Методы измерений массовой доли углерода органических соединений в почвах, содержащих карбонаты (обзор)

Номер выпуска 3 от 15.03.2024

В мировой практике измерение массовой доли углерода органических соединений (С_орг) в почвах, содержащих карбонаты, выполняют различными способами. Проведен анализ методов, позволяющих решить данную задачу, включая новейшие подходы: термогравиметрия, дифференциальная сканирующая калориметрия, спектроскопия. Показано, что присутствие CaCO₃непрепятствует применению дихроматометрического метода (Тюрин, Уолкли—Блэк) определения C_орг. Недостатки метода сводятся к трудоемкости анализа, необходимости постоянного присутствия оператора, неполному окислению органических соединений и загрязнению окружающей среды. Метод измерения потерь массы почвы при прокаливании (ППП) экономичен и экспресен, однако дает завышенное содержание С_орг, что связано с неадекватностью пересчетного коэффициента 1.724, наличием адсорбированной и химически связанной воды, а также минеральных компонентов, разлагающихся при T = 105–550°С. Наиболее актуальным решением нахождения С_орг в карбонатных почвах является использование анализатора и кальциметра, хотя точность измерений С_орг при наличии карбонатов существенно снижается из-за квадратичного суммирования погрешностей двух методов. Высокая стоимость прибора, обслуживания, поверки и ремонта ограничивает его массовое использование в почвенных лабораториях. Для измерения содержания карбонатов почв возможно применение и гравиметрического (ППП), и волюмометрического (кальциметр) методов. Использование последнего предпочтительно для почв с преобладанием CaCO₃вкарбонатном составе. Предварительное удаление карбонатов из образцов почв трудоемко, а также может приводить к частичной потере С_орг вследствие кислотной экстракции. Высокая стоимость приборов и отсутствие библиотек спектров почв сдерживают развитие vis-NIR и MIR спектроскопии как альтернативы методам “мокрой” химии. Продолжение сравнительных исследований улучшит понимание пространственных закономерностей распределения углерода органических соединений почв.

50 0

Метрологические аспекты исследования гранулометрического состава почв по методике Н.А. Качинского

Номер выпуска 7 от 15.07.2024

На основе значительного объема образцов почв различного генезиса, представленных на территории Республики Коми, выполнено исследование их гранулометрического состава (ГС) в соответствии с прописью методики Качинского (МК). Рассмотрены расчетные, процедурные, случайные и систематические факторы, влияющие на прецизионность и правильность результатов измерений, выполняемых в соответствии с прописью МК. Оценено влияние пробоподготовки (степени измельчения образцов почв) и процедур измерения массовой доли элементарных частиц почвы (ЭЧП) на качество результатов исследования ГС почв. Показана нестабильность измерения массовой доли фракций тонкого песка (0.05–0.25 мм) и крупной пыли (0.01–0.05 мм) при использовании прописи МК. Отмечена зависимость неопределенности результатов измерений, обусловленной случайными факторами, от массовой доли ЭЧП, входящих в состав гранулометрических фракций, – чем меньше массовая доля ЭЧП в составе фракций, тем выше неопределенность результатов измерений. Разработана модификация методики Качинского, позволяющая повысить качество результатов оценки ГС почвы. Она включает: (1) отделение частиц тонкого песка с использованием сита с диаметром ячей 0.05 мм (вместо расчета данной фракции по разности согласно прописи МК); (2) использование аналитических весов первого класса точности для измерения массовой доли частиц пыли и ила; (3) контроль процесса исследования ГС на основе суммирования измеренных значений массовой доли ЭЧП шести фракций и кислоторастворимых соединений (потери от обработки HCl). Норматив оперативного контроля массовой доли суммы ЭЧП после разделения их на фракции – (100 ± 5)%. Проведено метрологическое исследование методики Качинского и ее модификации. Предложенная модификация методики Качинского позволила уменьшить неопределенность результатов измерений массовой доли ЭЧП мелких фракций (ω_n < 10%) и сместить нижний предел измерений до 1%.

41 0

Влияние различных факторов на оценку общей щелочности почв на карбонатных породах

Номер выпуска 9 от 15.09.2024

Динамизм пулов и потоков углерода в ландшафтах требует особого внимания к методам и средствам измерения всех углеродсодержащих компонентов. Важной составной частью бюджета углерода карбонатных геосистем является растворенный неорганический углерод, часть которого выносится поверхностными и латеральными потоками в водные объекты, что актуализирует внимание к оценке общей щелочности (ОЩ) почв, сформированных на карбонатных породах. Анализ образцов почв и почвообразующей породы Полярного Урала с содержанием СаСО₃ от 0 до 100% выявил факторы, влияющие на значение их ОЩ: а) способ подготовки почвы и водной вытяжки (отношение массы почвы и объема дистиллированной воды , качество разделения твердой и жидкой фаз); б) вариант фиксации точки конца титрования вытяжек кислотой; в) присутствие органических кислот с рK_а менее 4.4. Последние снижают содержание гидрокарбонат-иона посредством его перевода в угольную кислоту, не измеряемую титриметрически. Данный механизм подтвержден: а) анализом модельных растворов гидрокарбоната натрия и муравьиной (рK_а = 3.75), винной (рK_а1 = 3.04, рK_а2 = 4.37), яблочной (рK_а1 = 3.46) кислот; б) катионно-анионным балансом водных вытяжек из почв; в) отрицательным смещением результатов титриметрического измерения ОЩ (суммы карбонатной и органической щелочности) относительно количества эквивалентов растворенного неорганического углерода, определенного высокотемпературным каталитическим окислением при одинаковом в обоих методах. Сопоставление результатов измерений ОЩ почв, полученных в разных лабораториях, возможно лишь при строгом соблюдении всех условий, которые можно экспериментально осуществить. Для разделения твердой и жидкой фаз карбонатных почв рекомендовано использование центрифуги, для фиксации точки конца титрования – рН-метр или титратор.

43 0