Определение железа фотоколориметрическим методом.

При фотометрическом методе определения железа проводят разрушение органического вещества. С этой целью аликвоту анализируемого раствора 5-10 мл.переносят в фарфоровую чашку, добавляют смесь кислоты с перекисью водорода (30% Н₂О₂ и конц. НNO₃ 1: 1), упаривают на кипящей водяной бане до осветления раствора. Затем содержимое чашечки по стеклянной палочке количественно фильтруют через фильтр с синей лентой в мерную колбу вместимостью 50 мл туда добавляют 5 мл 25% раствора сульфосалициловой кислоты и по каплям концентрированный аммиак до появления устойчивой желтой окраски, добавляют еще 1 мл аммиака, доводят водой до метки, тщательно взбалтывают и через 30 мин измеряют оптическую плотность при длине волны 420-430 нм.

Одновременно готовят шкалу рабочих стандартных растворов с содержанием железа в пределах 0, 01-0, 10 мг в 1мл. с интервалом 0, 02 мг. Добавляют в них те же реагенты, что и в испытуемый раствор. Строят калибровочный график. На графике снимают показания концентрации и рассчитывают по формуле:

                C · 100

% Fe₂O₃ = -----------

                  г · 1000

Где С – концентрация раствора,

г – навеска почвы, соответствующая аликвоте.

Реактивы:

1. 0, 3 М раствор лимоннокислого натрия. 88 г Na₃C₆H₅O₇ · 2 H ₂ O растворяют в 1 литре воды.

2. 1 М раствор бикарбоната натрия 84 г NaHCO ₃ растворяют в 1 л воды.

3. Дитионит натрия ( Na ₂ S ₂ O ₄ )-сухая соль.

 

4. NaCl – насыщенный раствор.

Занятие 2. Определение железа «аморфных» (оксалатнорастворимых) соединений по Тамму (6часов).

Более полную характеристику состояния железа в почвах получают определяя состав его несиликатных соединений. С этой целью в составе несиликатных соединений железа выделяют окристаллизованные и аморфные соединения.

Образование аморфных, наиболее молодых свежеосажденных соединений железа связывают с условиями, в которых может происходить восстановление Fe(III) до Fe(II), его последующее окисление, сопровождающееся образованием Fe(OH)_3. Так называемые окристаллизованные соединения железа формируются при старении аморфных осадков.

Аморфные соединения железа оказывают большое влияние на свойства почв. Они увеличивают уровень рН-зависимых зарядов ППК и фосфорфиксирующую способность почв. Аморфные соединения железа влияют на почвенную структуру.

Следует, однако, отметить, что выделение в составе несиликатных соединений железа окристаллизованных и аморфных условно. Установлено, что при использовании методики, принятой в России, реактивом Тамма извлекаются не только аморфные, но и кристаллические соединения железа. Тем не менее, железо, извлекаемое из почв оксалатным буферным раствором (H₂C₂O₄ · H₂O + (NH₄)₂C₂O₄ · H₂O) с рН 3, 3, называют аморфным. С помощью реактива Тамма из почвы извлекаются наиболее растворимые из определяемых по схеме Зонна минеральные соединения железа. Растворению соединений железа в реактиве Тамма способствует относительно низкое значение рН и образование устойчивых оксалатных комплексов железа.

 

Определение аморфных соединений железа по Тамму

Выполнение определения

Навеску воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с диаметром отверстий 1мм, массой 2 г помещают в колбу емкостью 250 мл, приливают 100 мл раствора Тамма, взбалтывают 1 час и фильтруют через фильтр с белой лентой. Затем фильтр с почвой помещают обратно в ту же колбу, приливают еще 100 мл раствора Тамма, вновь взбалтывают 1 час, после чего фильтруют и трижды промывают почву на фильтре холодной водой. Фильтрат часто бывает мутным, поэтому его целесообразно собирать в другую колбу-приемник и перефильтровывать до получения прозрачного фильтрата. Если необходимо, проводят третью обработку навески почвы раствором Тамма. Прозрачные фильтраты объединяют, перемешивают и выпаривают на водяной бане досуха. Объем фильтрата не должен превышать больше половины объема чашки, для предотвращения потерь осадка при выпаривании.

В сухом остатке разрушают оксалат-ион и перешедшее в фильтрат из почвы органическое вещество. Для этого прокаливают чашки с осадком в муфельной печи 3-5 мин при температуре 400-500⁰. После полного разрушения органического вещества и оксалатов, осадок в чашке обрабатывают 2-3 раза концентрированной соляной кислотой, чтобы перевести входящие в состав осадка соли в хлориды, каждый раз выпаривая содержимое чашек до суха, Затем в чашки приливают 2-3 мл концентрированной соляной кислоты и 20-30 мл горячей дистиллированной воды, чашки выдерживают на водяной бане 5-10 мин, и их содержимое фильтруют через фильтр с белой лентой. Фильтрат собирают в мерные колбы 250 мл. Осадок на фильтре промывают горячим 1% раствором соляной кислоты до потери реакции на железо (реакция с роданидом аммония). Фильтрат из под воронки собирают в пробирку и капают 2-3 капли роданида аммония. Красный цвет – железо не отмыто из осадка на фильтре. Промывание осадка продолжают до тех пор, пока фильтрат из под воронки с роданидом аммония не будет изменять цвет, т.е. останется бесцветным. Затем содержимое мерной колбы доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают и берут из нее аликвоту для определения железа. Железо определяют фотоколориметрическим, или комплексонометрическим методами (см. выше по тексту)

Занятие 3. Определение показателей группового состава соединений железа (3часа).

По результатам определения валового содержания железа, железа несиликатных и железа аморфных соединений расчетным путем находят содержание железа силикатных соединений и окристаллизованных несиликатных соединений. Таким образом, в составе соединений железа выделяют:

1. Железо силикатных соединений ( Fe_c ) оценивают по разности между валовым содержанием железа (Fe _вал) и содержанием железа несиликатных соединений (Fe _нс)

Fe c = Fe вал. – Fe нс.

2. Железо несиликатных соединений ( Fe _нс ) определяют методом Мера – Джексона.

3. Железо окристаллизованных соединений ( Fe _окр.) оценивают по разности между содержанием несиликатного железа (Fe _нс.) и содержанием железа аморфных (Fe _a) соединений.

4. Железо аморфных соединений ( Fe _a ) методом Тамма

При оценке группового состава соединений железа используют не только показатели абсолютного содержания отдельных групп его соединений. Часто большую информацию можно получить по относительным величинам, которые демонстрируют соотношение отдельных групп соединений. С.В. Зонн (1982) отмечает, что относительные величины более показательны и сопоставимы, чем абсолютные содержания.

Многие исследователи отмечают, что показатели содержания как силикатного, так и несиликатного железа в почвах менее информативны, чем показатели, оценивающие соотношение этих групп соединений железа. Так, соотношение железа силикатных и несиликатных соединений используют в качестве самостоятельного показателя степени выветрелости почвенной массы. Чем меньше величины отношения Fe c / Fe нс, тем выше степень выраженности процессов выветривания. По соотношению относительных долей силикатного и несиликатного железа С.В. Зонн (1982) выделяет три группы почв: ферраллитные, феррсиаллитные и сиаллитные.

Для диагностики почв во многих странах мира используют так называемый коэффициент Швертмана. Этот коэффициент представляет собой относительную долю «аморфного» железа от железа несиликатных соединений (Fea/Feнс). Он дает представление о соотношении железа «аморфных» и окристаллизованных соединений или о степени старения и кристаллизации свободных оксидов и гидрооксидов железа. В России коэффициент Швертмана широко используют для оценки степени гидроморфизма почв гумидных ландшафтов (Зайдельман, 1991). Коэффициент растет по мере увеличения степени гидроморфизма почв.

 

Задание на занятие:

1. Рассчитать соотношения силикатных и несиликатных соединений железа по Зонну, используя полученные аналитические данные.

2. Оценить выраженность степени выветривания в исследуемых почвах и отнести их к одной из трех групп почв (ферраллитные, феррсиаллитные и сиаллитные).

3. Рассчитать коэффициент Швертмана и оценить степень гидроморфизма почв.

Тема 2. Показатели и методы определения группового состава соединений алюминия (30часов).

В почвах алюминий присутствует в почвенных растворах в виде разнообразных ионов, в ППК – в виде обменных катионов и в твердых фазах – в составе различных минералов. Алюминий является одним из химических элементов, которому в современных исследованиях уделяется повышенное внимание. С алюминием связывают формирование почвенной кислотности, способность почв к фиксации фосфатов, он токсичен для многих растений. Алюминий обладает достаточно высокой подвижностью, групповой состав его соединений и распределение алюминия в почвенном профиле используют для диагностики почв и почвенных процессов.

Алюминий в почвенных растворах и вытяжках из почв, методы оценки

В почвенных растворах, водных и солевых вытяжках из почв алюминий может присутствовать в виде аквакомплекса Al(H₂O)⁺³, мономерных [Al(OH)⁺², Al(OH)⁺² и т.п.] и полимерных [Al₆(OH)₁₂⁺⁶, Al₁₃(OH)₃₂⁷⁺и т.п.] гидрокомплексов и комплексов с другими неорганическими и органическими лигандами. Эти соединения алюминия обладают разными свойствами и оказывают различное влияние на почвы и растения.

В связи с этим делаются попытки раздельного определения групп соединений алюминия, присутствующих в жидких фазах почвенных систем. Один из приемов разделения соединений алюминия основан на использовании разной скорости замещения лигандов в составе различных комплексных соединений алюминия, в которых реакция завершается быстро, менее чем за 1 мин, в отличие от кинетически инертных, в которых обмен лигандами происходит медленно.

К кинетически лабильным соединениям алюминия относят аквакомплекс Al(H₂O)₆⁺³, мономерные гидрокомплексы алюминия и некоторые другие мономерные комплексы; к кинетически инертным – полимерные гидрокомплексы алюминия и его сложные комплексы с органическими соединениями.

Кинетически лабильные соединения алюминия обладают относительно более сильными кислотными свойствами и они более токсичны для растений, чем кинетически инертные соединения алюминия. Таким образом, сведения о содержании этих двух групп соединений алюминия могут быть полезны при решении многих проблем.

Занятие 1. Определение обменного алюминия по Зонну и Гахамани (6часов).

Разработано большое количество модификаций методов определения обменного алюминия. Они различаются по составу и концентрации солей в растворах, с помощью которых вытесняют обменный алюминий из ППК, по соотношению почвы и раствора, времени их взаимодействия и пр.

Наиболее широко для определения обменного алюминия и в России и за рубежом применяется 1 М раствор КCl. При этом используются разные соотношения почвы и раствора от 1: 2, 5 до 1: 10, разное время их взаимодействия от 1 мин до 24 час.

В России оценку обменной кислотности, в формировании которой участвуют, проводят при отношении почва – 1 М раствор KCl, равном 1: 2, 5, и времени взаимодействия – 1час. В то же время С.В. Зонн и А.П. Травлеев при оценке группового состава соединений алюминия рекомендуют определять обменный алюминий при соотношении почвы и 1 М раствора KCl, равном 1: 50, и 2-часовом взбалтывании суспензии. По мнению авторов, предлагаемый вариант метода отличается полнотой извлечения обменного алюминия, достаточно прост и производителен.

Тем не менее, следует отметить, что количество обменного алюминия, извлекаемого из почв небуферными растворами, в частности 1 М KCl, зависит от рН и несопоставимо для почв с разной кислотностью. Поэтому кроме обменного алюминия проводят определение так называемого экстрагируемого алюминия, который извлекают из почв буферными растворами с фиксированным значением рН. С этой целью используют 1 М раствор ацетата аммония с рН 4, 8.

В 1 М CH₃COONH₄ – вытяжку переходит обменный алюминий, извлекаемый 1 М KCl, и находящиеся в межпакетном пространстве силикатов гидрокомплексы алюминия и частично его соединения с органическим веществом, а также частично алюминий свежеосажденных гидрооксидов. В сильнокислых почва (рН = 4) содержание обменного и экстрагируемого алюминия может находиться на одном уровне в связи с относительно высокой растворимостью соединений алюминия в кислой среде.

Выполнение определения

Навеску воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 мм, массой 2 г помещают в сухую плоскодонную колбу емкостью 250 мл и заливают 100 мл 1 М раствора KCl. Суспензию встряхивают в течении 2 час, а затем фильтруют через фильтр средней плотности (белая лента). В прозрачном фильтрате определяют алюминий комплексонометрическим или фотоколориметрическим методами.

Фотоколориметрическое определение алюминия с использованием алюминона (модификация метода Зона и Травлеева).

В мерную колбу емкостью 50 мл вносят аликвоту в объеме от 1-10 мл, добавляют 2 мл 1, 5% раствора аскорбиновой кислоты для восстановления железа, не мещающего определению. Для установления нужной реакции среды добавляют 2 капли β -динитрофенола в качестве индикатора. Если раствор после добавления индикатора остается бесцветным, то добавляют по каплям 10% раствор аммиака до появления желтой окраски (щелочная среда), а затем обесцвечивают раствор добавлением по каплям 10% соляной кислоты (НCl). Если после добавления индикатора окраска раствора сразу стала желтой, ее обесцвечивают 10% соляной кислотой. Затем в исследуемый раствор добавляют пипеткой 0, 5 мл 1% раствора крахмала (для устойчивости окрашенных соединений в коллоидном состоянии), 2 мл 0, 2% раствора алюминона и 25 мл буферного 0, 2 М раствора ацетата аммония с рН 4, 7, доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают и через 30 мин. фотоколориметрируют при длине волны 520-536 нм. Одновременно готовят шкалу с рабочими стандартными растворами. В серию колбочек добавляют стандартный раствор с концентрацией 5 мкг/мл в объеме: 1; 2; 3; 4; 5; 6; мл добавляют в раствор в колбах экстрагирующий раствор, применявшийся для извлечения алюминия из почвы, затем приливают раствор аскорбиновой кислоты, устанавливают нужную реакцию среды, прибавляют раствор крахмала, раствор алюминона и ацетатно-аммонийный буферный раствор, доводят до метки и фотоколориметрируют.

 

Занятие 2. Определение «экстрагируемого» алюминия (6часов)

Выполнение определения

Навеску воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 мм, массой 1г помещают в сухую плоскодонную колбу вместимостью 250 мл и заливают 50 мл 1 М раствора уксуснокислого аммония с рН 4, 8. Суспензию взбалтывают в течении 2 час, фильтруют и в фильтрате определяют алюминий фотоколориметрическим или комплексонометрическим методами (см. выше по тексту).

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: