Из косвенных методов определения гумуса наибольшим распространением пользуется метод И.В.Тюрина, основанный на окислении углерода органического вещества почвы сернокислым раствором дихромата калия, избыток которого оттитровывается раствором соли Мора. Фактически этим методом определяют окисляемость гумуса. Если принять, что при взаимодействии раствора дихромата калия с почвой происходит только окисление углерода гумуса и восстановление Cr 2 O 7 2- до Сr 3+ , то схематично реакцию можно выразить следующим уравнением:

3С + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 → 3CO 2 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 2K 2 SO 4 + 8H 2 O

Поскольку раствор дихромата калия приливается к навеске почвы с избытком, то какая-то его часть остается не израсходованной после завершения реакции окисления углерода. Непрореагировавший избыток Cr 2 O 7 2- оттитровывается раствором соли Мора (NH 4) 2 SO 4 ∙ FeSO 4 ∙ 6H 2 O:

K 2 Cr 2 O 7 + 6FeSO 4 + 7H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) 3 + 3Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 +7H 2 O

Объем раствора соли Мора, пошедший на титрование, используется при расчете содержания углерода в почве.

При взаимодействии с гумусом ион Cr 2 O 7 2- реагирует не только с углеродом, но и с водородом, входящим в состав органических соединений:

12Н + 2K 2 Cr 2 O 7 +8H 2 SO 4 → 2Cr 2 (SO 4) 3 + 2K 2 SO 4 + 14H 2 O

Поскольку продуктом окисления водорода является вода, то он не будет оказывать влияния на результаты определения углерода лишь в том случае, когда соотношение атомов водорода и кислорода в составе гумуса почвы будет как и в H 2 O равно 2:1. Если в гумусе соотношение Н:О >2, то на его окисление расходуется больше K 2 Cr 2 O 7 , чем требуется для окисления углерода и результаты получаются завышенными. При соотношении Н:О < 2 на окисление гумуса K 2 Cr 2 O 7 израсходуется меньше, чем необходимо для окисления углерода. В этом случае результаты будут заниженными.

Сернокислый раствор дихромата калия вступает в реакцию не только с гумусом, но и с некоторыми минеральными компонентами почвы.

При анализе почв, содержащих свободные карбонаты, происходит частичная нейтрализация серной кислоты, однако это не влияет на результаты определения углерода гумуса.

Если почвы относятся к засоленным и содержат ионы хлора, то результаты определения общего гумуса оказываются завышенными, поскольку наряду с окислением углерода, Cr 2 O 7 2- расходуется и на окисление хлорид-ионов. Наличие в гидроморфных почвах восстановленных ионов железа и марганца также приводит к получению завышенных результатов, так как часть Cr 2 O 7 2- идет на окисление этих ионов. Однако ограничения на использование метода Тюрина для определения содержания гумуса в гидроморфных почвах относятся только к свежеотобранным образцам. В литературе неоднократно отмечалось, что при анализе образцов гидроморфных почв, высушенных до воздушно-сухого состояния, результаты определения гумуса, полученные по методу Тюрина, практически не отличаются от результатов полученных по методу Кноппа-Сабанина. Следовательно, метод Тюрина может быть использован и для анализа воздушно-сухих образцов гидроморфных почв.

К недостаткам метода Тюрина следует отнести неполное окисление органического вещества, особенно при анализе образцов из оторфованных или обогащенных разложившимися растительными остатками горизонтов. Содержание гумуса, найденное по методу Тюрина, составляет 85-95% от количества определяемого методом сухого сжигания по Густавсону. Для более полного окисления углерода органических соединений раствором дихромата калия И.В. Тюрин рекомендовал использовать в качестве катализатора 0,1-0,2 г Ag 2 SO 4 . В этом случае окисляется 95-97% углерода органических соединений, однако в практике массовых анализов катализатор обычно не применяется.

Ход анализа. На аналитических (или торзионных) весах берут навеску почвы, подготовленной для определения общего гумуса, с точностью до третьего знака. Рекомендуется придерживаться следующих навесок (В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова, 1980):

Навески почв переносят в сухие чистые конические колбочки на 100 мл и приливают к ним из бюретки точно по 10 мл 0,4 н раствора хромовой смеси. Это густая вязкая жидкость, и если ее приливать быстро, то часть ре­актива останется на стенках бюретки, что приведет к большой неточности результатов анализа. Хромовую смесь нужно приливать медленно, с такой скоростью, что бы были видны падающие капли. Носик бюретки должен прикасаться к горлышку колбы во избежание разбрызгивания реактива при свободном падении капель.

Колбы закрывают маленькими воронками или пробкой - холодильни­ком и ставят на предварительно разогретую плитку. С момента появления крупных пузырьков газа раствор должен, умерено кипеть точно 5 мин. Не следует принимать за начало кипения интенсивное выделение мелких пузырьков поглощенного почвой воздуха, которое проис­ходит еще до закипания. Кипение всегда должно быть более и или менее одинаковым по интенсивности: не слишком бурным и не слишком слабым, а пузырьки чуть больше макового зернышка. Кипение не должно сопровож­даться выделением пара из воронки.

В процессе кипения раствор хромовой смеси изменяет свою окраску от красновато-коричневой до буровато-коричневой, а иногда и зеленой. Зе­леный цвет хромовой смеси после окончания кипячения свидетельствует о том, что дихромата калия не хватило для полного окисления гумуса почвы. В этом случае анализ нужно по­вторить с меньшей навеской почвы.

По истечении времени кипения колбы снимают с плитки и охлаждают. Воронку или пробку-холодильник, а также стенки колбы обмывают из промывалки дистиллированной водой, разбавляя раствор в колбе в 2-3 раза. Добавляют 5-6 капель индикатора (0,2% раствор фенилантраниловой кислоты) и титруют непрореагировавший остаток хромовой смеси 0,2 н. рас­твором соли Мора до перехода буровато-коричневой окраски сначала в фио­летовую, а затем в зеленую. Окраска хромовой смеси, особенно в конце тит­рования, меняется очень резко, поэтому титровать необходимо осторожно и все время энергично перемешивать содержимое колбочки круговыми движениями. Переход фиолетовой окраски в зеленую происходит от одной капли соли Мора. Надежные результаты получаются в том случае, когда на титрование остатка дихромата калия идет не менее 10 мл 0,2 н раствора соли Мора.

В строго аналогичных условиях проводят холостое определение в 2-х кратной повторности, добавляя в колбу вместо анализируемой почвы около 0,1 г прокаленной почвы или пемзы.

где V 1 – количество раствора соли Мора, израсходованное на титрование 10 мл хромовой смеси в холостом опыте, мл; V 2 – количество раствора соли Мора, пошедшее на титрование хромовой смеси анализируемого образца, мл; н – нормальность соли Мора; 0,003 – молярная масса эквивалента углерода, г/моль; m – навеска почвы, г; Kн 2 о – коэффициент пересчета на абсолютно сухую почву; 100 – множитель для пересчета на 100 г почвы.

Пример расчета . Навеска почвы взятая для определения гумуса равна 0,305 г. На титрование холостой пробы пошло 25,8 мл раствора соли Мора, на титрование анализируемого образца затрачено 22,3 мл раствора соли Мора. Нормальность раствора соли Мора – 0,204. Коэффициент пересчета на абсолютно сухую почву равен 1,072. Содержание органического углерода равно:

Гумус = 0,96 ∙ 1,724 = 1,66%.

Для анализа используют следующие реактивы:

1. 0,4 н. раствор K 2 Cr 2 O 7 в разбавленной (1:1) серной кислоте. 40 г K 2 Cr 2 O 7 растворяют в 500-600 мл дистиллированной воды и фильтруют через бумажный фильтр в мерную колбу емкостью 1 л. Раствор доводят до метки дистиллированной водой и переливают в термостойкую посуду емкостью 2,5-5 л. К раствору K 2 Cr 2 O 7 в вытяжном шкафу приливают небольшими порциями (примерно по 100 мл) при осторожном и многократном перемешивании 1 л концентрированной H 2 SO 4 (пл. 1,84). При смешивании раствора с серной кислотой происходит сильное разогревание жидкости, поэтому выполнять операции нужно очень аккуратно и пользоваться только термостойкой посудой.

Приготовленный раствор закрывают воронкой или стеклом и оставляют стоять для полного охлаждения до следующего дня, затем переливают в бутыль с притертой пробкой и хранят в темном месте.

2. 0,2 н. раствор соли Мора. Берут 80 г соли (NH 4) 2 SO 4 ∙ FeSO 4 ∙ 6H 2 O (используют только голубые кристаллы, побуревшие отбрасывают ) помещают в колбу, заполненную 650-700 мл 1 н раствора H 2 SO 4 и взбалтывают раствор до полного растворения соли. Затем раствор отфильтровывают в мерную колбу на 1 л и доводят до метки дистиллированной водой. Раствор соли Мора хранят в бутыли изолированной от воздуха склянкой Тищенко с щелочным раствором пирогаллола или трубкой с кристаллами соли Мора.

Нормальность раствора соли Мора устанавливают и проверяют по 0,1 н. раствору KMnO 4 . В связи с тем, что нормальность соли Мора быстро изменяется, проверять ее нужно через 1-2 дня. Для этого в коническую колбу на 250 мл мерным цилиндром приливают 1 мл H 2 SO 4 (плотность 1,84), от­меряют бюреткой 10 мл раствора соли Мора, приливают 50 мл дистиллиро­ванной воды и титруют 0,1 н. раствором КМnО 4 (приготовленным из фиксонала) до слабо-розовой окраски, не исчезающей в течении 1 мин. Титрование повторяют и берут среднее значение. Нормальность раствора соли Мора находят по формуле:

V 1 ∙ N 1 = V 2 ∙ N 2

где V 1 и N 1 - объем и нормальность раствора соли Мора, V 2 и N 2 - объем и нормальность раствора КМnО 4 .

3. 0,2% раствор фенилантраниловой кислоты C 13 H 11 O 2 N. Фенилатраниловая кислота нерастворима в воде, поэтому индикатор готовят в содо­вом растворе, для чего 0,2 г фенилантраниловой кислоты растворяют в 100 мл 0,2% раствора безводной соды (Na 2 CO 3). Для лучшего растворения навеску фенилантраниловой кислоты предварительно увлажняют в фарфоровой чашке 0,2% раствором соды до сметанообразного состояния и в таком виде тщательно перемешивают стеклянной палочкой. После этого приливают остальной объем раствора соды.

4. 1 н. раствор H 2 SO 4 . В мерную колбу на 1 л, заполненную ~ 500 мл дистиллированной воды, добавляют отмеренные цилиндром 28 мл концентрированной H 2 SO 4 и перемешивают. Дают колбе остыть до комнатной температуры, доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают.

Лабораторная работа № 3

Определение содержания гумуса в почвах по Тюрину

в модификации Цыпленкова

Цель работы: Освоить определение содержания гумуса в почвах по методу Тюрина в модификации Цыпленкова.

Реактивы и оборудование , электрическая плитка, солевая баня, фотоэлектроколориметр, пробирки размером 150x15 мм (диаметр пробирок должен быть строго определенным (15,0+ 0,2) мм)*, пипетки объемом 10 см 3 , маленькие воронки, бюретка, раствор двухромовокислого калия с молярной концентрацией эквивалента 0.4 моль/дм 3 в концентрированной серной кислоте (1:1), раствор сахарозы с концентрацией 1мг углерода в 1см 3 раствора.

Принцип метода: Метод основан на окислении органического вещества раствором двухромовокислого калия в серной кислоте и последующем определении трёхвалентного хрома, эквивалентного содержанию органического вещества, фотометрическим методом.

Приготовление реактивов.

Приготовление раствора двухромовокислого калия в серной кислоте (хромовая смесь) Навеску двухромовокислого калия 40.00 г помещают в мерную колбу вместимостью 1000.0 см 3 , растворяют в воде, доводя объём до метки на колбе дистиллированной водой и переливают в фарфоровую кружку. К полученному раствору приливают порциями по 100 см 3 с интервалом 10-15 минут 1000.0 см 3 концентрированного раствора серной кислоты. Раствор двухромовокислого калия в серной кислоте хранят в склянке из тёмного стекла. Приготовление раствора сахарозы

Навеску сахарозы 2,3750 г, отвешенную на аналитических весах, количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1000.0 см 3 , добавляют 500 см 3 дистиллированной воды, растворяют, перемешивают и доводят до метки дистиллированной водой. В 1 см 3 такого раствора содержится 1 мг углерода.

Приготовление раствора для солевой бани

Солевой раствор для бани готовят из хлористого кальция из расчета не менее 145 г СаС1 2 на каждые 100 см 3 воды.

Ход работы:

1. Навески от 0.05 до 0.10 г** почвы берут на аналитических весах (на листочке кальки) с точностью до 0.001 г и аккуратно переносят в пробирки. Анализ проводят в двукратной повторности.

* Для отбора пробирок с одинаковым диаметром берут большую партию пробирок и в каждую пипеткой приливают по 10 мл воды. Все пробирки, в которых уровень воды установится на одинаковой высоте, имеют одинаковый диаметр, и их можно применнять для сжигания навесок и приготовления шкалы.

** Пробу почвы для определения гумуса освобождают от корешков и пропускают через сито с отверстием 0.25 мм

Из бюретки в пробирки с почвой приливают по 10 мл 0.4 молярной хромовой смеси. Если при переносе почвы с кальки в пробирки частички почвы задерживаются на внутренних стенках пробирок, то их смывают, приливая хромовую смесь.

Одновременно в одну пустую пробирку (без почвы) приливают 10 мл хромовой смеси. Эта пробирка является «холостой» пробой.

Пробирки с почвой, залитой хромовой смесью, а также пробирку с холостой пробой закрывают стеклянными колпачками-холодильниками (или маленькими воронками) и помещают в отверстия диска, служащего одновременно крышкой бани. Глубина погружения пробирок в баню должна быть строго определенной. Она регулируется ограничительными резиновыми кольцами, надетыми на пробирки (их нарезают из резиновых трубок). Дно пробирок не должно касаться дна бани.

После того, как все пробы готовы для сжигания, а баня разогрета до 140°, диск со вставленными в него пробирками помещают на баню и выдерживают при температуре (140±2)°С в течение 20 мин.

По истечении положенного времени диск с пробирками снимают с бани.

После охлаждения пробирок, их нижнюю часть (которая погружалась в солевой раствор) обмывают дистиллированной водой, добавляют из бюретки или пипеткой строго 10 мл дистиллированной воды, закрывают пробирки пробками, тщательно перемешивают содержимое и устанавливают пробирки в штатив для оседания почвенных частиц (обычно для этого необходимо 24 часа).

После полного осветления надосадочной жидкости в пробирках, ее аккуратно, не взмучивая осадок, переносят (переливают) в чистые сухие пробирки и измеряют оптическую плотность полученных растворов относительно «холостой» пробы при длине волны 590 нм.

Расчет массовой доли углерода в почвах проводят по формуле:

ώ(С) = А ·100% / m · b , где

ώ (С) - массовая доля углерода, %;

m - масса почвы, г;

А - оптическая плотность;

b - коэффициент градуировочного графика.

10. Построение градуировочного графика. Для установления параметров градуировочного графика готовят серию стандартных растворов с известным содержанием органического углерода (табл. 1). Для этого в семь пробирок приливают пипеткой аликвоты (от 0 до 6 мл) стандартного раствора сахарозы с концентрацией 1 мг углерода в 1 мл раствора (табл. 1) и упаривают на водяной бане досуха. В каждую пробирку приливают по 10.00 см 3 хромовой смеси (пипеткой или бюреткой) и проводят процедуру определения в соответствии с пп 3-8.

Таблица 1

Объем сахарозы, добавляемый в пробирки при приготовлении стандартных растворов

Значение оптической плотности раствора, А

По результатам фотометрирования строят градуировочный график, откладывая по оси ординат оптическую плотность растворов сахарозы, а по оси абсцисс - массу углерода, соответствующую данной оптической плотности (рис.1). График показан в виде примера, для каждой работы со своими реактивами он будет изменяться.

Рис. 1. График зависимости оптической плотности от массы углерода в серии стандартных растворов сахарозы.

Построить график зависимости можно с помощью Мастера диаграмм программы Microsoft Excel , который при построении графика одновременно приводит уравнение зависимости вида у = b·х, где у - это значение оптической плотности А, х - значение массы углерода, a b - коэффициент градуировочного графика.

11. Полученные результаты оформите в виде следующих таблиц и рисунков:

Таблица 2

Экспериментальные данные для построения градуировочного графика

Номер стандартного раствора сахарозы
Объём раствора сахарозы, см 3
Масса углерода в данном объеме сахарозы, г
Значение оптической плотности раствора, А

Таблица 3

Результаты определения содержания гумуса в почвенных пробах

№ почвен­ ного образ­ца	Повтор- ность	Масса почвы,	Оптическая плотность	Массовая доля органического углерода в почве ώ(С орг)		Среднее значение содержания гумуса в почве

Вопросы для контроля:

Что служит источником органических веществ в почве?

Какие компоненты входят в состав почвенного органического вещества?

Какова роль гумуса в плодородии почв?

Как влияет гумус на физические и биологические свойства почв?

Как влияют природные условия на характер и скорость гумусообразования?

Чем отличаются гуминовые кислоты от фульвокислот?

Метод И.В. Тюрина основан на окислении органического вещества почвы хромовой кислотой до образования углекислоты. Количество кислорода, израсходованное на окисление органического углерода, определяют по разности между количеством хромовой кислоты, взятой для окисления, и количеством ее, оставшимся неизрасходованным после окисления. В качестве окислителя применяют 0,4 н. раствор K2Cr2O7 в серной кислоте, предварительно разбавленной водой в соотношении 1:1.

Реакция окисления протекает по следующим уравнениям:

• 1) 2K 2 Cr 2 O 7 +8H 2 SO 4 =2K 2 SO 4 +2Cr 2 (SO4) 3 +8H 2 O+3O 2
• 2) 3C+3O 2 =3CO 2

Остаток хромовой кислоты, не израсходованной на окисление, оттитровывают 0,1 н. раствором соли Мора с индикаторм дифениламином. Титрование солью Мора, представляющей собой двойную соль сернокислого аммония и сернокислой закиси железа - (NH4) 2SO4. FeSO4.GH2O, идёт по следующему уравнению:

K 2 Cr 2 O 7 +7H 2 SO 4 +6FeSO 4 =7H 2 O+K 2 SO 4 +Cr 2 (SO4) 3 +3Fe 2 (SO4) 3

Применение сернокислого серебра в качестве катализатора увеличивает полноту окисления до 95% (Комарова).

Для получения надёжных результатов необходимо обратить внимание:

• 1) на тщательную подготовку почвы к анализу;
• 2) на точное соблюдение продолжительности кипячения при окислении органического вещества; само кипение окислительной смеси должно протекать спокойно.

Подготовка почвы к анализу . При подготовке почвы к анализу на содержание гумуса особое внимание должно быть обращено на удаление из почвы корешков и различных органических остатков растительного и животного происхождения.

Из взятого в поле и доведённого до воздушно-сухого состояния образца почвы берут среднюю пробу в количестве 50г, тщательно отбирают пинцетом корни и видимые глазом органические остатки (панцири насекомых, семена, угольки и т.д.), раздавливают почвенные комки деревянным пестиком с резиновым наконечником и вновь тщательно отбирают корни, пользуясь при этом лупой.

Затем растирают почву в фарфоровой ступке и пропускают через сито с диаметром отверстий в 1 мм, после чего из неё снова берут среднюю пробу весом 5г и повторяют отбор корешков, используя для этого следующий приём. Сухую стеклянную палочку энергично натирают сухой суконной или шерстяной тканью и быстро проводят на высоте около 10 см над почвой, распределённой тонким слоем по поверхности восковки или пергаментной бумаги.

Тонкие мелкие корешки и полуразложившиеся растительные остатки, которые до этого не удалось отобрать в связи с их малыми размерами, прилипают к поверхности наэлектризованной палочки и таким образом выносятся из почвы. Их снимают с палочки при повторном её натирании. Не следует слишком низко проводить палочкой над поверхностью почвы во избежание выноса из почвы не только органических остатков, но и мелкозёма.

В процессе отбора корешков надо неоднократно перемешивать почву и вновь распределять её тонким слоем. Операцию следует вести до тех пор, пока на палочке будут обнаруживаться лишь единичные корешки. Чистоту отбора корешков контролируют, помимо того, просмотром почвы в лупу.

По окончании отбора корешков почву снова растирают в фарфоровой, яшмовой или агатовой ступке и пропускают через сито с диаметром отверстий в 0,25 мм. Описанным выше способом должен быть подготовлен весь образец в 5г. Отбрасывать трудно поддающуюся растиранию часть образца ни в коем случае нельзя.

Почву, подготовленную вышеуказанным образом для анализа, следует хранить в пакетиках из пергаментной бумаги или восковки либо в пробирках с пробками.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
СОЮЗА ССР

ПОЧВЫ

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

ГОСТ 26213-91

КОМИТЕТ СТАНДАРТИЗАЦИИ И МЕТРОЛОГИИ СССР
Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Дата введения 01.07.93

Настоящий стандарт устанавливает фотометрический и гравиметрический методы определения органического вещества в почвах, вскрышных и вмещающих породах.

Общие требования к проведению анализов - по ГОСТ 29269 .

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПО МЕТОДУ ТЮРИНА В МОДИФИКАЦИИ ЦИНАО

Метод основан на окислении органического вещества раствором двухромовокислого калия в серной кислоте и последующем определении трехвалентного хрома, эквивалентного содержанию органического вещества, на фотоэлектроколориметре.

Метод не пригоден для проб с массовой долей хлорида более 0,6 % и проб с массовой долей органического вещества более 15 %.

Предельные значения относительной погрешности результатов анализа для двусторонней доверительной вероятности Р = 0,95 составляют в процентах (отн.):

20 - при массовой доле органического вещества до 3 %;

15 - св. 3 до 5 %;

10 - св. 5 до 15 %.

Фотоэлектроколориметр.

Баня водяная.

Весы торзионные или другие с погрешностью не более 1 мг.

Пробирки стеклянные термостойкие вместимостью 50 см 3 по ГОСТ 23932 .

Штатив для пробирок.

Бюретка или дозатор для отмеривания 10 см 3 хромовой смеси.

Палочки стеклянные длиной 30 см.

Цилиндр или дозатор для отмеривания 40 см 3 воды.

Груша резиновая со стеклянной трубкой или устройство для барбатации.

Бюретка вместимостью 50 см 3 .

Колбы мерные вместимостью 1 дм 3 .

Кружка фарфоровая вместимостью 2 дм 3 .

Колба коническая вместимостью 1 дм 3 .

Колбы конические или технологические емкости вместимостью не менее 100 см 3 .

Аммоний-железо (II ) сернокислый (соль Мора) по ГОСТ 4208 или железо (II ) сернокислое 7-водное по ГОСТ 4148 .

Калия гидроокись по ГОСТ 24363 .

Калий двухромовокислый по ГОСТ 4220 .

Калий марганцовокислый, стандарт-титр для приготовления раствора концентрации с (1 / 5 КМnО 4) = 0,1 моль/дм 3 (0,1 н.).

Натрий сернистокислый по ГОСТ 195 или натрий сульфит 7-водный по ТУ 6-09.5313.

Масса пробы для анализа, мг

1.4.2. Приготовление растворов сравнения

В девять пробирок наливают по 10 см 3 хромовой смеси и нагревают их в течение 1 ч в кипящей водяной бане вместе с анализируемыми пробами. После охлаждения в пробирки приливают указанные в табл. объемы дистиллированной воды и раствора восстановителя. Растворы тщательно перемешивают барбатацией воздуха.

Таблица 2

	Номер раствора сравнения
Объем воды, см 3
Объем раствора восстановителя, см 3
Масса органического вещества, эквивалентная объему восстановителя в растворе сравнения, мг

1.4.3. Фотометрирование растворов

Фотометрирование растворов проводят в кювете с толщиной просвечиваемого слоя 1 - 2 см относительно раствора сравнения № 1 при длине волны 590 нм или используя оранжево-красный светофильтр с максимумом пропускания в области 560 - 600 нм. Растворы в кювету фотоэлектроколориметра переносят осторожно, не взмучивая осадка.

1.5. Обработка результатов

1.5.1. Массу органического вещества в анализируемой пробе определяют по градуировочному графику. При построении градуировочного графика по оси абсцисс откладывают массу органического вещества в миллиграммах, соответствующую объему восстановителя в растворе сравнения, а по оси ординат - соответствующее показание прибора.

1.5.2. Массовую долю органического вещества (X ) в процентах вычисляют по уравнению

где m - масса органического вещества в анализируемой пробе, найденная по графику, мг;

К - коэффициент поправки концентрации восстановителя;

m 1 - масса пробы, мг;

100 - коэффициент пересчета в проценты.

1.5.3. Допускаемые относительные отклонения от аттестованного значения стандартного образца для двусторонней доверительной вероятности Р = 0,95 указаны в табл. .

Таблица 3

2. ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОЙ ДОЛИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ТОРФЯНЫХ И ОТОРФОВАННЫХ ГОРИЗОНТАХ ПОЧВ

Метод основан на определении потери массы пробы после прокаливания при температуре 525 °С.

Отбор проб для анализа проводят по ГОСТ 28168 , ГОСТ 17.4.3.01 и ГОСТ 17.4.4.02 - в зависимости от целей исследований.

2.2. Аппаратура и реактивы - по ГОСТ 27784 .

2.3. Подготовка к анализу - по ГОСТ 27784 .

2.4. Проведение анализа - по ГОСТ 27784 .

2.5. Обработка результатов

2.5.1. Массовую долю зольности торфяных, оторфованных и других органических горизонтов почв в процентах вычисляют по

Метод И. В. Тюрина основан на окислении органического вещества почвы хромовой кислотой до образования углекислоты. Количество кислорода, израсходованное на окисление органического углерода, определяют по разности между количеством хромовой кислоты, взятой для окисления, и количеством ее, оставшимся неизрасходованным после окисления. В качестве окислителя применяют 0,4 н. раствор K2Cr2O7 в серной кислоте, предварительно разбавленной водой в соотношении 1:1.
Реакция окисления протекает по следующим уравнениям:

2К2Сr2O7 + 8H2SO4 = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8Н2O+3O2,
ЗС + ЗО2 = ЗСО2.

Остаток хромовой кислоты, не израсходованной на окисление, оттитровывают 0,1 н. раствором соли Мора с индикатором дифениламином или фенилантраниловой кислотой. Титрование солью Мора, представляющей собой двойную соль сернокислого аммония и сернокислой закиси железа - (NH4)2SO4*FeSO4*6Н2O, идет по уравнению

K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6FeSO4 = 7Н2O + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + SFe2(SO4)3.

Полнота окисления органического вещества при соблюдении всех условий метода, указанных ниже, составляет 85-90% величины окисления гумуса методом сухого сжигания по Густавсону. Применение сернокислого серебра в качестве катализатора увеличивает полноту окисления до 95%.
Для получения надежных результатов необходимо обратить внимание: 1) на тщательную подготовку почвы к анализу и 2) на точное соблюдение продолжительности кипячения органического вещества; само кипение окислительной смеси должно протекать спокойно.
Метод дает хорошую сходимость параллельных анализов, быстр, не требует специальной аппаратуры (в связи с чем может быть использован и в экспедиционных условиях) и в настоящее время является общепринятым, особенно при массовых анализах.
При подготовке почвы к анализу на содержание гумуса особое внимание должно быть обращено на удаление из почвы корешков и различных органических остатков растительного и животного происхождения.
Из взятого в поле и доведенного до воздушно-сухого состояния образца почвы берут среднюю пробу в количестве 50 г, тщательно отбирают пинцетом корни и видимые глазом органические остатки (панцири насекомых, семена, угольки и т. п.), раздавливают почвенные комки деревянным пестиком с резиновым наконечником и вновь тщательно отбирают корни, пользуясь при этом лупой.
Затем растирают почву в фарфоровой ступке и пропускают через сито с отверстиями диаметром 1 мм, после чего из нее снова берут среднюю пробу весом 5 г и повторяют отбор корешков, используя для этого следующий прием: сухую стеклянную палочку энергично натирают сухой суконкой или шерстяной тканью и быстро проводят на высоте около 10 см над почвой, распределенной тонким слоем по поверхности восковки или пергаментной бумаги. Тонкие мелкие корешки и полуразложившиеся растительные остатки, которые до этого не удалось отобрать в связи с их малыми размерами, прилипают к поверхности наэлектризованной палочки и таким образом выносятся из почвы. Их снимают с палочки при повторном ее натирании. He следует слишком низко проводить палочкой над поверхностью почвы во избежание выноса из почвы не только органических остатков, но и мелкозема.
В процессе отбора корешков надо неоднократно перемешивать почву и вновь распределять ее тонким слоем. Операцию следует вести до тех пор, пока на палочке будут обнаруживаться лишь единичные корешки. Чистоту отбора корешков контролируют, помимо того, просмотром почвы в лупу.
По окончании отбора корешков почву снова растирают в фарфоровой, яшмовой или агатовой ступке и пропускают через сито с отверстиями диаметром в 0,25 мм. Описанным выше способом должен быть подготовлен весь образец в 5 г. Отбрасывать трудно поддающуюся растиранию часть образца ни в коем случае нельзя.
Почву, подготовленную для анализа, следует хранить в пакетиках из пергаментной бумаги или восковки либо в пробирках с пробками.
Ход анализа. Навеску воздушно-сухой почвы для анализа на гумус берут на аналитических весах. Размер навески зависит от предполагаемого содержания гумуса в почве, причем учитывается тип почвы (чернозем, подзолистая и т. д.) и глубина взятия образца.
При содержании гумуса от 7 до 10% И. В. Тюрин рекомендует навеску в 0,1 г, при 4-7% - 0,2 г, при 2-4% - 0,3 г, меньше 2%-0,5 г. В случав, песчаных почв с малым содержанием гумуса навеску можно увеличить до 1 г.
Навески лучше брать точные - 0,1; 0,2 г, что облегчает в дальнейшем вычисления. Для взятия точных навесок можно пользоваться тарированным часовым стеклом диаметром 2,5-3 см, с которого навеску целиком переносят в колбу для сжигания при помощи маленького шпателя и кисточки для акварельных красок. Определение гумуса по Тюрину одновременно можно вести в 20-30 навесках.
Навески помещают в сухие конические колбы на 100 мл из обыкновенного стекла, туда же добавляют на кончике ножа порошкообразное сернокислое серебро. При массовых анализах сернокислое серебро не применяется. Для возможности сравнения получаемых в этом случае результатов с методом сухого сжигания И. В. Тюрин приводит коэффициент 1,17. Затем в каждую колбу приливают по 10 мг 0,4 п. раствора K2Cr2O7, приготовленного на смеси из одной части H2SO4 (удельного веса 1,84) и одной части дистиллированной воды.
Раствор бихромата калия следует приливать из бюретки медленно, отмеривая необходимый объем каждый раз от нуля и давая жидкости стекать всегда с одинаковой скоростью. Можно пользоваться также пипеткой, но обязательно снабженной в верхней части предохранительными шариками. Очень удобна в данном случае делительная воронка из тугоплавкого стекла, приспособленная для работы с крепкими кислотами. Пользование такой воронкой намного ускоряет работу и делает ее безопасной.
После приливания раствора K2Cr2O7 в горлышко колб вставляют воронки диаметром около 4 см, содержимое колб осторожно перемешивают (следя, чтобы почва не прилипала к их стенкам), после чего колбы ставят на уже горячую этернитовую плитку или песчаную баню или на плитку с обнаженной спиралью, но прикрытую слоем асбеста. Можно пользоваться также газовыми горелками, а в экспедиционных условиях - примусом или керосинкой, помещая нагревательный прибор под песчаную баню (сковорода с прокаленным кварцевым песком).
Содержимое колб доводят до кипения и кипятят ровно 5 мин. Необходимо отмечать начало кипения жидкости, не смешивая его с появлением в начале нагревания мелких пузырьков воздуха. Кипение должно быть равномерным и умеренным; выделение пара из воронки и подпрыгивание последней недопустимы. Сильного кипения следует избегать, чтобы не изменить концентрацию серной кислоты, увеличение которой может вызвать разложение хромовой кислоты. Во избежание слишком бурного кипения кипячение на плитках с обнаженной спиралью недопустимо.
Титрование с дифениламином. После 5-минутного кипячения колбы снимают с нагревательного прибора, дают им остыть, обмывают воронки над колбами с внутренней и наружной стороны дистиллированной водой из промывалки и содержимое колб количественно переносят в конические колбы на 250 мл, несколько раз тщательно ополаскивают колбу, в которой производилось окисление. Объем жидкости после переноса в колбу на 250 мл должен составлять 100-150 мл. Цвет жидкости - оранжево-желтый или зеленовато-желтый; позеленение ее свидетельствует о недостатке окислителя; анализ в этом случае необходимо повторить, уменьшив навеску почвы.
К жидкости прибавляют 8 капель раствора дифениламина, являющегося индикатором, и титруют оставшуюся неизрасходованной после окисления органического вещества хромовую кислоту 0,1 н. раствором соли Мора. Индикатор следует вносить непосредственно перед титрованием. Титрование ведут при комнатной температуре. Красно-бурая окраска жидкости, появляющаяся после прибавления дифениламина, при титровании раствором соли Мора постепенно переходит в интенсивно синюю, а затем в грязнофиолетовую. С этого момента титрование ведут осторожно, прибавляя соль Мора по 1 капле и тщательно перемешивая содержимое колбы. Конец титрования - изменение грязно-фиолетовой окраски раствора в бутылочно-зеленую; после некоторого стояния (10-15 мин.) окраска жидкости становится зеленой. Появление при титровании ярко-зеленой окраски указывает на избыток соли Мора, т. е. на то, что раствор перетитрован; анализ в этом случае необходимо повторить.
Для устранения влияния ионов трехвалентного железа, которое окисляет индикатор и вызывает преждевременное изменение окраски раствора, и для более четко выраженного конца титрования вносят в колбу перед титрованием 85%-ную ортофосфорную кислоту в количестве 2,5 мл; изменение окраски в конце титрование в присутствии фосфорной кислоты очень резкое и вызывается 1-2 каплями раствора соли Мора.
Титрование с фенилантраниловой кислотой. В 1957 г. проф. В.Н. Симаков предложил применять в качестве индикатора при титровании хромовой смеси раствором соли Мора фенилантраниловую кислоту взамен дифениламина.
Многочисленные определения показали, что результаты титрования с фенилантраниловой кислотой вполне совпадают с результатами титрования в присутствии дифениламина. Однако применение фенилантраниловой кислоты имеет большие преимущества по сравнению с дифениламином.
Так, изменение окраски в конце титрования бихромата калия раствором соли Мора в присутствии фенилантраниловой кислоты более резко выражено, нежели с дифениламином, и наступает от одной избыточной капли даже такого разведенного раствора соли Мора, как 0,02 н., что свидетельствует о высокой чувствительности индикатора и позволяет с большой точностью вести определение малых количеств гумуса (например, в водных вытяжках и при анализе природных вод).
Другим преимуществом является следующее. При использовании фенилантраниловой кислоты в качестве индикатора при титровании бихромата калия раствором соли Мора необходима высокая концентрация серной кислоты в титруемом растворе - около 15-20 н. Это позволяет лишь незначительно разбавлять жидкость перед титрованием (после сжигания) и таким образом проводить титрование в тех же конических колбах на 100 мл, в которых проводилось сжигание (без переноса их содержимого для разбавления в большие колбы), как в случае дифениламина.
Таким образом, сокращается время анализа, расход посуды и дистиллированной воды.
Ход определения содержания гумуса с фенилантраниловой кислотой таков: сжигание органического вещества в навесках почвы производят точно по методу Тюрина в конических колбах на 100 мл с теми же реактивами. После 5-минутного кипячения и остывания колб тщательно обмывают воронки над колбами минимальным количеством воды, прибавляют 3-5 капель 0,2 %-ного раствора фенилантраниловой кислоты и титруют в этих же колбах 0,1 н. раствором соли Мора до перехода окраски из вишнево-фиолетовой в зеленую. Так как переход окраски очень резкий - мгновенный, то раствор соли Мора следует приливать в конце титрования по каплям.
Одновременно с основными анализами в той же последовательности проводят холостой (в трехкратной повторности) для установления соотношения между 10 мл раствора хромовой смеси и раствором соли Мора. Для равномерного кипения жидкости при холостом анализе в колбу перед приливанием раствора хромовой смеси обязательно вносят около 0,1-0,2 г растертых в порошок прокаленных пемзы или почвы. В противном случае происходит неизбежное при кипячении чистого раствора перегревание, которое может вызвать разложение хромовой кислоты. В остальном поступают согласно описанному ходу анализа.
При проведении больших партий анализов на содержание гумуса по методу Тюрина (30-60 анализов одновременно) можно делать перерывы на следующих этапах работы: взятие навесок - один день; окисление, перенос в колбы для титрования и титрование - на другой день. Или, что менее желательно, взятие навесок и окисление проводить в один день, титрование - на следующий. В последнем случае содержимое колб после сжигания должно быть разбавлено и перенесено в колбы для титрования. Титрование холостых анализов в этом случае также должно быть оставлено до следующего дня. Титрование каждой партии необходимо всегда вести при одинаковых условиях освещения (при дневном или электрическом свете).
Вычисление результатов анализа. Количество миллилитров раствора соли Мора, пошедшее на титрование после окисления гумуса, отвечает тому количеству хромовой кислоты, которое осталось неизрасходованным в процессе окисления.
И. В. Тюрин указывает, что устойчивые результаты получаются тогда, когда на титрование остатка хромовой кислоты после окисления органического вещества идет не менее 20 мл 0,1 н. раствора соли Мора, иначе говоря, концентрация CrO3 не должна быть к концу окисления ниже 0,2 н.
Количество соли Мора, отвечающее тому количеству хромовой кислоты, которое пошло на окисление гумуса пробы, определяют вычитанием из результатов холостого титрования результатов титрования после окисления гумуса.
При вычислении содержания органического углерода и гумуса приняты следующие величины: 1 мл 0,1 н. раствора соли Мора соответствует 0,0003 г органического углерода или 0,000517 г гумуса (1 г углерода соответствует 1,724 г гумуса).
Формула вычисления содержания гумуса (в % к воздушно-сухой почве) следующая:

Гумус = (а - b)*К*0,000517*100 / P,

где а - количество 0,1 н. раствора соли Мора, пошедшее на титрование 10 мл 0,4 я. раствора K2Cr2O7 при холостом анализе, мл; b - количество 0,1 н. раствора соли Мора, пошедшее на титрование после окисления гумуса, мл; (а - b) - количество 0,1 н. раствора соли Мора, отвечающее количеству хромовой кислоты, израсходованному на окисление гумуса, мл; К - поправочный коэффициент к титру раствора соли Мора; 0,000517 - количество гумуса, соответствующее 1 мл 0,1 н. раствора соли Мора, г; P - навеска воздушно-сухой почвы, г.
Если результаты анализа желательно выразить в углероде, то вместо 0,000517 (коэффициента перевода на гумус) следует поставить величину 0,0003, так как 1 ли 0,1 н. раствора соли Мора соответствует 0,0003 г органического углерода.
Для пересчета содержания гумуса в процентах на почву, высушенную при 105° С, определяют влажность в отдельной навеске почвы и в вычисление вводят соответствующий коэффициент.
Для работы удобна следующая форма записи:
1. Холостой анализ. На титрование 10 мл 0,4 н. раствора K2Cr2O7 идет 45,0 мл раствора соли Мора 0,102 н. (среднее из трех определений).
2. Результаты анализа почв:

Реактивы. 1. Раствор двухромовокислого калия 0,4 н. (окислитель): 40 г измельченного в ступке R2Cr2O7 растворяют в дистиллированной воде, фильтруют через бумажный фильтр в мерную колбу на 1 л, доводят до черты, после чего переносят в колбу из тугоплавкого стекла на 3-5 л или в большую фарфоровую чашку, где смешивают с 1 л H2SO4 (уд. вес 1,84). Во избежание сильного разогревания жидкости при смешивании серную кислоту следует приливать к водному раствору K2Cr2O7 понемногу, с интервалами в 15-20 мин. и при осторожном перемешивании. Смеси дают остыть, вновь тщательно перемешивают и переливают для хранения в склянку с притертой стеклянной пробкой.
2. Раствор соли Мора 0,1 н. готовят из расчета: 40 г соли Мора в 1 л воды, содержащей 20 мл серной кислоты (уд. вес 1,84). Навеску продажной соли Мора растворяют на холоду в некотором количестве дистиллированной воды, раствор фильтруют через складчатый фильтр. К фильтрату добавляют необходимое по расчету для данной навески количество серной кислоты, доводят раствор дистиллированной водой до заданного объема, после чего тщательно перемешивают. Раствор соли Мора хранят в бутыли, снабженной сифоном со стеклянным краном для подачи раствора в бюретку и склянкой Тищенко с щелочным раствором пирогаллола для предохранения раствора соли Мора от окисления кислородом воздуха.
Титр соли Мора устанавливают по 0,1 н. раствору KMnO4 следующим образом: в коническую колбу на 100 мл вносят с помощью мерного цилиндра 1 мл H2SO4 (уд. вес 1,84), затем приливают из бюретки 10 мл раствора соли Мора; содержимое колбы разбавляют дистиллированной водой до 30-40 мл и тут же титруют 0,1 н. раствором KMnO4 до слабо-розовой окраски, не исчезающей в течение 1 мин. Титр раствора соли Мора выражают в виде десятичной дроби или в виде так называемого гумусового числа, принимая, как указывалось выше, что 1 мл 0,1 н. раствора соли Мора соответствует 0,000517 г гумуса.
В связи с тем, что в состав соли Мора входит закисное железо, титр раствора ее, несмотря на пирогаллоловый предохранитель, сравнительно неустойчив, и его необходимо проверять каждый раз перед началом работы.
3. Раствор пирогаллола (предохранитель от окисления раствора соли Мора кислородом воздуха). 12 г пирогаллола растворяют в 50 мл воды; 180 г KOH растворяют в 300 мл воды. Оба раствора смешивают, помещают в склянку Тищенко и присоединяют при помощи резиновой и стеклянной трубок к бутыли с раствором соли Мора.
4. Раствор дифениламина (индикатор при титровании раствором соли Мора): 0,5 г дифениламина растворяют в 100 мл H2SO4 (уд. веса 1,84); к раствору постепенно, с большой осторожностью, добавляют 20 мл дистиллированной воды.
5. Раствор фенилантраниловой кислоты (индикатор при титровании раствором соли Мора): 0,2 г ее растворяют в 100 мл 0,2%-ного водного раствора Na2CO3; для лучшего смачивания порошка фенилантраниловой кислоты навеску ее предварительно растирают стеклянной палочкой в фарфоровой чашке с небольшим количеством 0,2%-ного раствора соды до сметанообразного состояния и только после этого добавляют остальное количество раствора соды при тщательном перемешивании.
6. Сернокислое серебро (катализатор). Применяют в порошкообразном состоянии. Однако при массовых анализах определение углерода по методу Тюрина проводится, как указывалось выше, без сернокислого серебра.
7. 0,1 н. раствор KMnO4 (для установки титра раствора соли Мора). Раствор готовят обычным приемом; титр его устанавливают по 0,1 н. раствору перекристаллизованного щавелевокислого натрия (Na2C2O4).
8. Прокаленные пемза или почва (для равномерного кипения окислительной смеси при холостых анализах). Малогумусную почву или продажную пемзу растирают в фарфоровой ступке, просеивают через сито с отверстиями в 1 мм и прокаливают в фарфоровой чашке в муфельной печи при красном калении в течение 1-1,5 час. при периодическом перемешивании во избежание спекания.
9. Ортофосфорная кислота 85%-ная, х.ч. Применяют для устранения влияния ионов окисного железа при индикаторе дифениламине.
Заканчивая описание метода, следует указать, что присутствие в почве карбонатов, даже в таких больших количествах, как в сероземах, не мешает определению гумуса по Тюрину и не требует никаких изменений в ходе анализа.
Метод не применим при содержании гумуса в почве свыше 15-20%, так как при этом не достигается полноты окисления.
Для почв, содержащих хлориды свыше 0,6%, закисные соединения железа и марганца, метод не пригоден, так как часть хромовой кислоты при этом расходуется на окисление указанных соединений, что искажает результаты анализа. Для таких почв следует применять метод Кнопа или Густавсона.
Тюрин указывает на возможность частичного устранения влияния хлоридов путем предварительного добавления к взятой навеске почвы 0,2 г Ag2SO4 с 5 мл H2SO4, разведенной водой в соотношении 1:1. После добавления указанных реагентов смесь оставляют на час при периодическом перемешивании для перевода содержащихся в почве хлоридов в AgCl. Однако этот прием не устраняет полностью влияние хлора, так как во время дальнейшего кипячения окислительной смеси происходит некоторое разложение хлористого серебра с выделением хлора. Поэтому для почв, засоленных хлоридами свыше 0,6%, можно рекомендовать предварительную отмывку последних при помощи дистиллированной воды. Для этого поступают следующим образом: 100-200 г воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с отверстиями в 1 мм, помещают в химический стакан емкостью 500-800 мл, заливают доверху дистиллированной водой, слабо подкисленной несколькими каплями 1,0 н. H2SO4, и неоднократно перемешивают в течение дня. Утром отстоявшийся прозрачный раствор сливают декантацией, не взмучивая осадка почвы, которую затем вновь заливают подкисленной водой. Если раствор над осадком почвы к утру продолжает оставаться мутным, воду следует подкислять серной кислотой несколько сильнее. Операцию с отмывкой повторяют до исчезновения в промывных водах иона хлора (качественная проба на присутствие хлора с 1 %-ным раствором AgNO3).
По окончании отмывки всю почву из стакана переносят при помощи дистиллированной воды в тарированную фарфоровую чашку, ставят на кипящую водяную баню и выпаривают досуха. Почву в чашке оставляют около весов на сутки для установления воздушно-сухого состояния, после чего взвешивают (взвешивание производят на технохимических весах). Таким образом, определяют соотношение между весом исходной почвы, взятой для отмывки, и весом почвы после отмывки. Из отмытой, высушенной и взвешенной почвы берут среднюю пробу весом 5 г, растирают в ступке и пропускают через сито с отверстиями диаметром 0,25 мм, после чего берут обычные навески для определения гумуса. Зная соотношение между весом почвы до и после отмывки, расчет содержания гумуса ведут на исходную почву.