Применение атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и окситермометрии в исследовании химического состава торфа
Министерство
науки и образования Российской Федерации
Российский
химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
Факультет
естественных наук
Курсовая
работа
Применение
атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и окситермометрии
в исследовании химического состава торфа
Выполнил
Козлова В.А.
Москва 2016
Содержание
Введение
Глава 1. Литературный обзор
.1 Растительность болот и
классификация торфа
.2 История заказника Журавлиная
Родина
.3 Метод анализа веществ и
материалов АЭС-ИСП
.4 Метод определения органических
веществ окситермография
Глава 2. Экспериментальная часть
.1 Реагенты, вспомогательное
оборудование и методики
.2 Методика определения влажности и
зольности торфа
.3 Методика определения элементного
состава торфа
.4 Методика определения
органического углерода мха и торфа
Выводы
Список литературы
Введение
Актуальность темы. По
данным Х Международного конгресса по торфу, состоявшегося в 1996 г., торфяные
болота покрывают 4 млн км2 всей поверхности суши. Из них 14% или
570000 км2 находятся на территории России [1, 2].
Торф представляет собой смесь
продуктов неполного превращения остатков наземных и болотных растений, видимых
невооруженным глазом, с продуктами более глубокого превращения исходных
растений, имеющих вид однородной аморфной массы [3]. Разрушение органического
вещества растений характеризуется степенью разложения, т. е. отношением
количества бесструктурной части к общему количеству торфа. Она является
важнейшим показателем качественной характеристики торфа и колеблется в пределах
5-70% [4]. Долгое время торф рассматривали лишь как
материал для промышленных и сельскохозяйственных нужд. Поэтому методы анализа
химического состава торфа были направлены на определение его тепловых и
топливных характеристик, а также на определение только некоторых биогенных
элементов - азот, калий, фосфор. Все это проводилось химическими методами
мокрого анализа, которые отличаются длительностью, большим расходом кислот и
других реактивов, взрыво- и пожароопасностью.
В данной работе болотная экосистема и одна из
основных ее составляющих - торф рассмотрен как экологический объект, требующий
нового подхода к пробоподготовке и анализу химического состава. Рассмотрены
новые методы исследования химического состава торфа.
Цель данной работы - на примере торфа
познакомиться с методами и методиками анализа природных объектов: отборы проб,
приготовление образца, приготовление лабораторной пробы, знакомство со
специализированной литературой. Освоить методологию ИСП-АЭС и окситермометрии.
Для выполнения цели работы необходимо:
. Освоить и опробовать способы пробоподготовки
торфа: гравиметрическое определение влажности, зольности; кислотное разложение;
органическая вытяжка;
. Провести элементный анализ на ИСП-АЭС;
. Определить содержание органического вещества в
торфе;
. Изучить специфическую литературу, участие в
конференциях и семинарах.
Глава 1. Литературный обзор
.1 Растительность болот и классификация торфа
Тюремновым С.Н. [5] разработана генетическая
классификация торфов, которая связывает виды торфа с видами растений
(комплексами растительных ассоциаций), органическое вещество которых образовало
данный торф. В классификации торфа и торфяных залежей отражена роль
ландшафта, химической и генетической специфики
формирования торфа и торфяных залежей. В принятой классификации выделено 40
видов торфа, разделенных на три типа: низинный, переходный, верховой. В каждом
типе выделено три подтипа: лесной, лесотопяной и моховой, которые делятся на
группы, а последние - на виды. Ботанический вид торфообразователей имеет свой
характерный, присущий данному виду химический состав, который в свою очередь
обусловливается уровнем интенсивности микробиологического распада [4].
Растения-торфообразователи имеют в своем
составе: протеин (1-30%), жиры, воска, масла (1-30%), целлюлозу и
инкрустирующие вещества (10-50%), лигнин (10-30%). Элементный состав
растений-торфообразователей колеблется менее существенно и состоит из углерода
(50-53%), водорода (5.5-6.5%) и азота (0.8-1.9%).
Торф состоит из тех же групп веществ, что и
растения-торфообразователи, но к ним добавляется новый класс соединений -
гуминовые вещества.
Процесс накопления последних в торфе является
наиболее характерным для торфообразования, а переход растений в торф называют
гумификацией.
Исходные компоненты растений -
торфообразователей претерпевают тем большие изменения, чем выше геологический и
химический возраст торфа, хотя эти понятия и не идентичны. Группа соединений,
извлекаемых органическими растворителями, получила термин “битумы торфа”. Они
состоят из восков, парафинов, смол и содержат парафиновые, терпеновые и
ароматические углеводороды, а также такие кислородсодержащие соединения, как
спирты, кислоты, эфиры. Их количество колеблется в пределах от 1.2 до 17.7%.
Углеводный комплекс торфа содержит водорастворимые и легкогидролизуемые
вещества в количестве от 6.9 до 63%. В них входят различные классы органических
соединений (пентозы, уроновые кислоты, гексозы). Целлюлоза торфа относится к
трудногидролизуемым веществам, ее содержание изменяется от 0.2 до 20%.
Негидролизуемые вещества торфа состоят из
сложной смеси веществ: лигнина растений-торфообразователей и веществ
кутино-субериновой группы. Количество негидролизуемого остатка может доходить
до 26%.
Гуминовые вещества представляют собой смесь
высокополимеров с разным молекулярным весом. Макромолекулы гуминовых веществ
включают упорядоченные конденсированные ядра и неупорядоченную периферийную
часть. При ядре и боковых участках макромолекул гуминовых веществ находятся
способные к диссоциации кислотные и основные группы, придающие этим соединениям
свойства полиэлектролитов (рис.1-3). Гуминовые соединения имеют аморфную
структуру, ассоциаты макромолекул которых образуются в результате
непосредственного взаимодействия функциональных групп, а также через молекулы
воды и многовалентные ионы. На долю гуминовых веществ приходится до 70%
органической части торфа.
Таким образом, торф по химическому составу
занимает промежуточное положение между растительным сырьем и твердыми горючими
ископаемыми, и чем меньше его степень разложения, тем он ближе по свойствам к
растениям-торфообразователям.
Рис. 1. Блок-схема гуминовой
кислоты по Мистерски и Логинову.
Рис. 2. Строение гуминовой кислоты по С.С.
Драгунову.
Рис. 3. Строение гуминовой кислоты по Д.С.
Орлову.
болото торф окситермография
органический
Рассмотренные выше представления о свойствах
торфа положены в основу технологии его переработки.
Раковский В.Е. [6] отмечает, что логическим
развитием лесохимии явилось создание торфохимической промышленности, которая
впитала в себя опыт и приемы своей предшественницы. С одной стороны - это
получение после предварительной переработки торфа и использование твердых,
жидких и газообразных продуктов. С другой - это мягкое извлечение из
органической части торфа групп веществ в наименее измененном виде, путем
обработки его органическими растворителями, щелочами, кислотами и другими
реагентами.
Наиболее простым, радикальным и широко
распространенным приемом переработки торфа является термолиз. Нагревание торфа
выше 140 °С приводит к изменению его состава, причем эти изменения тем глубже,
чем выше конечная температура нагревания. В результате такой обработки образуется
большое число различных новых соединений. Следует отметить, что термическая
переработка торфа значительно поднимает его ценность как химического сырья. В
последнее время появился ряд новых способов переработки торфа:
механохимическая, электроимпульсная, радиационная.
Ко второму направлению получения химических
продуктов на основе торфа относятся гидролиз, экстракция и химическая
модификация [6].
В гидролизатах торфа обнаружен широкий спектр
аминокислот, карбоновых, уроновых кислот, гуминовых веществ и других
соединений, способных активизировать или ингибировать разнообразные
биологические процессы. Конечными продуктами являются кормовая меласса,
белковые кормовые дрожжи, осахаренный торф [7]. В промышленных масштабах
осуществлен процесс получения битумов путем экстракции торфа бензином
(нефрасом). Получаемые при этом торфяной воск и смола служат базой для
производства десятков новых препаратов, нашедших применение в разных областях -
от модельных составов для точного литья до медицинских препаратов [8, 9].
Большой класс материалов может быть получен на
основе гуминового комплекса. Это стимуляторы роста растений, красители,
ингибитор коррозии, поглотитель радионуклидов [9]. Значительный интерес
представляют процессы химической модификации торфа. Эта область очень мало
исследована и прообразом могут служить процессы химической переработки
древесины. Особый интерес в данном направлении представляют ботанически чистые
виды торфа, т. е. сложенные на 85-95% из какого-либо одного вида
растения-торфообразователя. Естественные ресурсы торфа требуют комплексного
подхода при организации торфяных производств. Использование торфа торфяных
месторождений не должно быть однообразным, а должно определяться условиями
залегания месторождения, его природными особенностями, составом и свойствами
сырья. Поэтому использование органической части торфа эффективно в комплексных
схемах переработки. Например, остаток после извлечения битумов можно
использовать для получения гуматов, активных углей, а остаток после гидролиза -
для производства биологически активных препаратов или комплексных
органо-минеральных удобрений [8].
Таким образом, огромные запасы растительного
сырья, накопленные за многие тысячелетия в торфяных месторождениях, возможность
получения на его основе целой гаммы продуктов свидетельствуют о чрезвычайной
актуальности проблемы его рационального использования.
.2 История заказника Журавлиная Родина
В прошлом Калязинский уезд, к которому
относилась Журавлиная родина, считался одним из самых болотистых в Тверской губернии.
Болота и сейчас занимают здесь около 90 кв.км. Они протянулись от посёлка
Кубринск почти до города Талдома. В начале прошлого века болот здесь было ещё
больше. Тремя самыми обширными были Яхромские болота, Дубненский болотный
массив и Ольховско-Батьковское болото.
Яхромские болота когда-то располагались в долине
реки Яхромы, совсем рядом с городом Дмитровом. Тот край болота, к которому
подступал город, был осушен еще в конце XVIII века. Здесь же в 50-х годах XIX
столетия (впервые в северном Подмосковье) торф, добытый из болота, использовали
как топливо - для промышленных предприятий Дмитрова и Вербилок. В тридцатые
годы прошлого столетия Яхромские болота были целиком осушены, и здесь началась
массовая добыча торфа; а после войны бывшее болото стало огромным овощным
полем. В наше время о Яхромских болотах напоминают только зарастающие и
заболачивающиеся карьеры старых торфоразработок вдоль речки Мельчевки.
Дубненский болотный массив находится в долине
реки Дубны, в Талдомском и Сергиево-Посадском районах. Осушение болот вдоль
Дубны началось в 20-х годах прошлого века, но центральная их часть оставалась
нетронутой очень долго. Лишь вначале шестидесятых годов здесь начали добывать
торф. В наши дни в западной части болот расчищен большой участок торфяных полей.
Здесь выращивают овощи, косят сено, местами еще добывают торф. Тем не менее,
большинство Дубненских болот сохранилось до наших дней в почти первозданном
виде. Это стало возможным благодаря тому, что площадь торфоразработок была
ограничена при создании заказника Журавлиная родина в 1979 г.
Ольховско-Батьковское болото (рис. 4) находится
на восточном склоне Яхромско-Дубненской низины. Оно некогда состояло из двух
частей. На севере и теперь находится болото Батьковское, практически не
затронутое осушением (там создан заказник “Озёра Большое и Малое Туголянские и
прилегающий болотный массив”). Южная часть была занята Ольховскими болотами. В
1936 году этот массив был осушен. Сейчас добыча торфа здесь давно завершена,
бывшие торфяные поля зарастают лесом, а часть торфоразработок залита водами
реки Сулати и постепенно заболачивается.
Рис.4. Болото Батьковское.
Болота Журавлиной родины живут и развиваются
около 10 тысяч лет. За это время в них накопился толстый, до 4-5 метров, слой
торфа - не до конца перегнивших остатков болотных растений и животных.
В Журавлиной родине низинные болота тянутся
широкой полосой в поймах рек Дубны и Сулати. Эти болота бывают очень топкими и
трудно проходимыми для человека. Дубна и Сулать разливались среди болот
озёрами, делились на множество протоков. Их расположение часто менялось: над
протоками смыкались корни растений, образуя сплавины - плавучие болотные ковры.
Во время весенних разливов целые острова сплавин, поросших ольховым лесом, отрывались
водой и уплывали ниже по течению. На их месте оставались новые протоки и озёра.
Теперь, когда русла рек искусственно углублены, сохранившиеся черноольховые
болота стали гораздо суше, и некоторые из них уже мало напоминают болотные
леса: в них сохнут деревья, вместо болотной растительности буйно растёт
крапива, сухой торф легко загорается от непотушенных костров. Тем не менее, в
Журавлиной родине ещё сохранились непроходимые низинные болота.
Несмотря на куполообразную форму многих верховых
болот, вода с них не стекает. Её удерживает толстый слой мха - сфагнума и
торфа, образовавшегося из него же. Сфагнум покрывает верховое болото почти
сплошным ковром. Потому оно ведёт себя как живая губка: впитывает и надолго
удерживает всю воду, которая ему достаётся с дождём и снегом. Вода постепенно
стекает с болота в реки, но очень медленно и равномерно.
Сфагнум не только удерживает болотную воду. Он
выделяет в неё кислоты, а кислая вода непригодна для большинства других
растений. Поэтому растения чувствуют себя на верховом болоте почти как в
пустыне: они должны беречь чистую воду, которая попадает к ним с дождями. Мирт,
шикша, клюква и другие болотные растения стараются испарять поменьше воды: их
листья плотные, жёсткие. Нижняя сторона листьев багульника, где находятся
устьица, покрыта рыжим войлоком, а у подбела - белым восковым налётом: тоже для
того, чтобы не испарять лишнюю воду.
В Журавлиной родине есть три больших верховых
болота. Батьковское болото - самое крупное и меньше всего затронуто осушением;
Костолыгинское и Куниловское болота граничат с торфоразработками и поэтому их
окраины находятся в худшем состоянии.
По остаткам растений, сохранившихся в толще
торфяников, можно определить, что росло на болоте в прошлом. Сравнив остатки
растений в нижних слоях торфа с тем, что растёт на поверхности, учёные
определили, что многие верховые болота когда-то были низинными. В Журавлиной
родине на месте ледниковых озёр тоже возникли сначала низинные болота.
Отношение людей к болотам не раз менялось.
Издревле они были местностью, непригодной для жилья, но полезной в других
отношениях. До начала прошлого века люди брали с болот лишь дичь, ягоды и сено
- и то не постоянно, и лишь в определенные сезоны. Затем люди перестали ценить
болота сами по себе и стали видеть в них будущие сельскохозяйственные угодья
или источник топлива и удобрения. В течение последних ста лет к естественным
процессам изменения болот добавилось воздействие человека.
Болота питают многие реки. Каждое болото, как
губка, впитывает дожди и талые воды и потом медленно отдаёт их рекам и ручьям.
При этом болота очищают дождевую воду, если она загрязнена пылью и вредными
веществами. Торф впитывает примеси, подобно активированному углю, и вода,
вытекающая из болота, становится чистой. Болота активно поглощают атмосферный
углекислый газ и “хоронят” его в толще торфа. Болота хранят и свою историю, и
историю климата и растительности Журавлиной родины. По остаткам растений, их
пыльце, которые находят в торфе, ботаники определяют, что росло на болоте и на
окружающих территориях, и в какое время. В этой давно обжитой местности болота
остались единственными нетронутыми природными островками. Для диких животных -
это последние безопасные убежища, а для людей - своеобразные музеи, где можно
увидеть, какой была природа сотни лет назад.
Сейчас почти все болота Журавлиной родины входят
в состав государственных природных заказников, где прекращено осушение и добыча
торфа. А осушенные выработанные торфяники обводняют и заболачивают [9].
.3 Метод ИСП - АЭС
ИСП-АЭС - в настоящее время наиболее
распространенный метод количественного и качественного определения элементного
состава исследуемых объектов. Метод основан на следующем механизме:
анализируемое вещество, попадая в высокотемпературный поток плазмы, разделяется
(процесс диссоциации) на отдельные атомы, которые в свою очередь ионизируются и
формируют эмиссионный спектр. Регистрация эмиссионного спектра на
регистрирующем устройстве спектрометра позволяет определить концентрацию
каждого элемента, находящегося в анализируемой пробе. При проведении анализа
используют аналитические калибровочные растворы. Эти растворы, содержащие в
себе сразу множество элементов с заранее известной одинаковой концентрацией,
применяют для построения калибровочной зависимости.
Принцип работы эмиссионного спектрометра.
Анализируемое вещество, в виде жидкости, вносится через систему капилляров и
насосов в камеру зажигания плазмы. Через распылитель частицы вещества попадают
в пламя плазменной горелки. В плазме частицы анализируемого вещества
распадаются на атомы и переходят в возбужденное состояние - подвергаются
ионизации. Возбужденные атомы частиц испускают энергию в виде фотонов (hν).
Детектор
улавливает энергию фотонов и затем формируется эмиссионный спектр, который
является зависимостью интенсивности излучения от длины волны. Каждому элементу
в периодической системе соответствует свой диапазон длины волны.
Рис. 5. Спектрометр эмиссионный с
индуктивно-связанной плазмой Varian ICP-720ES (Институт пластмасс имени Г.С.
Петрова).
Достоинствами метода являются: низкие пределы
обнаружения концентрации вещества, возможность с высокой точностью и скоростью
провести многоэлементный анализ исследуемого объекта, что означает определить
концентрацию целого ряда элементов в одной пробе одновременно.
Недостатками метода являются высокая стоимость
оборудования и стоимость каждого отдельного анализа, так как в ходе работы на
АЭС-спектрометре применяют дорогие калибровочные растворы и инертный газ для
распыления вещества в поток плазмы. Так же самым явным недостатком метода
является необходимость проводить сложные или дополнительные стадии
пробоподготовки для некоторых типов анализируемых объектов [10, 11].
1.4 Окситермография
Под окситермографией понимается аналитический
метод определения содержания органических компонентов, находящихся в
неокисляемой матрице, и измерения энергетического спектра процессов термической
или термоокислительной деструкции органических компонентов. Этот метод может
быть охарактеризован как окислительная термография. По своей сущности метод
напоминает термогравиметрию. Однако в окситермографии, в отличие от
термогравиметрии, мерой протекания химических процессов в исследуемом образце
является выделение или потребление кислорода в процессе программированного
нагрева образца в газовой атмосфере. При этом имеют место существенно более
высокая чувствительность и более низкие пределы обнаружения. Окситермограммы -
зависимости потребления кислорода от температуры образца в ходе его нагрева
являются характерными для смеси органических веществ. Важно отметить, что
получаемая в ходе регистрации окситермограмма несет информацию о структуре
органического вещества, являясь своеобразным “отпечатком пальцев”, и может
использоваться для идентификации органического компонента в исследуемом
образце. Новизна данного подхода определения органических веществ была
подтверждена несколькими патентами Российской федерации.
Предлагаемый подход применим для определения
органического вещества в газах, жидкостях и твердых веществах. Также были
показаны возможности этого метода для установления идентичности сложных
органических смесей растительного происхождения.
В настоящее время промышленно выпускаемые
приборы, с помощью которых можно регистрировать окситермограммы, отсутствуют.
Поэтому приходится самим создавать аналитический прибор, который мы назвали
окситермографом. Было создано два типа приборов. В одном из них
программированный нагрев анализируемых образцов осуществлялся в потоке бинарной
смеси кислород - инертный газ. В другом типе приборов программированный нагрев
и соответственно окисление органического вещества осуществлялось в потоке
атмосферного воздуха. Исследовались два способа программированного нагрева -
введение по определенной программе аналита в высокотемпературный реактор с
известным распределением температуры по длине реактора (пространственный
способ) и нагрев во времени печки реактора по заранее заданной программе (временной
способ). Для создания бинарных смесей кислород - инертный газ использовали
высокотемпературные твердоэлектролитные сенсоры на основе диоксида циркония,
которые позволяли дозированно вводить в поток аргона кислород из воздуха.
Регистрация кислорода, выходящего из высокотемпературного реактора,
осуществлялась также с помощью высокотемпературного электрохимического сенсора.
Созданная установка позволила осуществлять термоокисление органических структур
в потоке бинарной смеси кислород-инертный газ, с заранее заданным парциальным
давлением кислорода, и регистрировать изменения кислорода в потоке на уровне
0.1 мкгО2 /сек. Для контроля содержания кислорода в потоке воздуха,
выходящего из реактора установки, использовали датчик на основе ячейки Кларка.
Такой подход позволил разработать экспрессный способ определения общего
содержания органического вещества в грунтах и твердых образцах.
Управление, сбор и обработка экспериментальных
данных осуществлялась с помощью компьютера. Программное обеспечение позволяло
задавать условие нагрева образца, задавать парциальное давление кислорода в
смеси кислород - инертный газ, регистрировать кинетику окисления в зависимости
от времени или температуры образца, автоматически находить пики потребления
кислорода и обрабатывать их по заданному алгоритму.
Созданная аппаратура и разработанные методы
позволили контролировать привитые органические фазы на поверхности кварца.
Интересное применение метод нашел для экспрессного определения суммарного
содержания органических веществ в воде (ХПК) и нефтяных пленок на поверхности
воды. Способ определения общего органического вещества в воде, как экологически
чистый метод анализа, на Международный выставке в г. Брюсселе был отмечен
золотой медалью с отличием [12].
Предлагаемый метод определения Сорг. % в
почвогрунтах и торфе основан на количественном определении молекулярного
кислорода, затраченного на высокотемпературное окисление органического вещества
в пробе.
С помощью шагового двигателя лодочка с навеской
образца почвогрунта отправляется в печь. Через печь происходит непрерывная
прокачка воздуха, которая осуществляется с помощью побудителя расхода воздуха.
Полученная газовоздушная смесь после печи попадет в газоанализатор, где
происходит регистрация кислорода в объемных процентах воздуха. Результаты опыта
отображаются в виде кривых на экране компьютера. Аналитическим сигналом
является площадь фигуры над пиком, вычисленная с помощью интеграла. Обозначим
как S. Продолжительность
опыта составляет 20-22 минуты.
Важным дополнением данной установки является
программное обеспечение, позволяющее производить измерения в многоканальном
режиме, то есть одновременно просматривать изменение температуры и содержание
кислорода в газовоздушной смеси.
Глава 2. Экспериментальная часть
.1 Реактивы и материалы
. Кислота соляная осч 20-4 ГОСТ 14261-77,
. Кислота азотная осч 18-4 ГОСТ 11125-84,
. Кислота серная,
. Бидистиллированная вода,
. Промывалка пластиковая лабораторная
емкостью 500 см3,
. Шпатель фарфоровый № 1 по ГОСТ 9147-80,
. Щипцы тигельные КТ-64-74.500,
. Эксикатор 2-250 по ГОСТ 25336-82,
. Сито геологическое с размером ячеек 1.0
и 2.0 мм,
. Стаканы стеклянные емкостью 100 см3,
. Пипетки автоматические вместимостью 10
см3,
. Пластиковые стаканы,
. Щипцы лабораторные,
. Фильтр белая лента,
. Фильтр синяя лента,
. Образец мха с месторождения Журавлиная
Родина.
. Образец торфа (очес), отбора 2015 года
с площадки болота Журавлиная Родина. Слой 15-25 см под сосной без обводнения.
. Гуминовые кислоты торговый препарат
Реахим НПО “Биолар” Олайнский завод химических реактивов.
Вспомогательное оборудование:
1. Весы лабораторные
аналитические OHAUS Pioneer PA64C (автоматическая калибровка, дискретность 0,0001 г).
2. Сушильный шкаф. Температура нагрева
камеры до 230 ºС.
3. Программируемая муфельная двухкамерная
печь ПДП-Lab ТУ 3443-032-59681863-2015.
Приборы:
1. Cпектрометр эмиссионный с
индуктивно-связанной плазмой “Varian 720-ES” (“Agilent Technologies, Inc.”,
США).
2.2 Определение гигроскопической влажности и
зольности торфа
Методика эксперимента. Определение
гигроскопической влажности. Пустые кварцевые стаканы взвесили на весах с
точностью до 0.1 г. При помощи пинцета в них помещается 5 г торфа и стаканы с
торфом снова взвешивается. Далее их помещают в печь для сушки в течение пяти
часов. Сушку ведут при температуре 105-110 ºС.
По окончании процесса сушки, стаканы с торфом помещают в эксикатор для
охлаждения до комнатной температуры. После того, как они остыли до комнатной
температуры, их снова взвешивают. Результаты приведены в табл. 3.
Определение зольности торфа. После
взвешивания на весах, образцы ставили в муфельную печь и в течение трех часов
нагревали при температуре 700 ºС.
По истечении трех часов, стаканы доставали щипцами из печи и в эксикаторе
охлаждали их до комнатной температуры. После того, как стаканы остыли до
комнатной температуры, их снова взвешивают. Результаты представлены в табл. 3.
2.3 Определение содержания элементов в верховом
торфе
Методика. Озолят торфа залили 5мл
концентрированной азотной и 5 мл концентрированной соляной кислоты и накрыли
часовым стеклом.
Нагревали на плитке в течение 5
часов при температуре 800 0С. Затем профильтровали через фильтр белая лента.
Фильтрат перенесли в колбы на 100 мл и довели бидистиллированной водой до
метки. Измеряли концентрацию элементов на ИСП-АЭС.
Измерения проводили на
оптико-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой “Varian 720-ES”
на навеску торфа массой 5.00 г и разбавлением в 25 раз. Полученные данные
обрабатывали с помощью программного обеспечения “ICP Expert II”.
2.4 Методика определения органического углерода
мха и торфа
Образцы исследуемого торфа прошли следующие
стадии пробоподготовки:
Высушивание в сушильном шкафу при температуре
105°С в течении 120 мин;
Перетирание в ступке до порошкообразного
состояния;
Просеивание через сито.
. Проведение эксперимента:
Необходимое количество исследуемого торфа
(почвогрунта) (пробоподготовка пункт 1) взвесить на электронных весах (ACCULAB.
ALC-80d4.
НПВ=80г, НмПВ=0.01г, d=0.0001г,
е=0.001г) на кальке;
Отмеренное количество пробы поместить в
кварцевую лодочку;
С помощью шагового двигателя “отправить”
кварцевую лодочку с навеской в высокотемпературную печь;
Наблюдать процессы измерения содержания
кислорода в газовоздушной смеси и изменение температуры во времени на экране
компьютера с помощью программы baseexp;
После завершения процесса окисления сохранить
полученные данные для последующей обработки (пример обработки данных
аналитического сигнала в приложении;
Остановить процесс измерения, “вернуть”
кварцевую лодочку в исходное положение, почистить ее;
Таблица 1. Результаты элементного анализа
Определяемый
элемент
|
Найдено,
%
|
Sr
|
Mn
(марганец)
|
0.0004+0.00002
|
Pb
(свинец)
|
0.00028+0.00016
|
0.39
|
S
(сера)
|
0.029+0.01
|
0.25
|
Sr(стронций)
|
0.00860+0.00001
|
0.001
|
Al
(алюминий)
|
0.112+0.006
|
0.04
|
Ca
(кальций)
|
0.152+0.011
|
0.05
|
Cr
(хром)
|
0.00016+0.00004
|
0.25
|
Cu
(медь)
|
0.00016+0.0001
|
0.4
|
Fe
(железо)
|
0.074+0.006
|
0.06
|
K
(калий)
|
0.011
|
0
|
Результаты определения органического
углерода методом окситермометрии.
Таблица 2. Результаты окситермометрии.
Масса
навески, мг
|
Площадь
пика, мВ/сек
|
3,2
|
3183
|
4,5
|
10619
|
6,0
|
14690
|
12,0
|
24690
|
Рис. 6. Калибровочная график.
Выводы
1. Проведено ознакомление с литературой по
химическому анализу торфа и болотной растительности. Предложено использовать
высокочувствительные многоэлементные современные методы вместо химических.
. На примере некоторых образцов мха и
торфа получена новая информация об экологическом состоянии верхового болота
заказника Журавлиная Родина.
3. Предложен способ
окситермометрии для определения органического состава мха и торфа.
Список литературы
1. Lappalainen E. Review of the
IPS s Project: world peatlands and peat resources // Bulletin of the
International Peat Society.1994. № 25. P.
73-75.
. Маслов С.Г., Инишева Л.И., Торф
как растительное сырье и направления его химической переработки / Химия
растительного сырья. 1998. № 4. С. 5 - 7.
. Аронов С.Г., Нестеренко Л.Л. Химия
твердых горючих ископаемых. Харьков, 1960. 371 с.
. Раковский В.Е., Пигулевская Л.В.
Химия и генезис торфа. М., 1975. 232 с.
. Тюремнов С.Н. Торфяные
месторождения. М., 1976. 221 с.
. Раковский В.Е. Общая химическая
технология торфа. М.-Л., 1949. 363 с.
. Наумова Г.В. Торф в биотехнологии.
Минск: Наука и техника, 1987. 158 с.
. http://coolreferat.com/Животные и
растения болот. Разнообразие болот. Экологические условия болот (дата обращения
- 9.05.2016).
.
http://www.craneland.ru/?page_id=5586/ (дата обращения - 9.05.2016).
10. Аналитическая химия.
Физические и физико-химические методы анализа: Учебник для вузов / А.Ф. Жуков,
И.Ф. Колосова, В.В. Кузнецов и др.; Под ред. О.М. Петрухина. - М.: Химия, 2001.
- 496 с.
. Лебедев А.Т.
Масс-спектрометрия в органической химии / А.Т. Лебедев - М.: БИНОМ. Лаборатория
знаний, 2003. - 493 с.,
. Зуев Б.К., Моржухина
С.В. Устройство для определения содержания органических веществ в грунтах и
донных отложениях Патент №59836 Приоритет от 12.09. 2006.