способ оценки содержаний элементов в почве

Формула изобретения

Способ оценки содержаний элементов в почве, включающий установку на исследуемой площади по сети во влажный почвенный слой полупроницаемых сосудов с раствором электролита, выдержку этих сосудов в течение времени накопления, достаточного для анализа количества искомых элементов и их анализ, отличающийся тем, что перед установкой сосудов в электролит помещают заранее взвешенный волокнистый сорбент и после накопления проводят анализ волокнистого сорбента на искомые элементы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области геохимических и гидрохимических поисков месторождений полезных ископаемых, а также экологического контроля почв, природных водоемов и растворов, кроме того, может быть использован для извлечения и накопления элементов из жидких и твердых сред.

Известен способ оценки содержаний элементов, использованный в способе поисков полезных ископаемых по а.с. N 894660 от 15.05.80, кл. G 01 V 9/00, основанный на отборе проб непосредственно из растворов почвенных капилляров и включающий установку в почвенный слой на точке измерений полупроницаемого сосуда, заполненного раствором электролита, накопление исследуемого элемента в течение установленного времени и последующий анализ электролита на искомые элементы. Некоторая селективность накопления ионных форм элементов достигается применением полупроницаемых оболочек с диаметрами пор, препятствующими прохождению высокомолекулярных металлоорганических соединений. Этот способ принят за прототип.

Ориентированный на излучение наиболее подвижных форм элементов, обладающих наибольшей информацией о местоположении и размерах коренного источника этих форм при значительном удалении от него, способ этот имеет и ряд недостатков, существенно снижающих его эффективность. Известно, что накопление ионных форм элементов в электролите полупроницаемого сосуда происходит под воздействием целого ряда физико-химических факторов, из которых определяющими являются диффузионный потенциал, разность концентраций и диализ. По мере насыщения раствора электролита искомыми элементами скорость их накопления падает вплоть до полного прекращения при достижении примерного равенства концентраций в электролите и во вмещающей среде. Для некоторых элементов достигаемая в электролите концентрация может оказаться недостаточной для самого чувствительного метода анализа. Кроме того, чтобы достигнуть максимального накопления, требуется часто очень много времени.

Задачей изобретения является создание условий для накопления достаточного для уверенного анализа количества вещества и сокращения времени накопления и самого анализа.

Задача решается за счет того, что в способе, включающем установку на исследуемой площади по сети во влажный почвенный слой полупроницаемых сосудов с раствором электролита, выдержку этих сосудов в течение времени накопления, достаточного для анализа количества искомых элементов и их анализ, перед установкой сосудов в почвенный слой в электролит помещают заранее взвешенный волокнистый сорбент и после накопления проводят анализ волокнистого сорбента на искомые элементы.

Обладая высокой сорбционной способностью к ионам ряда металлов, волокнистые сорбенты за счет поглощения ионов из электролита обеспечивают устойчивый сдвиг равновесия между концентрацией ионов в почвенных капиллярах и в электролите.

В электролит можно поместить сразу несколько различных сорбентов с разной сорбционной способностью по отношению к различным элементам, и тогда сдвиг равновесия концентраций будет поддерживаться сразу для нескольких элементов. Такое решение целесообразно применять там, где нужен и возможен многокомпонентный анализ почвенного слоя.

Наиболее существенным здесь является то, что при помещении в электролит волокнистого сорбента не происходит выравнивания концентраций в нем и в почвенных капиллярах.

Помещение волокнистого сорбента в электролит приводит к увеличению количества накопленного для анализа элемента по сравнению с тем, что можно было бы накопить при применении способа-прототипа, так как увеличивается площадь или объем почвы, с которой происходит накопление изучаемых элементов, что обуславливает повышение чувствительности способа и расширение области его применения (за счет тех регионов, где концентрации искомых элементов в почвенном слое слишком низки и недоступны для поисков по способу-прототипу), а также к существенному сокращению экспозиции накопления и времени, необходимого для анализа, то есть достигается экспрессивность получения результатов, несвойственная прототипу.

На фиг. 1 изображена схема установки полупроницаемого сосуда в почвенный слой. 1 полупроницаемый сосуд, 2 электролит, 3 волокнистый сорбент, 4 - почвенный слой.

На фиг. 2 приведены графики накопления во времени свинца (1, 2) и урана (3, 4) по предлагаемому способу (1, 3) и по способу-прототипу (2, 4). Т - время в часах от начала накопления.

На фиг.3 представлены конкретные результаты применения способа-прототипа (график 1) и предлагаемого способа (график 2) для поиска месторождений полезных ископаемых.

Для осуществления способа необходимо произвести следующие операции.

1. Полупроницаемую оболочку заполняют электролитом.

2. В электролит помещают один или несколько предварительно взвешенных волокнистых сорбентов. Масса волокнистых сорбентов и их закладываемые разновидности определяются экспериментально в зависимости от решаемых задач.

3. Полупроницаемый сосуд с электролитом и сорбентом устанавливают в почвенный слой на точку сети, разбитой на местности.

4. Полупроницаемый сосуд выдерживают на точке измерений в течение времени, которое устанавливают экспериментально до начала работ в каждом регионе. Оптимальной считается экспозиция, в течение которой накапливается (925)% вещества от возможного максимума.

5. По окончании экспозиции полупроницаемый сосуд извлекают из почвы, волокнистый сорбент вынимают из электролита, сушат и проводят анализ на искомые элементы либо рентгеновским способом, не разрушая сорбент (Бахтиаров А. В. "Рентгеноспектральный флуоресцентный метод в геологии и геохимии", Л. "Недра", 1985), либо атомно-абсорбционным (Славин В. "Атомно-абсорбционная спектрометрия", Л. "Недра", 1971) после десорбции искомого элемента или после сожжения сорбента и растворения золы в растворителе.

Полупроницаемый сосуд с электролитом и волокнистым сорбентом можно помещать в сухую, но искусственно увлажненную почву, в грязь (сильно увлажненную почву) и в малые естественные водоемы (лужи, ямки с водой и т.п.).

Пример применения изобретения для поисков месторождений полезных ископаемых приведен на фиг. 3. На одном из месторождений урановых руд было проведено сопоставление нового способа оценки концентраций со способом-прототипом. Результаты определений содержаний урана в условных единицах по одному из профилей по способу-прототипу представлены на графике 1, по предлагаемому способу на графике 2. Хорошо заметно, что определения содержаний урана в почвах по предлагаемому способу более четко и однозначно (без ложных аномалий) выделяют урановое оруденение под насосами. При этом, в соответствии с графиками фиг. 2, время накопления было сокращено в 2 раза по сравнению со способом-прототипом (с 48 до 24 часов), а количество накопленного вещества возросло в 1,2-3 раза. При этом применение рентгеновской аппаратуры для анализа уменьшило время определений (по сравнению с химическими) в 5-10 раз (1 час на сушку сорбента и 10 мин. на измерения).

Способ также может быть использован для количественных определений содержаний элементов в воде и растворах, если полупроницаемый сосуд с электролитом и волокнистым сорбентом помещать в емкость с исследуемой жидкостью определенного объема.

Высокая чувствительность и хорошая экспрессность способа, а также его простота и дешевизна позволяют использовать его не только при поисках месторождений полезных ископаемых, но и при экологическом контроле техногенных загрязнений почв, водоемов и водотоков.