5561

21

Триэтаноламина, 20% раствор. Концентрировый аммиак, 20% раствор.

Сухая смесь тимолфталексона с хлоридом натрия: 0,6 г тимолфталексона растворяют в ступке с 50 г хлорида натрия.

Комплексона III, 0,05 моль/ дм3 раствор.

Подготовка и регенерация катионитов

Для перевода катионитов в Н+ - форму перед началом работы или при регенерации 500 мл катионита КР вымачивают перед первым применением минимум 12 часов в дистиллированной воде. Затем обрабатывают 500 см3 3,0 моль/ дм3 раствором хлористоводородной кислоты, перемешивая в химическом стакане, дважды в течение 10 минут. И промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции. Вофатит в Н+ - форме хранят под слоем дистиллированной воды в закрытом сосуде. Использованный вофатит собирают в отдельный сосуд, и вновь регенируют перед применением.

Ход определения

1.150 см3 водной вытяжки из почвы (см. стр.17) помещают в коническую колбу, прибавляют примерно 10 г катионита, перемешивают 5-10 минут на магнитной мешалке и проверяют на отсутствие многозарядных катионов. Для этого 10 см3 водной вытяжки смешивают с несколькими каплями аммиачного буферного раствора (рН = 9) и сухой смесью эриохромчерного Т с хлоридом натрия. При отсутствии многозарядных катионов раствор окрашен в чисто-синий цвет, при наличии – в красный.

2.Из обработанной таким образом водной вытяжки отбирают 100 см3 пробы и переносят в другую коническую колбу. Пипеткой добавляют 5 см3 раствора хлорида бария, смесь кипятят в течение 5 минут.

3.После охлаждения в раствор добавляют 10 см3 раствора триэтаноламина, 30 см3 концентрированного аммиака и тимолфталексон на кончике шпателя, перемешивают. Пробу медленно титруют раствором комплексона III до изменения окраски индикатора от синей до бесцветной или слабо-светло-серой. Выполняют минимум три параллельных опыта. Проводят холостой опыт: 100 см3 дистиллированной воды, освобожденной от углекислого газа, вместо вытяжки из почвы, и все реактивы.

Концентрацию сульфатов в мг/кг вычисляют по формуле:

Vкомпл – объём комплексона III, пошедший на титрование, см3. Нкомпл – эквивалентная концентрация комплексона III, экв/дм3.

Va – объём водной вытяжки, взятый на титрование, см3. Vв.в. – общий объём водной вытяжки, см3

mпочвы – навеска почвы, г.

48 – эквивалентная масса сульфат-ионов, г/экв.

22

Согласно цели работы самостоятельно написать вывод о проделанной работе.

Лабораторная работа № 3 ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НИТРАТОВ В

ПОЧВЕ Цель работы: определить концентрацию нитратов в предложенных

образцах почвы потенциометрически с помощью нитрат – селективного электрода.

Сущность метода. Для измерения активности нитрат-ионов в водной вытяжки из почвы используют в качестве индикаторного электрода мембранный нитратселективный электрод марки ЭМ – NO3- -01 в паре с хлоридсеребряным электродом и регистрирующей разность потенциалов прибор иономер или специальный нитратомер.

Анализируемый раствор не должен образовывать пленок и осадков на мембране электрода. Определение нитратов мешают значительные количества иодидов и бромидов.

Расчет концентрации нитратов выполняют методом градуировочного графика.

Приборы и посуда.

Иономер или нитратомер.

Нитратселективный электрод, подготовленный к работе. Хлоридсеребряный электрод сравнения.

Магнитная мешалка.

Мерные колбы на 250, 100 см3. Пипетки мерные на 10, 25, 50 см3. Стаканы вместимостью 100 см3.

Стандартный раствор нитрата калия 0,1моль/ дм3.

Выполнение анализа.

1.Приготовление стандартных (градуировочных) растворов:

1.1.10-2 М раствор KNO3: пипеткой отобрать 25 см3 10-1 М раствора KNO3 в мерную колбу на 250 см3 и довести до метки дистиллированной водой, перемешать.

1.2.10-3 М раствор KNO3: пипеткой отобрать 25 см3 10-2 М раствора KNO3 в мерную колбу на 250 см3 и довести до метки дистиллированной водой, перемешать.

1.3.10-4 М раствор KNO3: пипеткой отобрать 25 см3 10-3 М раствора KNO3 в мерную колбу на 250 см3 и довести до метки дистиллированной водой, перемешать.

1.4.10-5 М раствор KNO3: пипеткой отобрать 25 см3 10-4 М раствора KNO3 в мерную колбу на 250 см3 и довести до метки дистиллированной водой, перемешать.

2.Построение градуировочного графика.

23

2.1.50 см3 каждого стандартного (градуировочного) раствора, начиная с раствора наименьшей концентрации (10-5М), переносят в стакан емкостью 100 см3, погружают электроды.

2.2.Перед погружением электродов в первый градуировочный раствор их промывают три раза дистиллированной водой при интенсивном перемешивании на магнитной мешалке в течение 5 минут.

2.3.Электрод дважды промывают градуировочным раствором концентрацией 10-5 моль/л. Затем измеряют потенциал ячейки.

2.4.При переходе к раствору большей концентрации электроды промывают этим раствором при перемешивании в течение 5 минут. Затем измеряют потенциал ячейки.

2.5.Так как из вспомогательного электрода в анализируемый раствор попадает определенное количество насыщенного раствора хлорида калия, изменяется ионная сила раствора. Это может увеличить погрешность в измерении концентрации растворов. Поэтому необходимо избегать длительного времени установления потенциала электрода в анализируемом растворе. Максимальное время установления потенциала электрода не должно превышать двух минут. По этой же причине объём анализируемой пробы не должен быть меньше 50 см3.

2.6.Результаты измерений записывают в таблицу.

Таблица 2. Результаты определения ЭДС нитрат – селективного электрода в

стандартных растворах

отклонение точек от прямой линии, характеризующей электродную функцию, не должно превышать 6 мВ.

3. Анализ водной вытяжки из почвы.

Отбирают мерной пипеткой 50 см3 водной вытяжки (см. стр. 17), переносят в стакан на 100 см3, погружают электроды, предварительно промытые дистиллированной водой (см. пункт 2), включают магнитную мешалку на 2-3 минуты. Раствор выливают. Промывание электродов раствором водной вытяжки из почвы повторяют 2 раза. И лишь в третьей порции исследуемого раствора измеряют ЭДС (Е).

4. Обработка результатов.

По градуировочному графику Е= f (рNO3), находят рNO3, соответствующий ЭДС исследуемого раствора.

Концентрацию нитратов в водной вытяжке из почвы рассчитывают по формуле:

С – концентрация нитратов, определенная по градуировочному графику, моль/л.

М(NO3-) – молярная масса нитрата (62 г/моль).

Vв.в. –объём водной вытяжки, взятой на анализ, см3.

mпочвы – навеска почвы, г.

Согласно цели работы самостоятельно написать вывод о проделанной работе.

Лабораторная работа № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ АММОНИЙНОГО АЗОТА В ПОЧВЕ

Цель работы: фотометрически определить содержание аммонийного азота в водной вытяжке из почвы по реакции с реактивом Несслера в щелочной среде.

Сущность метода. Метод основан на способности аммиака и ионов аммония образовывать в щелочной среде с реактивом Несслера (K2[HgI4]) окрашенное в желто-оранжевый цвет йодид меркураммония. При низких концентрациях аммонийного азота ( 3 мг/л) образуется коллоидный раствор, поглощающий свет в интервале длин волн 400-425 нм.

Предел обнаружения 0,05 мг NH4+/ дм3. Диапазон измеряемых концентраций ионов аммония в пробе 0,005 –0,150 мг. Проведению анализа мешают амины, хлорамины, ацетон, альдегиды, спирты, которые удаляют отгонкой. Мешающее влияние ионов кальция, магния устраняют введением тартрата калия-натрия (сегнетовой соли). Большие количества железа, сульфидов, мутность удаляют осветлением пробы. Для этого в неё вводят или гидроксид алюминия, или сульфат цинка, доводя рН смеси до

10,5.

Приборы и реактивы.

Фотометр.

Колбы мерные на 50, 100 см3.

Пипетки градуированные на 1, 5, 10 см3. Пипетки мерные на 10, 20 см3.

Пробирки стеклянные диаметром 13-14 мм.

Кюветы стеклянные с расстоянием между рабочими гранями 5 см. Стандартный раствор соли аммония: основной раствор с

концентрацией 0,1 мг NH4+/ см3. Реактив Несслера.

Тартрат калия – натрия, 50%-ный раствор. Безаммиачная вода.

Выполнение анализа.

1.Качественное определение с приближенной количественной оценкой.

25

В пробирку диаметром 13-14 мм наливают 10 см3 исследуемой водной вытяжки, прибавляют 0,2 –0,3 см3 тартрата калия –натрия и 0,2 см3 реактива Несслера. Перемешивают. Через 10-15 минут проводят приближенное определение содержание ионов NH4+ по таблице 3.

2. Количественное определение. Фотометрическое определение содержания ионов аммония в исследуемой пробе возможно двумя способами: по методу градуировочного графика и по методу сравнения. По методу сравнения концентрацию ионов аммония в исследуемой водной вытяжке из почвы рассчитывают по результатам измерений оптической плотности исследуемого раствора и стандартного рабочего раствора.

2.1.Объём исследуемой водной вытяжки из почвы выбирают таким образом (учитывая данные таблицы 2), чтобы содержание NH4+ в пробе лежало в интервале от 0,01 до 0,05 мг. Приготовление водной вытяжки см. на стр. 17.

2.2.В мерную колбу на 50 см3 помещают выбранный (как описано выше) объём исследуемой водной вытяжки, доводят до метки дистиллированной безаммиачной водой. Добавляют 1 см3 50 % -ного раствора тартрата калия-натрия, 1 см3 реактива Несслера, перемешивают.

Через 10 минут измеряют оптическую плотность раствора при = 425 нм в кювете с толщиной слоя 5 см относительно раствора сравнения: безаммиачная вода, 1 см3 50%-ного раствора тартрата калия – натрия, 1 см3 реактива Несслера.

2.3.Приготовление рабочего стандартного раствора: 5 см3 основного стандартного раствора переносят в мерную колбу на 100 см3 и доводят до

метки безаммиачной дистиллированной водой. Содержание ионов NH4+ в рабочем стандартном растворе 0,005 мг/ см3.

2.4.В мерную колбу на 50 см3 помещают 5 см3 рабочего стандартного раствора (5·0,005 = 0,025 мг NH4+), доводят до метки безаммиачной дистиллированной водой, далее добавляют все необходимые реактивы и измеряют оптическую плотность как описано в

2.2.

3.Обработка результатов.

26

Содержание ионов NH4+ во взятом на анализ объёме исследуемой пробы рассчитывают по формуле:

mx = Ax· mст / Aст, где

Ах – оптическая плотность исследуемого раствора; Аст – оптическая плотность стандартного раствора;

mст – содержание ионов NH4+ в стандартном растворе, мг;

mх – содержание ионов NH4+ во взятом на анализ объёме исследуемой пробы, мг

Концентрацию ионов NH4+,мг/кг рассчитывают по формуле:

mх – содержание ионов NH4+ во взятом на анализ объёме водной вытяжки, мг.

Vа – объём анализируемой водной вытяжки из почвы, см3. Vв.в. – общий объём водной вытяжки, см3.

mпочвы – навеска почвы, г.

Согласно цели работы самостоятельно написать вывод о проделанной работе.

Лабораторная работа №5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДВИЖНЫХ ФОСФАТОВ В ПОЧВЕ

Цель работы: фотометрически определить содержание фосфатов в водной вытяжке из почвы с реактивом молибдатом аммония.

Сущность метода. Определение основано на образовании молибдофосфатного комплекса при взаимодействии фосфатов с молибдатом аммония с последующим восстановлением до фосфорномолибденовой сини. Нижний предел обнаружения 0,5 мкг/ см3 раствора, точность измерения 25%, измеряемые концентрации 25-500 мг/кг почвы. Мешают определению растворимые соединения мышьяка и железа. Их влияние устраняется в процессе обработки пробы.

Приборы и реактивы.

Фотоколориметр.

Кюветы стеклянные с расстоянием между рабочими гранями 30 мм. Посуда лабораторная, мерная, ГОСТ 20294-74, 1770-74.

Баня водяная Плитка электрическая. Набор сит Кноппа

Воронки стеклянные, ГОСТ 8613-75. Фильтры, ГОСТ 12026-66.

Сульфат меди, 4,0% раствор. Хлороводородная кислота, 37% раствор. Серная кислота, 10 Н.

Молибдат аммония, 0,12 Н раствор в 10 Н растворе серной кислоты.

27

Хлорид олова, 0,24% свежеприготовленный раствор. Уксусная кислота, 0,5 Н раствор.

Фосфат калия, основной стандартный раствор; 0,1 мг/ см3 Р2О5. Фосфат калия, рабочий стандартный раствор; 10 мкг/ см3 Р2О5,

готовят перед анализом разведением основного стандартного раствора дистиллированной водой.

Приготовление растворов.

1.0,12 Н раствор молибдат аммония в растворе 10 Н серной кислоты. Помещают 25 грамм перекристаллизованного молибдата аммония в колбу вместимостью 1 дм3 и растворяют в 200 см3 воды, нагретой до 600С. Раствор фильтруют, охлаждают. Затем к раствору малыми порциями добавляют 10 Н серную кислоту, объём доводят кислотой до 1 дм3. После охлаждения раствор помещают в склянку из темного стекла.

2.0,24% раствор хлорида олова. Растворяют 0,25 грамм хлорида олова при нагревании на водяной бане в 24 см3 37%-ном растворе хлороводородной кислоты в мерной колбе вместимостью 100 см3, доводят до метки водой. Раствор готовят перед анализом.

3.Исходный стандартный раствор, содержащий 0,1 мг/ см3 Р2О5. Высушивают 2-3 грамма фосфата калия до постоянной массы. Навеску 0,1917 грамм помещают в мерную колбу вместимостью 1 дм3, растворяют

вводе и доводят объём до метки.

4.Рабочий стандартный раствор, содержащий 10 мкг/см3 Р2О5, готовят перед анализом разведением основного стандартного раствора дистиллированной водой.

Выполнение анализа.

1.Построение градуировочного графика.

В мерные колбы вместимостью 100 см3 вносят по 50 см3

дистиллированной воды; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0;9,0; 10 см3

рабочего стандартного раствора фосфата калия, что соответствует 0,0;

10,0; 20,0; 30,0; 40,0; 50,0; 60,0; 70,0; 80,0; 90,0; 100 мкг Р2О5. В каждую колбу добавляют по 4 см3 раствора молибдата аммония и по 0,3 см3 раствора хлорида олова. Объём растворов доводят до метки дистиллированной водой. Перемешивают и через 7 минут измеряют оптическую плотность окрашенных растворов по отношению к

контрольному раствору при = 700 нм. По полученным данным из пяти определений для каждого стандарта строят график зависимости светопоглощения от содержания фосфатов.

2.Количественное определение.

Пробу почвы высушивают до воздушно-сухого состояния и просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм. 4 г пробы помещают в колбу вместимостью 1 дм3, приливают 800 см3 0,5 Н раствора уксусной кислоты. Взбалтывают на ротаторе 2 часа, затем фильтруют через двойной бумажный фильтр. Первые порции фильтрата отбрасывают, остальную часть используют для анализа. Если фильтрат мутный, его вновь фильтруют до прозрачного состояния. Часть фильтрата от 5 до 20 см3

28

переносят в колбу вместимостью 100 см3 с 50 см3 дистиллированной воды, прибавляют 4 см3 молибдата аммония в 10 Н серной кислоте, 6 капель (0,3 см3) раствора хлорида олова, перемешивают и доводят объём до метки водой. Через 7 минут измеряют оптическую плотность раствора при =

700 нм.

3.Обработка результатов.

Содержание фосфатов в водной вытяжке в мг находят по градуировочному графику.

Концентрацию фосфатов в почве вычисляют по формуле:

С – содержание фосфатов в водной вытяжке в мг.

Vа – объём анализируемой водной вытяжки из почвы, см3. Vв.в. – общий объём водной вытяжки, см3.

mпочвы – навеска почвы, г.

Согласно цели работы самостоятельно написать вывод о проделанной работе.

29

Вопросы и задания

1.Какие химические элементы относятся к биогенам?

2.Приведите примеры природных процессов, в результате которых образуются биогены.

3.Как протекает круговорот азота (N2) и фосфора (Р) в природе? 4.Приведите примеры природных процессов, которые «обедняют» почву. 5.Обоснуйте необходимость внесения удобрений в почву.

6.Приведите классификацию удобрений.

7.Каковы положительные и отрицательные стороны использования минеральных удобрений?

8.Какие удобрения называют комплексными?

9.Сколько см3 25% водного раствора аммиака (с плотностью равной 0,907 г/ см3) необходимо взять, чтобы приготовить 15 дм3 2,0% водного раствора аммиака (с плотностью равной 0,990 г/ см3)?

10.Сколько граммов двойного суперфосфата, не содержащего гипс, необходимо растворить в 25 дм3 воды, чтобы приготовить его 3,0% водный раствор?

11.Какие процессы протекают при внесении минеральных удобрений во влажную почву: KNO3, (NH4)2SO4, Ca(H2PO4)2, CaCO3? Написать уравнения реакций. Как эти процессы изменяют рН почвы (увеличивают, уменьшают, не повлияют)?

12.Каковы задачи химического анализа?

13.Сформулируйте принципы качественного и количественного анализов.

14.Охарактеризуйте основные этапы количественного анализа.

15.Приведите классификацию методов количественного анализа.

16.В чем состоит первоначальная обработка почвы?

17.Приведите основные операции при подготовке водной вытяжки из почвы.

30

Литература

1.Дмитриев, М. Т. Санитарно – химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде [Текст] / М. Т. Дмитриев, Н. И. Казнина, И. А. Пинигина. – М. : Химия, 1989. – 367 с.

2.Золотов, Ю. А. Основы аналитической химии [Текст] : учеб. для вузов в

2кн. / Ю. А. Золотов, Е. Н. Дорохова, В. И. Фадеева и др. – М. : Высшая школа, 2002.

Кн. 1 : Общие вопросы. Методы разделения. – 351 с. Кн. 2 : Методы химического анализа. – 494 с.

3.Небел, Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир? [Текст] / Б.

Небел. - М. : Мир, 1993. - т. 1. – 424 с.

4.Федорова, А. И. Практикум по экологии и охране окружающей среде [Текст] / А. И. Федорова, А. Н. Никольская. - М. : Владос, 2001. – 285 с.

5.Челышева, С. Ф. Методы химического анализа загрязнений природной среды [Текст] : учеб. пособие для вузов / С. Ф. Челышева. – Н. Н. :

ННГАСУ, 1999. – 112 с.