ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ХИМИЯ ПОЧВЫ 5
1.1. Структура и состав почвенного покрова 5
1.2. ТМ в почвах 7
1.3. Понятие о подвижных формах ТМ 10
1.4. ПДК подвижных форм металлов в почвах Российской Федерации 12
1.5. Методики определения подвижных форм металлов в почве 15
2. АЭС-ИСП В АНАЛИЗЕ ЖИДКИХ ПРОБ 22
2.1. Схема АЭС-ИСП 22
2.2. Помехи в анализе и способы их устранения 27
2.3. Расчет аналитического сигнала и построение градуировочной зависимости 32
3. ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМЫ АЭС-ИСП АНАЛИЗА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ
ФОРМ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ 42
3.1. Отбор и подготовка проб почвы 42
3.2. Изучение влияния концентрации буферного раствора 43
3.3. Разбавление почвенного экстракта как способ уменьшения матричного влияния ... 47
3.4. Минерализация почвенного экстракта как способ уменьшения матричного
влияния 52
3.5. Использование ВС как способ уменьшения матричного влияния 56
3.6. Стабильность разбавленных почвенных экстрактов и минерализатов 61
3.7. Проверка правильности результатов и оценка характеристик схемы анализа 63
4. СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ
ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ПОЧВЫ 72
4.1. Изучение влияния продолжительности контакта почвы с экстрагирующим раствором
на результаты анализа 72
4.2. Изучение влияния интенсивности перемешивания в процессе экстракции
подвижных форм элементов на результаты анализа 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
БЛАГОДАРНОСТИ 87
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 88
ПРИЛОЖЕНИЯ 96
Почва является связующим звеном в экосистеме. Обладая хорошей сорбционной способностью, она удерживает в себе различные токсичные элементы, контролирует их передачу в природные воды, а также в питательную среду растений. Одними из загрязняющих веществ являются тяжелые металлы (ТМ), которые даже в незначительных количествах оказывают негативное воздействие на живые организмы. Наибольшую опасность представляет их подвижная форма. Классические методы определения подвижных форм ТМ в пробах почвы заключаются в извлечении их ацетатно-аммонийным буферным раствором с последующим анализом методами молекулярной спектрофотометрии (ФМ), атомноабсорбционной спектрометрии (ААС) и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИСП).
В настоящее время АЭС-ИСП широко используется в лабораториях благодаря своей высокочувствительности, многоэлементности и экспрессности. Но при анализе возникают спектральные и неспектральные помехи, среди которых наибольший вклад может вносить матричное влияние почвенного экстракта. Вытяжка из почвы содержит большое количество солей и органических соединений, которые присутствовали в почве, ацетатно-аммонийный буфер, поэтому ее состав достаточно сложен. Из широкого перечня нормативных документов (НД), предложенных для определения подвижных форм ТМ, только в одном перечислены способы нивелирования этого влияния. Однако, в нем не регламентирована четкая последовательность действий при проведении пробоподготовки. Кроме того, в разных аттестованных методиках схемы извлечения аналитов характеризуются разным временем контакта и интенсивностью перемешивания почвы с экстрагентом, что может привести к разной степени извлечения аналитов.
Целью данной работы является изучение особенностей определения содержания подвижных форм элементов в почвах методом АЭС-ИСП. Задачи работы:
1) изучить влияние концентрации буферного раствора на регистрируемую интенсивность спектральных линий и получаемые концентрации элементов на модельных растворах;
2) изучить влияние матричного состава вытяжки из почвы на найденные концентрации аналитов;
3) найти способ уменьшения влияния компонентов анализируемого экстракта на получаемые результаты при определении содержания подвижных форм элементов в почве методом АЭС-ИСП и оценить правильность полученных результатов;
4) сравнить результаты анализа почвенных вытяжек, приготовленных по разным схемам извлечения аналитов, регламентированным в НД;
5) оценить влияние интенсивности перемешивания на стадии извлечения подвижных форм элементов на результаты анализа.
По результатам проделанной работы сделаны следующие выводы:
1) Эксперимент на модельных растворах с концентрацией элементов 2 и 0.2 мг/л, имитирующих ацетатно-аммонийную вытяжку без разбавления и с разбавлением в 2, 5, 10, 50 и 100 раз, показал, что концентрация буферного раствора на аналитический сигнал в АЭС- ИСП не влияет, градуировочные растворы можно готовить как на ацетатно-аммонийном буферном растворе, так и на 1% HNO3.
2) Матричное влияние зависит от типа почвы и может быть обусловлено как большим содержанием органических соединений, так и солевым фоном. В первом случае его можно устранить минерализацией или разбавлением вытяжки. Во втором случае минерализация оказывается недостаточно эффективной, устранить влияние можно разбавлением исходного экстракта.
3) Метод гомологических пар при использовании в качестве ВС Sc 361.384 нм не может применяться для устранения матричного влияния на результаты анализа почвы, поскольку для ряда аналитов все еще наблюдается значимое занижение результатов при анализе исходной вытяжки по сравнению с разбавленной вытяжкой.
4) Проверка правильности способом «введено-найдено», используя методику сравнения, сопоставляя данные при различных схемах пробоподготовки, а также с помощью анализа ГСО показала отсутствие матричного влияния на результаты по схеме, включающей стадию разбавления почвенных экстрактов в 5 раз.
5) Экспериментально определенные аналитические характеристики
оптимизированной схемы анализа с разбавлением экстрактов в 5 раз сопоставимы с характеристиками, указанными в НД [67,68]. Предлагаемая схема позволяет одновременно определять содержание подвижных форм широкого набора элементов в почвах, начиная с концентраций на уровне ПДК и ниже.
6) Установлено влияние на получаемые результаты схем извлечения аналитов, которые прописаны в аттестованных методиках для определения подвижных форм элементов в почвах и отличаются друг от друга, в частности, продолжительностью контакта пробы с ацетатно-аммонийным буферным раствором. В среднем при суточном настаивании подвижных форм элементов экстрагируется в 2 - 4 раза больше, чем при часовом перемешивании на шейкере. Степень извлечения сильно зависит как от природы аналита, так и от типа почвы.
7) Результаты эксперимента с изменением частоты встряхивания суспензии почвы и буферного раствора в течение часа показали, что при увеличении числа оборотов с 110 до 150 в минуту наблюдается рост концентрации извлекаемых аналитов примерно на 20 - 30%. Степень извлечения сильно зависит как от природы аналита, так и от типа почвы. Дальнейшее увеличение интенсивности перемешивания не приводит к росту степени извлечения.
