2.2.2. Методы определения катионообменной способности почв
Для количественной характеристики катионообменной способности почв определяют: эффективную и стандартную емкость катионного обмена, сумму обменных оснований, гидролитическую кислотность, состав обменных катионов.
2.2.2.1. Оценка эффективной емкости катионного обмена
Эффективную (реальную) емкость катионного обмена определяют, обрабатывая навеску почвы небуферным раствором нейтральной соли. При этом допускают, что величина рН почвенной суспензии, получаемой в процессе анализа, обусловлена свойствами анализируемой почвы, и результаты определения ЕКО отражают реальную катионообменную способность почвы. Однако при анализе почв с кислой реакцией среды происходит увеличение рН по мере вытеснения из ППК катионов проявляющих кислотные свойства. Вследствие этого ЕКОэфф установленная экспериментально, по-видимому, отличается от ЕКО почвы в реальных условиях. Поэтому эффективную емкость катионного обмена обычно находят расчетным путем, суммируя результаты определения вытесненных из ППК обменных катионов или результаты определения суммы обменных оснований и величины гидролитической кислотности.
2.2.2.2. Определение стандартной емкости катионного обмена по Бобко-Аскинази в модификации цинао
Анализ некарбонатных почв. В зависимости от предполагаемой ЕКО с точность до 0,01 г отвешивают 1,5-10 г воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с диаметром отверстий 1 мм, и помещают в химический стакан объемом 100-150 мл или фарфоровую чашку. К почве приливают 20-25 мл буферного раствора с рН=6,5 содержащего хлорид и ацетат бария. Суспензию перемешиваю стеклянной палочкой и спустя некоторое время (около 5 мин) после оседания почвенных частиц надосадочную жидкость по стеклянной палочке переносят на фильтр. Обработку почвы методом декантации повторяют многократно, приливая к почве такой объем буферного раствора, чтобы надосадочную жидкость после отстаивания суспензии можно было полностью перенести на фильтр. Каждую последующую порцию надосадочной жидкости переносят на фильтр после того, как полностью профильтруется предыдущая. Обработку почвы раствором бариевых солей проводят до полного вытеснения из почвенного поглощающего комплекса обменных катионов. Обработку почвы буферным раствором считают законченной, когда рН фильтрата перестанет отличаться от рН исходного раствора. Обычно для этого требуется 300-400 мл буферного раствора. Когда в колбе наберется 300-400 мл фильтрата отбирают из под воронки в фарфоровую чашечку 3-5 мл раствора и добавляют 2-3 капли универсального индикатора. В такую же чашечку приливают аналогичное количество буферного раствора и универсального индикатора. Промывание считают законченным, когда окраска исследуемого раствора перестанет отличаться от окраски буферного раствора. Измерение рН можно провести и с помощью рН-метра.
После окончания насыщения барием почву необходимо полностью перенести на фильтр с помощью буферного раствора. Дождавшись окончания фильтрации, удаляют избыток бариевых солей, механически задержанных почвой. Для этого тщательно промывают верхнюю часть воронки и почву на фильтре 1 раз дистиллированной водой. Фильтр на воронке оставляют на ночь для подсушивания, чтобы содержащаяся в почве влага не повлияла на концентрацию добавляемой к почве серной кислоты. На следующий день помещают фильтр с почвой в сухую коническую колбу на 250 мл. В колбу из бюретки приливают 100 мл титрованного 0,05 н. раствора H2SO4, взбалтывают содержимое колбы в течение 5 мин и фильтруют через плотный складчатый фильтр в сухую колбу.
В коническую колбу на 100-150 мл помещают аликвоту фильтрата (15-25 мл), добавляют 2-3 капли раствора фенолфталеина и титруют 0,02-0,05 н. раствором NаОН до слаборозовой окраски, не исчезающей в течение 1 мин. Параллельно проводят контрольное титрование 0,02-0,05 н. раствором NаОН аналогичного аликвоте фильтрата количества 0,05 н. раствора H2SO4, используемого для вытеснения из почвы Ва2+.
Анализ карбонатных, гипссодержащих и засоленных почв. При анализе этой группы почв перед насыщением ППК барием необходимо удалить из почвы карбонаты, гипс и легкорастворимые соли. Навеску почвы, пропущенную через сито с диаметром отверстий 1 мм и взвешенную с точностью до 0,01 г, массой 1,5-10 г в зависимости от предполагаемой величины ЕКО помещают в химический стакан вместимостью 100-150 мл. К почве порциями по 10-15 мл приливают 0,05 н. раствор HCl, для разрушения карбонатов. После отстаивания суспензии надосадочную жидкость переносят по стеклянной палочке на фильтр. Если анализируемая почва содержит большое количество карбонатов и бурно вскипает от HCl (пробу проводят перед анализом, добавляя к комочку почвы 10% раствор HCl) или гипс, то навеску почвы предварительно 2-3 раза обрабатывают 50 мл 0,2 н. раствора HCl, а затем продолжают обработку 0,05 н. раствором HCl. Обработку почвы HCl проводят до исчезновения в фильтрате реакции на кальций. Для установления этого помещают в пробирку примерно 5 мл фильтрата из под воронки, разбавляют таким же объемом дистиллированной воды, добавляют 1 мл хлоридно-аммиачного буферного раствора, гидроксиламин, раствор сульфида натрия и индикатор эриохром черный. Розовая или фиолетовая окраска свидетельствуют о неполном, голубая окраска – о полном удалении из почвы кальция и магния.
После удаления из почвы кальция ее обрабатывают буферным раствором бария, как при анализе некарбонатных почв.
Емкость катионного обмена находят по формуле:
где ЕКОст – стандартная емкость катионного обмена, мг-экв./100 г почвы; V1 – объем раствора NaOH пошедшего на контрольное титрование исходного 0,05 н. раствора Н2SO4, добавленного к почве насыщенной барием, мл; V2 – объем раствора NaOH пошедшего на титрование аликвоты фильтрата; V0 – объем титрованного 0,05 н. раствора Н2SO4 добавленного к насыщенной барием почве, мл; Vал – объем фильтрата, взятого для титрования, мл; н – нормальность NаОН; m – навеска почвы, г.
Пример расчета. Для определения ЕКОст каштановой почвы была взята навеска массой 5 г. После насыщения почвы барием к ней прилито 100 мл 0,05 н. раствора Н2SO4. Когда суспензия была отфильтрована, взято 25 мл фильтрата, на его титрование пошло 20,2 мл 0,05 н. раствора NаОН. На контрольное титрование 25 мл исходного 0,05 н. раствора Н2SО4 пошло 24,2 мл 0,05 н. раствора NaOH.
Реагенты.
1. Буферный раствор BaCl2–Ba(CH3COO)2 с рН = 6,5. 6,1 г BaCl2 ∙ 2H2O и 6,8 г Ва(СН3СОО)2 помещают в мерную колбу на 1 л и растворяют в дистиллированной воде. Объем раствора в колбе доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. Раствор должен иметь рН = 6,5.
2. 0,05 н. раствор H2SO4 и 0,02-0,05 н. раствор NaOH готовят из фиксанала.
3. Фенолфталеин. 1 г сухого реактива растворяют в 100 мл 60%-ного этилового спирта.
4. Комбинированный индикатор Алямовского. Смешать 1 часть 0,02%-ного раствора метилового красного с 2-мя частями 0,04%-ного раствора бромтимолового синего. Для приготовления метилового красного 0,1 г индикатора растирают в агатовой ступке и растворяют в 300 мл этилового спирта-ректификата. Добавляют 7,4 мл 0,05 н. раствора NaOH и доводят объем раствора дистиллированной водой до 500 мл. Для приготовления раствора бромтимолового синего 0,4 г индикатора растворяют в 208 мл этилового спирта-ректификата, добавляют 12,8 мл 0,05 н. раствора NaOH и доводят объем жидкости дистиллированной водой до 1 л.