Научная статья на тему 'Новая методика анализа озерных донных отложений с высоким содержанием хлора'

Новая методика анализа озерных донных отложений с высоким содержанием хлора Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
253
100
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ / СОЛЕНОСНЫЕ ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ / ПАЛЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ / КРЫМСКИЙ ПОЛУОСТРОВ / X-RAY / SALT SEDIMENTS / PALEAOECOLOGICAL RECONSTRUCTIONS / THE CRIMEAN PENINSULA

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Веселова Марина Александровна

Рентгеноспектральный метод определения химического состава вещества один из наиболее динамично развивающихся методов современной науки. Существенным недостатком РФА является отсутствие широкого набора методик определения количественного состава исследуемых объектов. Проблема отсутствия методики анализа соленосных донных отложений решена с помощью создания образцов с определенной добавкой NaCl, что позволило получить корректные количественные данные по геохимическому составу толщи донных отложений

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Веселова Марина Александровна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

A new technique for analyzing lake sediments with much chlorine

X-Ray identification of substance chemicals is one of most dynamically developing methods of a modern science. A disadvantage of X-Ray analysis is lack of techniques for quantitative analysis. The problem of the lack of such technique for salty sediments was solved by means of creating samples with a certain additive. It allows to obtain authentic data on geochemical structure of sediments

Текст научной работы на тему «Новая методика анализа озерных донных отложений с высоким содержанием хлора»

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

М. А. Веселова

НОВАЯ МЕТОДИКА АНАЛИЗА ОЗЕРНЫХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ХЛОРА

Рентгеноспектральный метод определения химического состава вещества — один из наиболее динамично развивающихся методов современной науки. Существенным недостатком РФА является отсутствие широкого набора методик определения количественного состава исследуемых объектов. Проблема отсутствия методики анализа соленосных донных отложений решена с помощью создания образцов с определенной добавкой NaCl, что позволило получить корректные количественные данные по геохимическому составу толщи донных отложений.

Ключевые слова: реттенофлуоресцентный анализ, соленосные донные отложения, палеоэкологические реконструкции, Крымский полуостров.

M. Veselova

A NEW TECHNIQUE FOR ANALYZING LAKE SEDIMENTS WITH MUCH CHLORINE

X-Ray identification of substance chemicals is one of most dynamically developing methods of a modern science. A disadvantage of X-Ray analysis is lack of techniques for quantitative analysis. The problem of the lack of such technique for salty sediments was solved by means of creating samples with a certain additive. It allows to obtain authentic data on geochemical structure of sediments.

Keywords: X-Ray, salt sediments, paleaoecological reconstructions, the Crimean Peninsula.

Рентгеноспектральный метод определения химического состава вещества — один из наиболее динамично развивающихся методов современной науки. Рентгеноспектральный анализ (РСА) отличается высокой точностью благодаря тому, что измерения интенсивностей аналитических линий происходят с относительно небольшой погрешностью (в современных спектрометрах эта ошибка не превышает десятых долей процента), что, безусловно, стоит отнести к достоинствам метода [5]. Метод широко применяется при региональных геоэкологических исследованиях [4], позволяющих проводить палеогеохимические реконструкции эволюции окружающей среды.

Среди существенных недостатков рентгенофлуоресцентного метода анализа (РФА) следует отметить отсутствие широкого набора методик определения количественного состава исследуемого объекта [2; 3]. В частности, в процессе исследования соленосных озер Крымского полуострова мы столкнулись с проблемой отсутствия стандартных образцов (СО) для анализа донных отложений с высоким содержанием хлора.

Для решения задачи были подготовлены образцы с необходимыми параметрами путем добавления в ГСО (государственные стандартные образцы) донных отложений и почв добавки определенного соединения. Создание новых стандартных образцов складывается из следующих этапов: оценка примерного содержание хлора в образцах; подбор СО для приготовления образцов с заданными характеристиками.

С интервалом 20 см из колонки донных отложений нами было отобрано более 20 образцов, в которых измерялась интенсивность спектральных линий хлора. Измерения проводились на вакуумном спектрометре «СПЕКТРОСКАН МАКС-GV».

Цель качественного анализа — определить наличие или отсутствие хлора в образце. Достигается это при сканировании по длинам волн (с заданным шагом) с записью интенсивности излучения в каждый момент сканирования.

В среднем интенсивность спектральных линий хлора составила от 10000-40000 мА. Полученные спектры сравнивались со спектрами морских донных отложений ООПЕ с известными содержаниями хлора (рис. 1).

имп/с*1000

Рис. 1. Интенсивность спектральных линий хлора в образцах с высоким содержания хлора и ООПЕ:

1 — ООПЕ; 2 — образец с интенсивностью хлора 10000 мА;

3 — образец с интенсивностью хлора 40000 мА

Было установлено, что содержание хлора в исследуемых образцах составляет примерно от 5 до 25%. В качестве добавки была выбрана особо чистая поваренная соль (№С1).

Далее были взяты СО почв известного состава и в них были внесены различные навески реактива. Образцы были подобраны таким образом, чтобы после внесения добавки получить содержания хлора в диапазоне от 5 до 25% и одновременно содержания натрия в диапазоне от 15 до 25%.

Массы навесок (добавок) рассчитывались следующим образом:

(Ао • 1/2Ло) • (К • G/100), где: А0 — атомная масса С1; I — индекс С1; ЕА0 _ суммарная атомная масса NaCl; К — требуемое содержание С1 в смеси; G — масса смеси.

Содержание всех элементов (кроме натрия и хлора) в приготовленных нами образцах получаем произведением содержания вещества в СО на коэффициент J:

J = 1 - Х/в; где: X — масса добавки; в — масса смеси.

Содержание натрия и хлора рассчитывается следующим образом:

(А1 • ql+A2 • q2)/(ql + q2);

где: А1 — содержание натрия (хлора) в добавке; Л2 — содержание натрия (хлора) в СО; q1 — масса добавки; q2 — масса СО.

Если массовая доля хлора в стандартном образце не аттестована, то принималось, что она равняется нулю. При низких содержаниях хлора погрешность, вносимая таким допущением, незначительна.

Приготовленные образцы оценивались на однородность следующим образом: все образцы партии анализировались по пять раз, измерения проводились при различных положениях образца. Результаты анализа (массовая доля элемента) заносились в таблицу (табл. 1). Индекс п — соответствует номеру образца, j — номеру анализа.

Таблица 1

Результаты анализа

СО Результат анализа, %

Номер образца в партии 1 2 J

1 С11 С12 Сц

2 С21 С22 С,

N Сп1 Сп2 Сч

Результаты анализа при оценке характеристики однородности обрабатывались по ГОСТ 8.531 «Стандартные образцы состава монолитных и дисперсных материалов». Применялись следующие способы оценивания однородности [1] с учетом специфики материала СО и метода анализа:

• Вычислялось среднеарифметическое всех N*J результатов

с=Еи* N (1)

и среднее арифметическое для J результатов каждой пробы:

с = Е 1 J.

(2)

• Вычислялись суммы квадратов отклонений результатов анализа для каждой пробы:

• Вычислялись суммы квадратов отклонений средних арифметических для каждого образца и среднеарифметического всех результатов:

• Вычислялись средние квадраты отклонений результатов анализа от средних значений для каждой пробы:

Полученные результаты позволяют использовать приготовленные нами образцы при создании градуировки для анализа соленосных донных отложений.

Создание градуировки для анализа донных отложенийс высоким содержанием хлора

Градуировка (или продукт) — это файл, содержащий в себе всю информацию, необходимую для выполнения количественного анализа образцов. Под количественным анализом подразумевается расчет содержаний химических элементов, при котором измеренная интенсивность сравнивается с градуировочной характеристикой.

За основу новой градуировки для анализа отложений соленых озер мы берем градуировку для почв и донных отложений.

Для того чтобы создаваемый продукт определял содержание хлора в образцах, в градуировку необходимо добавить новую аналитическую линию (рис. 2), т. е. указать, на какой длине волны и с какими параметрами спектрометр должен выполнить измерение интенсивности [5]. В нашем случае аналитическая линия будет связана с рентгеноспектральной линией хлора, а аналит (анализируемый параметр) будет показывать, каково содержание хлора в образце (рис. 3).

(3)

^ = J ^(с--с )2.

(4)

(5)

и между пробами

SSH = SSH 1(N -1).

Характеристику однородности оценивали по формуле

(6)

Рис. 2. Добавление аналитической линии — С1 КА

Й Почва Са+С1 Ё Г? | Аналиты

ш и ТЮ2

ф ■и V

ф ■и Сг

ш и МпО

Е и Реобщ

В' ■и Со

В и ІЧІ

Ф и Си

Ф ■и 2п

Ф ■и 5г

Ф и РЬ

В и СаО

В' ■и АІ203

В и 5Ю2

Ф и Р205

Ф ■и К20

Ф ■II МдО

Ф и РЬ

Ф ■и Ба

Ф ■и 1_а

Ф и У

В и гх

В' ■и і\іь

В т Ма20

ф ■I 0 1

Ё- И)

ЁН«а1 Аналитические линии

І і О Ті КА (1) 1^200

І І Є=Яі м 1/Л /нЧ .

Размерность

%

Линия

СІ КА (1)

4728,8

С002

40/1.00

Значение □

го Интенсивность Значение Расчёт Невязка Сертиф,

\7\ ССК-2_1 25СІ 41280,9 25 25,028 0,028,,, +

[7] ССК-2_2 25СІ 41345,4 25 25,067 0,067... +

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

[7] ССК-2_3 25СІ 40700,1 25 24,676 -0,32... +

\7\ СГХ-3_1 20СІ 33673,9 20 20,414 0,41389 +

\7\ СГХ-3_2 20СІ 32686,8 20 19,815 -0,18... +

\7\ СГХ-3_3 20СІ 32223,3 20 19,534 -0,46... +

[7] СГХ-1_1 15СІ 25469,9 15 15,437 0,43737 +

[7] СГХ-1 _2 15СІ 25314,4 15 15,343 0,34301 +

[7] СГХ-1_3 15СІ 25258,4 15 15,309 0,30907 +

\7\ сгхм-і_і юсі 16274,6 10 9,8595 -0,14... +

\7\ СГХМ-1_2 10СІ 16531,9 10 10,016 0,015... +

[7] сгхм-і_з юсі 15522,7 10 9,4034 -0,59... +

[7] СГХМ-3_1 5СІ 8125,3 5 4,9162 -0,08... +

[7] СГХМ-3_2 5СІ 7590,8 5 4,5920 -0,40... +

\7\ СГХМ-3_3 5СІ 8329,0 5 5,0397 0,039... +

[СІ]=-0,0126+0,000607*:І(СІ)

50430, І 51СМА=0,31431 (%) [0,31431] сіі/сіС=1648,5 (имп./сек.)/(%) 0,000829 (%)

35564,2

Рис. 3. Добавление аналита — С1 80

После того, как новая линия добавлена, в градуировке необходимо задать параметры для ее измерения (рис. 4): выбрать кристалл и порядок отражения для измерения линии, задать экспозицию.

Параметры измерения

Учёт фона Учет дрейфа

СІ КА(1)

Кристалл

4728,8

С002

® 1-й порядок О 2-й порядок 0 Табл. длина волны

Экспозиция Статистика

20 0,00

Напряжение Ток

40 1

3 Пороги по умолчанию

Н.П. В.П.

600 1200

Рис. 4. Параметры измерения аналитической линии О KA

Далее мы измеряем имеющиеся в исходной градуировке образцы на содержание хлора и добавляем приготовленные нами образцы, как градуировочные (рис. 5). Вносим в градуировку рассчитанные нами содержания элементов.

—1--| ф| Градуировочные образцы

и СЧТ-2

и счт-з

и СКР-1

и СКР-З

и ССК-1

и ССК-2

и сск-з

и СДПС-2

и сдпс-з

и СЧТ-1

и СДПС-1

и СКР-2

и СП-1

и СП-2

и сп-з

и СЮПЕ-401

и ООПЕ-402

и О о =1 гп СП о

и ООПЕ-201

и БИЛ-1

и БИЛ-2

и СГХ-1

и СГХ-3

и СГХМ-1

и СГХМ-2

и СГХИ=3^

и ССК-2_1 2БСІ

гССК-2_2 25Й,

ЖІ ССК-2_3 25СІ

Ш] СГХ-3_1 20СІ

| СГХ-3_2 20СІ ■О СГХ-3_3 20СІ [3] СГХ-1_1 15СІ [#) СГХ-1_2 15СІ "(5) сгх-1_3 15СІ ¡■(5) сгхм-і_і юсі

~ СГХМ-1_2 10СІ СГХМ-1_3 10СІ}

сгхм-: чсгхм-:

■® ¿Г.ХМ-;

1 - НК"1 ,чгп

Линия Положение Кристалл ВИП-...

Ті КА (1) 2749,8 №200 40/4.00

Ті Ьр(1) 2700,0 №200 40/4.00

V КА (1) 2504,9 №200 40/4.00

V Ьр (1) 2430,0 №200 40/4.00

V Ьр (15 2600,0 №200 40/4.00

Сг КА (1) 2291,1 №200 40/4.00

Сг Ьр (1) 2265,0 №200 40/4.00

Мп КА (1) 2103,2 №200 40/4.00

Мп Ьр (1) 2070,0 №200 40/4.00

Ре КВ(1) 1756,7 №200 40/2.00

Со КА (1) 1790,4 №200 40/4.00

Со Ьр (1) 2070,0 №200 40/4.00

МІ КА (1) 1659,3 №200 40/4.00

N1 Ьр (1) 1635,0 №200 40/4.00

N1 Ьр (1) 1685,0 №200 40/4.00

Си КА (1) 1541,9 №200 40/4.00

2п КА (1) 1436,5 №200 40/4.00

1п Ьр (1) 1365,0 №200 40/4.00

2п Ьр (1) 1475,0 №200 40/4.00

5г КА (1) 876,7 №200 40/4.00

Са КА (1) 3359,6 С002 40/1.00

АІ КА (1) 8339,9 КАР 40/4.00

5І КА (1) 7126,2 РЕТ 40/4.00

РКА (1) 6157,0 РЕТ 40/4.00

К КА (1) 3742,3 С002 40/4.00

Мд КА (1) 9890,0 КАР 40/4.00

кЬ КА (2) 1854,0 №200 40/4.00

ЙЬ Ьр (2) 1800,0 №200 40/4.00

кЬ Ьр (2) 1890,0 №200 40/4.00

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ва І.А1 (1) 2775,4 №200 40/4.00

Ва Ьр (1) 2700,0 №200 40/4.00

Ва Ьр (1) 2810,0 №200 40/4.00

І_а І.А1 (1) 2665,7 №200 40/4.00

1_а Ьр (1) 2635,0 №200 40/4.00

1_а Ьр (1) 2700,0 №200 40/4.00

Се І.В1 (1) 2355,7 №200 40/4.00

Се Ьр (1) 2325,0 №200 40/4.00

Г* Ьп ҐП 94'ЧП П 1 ¡Р9ПП 4ПҐ4 ПП

Рис. 5. Добавление новых градуировочных образцов

81

Таким образом, мы получаем градуировку для анализа донных отложений с высоким содержанием хлора и тем самым имеем возможность получить количественные данные по геохимическому составу разреза.

Появление на градуировочном графике целого ряда точек (с помощью введения новых СО) позволяет расширить возможности анализа и получить более корректные данные по содержанию других химических элементов.

Выводы

Добавление новой аналитической линии в имеющийся продукт позволило нам количественно оценить содержание хлора в толще донных отложений, а также получить более полные данные по химическому составу толщи донных отложений.

Разработанная модификация рентгенофлуоресцентного метода прошла апробацию при исследованиях донных соленосных отложений Сакского озера (Крымский полуостров) и оказалась весьма эффективной при восстановлении палеоэкологических обстановок неогена.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 8.531 «Стандартные образцы состава монолитных и дисперсных материалов. Способы оценивания однородности».

2. Методика выполнения измерения массовой доли металлов и оксидов металлов в порошковых пробах почв методом рентгенофлуоресцентного анализа М049-П/04. — СПб.: ООО «НПО Спектрон», 2002.

3. Методы рентгеноспектрального анализа. Новосибирск: Наука, 1986. 175 с.

4. Нестеров Е. М., Тимиргалеев А. И., Маслова Е. В. Оценка техногенного воздействия на городскую среду на основе изучения геохимии донных отложений // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2008. №2. С. 96-99.

5. QAV. Программное обеспечение для спектрометров серии Спектроскан. Количественный анализ. СПб.: ООО «НПО Спектрон», 2004. 140 с.

REFERENCES

1. GOST 8.531 «Standartnye obrazcy sostava monolitnyh i dispersnyh materialov. Sposoby otsenivanija odnorodnosti».

2. Metodika vypolnenija izmerenija massovoj doli metallov i oksidov metallov v poroshkovyh probah pochv metodom rentgenofluorescentnogo analiza M049-P/04. SPb.: OOO «NPO Spektron», 2002.

3. Metody rentgenospektral'nogo analiza. Novosibirsk: «Nauka», 1986. 175 s.

4. Nesterov E. M., Timirgaleev A. I., Maslova E. V. Ocenka tehnogennogo vozdejstvija na gorodskuju sredu na osnove izuchenija geohimii donnyh otlozhenij // Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Estestvennye nauki. 2008. №2. S. 96-99.

5. QAV. Programmnoe obespechenie dlja spektrometrov serii Spektroskan. Kolichestvennyj analiz. SPb.: OOO «NPO Spektron», 2004. 140 s.

А. В. Григорьев

РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СПОСОБЫ ДОБАВОК И ВНЕШНЕГО СТАНДАРТА

Рассматриваются способы анализа растительных материалов при недостаточном количестве стандартных образцов. Предлагаются способы добавок и внешнего стандарта для анализа растительных материалов рентгенофлуоресцентным методом. Оценивается погрешность внесения добавки в виде комплексного раствора ионов металлов. Предлагается способ линеаризации градуировочного уравнения для способа внешнего стандарта.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.