой кислот почву обычно предварительно прокаливают.
При разложении почв сплавлением используют специальные добавки (плавни) при высокой температуре в расплавленном состоянии. Для сплавления используют щелочные, кислотные, окислительные и восстановительные плавни. Выбор плавня зависит от состава почвы, набора определяемых элементов и используемых методов анализа. Чаще всего в качестве плавня применяют углекислый натрий, углекислый калий и т. д., либо используют смесь карбонатов калия и натрия. Смесь плавится при температуре около 700 0 С, т. е. при более низкой температуре, чем температура плавления каждого из компонентов. Сплавление почв с плавнем проводится при температуре около 1000 0 С в платиновых тиглях. Платиновые тигли применяются при сплавлении почв и для других особо точных анализов, так как они отличаются высокой температурой плавления (1773 0 С). Платина обладает очень малой гигроскопичностью, значительной устойчивостью в отношении многих сильнодействующих реактивов. Она хорошо сохраняет массу и сравнительно мало изменяется при нагревании. Спекание позволяет проводить разложение почвы при температуре ниже точки плавления, в результате происходит разрыхление кристаллической решетки минералов и диффузия щелочных металлов вглубь решетки кристалла. Чаще всего в качестве плавня используется карбонат натрия.
Источник
Метод определения химического состава почв
Определение химического состава методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии
Soils. Determination of chemical composition by X-Ray fluorescence spectrometry
Дата введения 2017-07-01
Предисловие
Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным научным учреждением «Почвенный институт имени В.В.Докучаева» (ФГБНУ «Почвенный институт им.В.В.Докучаева) совместно с Аналитическим центром МГУ имени М.В.Ломоносова
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 27 сентября 2016 г. N 91-П)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Минэкономики Республики Армения
Госстандарт Республики Казахстан
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 октября 2016 г. N 1433-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 33850-2016 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2017 г.
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Май 2019 г.
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.
В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге «Межгосударственные стандарты»
ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 8, 2020 год
Поправка внесена изготовителем базы данных
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на почвы, содержащие в сумме не более 20% органического вещества и карбонатов, и устанавливает метод рентгенофлуоресцентной спектрометрии определения их химического состава.
Диапазон определения содержания макроэлементов в форме оксидов ( , 
, CaO, MgO, , 
, 
, , , , 
, MnO) и микроэлементов (As, CI, Ni, Cu, Zn, Pb, Sr, Zr, Rb, Ga, Nb, Br, Y) представлен в разделе 8.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 8.010 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений. Основные положения
ГОСТ 8.315 Государственная система обеспечения единства измерений. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Основные положения
ГОСТ 12.1.005 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны
ГОСТ 12.1.007 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности
ГОСТ 17.4.3.01 Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб
ГОСТ 17.4.4.02 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа
ГОСТ OIML R 76-1 Государственная система обеспечения единства измерений. Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания
ГОСТ ИСО 3310-1 Сита контрольные. Часть 1. Сита контрольные из металлической проволочной ткани. Технические требования и испытания
В Российской Федерации действует ГОСТ Р 51568-99 (ИСО 3310-1-90) «Сита лабораторные из металлической проволочной сетки. Технические условия».
ГОСТ ISO 3696 Вода для лабораторного анализа. Технические требования и методы контроля
В Российской Федерации действует ГОСТ Р 52501-2005 (ИСО 3696:1987) «Вода для лабораторного анализа. Технические условия».
ГОСТ 4403 Ткани для сит из шелковых и синтетических нитей. Общие технические условия
ГОСТ 6563 Изделия технические из благородных металлов и сплавов. Технические условия
ГОСТ 9147 Посуда и оборудование лабораторные фарфоровые. Технические условия
ГОСТ ISO 11464 Качество почвы. Предварительная подготовка проб для физико-химического анализа
ГОСТ 13867 Продукты химические. Обозначение чистоты
ГОСТ 24234 Пленка полиэтилентерефталатная. Технические условия
ГОСТ 28268 Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений
ГОСТ 29269 Почвы. Общие требования к проведению анализов
Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (www.easc.by) или по указателям национальных стандартов, издаваемым в государствах, указанных в предисловии, или на официальных сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации. Если на документ дана недатированная ссылка, то следует использовать документ, действующий на текущий момент, с учетом всех внесенных в него изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то следует использовать указанную версию этого документа. Если после принятия настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение применяется без учета данного изменения. Если документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Сущность метода
3.1 Метод рентгенофлуоресцентной спектрометрии основан на зависимости интенсивности характеристической флуоресценции элемента от его массовой доли в анализируемой пробе. Характеристическое флуоресцентное излучение, поступающее от анализируемой пробы во время определения, является результатом возбуждения атомов анализируемой пробы первичным излучением рентгеновской трубки.
3.2 Возбуждение атомов элемента из анализируемой пробы, выделение из всего потока излучения спектральных линий, принадлежащих каждому из определяемых элементов, и измерение их интенсивности происходит с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра. Интенсивность характеристической флуоресценции определяемых элементов пересчитывают в единицы концентраций по математическим моделям, полученным в результате градуировки спектрометра с помощью программного обеспечения рентгенофлуоресцентного спектрометра.
3.3 При определении химического состава почв методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии рекомендуется использовать наиболее интенсивные спектральные линии — или -серии.
4 Требования безопасности и условия выполнения измерений
4.1 При проведении подготовки проб и определения их химического состава методом РФА не используются вредные вещества 1, 2 и 3-го классов опасности, определенные в ГОСТ 12.1.007.
4.2 Помещения, в которых проводят определение и подготовку проб, должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией в соответствии с ГОСТ 12.1.005 и подводкой воды (для рентгенофлуоресцентного спектрометра волнового типа). Источник питания — сеть переменного тока напряжением (220±22) В и частотой (50±0,5) Гц.
4.3 К выполнению измерений допускаются лица не моложе 18 лет, имеющие образование не ниже среднего специального, прошедшие инструктаж по технике безопасности, владеющие техникой проведения рентгенофлуоресцентной спектрометрии и изучившие инструкции по эксплуатации применяемой аппаратуры.
4.4 Подготовку к работе рентгенофлуоресцентного спектрометра проводят в соответствии с требованиями руководства (инструкцией) по эксплуатации прибора.
4.5 Условия микроклимата в аналитической лаборатории при проведении измерений определяются требованиями к условиям работы оборудования, указанными в паспорте (инструкции по эксплуатации), а также условиями применения мерной посуды, и составляют:
Источник