Способ определения серы в виде иона сульфата в водной вытяжке из почв и устройство для осуществления способа Российский патент 2019 года по МПК G01N33/24 G01N21/27 

1. Назначение и область применения.

Область применения изобретения относится к химическим методам анализа почв с использованием пламенно-фотометрического анализатора, например, при оценке сульфатного засоления почвы, а так же для определения содержания иона сульфата в почвах сельскохозяйственного использования, тепличных грунтах и при всех видах рекультивации земель.

Изобретение, например, может эффективно использоваться в лабораториях агрохимической службы и в других аналитических лабораториях при измерении концентрации ионов сульфата в почвенных пробах с извлечением их водной вытяжкой.

2. Известны способы определения иона сульфата в водной вытяжке из засоленных почв весовым или турбидиметрическим методом (ГОСТ 26426-85).

В случае использования весового метода ион сульфата в водной вытяжке осаждают хлоридом бария. Полученный осадок фильтруют, промывают, высушивают, прокаливают и взвешивают. По количеству полученного сернокислого бария рассчитывают количество иона сульфата. Метод кропотлив, трудоемок и мало производителен.

В случае использования турбидиметрического метода, в полученную водную вытяжку добавляют раствор хлорида бария с поливиниловым спиртом или глицерином. Всю смесь взбалтывают, и осадок сульфата бария находится во взвешенном состоянии определенное время. Фотометрирование взвеси проводят на фотоколориметре при длине волны 520 нм в кювете с базой 10 мм. Метод прост и достаточно производителен. Однако, он разработан для почвенных вытяжек засоленных почв с высоким содержанием иона сульфата. На обычных почвах определение иона сульфата в водной вытяжке турбидиметрическим методом затруднено из-за малой чувствительности прибора при измерении низкой концентрации иона сульфата. Кроме этого, к недостатку метода можно отнести невозможность определения иона сульфата в почвенных вытяжках, окрашенных гуминовыми соединениями. Помимо этого, для очистки стенок кювет от взвеси сульфата бария необходимо использовать щелочной раствор трилона Б, в который они помещаются на 1 час. Это так же снижает производительность аналитических работ

Предлагаемый способ определения иона сульфата в водной почвенной вытяжке не имеет указанных недостатков.

3. Раскрытие сущности изобретения.

Сущность способа состоит в следующем.

В отобранный объем почвенной вытяжки добавляют точный объем раствора элемента известной концентрации, связывающего ион сульфата в нерастворимое соединение, например, раствор хлорида бария. В результате реакции ионов бария с сульфат ионами почвенной вытяжки образуется нерастворимое соединение сернокислого бария, выпадающего в осадок. Это приводит к уменьшению количества растворимого бария, добавленного в почвенную вытяжку. Уменьшение количества растворимого бария определяют пламенно-фотометрическим методом и рассчитывают количество связанной серы в виде сульфата, сравнивая полученные результаты с данными градуировочных растворов.

Для повышения точности метода пламенно-фотометрические измерения интенсивности эмиссионных линий бария корректируют в зависимости от изменения интенсивности эмиссионных линий самого пламени, например, эмиссионных линий окиси углерода (СО), которая всегда присутствует в пропановом пламени. Влияние кальция и других элементов, которые тоже реагирует с сульфат ионом с образованием слаборастворимых в воде сульфатных соединений, нивелируют добавлением в почвенную вытяжку разведенной соляной кислоты, в которой они легко растворимы. Концентрацию бария измеряют в спектральном диапазоне 780-800 нм. Используют пропан-воздушное пламя горелки.

Последовательность технологических операций для предлагаемого способа следующая. Навеску воздушно сухой почвы помещают в емкость технологической кассеты. Добавляют в емкость определенный объем обезгаженной кипячением дистиллированной воды. Емкости герметично закрывают и взбалтывают для извлечения сульфатов. Полученную суспензию для разделения и получения жидкой фракции центрифугируют или фильтруют через бумажный фильтр. Из полученной жидкой фракции отбирают аликвоту, переносят ее в другую емкость и добавляют известный объем раствора бария требуемой концентрации, обеспечивающий связывание всего количества сульфата в пробе и гарантирующий наличие остатка исходного раствора бария, не связанного с сульфатами.

Жидкую фракцию, полученной взвеси сернокислого бария, отделяют от осадка центрифугированием или фильтрованием, или отстаиванием суспензии. В отличие от известных методов определения иона сульфата (п. 2) концентрацию оставшегося бария в растворе, не связанного с сульфатами, определяют с помощью пламенно-фотометрического устройства, конструкция которого обеспечивает коррекцию измерений интенсивности эмиссионных линий бария в зависимости от изменения интенсивности эмиссионных линий окиси углерода в пламени.

Эмиссионные линии бария в низкотемпературном пламени пропана, или бутана, накладываются на широкие эмиссионные линии окиси углерода (СО), входящего в состав горючих газов (см. фиг. 1-3). От стабильности излучения последних зависит стабильность излучения линий бария. Однако, при практическом использовании устройства возникают изменения интенсивности эмиссионных линий горючего газа, которые трудно регулировать. Это может быть связано с нестабильностью подачи газа и воздуха в горелку, изменением окружающей температуры, или температуры анализируемого раствора и другими причинами, влияющими на стабильность пламени горелки в целом. Изменение интенсивности эмиссионных линий пламени приводит к смещению положения максимума спектральной плотности эмиссионных линий бария, и к изменению их интенсивности в случае, если они определяются от уровня «абсолютного нуля» интенсивности. Поэтому использование стандартных пламенных фотометров с интерференционными фильтрами, которые определяют интенсивность эмиссии на фиксированной частоте от уровня нуля интенсивности, не обеспечивает необходимую точность определения малых изменений концентрации бария в растворе, требуемой для реализации предлагаемого способа.

Суть предлагаемого устройства заключается в том, что конструкция обеспечивает коррекцию измерений интенсивности эмиссионных линий бария в зависимости от изменения интенсивности эмиссионных линий окиси углерода в пламени, что приводит к повышению точности измерений малых изменений концентрации бария в растворе и поэтому повышает точность определения концентрации сульфата в анализируемой пробе. Для этого определяется положение максимума спектральной плотности эмиссионной линии бария в диапазоне ее возможных изменений от 780 нм до 800 нм, и положение максимума спектральной плотности эмиссионной линии окиси углерода (СО) горючего газа в диапазоне ее возможных изменений от 750 нм до 820 нм. Коррекция интенсивности эмиссионной линии бария производится путем вычитания из интенсивности излучения на максимуме его спектральной плотности полусуммы интенсивности излучения окиси углерода (СО) в диапазонах частот 750 нм и 820 нм.

Содержание серы в виде иона сульфата рассчитывают по разнице между исходным количеством добавляемого бария и его остатком в анализируемом растворе.

Предлагаемый способ прост, производительнее весового метода анализа в 10 раз, производительнее нефелометрического метода в два раза, позволяет определять количество ион сульфата в почвенных вытяжках, окрашенных гуминовыми соединениями, и дает возможность определять содержание указанного показателя в широком диапазоне концентраций сульфат иона: от обычного содержания в почве до содержания в почвах сульфатного засоления.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения содержания иона сульфата в почвах сельскохозяйственного назначения. Для этого получают водную вытяжку из почвы, отбирают аликвоту, переносят в другую емкость и добавляют в нее точное количество раствора известной концентрации хлорида бария. Жидкую фракцию отделяют от осадка сернокислого бария центрифугированием, фильтрованием или отстаиванием. Уменьшение концентрации бария в анализируемой пробе, связанного с эквивалентным количеством бария в виде нерастворимого осадка, определяют пламенно-фотометрическим методом в спектральном диапазоне 780-800 нм. Количество иона сульфата рассчитывают по разнице между исходным количеством добавляемого бария и его остатком в анализируемом растворе. Для осуществления способа используют устройство, включающее пламенно-фотометрический блок с газовоздушной системой и клапанами управления потоками газов, пропановую горелку, спектрофотометр и микропроцессор с программным обеспечением для обработки результатов измерений. Группа изобретений обеспечивает точное определение содержания серы в виде иона сульфата в образцах почвы. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения серы в виде иона сульфата в водной вытяжке из почв, включающий получение почвенной вытяжки, отбор аликвоты вытяжки, перенос аликвоты в другую емкость, добавление в эту емкость точного количества раствора известной концентрации хлорида бария, отличающийся тем, что после отделения жидкой фракции от осадка сернокислого бария способом центрифугирования или фильтрования, или отстаивания, уменьшение концентрации бария, добавленного в почвенную вытяжку, определяют пламенно-фотометрическим методом в спектральном диапазоне 780-800 нм, и на основании этого рассчитывают количество иона сульфата, связанного с эквивалентным количеством бария в анализируемой пробе.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее пламенно-фотометрический блок с газовоздушной системой и клапанами управления потоками газов, пропановую горелку для возбуждения оптического излучения бария, спектрофотометр для регистрации оптического излучения эмиссионных линий бария и линий окиси углерода (СО) в пламени газовой горелки, микропроцессор с программным обеспечением для управления узлами устройства и обработкой результатов измерений.