CC BY
37
УДК / UDC 631.423.3:543.4(470.319)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОЧВЕ ОРЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРАЛЬНЫМ МЕТОДОМ АНАЛИЗА
DETERMINATION OF MINERALS IN THE SOIL OF THE OREL REGION BY
SPECTRAL ANALYSIS METHOD
Маркина В.М., кандидат химических наук, доцент Markina V.M., Candidate of Chemistry Sciences, Associate Professor ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», Орел, Россия
Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin", Orel, Russia E-mail: kafedra.biohimii@mail.ru
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
минеральные вещества, почва, спектральный анализ, экспресс-методы, количественное определение, кислотность почвы, водная вытяжка.
KEY WORDS
minerals, soil, spectral analysis, express methods, quantitative determination, soil acidity, water extraction.
Введение. Важной проблемой человечества в настоящее время является качество объектов биосферы (вода, почва, воздух, продукция растительного и животного происхождения). Уже много лет в Российской Федерации проводится ряд мероприятий для предотвращения и снижения загрязнения воды, почвы, воздуха, сырья растительного и животного происхождения, готовой пищевой продукции. Контроль осуществляется за содержанием в природных объектах минеральных веществ необходимых и вредных для здоровья, которые регламентируются санитарно-гигиеническими нормативами - предельно допустимыми концентрациями (ПДК) [1, 2, 3].
Минеральные вещества принимают участие в окислительно-восстановительных процессах, углеводном и азотном обменах, фотосинтезе. Поведение микроэлементов в почвах тесно связано с основными свойствами почвенных биогеосистем. Некоторые факторы, такие как почвенные характеристики, биологические процессы, климатические факторы, контролируют подвижность. Почвенные микроорганизмы, ферменты оказывают влияние на реакции окисления-восстановления, осаждения, растворения; управляют поведением микроэлементов. Макро- и микроэлементы способствуют более продолжительному вегетационному периоду с интенсивным ростом зимой, увеличению ассимиляционной площади листьев и содержания запасных питательных веществ. Под влиянием микроудобрений повышается интенсивность главнейших физиологических процессов ионообмена веществ, увеличивается ассимиляция углекислого газа и энергетического баланса (соотношение фотосинтеза и дыхания), улучшается водный режим листьев и усиливается рост растений в первой половине лета.
Целью исследования являлось определение минеральных веществ в почвенных вытяжках высокочувствительным эффективным экспресс-методом и сопоставление полученных результатов со знаниями допустимых норм.
Задачей исследования стало выявление превышения норм ПДК минеральных веществ в почвенных вытяжках с целью здоровьесбережения как средства повышения эффективности жизнедеятельности людей.
Условия, материалы и методы. Объектом исследования служили пробы почвы Орловского района (черноземы).
На первом этапе исследования была проведена работа по определению кислотности шести почвенных проб участка садоводческого общества «Дружба» поселка Знаменка, так как одним из основных показателей почвы является именно кислотность. Реакция среды (рН) зависит от содержания ионов водорода (Н+) и служит показателем кислотности. Была определена актуальная кислотность, т.е. активная концентрация ионов водорода рН в почвенных растворах шести проб. Измерения проводили с помощью иономера И-150. Концентрация ионов водорода в г/л составила 10-8. Почва оказалась нейтральной в четырех пробах (рН=7) и в двух пробах рН=8 - слабощелочная. Отбор пробы проводили по ГОСТ 17.4.4.02-84 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа, ГОСТ 28168-89 Почвы. Отбор проб. Пробы почвы брали с помощью кернов диаметром около 10 мм на глубину 10-20 см. Керны были простерилизованы в кипящей воде (100°С). Для проведения анализа почвы отбирали смешанные образцы почвы на глубину окультуриваемого слоя. Навеску почвы для анализа брали методом «средней пробы». Образцы почвы, отобранные на участке, предварительно подсушивали на воздухе при комнатной температуре. Просеянный образец рассыпали тонким слоем (около 0,5 см) на листе бумаги в виде квадрата и делили его шпателем на мелкие квадратики со стороной 2-2,5 см. Из каждого квадратика шпателем отбирали часть образца. Масса пробы составляла 0,5 кг. Были подготовлены по 3 пробы для 6 образцов. В колбы на 250 мл помещали по 0.5 г сухой почвы и приливали по 20 мл дистиллированной воды. Закрыв пробкой, встряхивали по 40 минут. Полученные водно-почвенные вытяжки (почвенный раствор) переносили по 15 мл в пластиковые центрифужные пробирки и подвергали центрифугированию по 5 минут. После этого почвенные вытяжки фильтровали через мембранный фильтр (размер по 0,2 мкм). К работе по определению минеральных веществ в водной вытяжке приступили сразу после получения, так как с течением времени происходят химические процессы, изменяющие щелочность раствора, его окисляемость [4, 5, 6]. Водные вытяжки оказались богатыми солями и фильтрация проходила быстро, а раствор получился прозрачным, поскольку соли препятствовали пептизации почвенных коллоидов.
Исследовательская работа проведена в ИНИИЦ и на кафедре биохимии и кормления животных ФГБОУ ВО Орловский ГАУ. Был использован спектральный метод (молекулярной спектроскопии) и приборы для определения минеральных веществ: СПАЭ и КФК-3 для сравнения (рис. 1). Анализатор (СПАЭ) относится к современным селективным высокопроизводительным и точным приборам, которые позволяют определять до 70 элементов в пробе с чувствительностью 10-9%, имеющий в 10-100 раз более широкий диапазон определяемых содержаний.
Рисунок 1 - Спектральная установка для анализа минеральных веществ
В настоящее время метод атомно-эмиссионной спектроскопии считается одним из самых селективных, производительных, экспрессных, точных и одновременно сравнительно дешевых. Атомно-эмиссионный анализатор позволяет определять в пробе несколько элементов (точность 1-20%). Порядок проведения измерений осуществлялся в соответствии с руководством по эксплуатации прибора. Объем дозированной пробы вводился с клавиатуры компьютера по запросу программы. После завершения измерений на дисплей компьютера вводилась величина интегрального аналитического сигнала, масса и концентрация определяемого сигнала. Анализ каждой пробы осуществлялся по два раза. После предварительной подготовки анализируемой пробы и переведя ее в раствор, проводили распыление и подавали аэрозоли в пламя. Растворитель испарялся, соли разлагались, а металлы переходили в парообразное состояние, при котором они поглощали излучение той длины волны, которую могли бы сами излучить при более высоких температурах. Луч света от лампы полного катода, излучающий дуговой спектр определяемого элемента, направляется через пламя на щель спектрометра, с помощью которого выделяется аналитическая спектральная линия и измеряется степень поглощения ее интенсивности парами определяемого элемента [7, 8]
Результаты и обсуждение. Исследование шести проб почвы на минеральные вещества показало, что их содержание не превышало ПДК (табл. 1).
"аблица 1 - Содержание минеральных веществ в почве
Элементы Предел среднего содержания в % ПДК мг/дм3 [9] Пробы, мкг/мл
1 2 3 4 5 6
10-4-10-3 50,0 0,040 0,040 0,030 0,030 0,040 0,030
Zn 10-3 23,0 0,020 0,019 0,010 0,018 0,020 0,022
а 10-2 15,0 0,014 0,010 0,015 0,014 0,012 0,010
10-4 - 10-3 36,0 0,030 0,035 0,028 0,030 0,036 0,027
^ 10-4 - 10-3 12,0 0,010 0,010 0,011 0,009 0,012 0,010
Mn 10-2 1500 0,900 0,950 0,090 0,800 0,900 0,900
Анализ полученных в результате эксперимента данных показал, что в трех из шести проб почвенных вытяжек установлены значения рН в пределах 7-8. Это говорит о том, что на исследуемых участках не обязательно вносить неорганические и другие удобрения. На величину ПДК минеральных веществ большое влияние оказали кислотно-основные свойства почв (величина рН).
Выводы. При выборе метода измерения необходимо учитывать особенности химических свойств исследуемой почвы. В наших исследованиях точность измерений обуславливалась целью анализа и природной вариантностью изучаемого свойства. В условиях монокультуры приусадебных участков содержание форм: меди, цинка, хрома, никеля, кобальта, марганца не выходило за пределы ПДК, свойственных этому подтипу черноземов. При внесении удобрений количество микроэлементов увеличивается. Это способствовало подкислению почвенного раствора, изменению состава обменных катионов и анионов.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Микроэлементы человека / А.П. Авцын, А.А. Жаворонков [и др.]. М: Медицина, 1991. 496 с.
2. Габович Р.Д., Припутина Л.С. Гигиенические основы охраны продуктов питания от вредных химических веществ. Киев: Здоровье, 1987. 248 с.
3. Enzymes in the Environment. Activity, Ecology and Applications / Edited by R.G. Burns and R.P. Dick. New York: Marcel Dekker, 2002. 614 p.
4. Ярован Н.И., Маркина В.М., Александрова Н.Е. Использование капиллярного электрофореза для излучения минерального состава почв для изучения минерального состава почв // Фундаментальные науки и практики: сборник научных работ с материалами трудов 1-ой международной телеконференции. Томск, 2010. С. 119-120.
5. Радов А.С., Пустовой И.В., Корольков А.В. Практикум по агрохимии. М.: Агропромиздат.1985. 312 с.: ил.
6. Семендяев Н.В., Мармулев А.Н., Добротворская Н.И. Методы исследования почв и почвенного покрова: учебное пособие. Новосибирск: Из-во НГАУ, 2011. 202 с.
7. Ершов Ю.А., Попков В.А. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. 4-е изд., стереотипное. Москва: «Высшая школа», 2003. 556 с.: ил.
8. Ершов Ю.А., Плетнева Т.В. Механизмы токсичного действия неорганических соединений. М.: Медицина, 1989. 272 с.
9. Чулджиян Х., Корвета С., Фацек З. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Экологическая конференция. Братислава, 1988. Вып. 1. С. 5-24.
