Способы разложения почв

При валовом анализе почв чаще всего пользуются методами, позволяющими анализировать растворы. Однако растворить основную часть почвенной массы (силикаты, алюмосиликаты, кварц) невозможно ни в кислотах, ни в щелочах. Из-за этого перед определением валового содержания конкретных химических элементов в почве требуется провести ее разложение, то есть, перевести почвенные компоненты в форму соединений, способных растворяться в кислотах. Подробно способы разложения почв описаны Л.А.Воробьевой (1998).

Распространены три способа разложения почв – кислотами, сплавлением и спеканием.

При разложении почв кислотами пользуются различными минеральными кислотами – соляной, азотной, серной, хлорной и плавиковой.

Серную кислоту применяют редко (в основном в сочетании с другими кислотами) из-за образования труднорастворимых сульфатов.

Хорошим растворителем является хлорная кислота, но работа с ней взрывоопасна. Это связано с тем, что горячая концентрированная хлорная кислота может реагировать с органическими соединениями с взрывом, так как является сильным окислителем.

Удобна для разложения почв соляная кислота, но некоторые элементы образуют с ней летучие соединения, что приводит к их потерям.

При определении валового содержания микроэлементов в почве часто пользуются разложением почв с помощью смеси соляной, азотной и серной кислот.

Однако ни один из перечисленных приемов не разлагает почву полностью. Диоксид кремния так и остается не растворенным.

В случае, когда необходимо полное разложение почвы и не надо определять кремний, почву разлагают смесью плавиковой кислоты с серной или азотной кислотой. При этом металлы переходят в форму сульфатов или нитратов, а кремний полностью удаляется в виде летучего тетрафторида. Но некоторые минералы (топаз, силиманит, некоторые турмалины) плавиковой кислотой не разлагаются.

При использовании плавиковой кислоты для разложения почв требуется предварительное прокаливание почвы. Посуду применяют из платины или фторопласта. Стеклянную или кварцевую применять нельзя. Кроме того, плавиковая кислота оказывает очень сильное обжигающее действие. Поэтому все работы с ее применением должны вестись в защитных очках и перчатках в хорошо работающем вытяжном шкафу. Стекла вытяжных шкафов необходимо покрывать парафином или валелином.

Сейчас часто при разложении почв кислотами пользуются автоклавами (слайд 14). Применение автоклавом уменьшает количество расходуемых реагентов, увеличивает скорость разложения веществ, предотвращает потери летучих компонентов.

Помимо автоклавов для разложения почв кислотами используют СВЧ-минерализаторы. Применение этих приборов позволяет значительно сократить время разложения почв.

Разложение почв сплавлением происходит при реакции почв с соединениями щелочных металлов (плавнями) при высокой температуре в расплавленном состоянии. В результате такого разложения образуются силикаты, карбонаты, алюминаты и манганаты, растворимые в воде или кислотах. Продукт сплавления называют плавом.

Для сплавления используют различные плавни (щелочные, кислотные, окислительные и восстановительные). Выбор плавня зависит от целей исследований и состава почв.

Щелочные плавни (карбонат натрия, карбонат калия, едкий натр, бораты щелочных металлов и их смеси) используют в тех случаях, когда в анализируемой почве преобладают кислотные и амфотерные оксиды (оксиды кремния и алюминия). Так как едкий натр реагирует с платиной, поэтому вместо платиновых тиглей при работе с этим плавнем необходимо применять железные или никелевые, однако и они частично разрушаются и загрязняют пробу.

Кислотные плавни (гидросульфат и пиросульфат калия и оксид бора) применяют в случае анализа почв с преобладанием основных и амфотерных оксидов – оксидов титана, хрома, железа, алюминия.

При высоком содержании в почве восстановителей в плавни вводят окислители (пероксид натрия, нитрат или перхлорат калия или натрия).

Наибольшее применение среди плавней находят щелочные плавни. Чаще всего пользуются смесью карбонатов калия и натрия. При этом используются платиновые тигли. Температура сплавления составляет около 1000˚С. Используют 6-кратное количество плавня по отношению к массе почвы.

Полученный плав разлагают последовательной обработкой воды и соляной кислоты (при высоком содержании манганатов плав рекомендуется выщелачивать водой и азотной кислотой). Непосредственно в тигле плав нельзя разлагать соляной кислотой, так как это ведет образованию на стенках тигля тонкого слоя безводного диоксида кремния и растворению платины.

При спекании используют меньшее количество плавня, и температура проведения реакции составляет 850-900˚С. Стенки тигля защищают сульфатом калия или другими веществами, плохо реагирующими с силикатами тигля даже при высоких температурах. Все это позволяет использовать для спекания фарфоровые тигли.

Процессы, которые происходят при спекании почвы, до сих пор недостаточно изучены. Как исходные вещества, вступающие в реакции при спекании почв, так и продукты спекания являются твердыми. В процессе спекания происходит разрыхление кристаллической решетки кристаллов, ионы щелочных металлов проникают в глубь кристаллической решетки. Диффузия ионов натрия происходит быстрее, чем ионов калия. Поэтому для спекания обычно применяют карбонат натрия.

При спекании особые требования предъявляются к качеству перемешивания плавня с почвой. Поэтому смешивание почвенных проб с плавнем производят в ступках, а не в тиглях, как при сплавлении. Подробно методика спекания описана Ю.И. Добрицкой (Экспресс-метод полного валового анализа почв, 1973). Однако надо отметить, что после спекании удается определить не все элементы (калий, натрий, серу, фосфор, и марганец). Полученные спек выщелачивают сначала водой, а затем соляной кислотой.