МІНІСТЕРСТВО АГЕНСТВО ОСВІТИ
Державних освітніх УСТАНОВА
ВИЩОЇ ОСВІТИ
«ЛИПЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧЕСКІЙЦ УНІВЕРСИТЕТ»
Кафедра хімії
Залікова завдання на уроках:
«Аналітичні методи аналізу в моніторингу об'єктів навколишнього середовища»
на тему: «Аналіз грунту»
Виконав:
студент ХМФ гр. АХ-06-1
Ірхіна Е.Є.
Перевірив:
Дергунова Олена Сергіївна
Липецьк 2010
Введення
Грунт - особливе природне утворення, що сформувалося в результаті тривалого перетворення поверхневих шарів літосфери під спільним взаємозумовленим взаємодією гідросфери, атмосфери, живих і мертвих організмів. Грунт складається з органічних, мінеральних, органо комплексних сполук, грунтової вологи, повітря і живих істот, що населяють її.
Грунт є одним з елементів біосфери, які забезпечують циркуляцію хімічних речовин в системі навколишнє середовище - людина. Причому це відноситься не тільки до ендогенних хімічних речовин, але і до екзогенних хімічних речовин, що надходять у грунт з викидами промислових підприємств, стічними водами, викидами авто-та авіатранспорту, при обробці сільськогосподарських земель
Грунт є місцем збору та зберігання великої кількості забруднювачів, куди вони потрапляють в результаті техногенної діяльності людини та викидів забруднювачів з природних джерел. Вона не має властивість рухливості, характерним для інших природних середовищ, і найбільш схильна до забруднення. Крім того, багато сполуки, потрапляючи в грунт, внаслідок хімічних і мікробіологічних перетворень можуть стати більш токсичними, ніж вихідні. З грунту може відбуватися забруднення води, повітря, харчових продуктів та інших елементів біосфери канцерогенними і радіоактивними речовинами.
Внаслідок цього необхідно регулярно проводити моніторинг грунтів в різних раон міста та області.
У даній заліковій завданню проводився загальний аналіз грунту, відібраної в Усманському районі, Липецької області.
1 Моніторинг грунтів
Моніторинг стану грунтів призначений для регулярних спостережень за хімічним забрудненням грунтів, їх станом; забезпечує збір, передачу і обробку отриманої інформації з метою своєчасного виявлення негативних процесів, прогнозування їх розвитку, запобігання шкідливих наслідків і визначення ступеня ефективності здійснюваних природоохоронних заходів.
На відміну від води і атмосферного повітря, які є лише міграційними середовищами, грунт є найбільш об'єктивним і стабільним індикатором техногенного забруднення. Вона чітко відображає емісію забруднюючих речовин та їх фактичного розподілу в компонентах міської території. Найбільш великі промислові міста утворюючи великі зони забруднень, поступово перетворюються на суцільні техногенні території, що представляють серйозну небезпеку для здоров'я проживає на них населення.
У цьому зв'язку, постійне спостереження за вмістом промислових токсикантів у грунтах і тенденцією їх змістом є найбільш актуальним.
Одним з найбільш потужним факторів, що призводить до забруднення навколишнього середовища, є промисловість.
Зона істотного забруднення грунтів хімічними елементами в околицях промислових підприємств займає площу радіусом 10 км з набагато більшою протяжність (до 30 км і більше) в напрямку пануючих вітрів, а також у напрямку стоку поверхневих і грунтових вод.
Джерелами забруднення грунту є:
викиди шкідливих речовин в атмосферне повітря від стаціонарних та пересувних джерел забруднення;
полігони промислових та побутових відходів;
несанкціоновані звалища промислових і побутових відходів;
засоби хімічного захисту рослин та мінеральні добрива.
На забруднення грунту значний вплив мають протоки нафтопродуктів, неорганізовані скиди зливових і талих вод, а також санітарний стан міської території.
Классіфіккація грунтів
Основною одиницею класифікації грунтів є тип грунтів. Поняття «тип грунтів». Під типом грунтів розуміють грунту, утворені в однакових умовах і мають подібними будовою і властивостями.
До одного типу грунтів відносяться грунту:
1) з подібними процесами перетворення та міграції речовин;
2) з подібним характером водно-теплового режиму;
3) з однотипним будовою грунтового профілю по генетичних горизонтів;
4) з подібним рівнем природної родючості;
5) з екологічно подібним типом рослинності.
Широко відомі такі типи грунтів, як підзолисті, чорноземи, червоноземи, солонці, солончаки та ін
Кожен тип грунтів послідовно поділяється на підтипи, пологи, види, різновиди і розряди.
Підтипи грунтів представляють собою групи грунтів, що розрізняються між собою по прояву основного і супутнього процесів грунтоутворення і є перехідними ступенями між типами. Наприклад, при розвитку в грунті поряд з підзолистих процесом дернового процесу формується підтип дерново-підзолистого грунту. При поєднанні підзолистого процесу з глейові процесом у верхній частині грунтового профілю формується підтип глееподзолістой грунту.
Подтіповие особливості грунтів відображаються в особливих рисах їх грунтового профілю. При виділенні підтипів грунтів враховуються процеси і ознаки, зумовлені як шіротнозональнимі, так і фаціальні особливості природних умов. Серед останніх першорядну роль відіграють термічні умови і ступінь континентальності клімату.
У межах підтипів виділяються роди і види грунтів. Пологи грунтів виділяються всередині підтипу за особливостями грунтоутворення, пов'язаних насамперед з властивостями материнських порід, а також властивостями, зумовленими хімізмом грунтових вод, або з властивостями і ознаками, придбаними в минулих фазах грунтоутворення (так звані реліктові ознаки).
Пологи грунтів виділяються в кожному типі і подтипе грунтів. Найпоширеніші з них:
1) звичайний рід, тобто відповідає за своїм характером підтипу грунтів; при визначенні грунтів назва роду «звичайний» опускається;
2) солонцюваті (особливості грунтів визначаються хімізмом грунтових вод);
3) остаточно-солонцюваті (особливості грунтів визначаються засоленістю порід, яка поступово знімається);
4) солончаковатиє;
5) остаточно-карбонатні;
6) грунту на кварцево-піщаних породах;
7) грунту контактно-глейові (формуються на двочленних породах, коли супіщані або піщані товщі подстилаются суглинними або глинистими відкладеннями; на контакті зміни наносів утворюється освітлена смуга, що утворюється за рахунок періодичного перезволоження);
8) остаточно-арідні.
Види грунтів виділяються в межах роду за ступенем вираженості основного грунтоутворювального процесу, властивого певному грунтовому типу.
Для найменування видів використовують генетичні терміни, що вказують на ступінь розвитку цього процесу. Так, для підзолистих грунтів - ступінь підзолистими і глибина оподзоліванія; для чорноземів - потужність гумусового горизонту, вміст гумусу, ступінь вилуженими; для солончаків - характер розподілу солей за профілем, морфологія поверхневого горизонту (пухкі, отакиренние, вицветние).
Усередині видів визначаються різновиди грунтів. Це грунту одного і того ж виду, але володіють різним механічним складом (наприклад, піщані, супіщані, суглинисті, глинисті). Грунти ж одного виду та одного механічного складу, але розвинені на материнських породах різного походження та різного петрографічного складу, виділяються як грунтові розряди.
Дерново-підзолисті грунти - відрізняються невисоким вмістом гумусу (0,5-2,5%) і невеликим гумусовим шаром (10-20 см), у зв'язку з цим - невисоким природною родючістю і, як правило, кислої реакцією (рН = 4 - 5). У більшості випадків вони пере зволожені.
Потребують дренажних та інших осушувальних роботах, збільшення гумусового горизонту, а також регулярному вапнуванні і внесення підвищених доз органічних добрив або землюванню.
Дерново-карбонатні грунти. На відміну від дерново-підзолистих грунтів мають більш високою продуктивністю (гумус - 2-4%), меншою кислотністю рН = 6 і більше сприятливими фізико-механічними показниками. Для отримання високих урожаїв потребують тільки в підвищених дозах органічних і мінеральних добрив.
Сірі лісові грунти. За багатьма показниками близькі до дерново-карбонатних грунтів (тільки трохи вища кислотність (рН-5 ,5-6, 5). Вони схильні до замивання і переущільнення. Потребують періодичному вапнуванні, поглибленні орного горизонту, а також в добриві фосфором і азотом.
Торф'яно-болотні грунти. Характеризуються високою природною родючістю і великим вмістом азоту (2-4%), низьким вмістом фосфору, високою кислотністю (рН = 3,5-5) і низькими фізико-механічними властивостями. Потребують регулювання водного режиму (осушення-зрошення), внесення фосфорно-калійних добрив, регулярному вапнуванні і внесення мікроелементів.
Чорноземні грунти. Кращі з грунтів за всіма показниками (рівню родючості, глибині гумусового горизонту (якщо не еродовані), утримання макро-і мікроелементів і фізико-механічними параметрами грунту). Опідзолені чорноземи схильні до замулювання і переущільнення, а карбонатні чорноземи бідні залізом: у доступній для рослин формі (провокується хлороз винограду і плодових).
2 Методика визначення гігроскопічної вологи грунту
Наважку грунту 2-5 г беруть на аналітичних вагах у попередньо висушених при температурі 100-105 0 С і зважених скляних бюксах (бюкси зважують з кришками). Бюкси з грунтом протягом 5 год витримують в сушильній шафі при температурі 100-105 0 С. За допомогою щипців з гумовими наконечниками бюкси виймають з сушильної шафи, закривають кришками, охолоджують в ексикаторі і зважують. Домовилися вважати, що витримування грунту протягом 5 год при температурі 100-105 0 С призводить до повної втрати гігроскопічної вологи. Якщо необхідно перевірити повноту видалення гігроскопічної вологи, бюкси з грунтом знову ставлять у сушильну шафу на 1,5-3 год і зважують. Висушування припиняють, якщо маса дорівнює або більше результату попереднього зважування (збільшення маси може відбутися за рахунок окислення деяких компонентів грунтів). Розрахунок масової частки гігроскопічної вологи (%) проводять за рівнянням:
Де m - маса повітряно-сухого грунту, г; m 1 - маса висушеної грунту, м.
2.1 Визначення C і органічних сполук по Тюріну
Прилади і реактиви: Аналітичні ваги, Колба конічна термостійка на 100 мл., Воронка діаметром скляна 3см, бюретка на 25 мл., Піпетка медична, фільтрувальний папір, хромова суміш 0,4 н, сіль Мора 0,2 н, ФАК 0,2% , KMnO 4.
Хід роботи:
Взяти мелкодисперсную наважку 0,5 г, Помістити в колбу ємністю 100 мл. Потім у колбочки піпеткою долити по краплі 10 мл 0,4 н розчину K 2 Cr 2 O 7 в H 2 SO 4. Осторжно збовтати і поставити на ел. плітку.Кіпятят 5 хвилин, одночасно проводять холосте кип'ятіння без грунту, тільки 10 мл K 2 Cr 2 O 7.
Після кип'ятіння колби охолоджують. Змивають краплі хромової суміші дистильованою водою в колбу і, додавши 4-5 крапель 0,2% розчину ФАК, титрують 0,2 н солі Мора.Переход забарвлення з вишнево-фіолетовою в зелену. Одночасно проводять холосте титрування. За обсягом солі Мора, який пішов на титрування, визначають кількість хромової суміші, не витраченої на окислення органічного вещ-ва грунту. При титруванні сіллю Мора надлишку K 2 Cr 2 O 7 відбувається реакція:
6 FeO 4 (NH 4) 2 SO 4 + K 2 Cr 2 O 7 +7 H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 +3 Fe 2 (SO 4) 3 +6 (NH 4) 2 SO 4 + K 2 SO 4 +7 H 2 O
Зміст вуглецю обчислюють за формулою:
C% = ((V хол-V раб) * N * 0.003 * 100) / a,
Де V хол-обсяг солі Мора (мл) пішов на титрування 10 мл K 2 Cr 2 O 7.
2.2 Визначення фенолу в грунті
Прилади і реактиви: п-нітроаналін, NaNo 2 (1н), Н 2 SО 4 (розбавляючи), Na 2 CO 3 (2н), суміш: уксуская кислота-бутанол-вода (3:5:2)
Хід роботи:
Розчиняють 5г фенолу в дистильованій воді, розбавляють до 1л.Отбірают 1мл цього розчину, що містить 5 мл фенолу, вносимо в ділильну воронку, додаємо 1 мл H 2 SО 4, 25 мл Na 2 СО 3, 2,5 мл п-нітроаналіна. Потім додаємо ще 50 мл H 2 SО 4 і екстрагують барвник 50 мл хлорбензолу. Бензольних екстракт фільтрують в 50 мл колбу і доводять до мітки чистим хлорбензолів (0,1 мл фенолу містить).
Далі вносимо на покрите сумішшю скло, такі концентрації: 5,0; 10,0; 20,0; 70,0; і Х мкг. Розміщуємо платівку в хроматографічну камеру. Плями фенолу (рожево-бузкового кольору) з'являються на відстані 1-15 см від стартової лінії. (R f = 0.1).
Кожна пляма екстрагують ізопропанольной сумішшю і вимірюють оптичну щільність екстрактів при λ = 540 нм.
За градуювальним графіком знаходять вміст фенолу.
2.3 Визначення загальної лужності та лужності, зумовленої карбонат-іонами
Наважку грунту масою 40,0 г вміщують у суху колбу або іншу ємність місткістю 250 мл. До грунту за допомогою мірного циліндра доливають 100 мл. 1 М розчину KCl. Вміст колби збовтують 1 годину і фільтрують через складчастий фільтр у суху конічну колбу. Щоб отримати прозорі фільтрати, на фільтр переносять якомога більше грунту. Перші порції фільтрату можуть опалесціровать, їх перефільтровивают. Витяжка повинна бути прозорою.
В отриманій 1 М KCl-витяжці визначають концентрацію карбонат-іонів. Для цього з мірної колби в конічну колбу для титрування місткістю 100 мл додають 25 мл розчину аліквоти і декілька крапель фенолфталеїну. Титрують 0,01 М розчином H 2 SO 4 до знебарвлення рожевого забарвлення розчину. Записують обсяг титранту V 1, що пішов на титрування.
Далі визначають загальну лужність. Для цього з мірної колби в конічну колбу для титрування місткістю 100 мл додають 25 мл розчину аліквоти і кілька крапель метилового-оранжевого. Титрують 0,01 М розчином H 2 SO 4 до зміни забарвлення розчину з жовтого на помаранчеву. Записують обсяг титранту V 2, що пішов на титрування.
Концентрацію карбонат-іонів і загальну лужність обчислюють за формулами:
=
;
;
де н - нормальність кислоти; V а - обсяг аліквоти, мл; V 0 - об'єм, доданий до навішування грунту, мл; m - наважка грунту, м.
2.4 Методика комплексонометріческого визначення валового вмісту заліза в грунтах
На конічних колбах місткістю 250 мл роблять позначку на рівні, відповідному об'єму 50 мл. У колбу поміщають 25 мл фільтрату, отриманого після відділення кремнієвої кислоти, додають 5-7 крапель концентрованої азотної кислоти і нагрівають до кипіння, окислюючи Fe (II).
Потім в колбу додають 10-15 крапель 25%-ного розчину аміаку, поміщають шматочок індикаторної папери Конго-рот і додають по краплях спочатку 25%-ний розчин аміаку, а потім 10%-ний до переходу синього забарвлення індикаторної папери в буру. Якщо при цьому випаде осад, його розчиняють декількома краплями 1 н. HCl. У колбу доливають 5 мл 1 н. HCl, і об'єм рідини дистильованою водою доводять до позначки, що відповідає 50 мл. Вміст колби нагрівають до 50-60 ° С, додають 1-3 краплі 10%-ного розчину сульфосалициловой кислоти і титрують 0,01 М розчином комплексона III до переходу ліловою забарвлення сульфосаліцілата заліза в блідо-жовту комплексонатів заліза. Швидкість реакції невелика, тому останні порції титранту додають повільно. Якщо в цій же порції аналізованого розчину буде визначатися алюміній, не можна додавати надлишку титранту.
2.5 Визначення кальцію і магнію при спільній присутності
Константи стійкості етилендіамінтетраацетат кальцію і магнію різняться на 2 порядки. Тому ці іони не можна відтитровані роздільно, використовуючи тільки різниця в константах стійкості комплексонатів. При pH опт ~ 10 як металлоіндікаторов використовують еріохромовий чорний Т. При цих умовах визначають суму кальцію і магнію. В іншій аликвотной частини створюють pH> 12, вводячи NaOH, при цьому магній осідає у вигляді гідроксиду, його не фільтрують, і в розчині визначають комплексонометріческій кальцій в присутності мурексиду, флуорексона або кальціона, які є металлоіндікаторамі на кальцій. Магній визначають по різниці.
Виконання ухвали.
Визначення суми кальцію і магнію.
Відбирають піпеткою 10 мл аналізованого розчину (водної витяжки грунту) з мірної колби ємністю 100 мл в конічну колбу для титрування місткістю 100 мл, додають 2-3 мл буферного розчину з pH 10, 15 мл води, перемішують і додають на кінчику шпателя 20-30 мг суміші еріохромового чорного Т і хлориду натрію. Перемішують до повного розчинення індикаторної суміші і титрують розчином ЕДТА до зміни забарвлення розчину з винно-червоного в блакитну.
Визначення кальцію.
Відбирають піпеткою 10 мл аналізованого розчину (водної витяжки грунту) в конічну колбу для титрування місткістю 100 мл, додають 2-3 мл розчину NaOH або KOH, розбавляють водою приблизно до 25 мл, вводять 20-30 мг індикаторної суміші мурексиду, флуорексона, або кальціона з хлоридом натрію і титрують розчином ЕДТА до зміни забарвлення розчину від однієї краплі розчину ЕДТА.
Зміна забарвлення в кінцевій точці титрування залежить від обраного металлоіндікатора. При використанні мурексиду забарвлення змінюється з рожевої у фіолетову; при використанні флуорексона - з жовтої із зеленою флуоресценцією в безбарвну або рожеву з різким зменшенням інтенсивності флуоресценції; при використанні кальціона - з блідо-жовтою в оранжеву. В останньому випадку лужне середовище створюють тільки 2 М розчином KOH.
Визначення магнію. Обсяг титранту, витрачений на титрування магнію, обчислюють за різницею об'ємів ЕДТА, що пішла на титрування при pH 10 і при pH 12.
2.6 Методика визначення обмінної кислотності
Наважку грунту, пропущеної через сито з отворами діаметром 1-2 мм, масою 40 г поміщають в колбу місткістю 250 мл. У колбу доливають 100 мл 1М розчину KCl і збовтують протягом 1 ч. Годинний збовтування суспензії може бути замінено трихвилинним збовтуванням з наступним добовим настоюванням. Вміст колби фільтрують в суху конічну колбу або іншу ємність. Перші 10 мл фільтрату викидають.
Після того, як суспензія буде профільтрована повністю, 50 мл фільтрату поміщають в конічну колбу місткістю 250 мл, додають 2-3 краплі фенолфталеїну і титрують 0,02-0,1 М розчином NaOH до появи рожевого забарвлення, яке не зникає протягом 1 хв.
Обмінну кислотність (Н об) розраховують за рівнянням:
Де V і V 1 - обсяг NaOH, що пішов на титрування відповідно аліквоти витяжки та контрольної проби; н - молярна концентрація NaOH, ммоль / мл; V ал і V 0 - об'єм аліквоти витяжки та загальний обсяг доданого до грунту 1М KCl, мл; m - навішування грунту, м.
Реагенти:
1М розчин KCl розчиняють в 300-400 мл дистильованої води, розчин фільтрують і об'єм доводять до 1 л. Значення рН розчину відповідає 5,6-6,0 (рН дистильованої води, що знаходиться в рівновазі з СО 2 атмосферного повітря, має рН близько 5,6).
2.7 Методика визначення гідролітичною кислотністю
У суху колбу місткістю 250 мл поміщають наважку грунту, пропущеної через сито з отворами діаметром 1 мм, масою 40,0 г У колбу доливають 100 мл 1М розчину СН 3 СОО Na і збовтують протягом години. Годинний збовтування може бути замінити 3 хвилинним з наступним 18-20 годинним настоюванням з періодичним (4-5 раз) збовтуванням суспензії. Суспензію збовтують круговими рухами і фільтрують через сухий складчастий фільтр. Перші порції (близько 10 мл) фільтрату викидають. Якщо потім при фільтруванні отримують каламутний розчин, його перефільтровивают. Аліквоти фільтрату 50 мл поміщають в конічну колбу місткістю 250 мл, додають 2-3 краплі фенолфталеїну і титрують 0,02-0,1 н розчином NaOH до слабо-рожевого забарвлення, яке не зникає протягом 1 хв. Гідролітичну кислотність розраховують за рівнянням:
Н г моль (+) / 100 г грунту = [V н V 0 100] / [V ал m],
Де V і н - обсяг і концентрація розчину NaOH, ммоль / мл; V ал - обсяг аліквоти витяжки, мл; V 0 - об'єм доданого до навішування грунту розчину ацетату натрію, мл; m - наважка грунту, м. Якщо отриманий результат множать на 1,75 для компенсації неповного вилучення з грунтів кислотних компонентів при одноразовій обробці грунту екстрагуються розчином, у коментарі до результатів аналізу роблять відповідну обмовку.
Реагенти:
1М розчин СН 3 СОО Na з рН 8,3. Наважку ацетату натрію 82,0 г СН 3 СОО Na або 136,0 г СН 3 СОО Nax 3Н 2 О розчиняють у дистильованій воді, (якщо необхідно, фільтрують), доводять об'єм до 1 л і вимірюють рН. Величину рН доводять до 8,3 розчинами СН 3 СОО Na або NaOH з масовою часткою 10%. Контроль рН розчину може бути здійснений за допомогою фенолфталеїну. Розчин ацетату натрію при додаванні фенолфталеїну повинен мати слабо-рожеве забарвлення.
2.8 Методика визначення концентрації фосфатів в 0,03 н. K 2 SO 4-витяжках (по Карпінського - Замятін)
Наважку грунту масою 20,0 г вміщують у суху колбу або іншу ємність місткістю 250 мл. До грунту за допомогою мірного циліндра доливають 100 мл. 0,03 н. розчину K 2 SO 4. Вміст колби збовтують 5 хв і фільтрують через складчастий фільтр у суху конічну колбу. Щоб отримати прозорі фільтрати, на фільтр переносять якомога більше грунту. Перші порції фільтрату можуть опалесціровать, їх перефільтровивают. Витяжка повинна бути прозрачной.В отриманої 0,03 н. K 2 SO 4-витяжці визначають концентрацію фосфатів. Для цього в мірну колбу місткістю 50 мл. поміщають 20-40 мл. витяжки. В колбу додають 8 мл. реагенту Б. Обсяг рідини в колбі доводять дистильованою водою до мітки, ретельно перемішують і через 10 хв. Вимірюють оптичну щільність розчину при довжині хвилі 630-882 нм.
Перед фарбуванням аналізованого розчину необхідно приготувати шкалу стандартних розчинів для отримання градуювальної кривої. З цією метою в мірні колби місткістю 50 мл. доливають по 2 мл. 0,6 н. K 2 SO 4, що забезпечить концентрацію сульфату калію в що знаходиться в колбі розчині приблизно таку ж, яку отримують при аналізі 40 мл K 2 SO 4-витяжки. Потім в кожну з колб за допомогою бюретки доливають стандартний розчин із вмістом фосфору 0,005 мг P в 1 мл. У колби додають 0,5; 1,0; 3,0; 5,0; 7,0 і 10,0 мл стандартного розчину. У колби доливають дистильовану воду приблизно до обсягу 35 - 40 мл, реагент Б. Вміст колб ретельно перемішують, через 10 хв вимірюють оптичну щільність і будують градуювальну криву в координатах: оптична щільність - кількість фосфору в мірній колбі. За градуювальної кривої знаходять концентрацію фосфору в аналізованих розчинах. Результати аналізу виражають у мг / л:
P, мг / л = C p 1000 / V ал,
де V ал - обсяг аліквоти витяжки, мл; З p - число міліграмів фосфору в мірній колбі, мг / об'єм мірної колби.
3 Експериментальна частина
У експериментальної частини проводився аналіз грунту. Грунт була відібрана в Усманському районі, Липецької області. Проба відбиралася з глибини близько 20 см, маса проби склала 0,5 кг.
3.1 Визначення гігроскопічної вологи
1. Таблиця отриманих результатів:
Маса бюкса, г | Маса бюкса з грунтом, г | Маса грунту m, г | Маса бюкса після сушіння, г |