Общие принципы анализа почв и грунтов
Почвы и грунты представляют собой сложные многокомпонентные системы,
состоящие из минеральной матрицы, органического вещества, влаги и
растворённых ионов. Их химический анализ имеет фундаментальное значение
для оценки плодородия земель, изучения процессов миграции элементов,
контроля загрязнения и разработки мероприятий по охране окружающей
среды. В отличие от анализа природных вод или воздуха, почвенный анализ
требует особых подходов к пробоотбору, пробоподготовке и выбору
аналитических методов, так как матрица почвы отличается высокой
гетерогенностью и способностью адсорбировать химические соединения.
Отбор и подготовка проб
Правильность интерпретации аналитических результатов во многом
определяется этапом отбора и подготовки проб.
- Отбор проб проводится по сеточному или маршрутному
принципу, с учётом рельефа, характера растительности, типа
почвообразующих пород.
- Комбинированные пробы формируются путём смешения
нескольких точечных проб, что позволяет снизить влияние локальной
неоднородности.
- Сушка и измельчение образцов необходимы для
получения представительной навески; пробы сушат при температуре 40–60 °C
во избежание потерь летучих соединений и изменения форм химических
элементов.
- Просеивание через сита с размером ячеек 1 мм или
меньше позволяет отделить грубые включения и корни.
Определение гранулометрического состава
Фракционный состав почвы влияет на её физико-химические свойства и
способность удерживать воду и питательные вещества.
- Седиментационные методы основаны на законах Стокса
и применяются для количественного распределения частиц по размерам.
- Пипеточный метод и его модификации позволяют точно
определить содержание глинистых, пылеватых и песчаных фракций.
- Лазерная дифракция является современным
инструментальным подходом, обеспечивающим высокую скорость и
воспроизводимость.
Определение органического вещества
Органическое вещество почв играет ключевую роль в формировании их
химических свойств.
- Метод Тюрена (окисление бихроматом калия в
присутствии серной кислоты) широко применяется для определения
содержания гумуса.
- Метод сухого озоления в муфельной печи при 550–600
°C позволяет установить содержание органического углерода по потере
массы.
- Современные подходы включают применение элементного
анализа (CHN-анализаторов), спектроскопии ЯМР и ИК-спектроскопии для
уточнения состава гумусовых веществ.
Определение кислотности и щёлочности
Реакция среды является одним из важнейших показателей почвы.
- Потенциометрический метод используется для
измерения pH водной и солевой суспензии.
- Гидролитическая кислотность определяется
титриметрически с применением ацетата натрия или бария.
- Емкость катионного обмена (ЕКО) связана с буферными
свойствами почвы и определяется методом обменного вытеснения ионов
(обычно аммонием или барием).
Определение макро- и микроэлементов
Содержание элементов питания (азота, фосфора, калия, кальция, магния)
и микроэлементов (железа, марганца, меди, цинка, кобальта, молибдена,
бора) определяет агрохимическую ценность почвы.
Азот:
- валовый — методом Кьельдаля;
- нитратный и аммонийный — ионоселективными электродами или
фотометрически.
Фосфор:
- подвижные формы — методом Чирикова или по Мачигину;
- фотометрически — образование окрашенных комплексов с молибденом
(фосфорно-молибденовый синий).
Калий:
- фотометрия пламени;
- атомно-абсорбционная спектроскопия.
Кальций и магний:
- комплексонометрическое титрование (ЭДТА);
- атомно-абсорбционный анализ.
Микроэлементы:
- атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС);
- индуктивно связанная плазма с масс-спектрометрией (ИСП-МС),
обладающая высокой чувствительностью и возможностью многокомпонентного
анализа.
Определение загрязняющих веществ
Химический анализ почв широко применяется для контроля загрязнения
тяжёлыми металлами, нефтепродуктами, пестицидами и другими
ксенобиотиками.
- Тяжёлые металлы (свинец, кадмий, ртуть, мышьяк,
хром) определяются преимущественно методами атомно-абсорбционной
спектроскопии, ИСП-МС и рентгенофлуоресцентного анализа.
- Углеводороды и нефтепродукты выявляются методом
газовой хроматографии с масс-спектрометрией (ГХ-МС).
- Пестициды и органические загрязнители анализируются
с применением жидкостной и газовой хроматографии в сочетании со
спектрометрией.
Современные инструментальные методы анализа
- Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) позволяет
быстро и неразрушающе определять широкий спектр элементов от Na до
U.
- Индуктивно связанная плазма (ИСП-АЭС и ИСП-МС)
обеспечивает низкие пределы обнаружения и высокую точность при
многокомпонентном анализе.
- ИК- и Раман-спектроскопия применяются для
идентификации минеральных фаз и органических соединений в почве.
- Термогравиметрический анализ используется для
изучения потерь массы, связанных с содержанием влаги, органических
веществ и карбонатов.
Особенности пробоподготовки для инструментального
анализа
- Кислотное разложение с использованием смеси HF,
HNO₃ и HClO₄ применяется для полного перевода минеральной матрицы в
раствор.
- Микроволновое разложение ускоряет процесс и
уменьшает потери летучих элементов.
- Спекание с карбонатами или пероксидом натрия
используется для труднодоразлагаемых силикатов.
Аналитическое значение результатов
Комплексное исследование почв и грунтов позволяет оценить их
химический состав, плодородие, миграцию элементов, наличие загрязнений и
потенциальные риски для окружающей среды и здоровья человека. Результаты
химического анализа лежат в основе классификации почв, разработки
агрохимических карт, нормирования допустимых концентраций загрязнителей
и прогноза устойчивости экосистем.