способ определения содержания магнетита и маггемита в почвах

Формула изобретения

Способ определения в почве содержания магнетита и маггемита, включающий параллельную обработку почвы реактивом Тамма с определением содержания железа (Fe₂O₃)_окс и реактивом Мера-Джексона с определением содержания железа (Fe ₂O₃)_дит, отличающийся тем, что в почве дополнительно определяют удельную магнитную восприимчивость до и после обработки реактивами, после чего подсчитывают магнитную восприимчивость экстрагируемых соединений железа, а затем рассчитывают долю сильномагнитных оксидов железа магнетита и маггемита сначала в вытяжках по уравнению Fe₂O _{3(магн-магг)}=[ Fe₂O_{3(экстр)}-70·10^-8 ]:39930·10^-8, а затем и в почве по уравнениям C_магн=(Fe₂O_3(магн)·Fe ₂O_3(окс)):100 и

С_магг=(Fe ₂O_3(магг)·Fe₂O_3(дит) ):100.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химии почв и может быть использовано для установления окислительно-восстановительного состояния почв, в частности в качестве критерия оглеения почв.

В прототипе [2] содержание аморфных + слабоокристаллизованных соединений железа определяют по Тамму обработкой кислым оксалатом аммония, а полное содержание соединений железа определяют по Мера-Джексону обработкой дитионит-цитрат-бикарбонатом. Реактив Тамма одновременно растворяет слабомагнитные соединения железа, а также сильномагнитный оксид - магнетит Fe₃O ₄, а реактив Мера-Джексона одновременно растворяет как слабомагнитные соединения железа, так и сильномагнитный оксид - маггемит Fe₃O₄ [1, 5, 6, 7, 9].

Целью изобретения является определение содержания растворимых сильномагнитных оксидов железа, магнетита и маггемита в почвах, что позволяет охарактеризовать окислительно-восстановительное состояние почвы.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения в почве содержания магнетита и маггемита проводят параллельную обработку почвы реактивом Тамма с определением содержания железа (Fe₂O₃ )_окс и реактивом Мера-Джексона с определением содержания железа (Fe₂O₃)_дит, при этом в почве дополнительно определяют удельную магнитную восприимчивость до и после обработки реактивами, после чего подсчитывают магнитную восприимчивость экстрагируемых соединений железа, а затем рассчитывают долю сильномагнитных оксидов железа магнетита и маггемита сначала в вытяжках по уравнению Fe₂O _{3(магн-магг)}=[ Fe₂O_{3(экстр)}-70·10^-8 ]:39930·10^-8, а затем и в почве по уравнениям

C_магн=(Fe₂O_3(магн) ·Fe₂O_3(окс)):100 и C_магг =(Fe₂O_3(магг)·Fe₂O _3(дит)):100.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно берут два образца почвы.

У первого образца определяют суммарное содержание аморфных + слабоокристаллизованных соединений + магнетита (Fe ₂O₃)_окс путем обработки оксалатом аммония по Тамму. У второго образца определяют содержание всех свободных соединений железа, включая маггемит (Fe₂ O₃)_дит, путем обработки почвы дитионит-цитрат-бикарбонатом по Мера-Джексону.

Предварительно на приборе каппа-бридж KLY-2 определяется удельная магнитная восприимчивость исходной почвы _исх, а также ее остатков после химической обработки _окс и _дит. Затем определяется величина магнитной восприимчивости растворимых соединений железа, которая представляет собой разницу между значениями , нормированную по содержанию экстрагируемого железа. Магнитная восприимчивость дитионитрастворимых соединений железа Fe₂O_3(дит) равна:

Магнитная восприимчивость оксалаторастворимых соединений железа Fe₂O_3(окс) равна:

Магнитная восприимчивость растворимых соединений железа зависит как от восприимчивости магнетита или маггемита, так и от восприимчивости слабомагнитных (гидр)оксидов железа. Выразим магнитную восприимчивость растворимых соединений железа как сумму двух слагаемых: восприимчивости сильномагнитных (магнетита или маггемита) и слабомагнитных (гематита, гетита, ферригидрита и др.) минералов с учетом их содержания:

Магнитная восприимчивость магнетита колеблется от 40000·10^-8 м³/кг до 100000·10^-8 м³/кг [8]. Магнитная восприимчивость маггемита ~40000·10^-8 м³/кг [8]. Таким образом, для расчета магнитной восприимчивости сильно магнитных оксидов в первом приближении можно взять величину 40000·10 ^-8 м³/кг. Магнитная восприимчивость слабомагнитных соединений железа на несколько порядков ниже и составляет для гематита (27-63)10^-8 м³/кг, для гетита (12-63)10^-8 м³/кг, для лепидокрокита (50-75)10 ^-8 м³/кг [8]. В качестве средней магнитной восприимчивости слабомагнитных минералов железа принята величина Fe₂O_{3(сл. магн)}=70·10^-8 м³/кг.

Подставив значения восприимчивости 40000·10^-8 м³/кг для магнетита и маггемита и значение 70·10^-8 м³/кг для слабомагнитных минералов железа и выразив содержание магнетита или маггемита Fe₂O_{3(магн-магг)} в долях единицы, перепишем уравнение (3):

Из уравнения (4) подсчитываем долю магнетита или маггемита (в долях единицы), растворимым каждым из реактивов, Fe₂O_{3(магн-магг)}:

Теперь остается определить долю магнетита или маггемита (в %).

Доля магнетита в почве С _магн составляет:

Доля маггемита в почве С_магг составляет:

После чего подсчитываем отношение «магнетит : маггемит» в почве как отношение С_(магн):С _(магг).

Пример. Взят образец глее-подзолистой почвы (Архангельская обл.), гор. ВТ2. Из него извлечено Fe ₂O_3(дит)=1.85% и Fe₂O_3(окс) =0.52%. Исходная магнитная восприимчивость _исх=30.0·10^-8 м³/кг, она после обработки дитионитом снизилась до _дит=6.0·10^-8 м³/кг, а после обработки оксалатом снизилась до _окс=8.0·10^-8 м³/кг.

Вначале по уравнению (1) определяем магнитную восприимчивость дитионито-растворимых соединений железа

Затем подсчитываем долю маггемита (в долях единицы) в дитионитовой вытяжке из уравнения (5):

(Fe₂O₃)_магг=[1300·10 ^-8-70·10^-8]:39930·10^-8=0.031.

Решая уравнение относительно (Fe₂O ₃)_магг, получаем (Fe₂O₃ )_магг=0.031, то есть в дитионитовой вытяжке растворяется 3.1% маггемита. Соответственно, в расчете на массу почвы доля растворимого маггемита согласно уравнению (6) составляет:

С_магг=(3.15·1.85):100=0.0573%.

Проведя аналогичный расчет, получаем содержание растворенного магнетита в почве: С_магн=0.056%. Отношение «магнетит : маггемит» составляет: С_магн:С_магг =0.0573:0.063=0.91.

Отношение «магнетит: маггемит» подсчитано для 17 образцов северотаежных почв разной степени оглеения, Архангельская обл. (табл.1). Согласно Высоцкому [4], оглеение характеризуется сизым цветом почв, что во многом обусловлено влиянием Fe(II)-минералов, к которым относится магнетит Fe₃O₄. В отличие от него маггемит Fe₂О₃ имеет красно-бурый цвет [3]. В настоящее время наиболее эффективна колориметрическая система CIE-L*a*b*, где L* - светлота; a* - краснота-зеленость и b* - желтизна-синева [6]. При условии а*<4 у почвы проявляется сизый цвет и ее следует отнести к гидроморфным [3]. Как видно из чертежа, наблюдается обратная статистическая связь между краснотой а* и отношением «магнетит : маггемит». Но краснота а* характеризует редокс-условия в почве только при а*<8. При более высоком значении а* отражает долю красного гематита Fe₂O₃ [3]. В отличие от красноты а* отношение «магнетит : маггемит» характеризует редокс условия почв при любом содержании гематита.

Способ определения содержания магнетита и маггемита в почвах.

Изобретение относится к области химии почв и может быть использовано для установления окислительно-восстановительного статуса почв. Способ включает обработку параллельных образцов почвы реактивом Тамма, чувствительным к магнетиту, и реактивом Мера-Джексона, чувствительным к маггемиту. У исходной почвы и ее остатков после экстракции определяют удельную магнитную восприимчивость . Величину снижения магнитной восприимчивости после обработки нормируют на содержание экстрагируемых соединений железа (Fe ₂O₃)_окс и (Fe₂O₃ )_дит, соответственно. Затем вычитается доля железа, относящаяся к слабомагнитным соединениями железа, и подсчитывается доля сильно-магнитных оксидов магнетита и маггемита сначала в вытяжке, а затем и в почве. Способ позволяет определить отношение «магнетит : маггемит», характеризующее окислительно-восстановительный статус почвы. Это отношение низкое в автоморфных почвах и высокое в гидроморфных, благодаря чему оно может служить критерием гидроморфизма почв.

Литература

1. Бабанин В.Ф., Трухин В.И., Карпачевский Л.О., Иванов А.В., Морозов В.В. Магнетизм почв. М. - Ярославль, 1995. 222 с.

2. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. Изд-во МГУ, 1989. 270 с.

3. Водяницкий Ю.Н., Шишов Л.Л. Изучение некоторых почвенных процессов по цвету почв / Почв. ин-т им. В.В.Докучаева. М., 2004. 86 с.

4. Высоцкий Г.Н. Глей // Почвоведение. 1905. № 4. С.291-327.

5. Смирнов Ю.А. Магнитные свойства почв и их связь с формами соединений железа в почвах: Автореф. дис.... канд. биол. наук / МГУ. М., 1978. 22 с.

6. Barron V., Torrent J. Use of the Kubelka-Munk theory to study the influence of iron oxides on soil color // J. Soil Sci. 1986. v.37. p.499-510.

7. Blesa M.A., Marinovich H.A., Baumgrater E.G., Maroto A,J.G. Mechanism of dissolution of magnetite by oxalic acid-ferrous ion solutions // Inorganic Chemistry. 1987. V.26. N.22. Н.3713-3717.

8. Mullins C.E. Magnetic susceptibility or the soil and its significance in soil science - a review // J. Soil Sci. 1977. V.28. N 2. P.223-246.

9. Walker A.L. The effects of magnetite on oxalate-and dithionite-extractable iron // Soil Sci. Soc. Am. J. 1983. V.47. P.1022-1026.