Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа определяются ГОСТ 17.4.4.02-84.

Подготовка к отбору проб производится следующим образом.

Отбор проб проводят для контроля загрязнения почв и оценки качественного состояния почв естественного и нарушенного сложения. Показатели, подлежащие контролю, выбирают из указанных в ГОСТ 17.4.2.01-81 и ГОСТ 17.4.2.02-83. Отбор проб для химического, бактериологического и гельминтологического анализов проводят не менее 1 раза в год. Для контроля загрязнения тяжелыми металлами отбор проб проводят не менее 1 раза в 3 года.

Для контроля загрязнения почв детских садов, лечебно-профилактических учреждений и зон отдыха отбор проб проводят не менее 2 раз в год - весной и осенью. На территории, подлежащей контролю, проводят рекогносцировочные выезды. По данным рекогносцировочного выезда и на основании имеющейся документации заполняют паспорт обследуемого участка и делают описание почв. При контроле загрязнения почв предприятиями промышленности пробные площадки намечают вдоль векторов "розы ветров".

На карты или планы наносят расположение источника загрязнения, пробных площадок и мест отбора точечных проб. Пробные площадки располагают в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83. Для контроля загрязнения почв сельскохозяйственных угодий в зависимости от характера источника загрязнения, возделываемой культуры и рельефа местности на каждые 0,5-20,0 га территории закладывают не менее 1 пробной площадки размером не менее 10 на10 м. Для контроля санитарного состояния почвы в зоне влияния промышленного источника загрязнения пробные площадки закладывают на площади, равной 3-кратной величине санитарно-защитной зоны.

Для контроля санитарного состояния почв на территории расположения детских садов, игровых площадок, выгребов, мусорных ящиков и других объектов, занимающих небольшие площади, размер пробной площадки должен быть не более 5ґ5 м.

Отбор проб производятся следующим образом. Точечные пробы отбирают на пробной площадке из одного или нескольких слоев или горизонтов методом конверта, по диагонали или любым другим способом с таким расчетом, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для генетических горизонтов или слоев данного типа почвы. Количество точечных проб должно соответствовать ГОСТ 17.4.3.01-83.

Точечные пробы отбирают ножом или шпателем из прикопок или почвенным буром. Объединенную пробу составляют путем смешивания точечных проб, отобранных на одной пробной площадке. Для химического анализа объединенную пробу составляют не менее, чем из пяти точечных проб, взятых с одной пробной площадки. Масса объединенной пробы должна быть не менее 1 кг. Для контроля загрязнения поверхностно распределяющимися веществами - нефть, нефтепродукты, тяжелые металлы и др. - точечные пробы отбирают послойно с глубины 0-5 и 5-20 см массой не более 200 г каждая. Для контроля загрязнения легко мигрирующими веществами точечные пробы отбирают по генетическим горизонтам на всю глубину почвенного профиля. Для бактериологического анализа с одной пробной площадки составляют 10 объединенных проб. Каждую объединенную пробу составляют из трех точечных проб массой от 200 до 250 г каждая, отобранных послойно с глубины 0-5 и 5-20 см. Для гельминтологического анализа с каждой пробной площадки берут одну объединенную пробу массой 200 г, составленную из десяти точечных проб массой 20 г каждая, отобранных послойно с глубины 0-5 и 5-10 см. При необходимости отбор проб проводят из глубоких слоев почвы послойно или по генетическим горизонтам. Все объединенные пробы должны быть зарегистрированы в журнале и пронумерованы. На каждую пробу должен быть заполнен сопроводительный талон. Пробы почвы для химического анализа высушивают до воздушно-сухого состояния по ГОСТ 5180-75.

Подготовка к анализу производится следующим образом. Для определения химических веществ пробу почвы в лаборатории рассыпают на бумаге или кальке и разминают пестиком крупные комки. Затем выбирают включения - корни растений, насекомых, камни, стекло, уголь, кости животных, а также новообразования - друзы гипса, известковые журавчики и др. Почву растирают в ступке пестиком и просеивают через сито с диаметром отверстий 1 мм. Отобранные новообразования анализируют отдельно. Для определения валового содержания минеральных компонентов из просеянной пробы отбирают представительную пробу массой не более 20 г и растирают ее в ступке.

2.3 Метод определения содержания микроэлементов в почве

2.3.1 Метод определения кобальта в почве

Один из методов определения кобальта регламентирован ГОСТ Р 50687-94 Почвы. Определение подвижных соединений кобальта по методу Пейве и Ринькиса в модификации ЦИНАО

Подготовка почвы к анализу

Пробы почвы подготавливают согласно ГОСТ 17.4.4.02-84

Затем подготавливают следующие компоненты: азотная кислота концентрацией = 1 моль/дм3 (1 н.); окрашивающий раствор для фотометрического определения кобальта с нитрозо-Р-солью; раствор ПАН с массовой долей 0,2 %; маскирующий раствор для фотометрического определения кобальта с ПАН; раствор кобальта массовой концентрации 1 мг/см3.; раствор кобальта массовой концентрации 100 мкг/см3; раствор кобальта массовой концентрации 25 мкг/см3; раствор кобальта массовой концентрации 10 мкг/см3; раствор сравнения для фотометрического определения кобальта с нитрозо-Р-солью; раствор сравнения для экстракционно-атомно-абсорбционного и фотометрического определения кобальта с ПАН

Проведение анализа

Приготовление почвенной вытяжки

Навески минеральной почвы массой (5,0 ± 0,1) г помещают в технологические емкости и приливают к ним по 50 см3 экстрагирующего раствора. Почву с раствором перемешивают на ротаторе или взбалтывателе в течение 1 ч. Суспензии фильтруют через бумажные фильтры.

Фотометрическое определение кобальта с нитрозо-Р-солью в почвенной вытяжке.

В стаканы помещают по 25 см3 почвенных вытяжек, контрольного раствора, приливают по 5 см3 азотной кислоты, разбавленной 1: 1, по 2 см3 пероксида водорода и выпаривают до влажных солей. Повторяют обработку остатков азотной кислотой и пероксидом водорода до тех пор, пока их окраска станет светло-желтой. После последней обработки растворы выпаривают досуха, приливают по 5 см3 соляной кислоты, разбавленной 1: 100, и растворяют остатки при нагревании. Одновременно в такие же стаканы помещают по 5 см3 растворов сравнения. К анализируемым растворам и растворам сравнения приливают по 3 см3 окрашивающего раствора, стаканы накрывают часовыми стеклами и кипятят растворы на электроплитке в течение 2 мин или нагревают на кипящей водяной бане в течение 15 мин. Затем приливают по 2 см3 концентрированной азотной кислоты, растворы тщательно перемешивают, переносят в градуированные пробирки и доливают водой до объема 10 см3. Мутные растворы фильтруют через бумажные фильтры. Фотометрируют растворы в кюветах с просвечиваемым слоем толщиной 20 мм относительно первого раствора сравнения, не содержащего кобальт, при длине волны 520 нм или используют светофильтр с максимумом пропускания в области 500 - 540 нм.

Фотометрическое определение кобальта с ПАН в почвенной вытяжке

В делительные воронки помещают по 10 см3 вытяжек, контрольного раствора и растворов сравнения, приливают по 1 см3 пероксида водорода, 10 см3 маскирующего раствора и 2 см3 раствора ПАН. Через 15 мин приливают по 20 см3 серной кислоты, разбавленной 1: 2, и тщательно перемешивают растворы. Затем приливают по 5 см3 хлороформа и встряхивают воронки в течение 1 мин. После разделения фаз нижний слой сливают в кювету фотоэлектроколориметра с просвечиваемым слоем толщиной 10 - 30 мм. Мутные экстракты фильтруют. Фотометрируют экстракты относительно экстракта первого раствора сравнения, не содержащего кобальт, при длине волны 630 нм или используют светофильтр с максимумом пропускания в области 610 - 640 нм.

Если значение оптической плотности экстракта вытяжки превышает значение оптической плотности экстракта последнего раствора сравнения, вытяжку разбавляют экстрагирующим раствором и повторяют определение.

Экстракционно-атомно-абсорбционное определение кобальта в почвенной вытяжке

В делительные воронки или мерные колбы с пришлифованными пробками вместимостью 100 см3 помещают по 25 см3 почвенных вытяжек, контрольного раствора и растворов сравнения, приливают к ним по 25 см3 маскирующего раствора и по 20 см3 раствора 2-нитрозо-1-нафтола. Через 1,5 ч приливают по 5 см3 бутилового или изо-амилового эфира уксусной кислоты и встряхивают емкости в течение 1 мин. При использовании делительных воронок после разделения фаз нижний водный слой сливают и отбрасывают, а органические экстракты собирают в сухие пробирки с пришлифованными пробками. При проведении экстракции в мерных колбах в них приливают дистиллированную воду в таком количестве, чтобы слой эфира оказался в горле колбы, и при измерении распыляют эфир в пламя непосредственно из колбы, не допуская погружения подающего капилляра распылителя в водную фазу.

В экстрактах кобальт определяют по поглощению резонансной линии 240,7 нм, используя для атомизации пламя ацетилен-воздух или пропан-бутан-воздух.

Затем распыляют в пламя экстракт последнего раствора сравнения и устанавливают расширение шкалы. Снова распыляют экстракт первого раствора сравнения и корректируют установку значения шкалы. Затем распыляют в пламя экстракты остальных растворов сравнения, в порядке возрастания в них концентрации кобальта, и экстракты контрольного раствора и почвенных вытяжек, регистрируя соответствующие им показания измерительного прибора.

Обработка результатов.

По данным, полученным для растворов сравнения, строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс массовые концентрации кобальта в растворах сравнения в пересчете на массовые доли в почве в миллионных долях, а по оси ординат - соответствующие им показания прибора.

По графику находят массовые концентрации кобальта в вытяжках из почв и контрольном растворе и пересчете на массовую долю в почве.

2.3.2 Метод определения содержания меди в почве

Регламентируется ГОСТ Р 506984-94. Метод основан на извлечении подвижных соединений меди из почвы раствором соляной кислоты концентрации с (НСl) = 1 моль/дм3 и последующем определении атомно-абсорбционным или фотометрическим методом с диэтилдитиокарбаматом свинца. Пробы почвы подготавливают согласно ГОСТ 17.4.4.02-84

Для анализа подготавливают следующие компоненты: экстрагирующий раствор - раствора соляной кислоты концентрации с (НСl) = 1 моль/дм3, раствор азотнокислого свинца, раствор диэтилдитиокарбамата свинца в четыреххлористом углероде, раствор с массовой долей лимоннокислого натрия 10 %, раствор с массовой долей уксуснокислого натрия или уксуснокислого аммония 20 %, раствор лимоннокислого натрия и уксуснокислого натрия, раствор меди массовой концентрации 1 мг/см3, раствор меди массовой концентрации 100 мкг/см3, раствор меди массовой концентрации 10 мкг/см3, растворы сравнения.

Приготовление почвенной вытяжки производится следующим образом.

Навески минеральной почвы массой (5,0 ± 0,1) г или органогенной почвы массой (2,5 ± 0,1) г помещают в технологические емкости и приливают к ним по 50 см3 экстрагирующего раствора.

2.3.2.1 Атомно-абсорбционное определение меди в почвенной вытяжке

Медь определяют по поглощению резонансной линии 324,7 нм, используя для атомизации окислительное пламя ацетилен-воздух или пропан-бутан-воздух.

При стабилизировавшемся режиме работы прибора распыляют в пламя первый раствор сравнения, не содержащий медь, и устанавливают начальное значение шкалы. Затем распыляют в пламя последний раствор сравнения и устанавливают расширение шкалы. Снова распыляют первый раствор сравнения и корректируют установку начального значения шкалы. Затем распыляют в пламя остальные растворы сравнения, в порядке возрастания в них концентрации меди, контрольный раствор и почвенные вытяжки, регистрируя соответствующие им показания измерительного прибора.

2.3.2.2 Фотометрическое определение меди в вытяжке из минеральной почвы

В делительные воронки вместимостью 50 см3 помещают по 10 см3 вытяжек, контрольного раствора, растворов сравнения, приливают к ним по 10 см3 маскирующего раствора и содержимое воронок перемешивают. Затем в воронки приливают по 5 см3 раствора диэтилдитиокарбамата свинца в четыреххлористом углероде и встряхивают в течение 2 мин.

После разделения фаз нижний слой четыреххлористого углерода сливают в кювету фотоэлектроколориметра с просвечиваемым слоем толщиной 10 - 20 мм и фотометрируют относительно четыреххлористого углерода при длине волны 436 нм или используют светофильтр с максимумом пропускания в области 420 - 450 нм.

2.3.2.3 Фотометрическое определение меди в вытяжке органогенной почвы

В стаканы помещают по 10 см3 почвенных вытяжек, контрольного раствора, приливают по 5 см3 азотной кислоты, разбавленной 1: 1, по 2 см3 пероксида водорода и выпаривают на водяной бане до влажных солей. Повторяют обработку остатков азотной кислотой и пероксидом водорода до тех пор, пока их окраска станет светло-желтой. Остатки растворяют при нагревании в 10 см3 экстрагирующего раствора, и полученные растворы переносят в делительные воронки вместимостью 50 см3. Одновременно в другие делительные воронки помещают по 10 см3 растворов сравнения.

2.3.2.4 Обработка результатов

По результатам фотометрирования растворов сравнения строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс массовые концентрации меди в растворах сравнения в пересчете на массовые доли в почве в миллионных долях, указанные в таблице 1, а по оси ординат - соответствующие им показания прибора. По графику находят массовые концентрации меди в вытяжках из почв и контрольном растворе в пересчете на массовую долю в почве.

2.3.3 Метод определения содержания цинка в почве

Метод основан на извлечении подвижных соединений цинка из почвы ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 и последующем определении атомно-абсорбционным или фотометрическим методом с дитизоном. Регламентируется ГОСТ Р 50686-94.

2.3.4 Метод определения содержания бора в почве

Метод основан на извлечении подвижных соединений бора из почвы горячей водой, содержащей сернокислый магний, и последующем определении бора фотометрическим методом с хинализарином или азометином Аш. Регламентируется ГОСТ Р 50688-694.

2.3.5 Метод определения содержания молибдена в почве

Для определения молибдена в вытяжках из почв, в растворах золы кормов и растений разработан вариант фотометрического метода с использованием цинк-дитиола. Это значительно ускорило определения и улучшило их точность по сравнению с принятым ранее роданидным методом, который был менее чувствителен и не давал устойчивой окраски. Методика была стандартизована сначала на отраслевом, затем на государственном уровне ГОСТ Р 50689-94.

2.3.6 Метод определения содержания марганца в почве

Для определения марганца в почве используется методы атомно-абсорбционной спектроскопии и фотометрический. Метод регламентируется ГОСТ Р 50685-94.

2.3.7 Описание основных методов определения вредных веществ в почве

Атомно-абсорбционная спектрофотометрия является очень простым в исполнении высокопроизводительным методом анализа. Для внедрения метода в практику агрохимслужбы необходимо было обеспечить ее достаточно обоснованными и апробированными методиками. К настоящему времени, как было отмечено выше, разработаны, стандартизованы и внедрены в аналитическую практику методики атомно-абсорбционного определения кальция, магния, ряда микроэлементов. Разработаны также методические указания по определению тяжелых металлов в почвах и кормах. В основу разработок положены результаты изучения влияния различных факторов на результаты атомно-абсорбционного анализа и найденные способы их устранения.

Установлено, что при атомно-абсорбционном анализе возможно использование не только общепринятого пламени, получаемого при помощи газовой смеси ацетилен-воздух, но и смеси пропан-бутан-воздух. Это имело большое значение, так как внедрению метода в аналитическую практику, во многих лабораториях мешала дефицитность ацетилена.

При атомно-абсорбционном анализе сложных по составу объектов значительные погрешности могут давать такие явления, как образование труднодиссоциирующих в пламени соединений (химические помехи) и ионизация, снижающие концентрацию свободных атомов определяемого элемента в пламени. Это вызывает занижение результатов атомно-абсорбционного анализа. Кроме того, при высоком содержании солей сопутствующих элементов в атомизируемых растворах может наблюдаться неселективное поглощение пламенем следствие присутствия в нем большого количества твердых частиц. Это явление может вызывать значительное завышение результатов анализа.

Найдено, что при анализе вытяжек из почв, растворов золы кормов и растений на содержание кальция и магния наблюдаются химические помехи при использовании как относительно низкотемпературного пропан-бутанового, так и в более горячего ацетиленового пламени. При использовании пропан-бутанового пламени занижение результатов вследствие химических помех наблюдается также при определении марганца в кислотных вытяжках из почв, и определении марганца и железа в растворах золы кормов и растений. В свою очередь определение обменного стронция в почвах атомно-абсорбционным методом также потребовало устранения химических помех. Для этого рекомендовано использование добавок лантана, а также легко ионизируемого калия для устранения влияния ионизации стронция в пламени. Что касается неселективного поглощения, то оно наблюдается при определении цинка при анализе ацетатной вытяжки из карбонатных почв, при прямом определении низких концентраций кадмия, свинца, кобальта непосредственно в водных растворах при анализе всех агрохимических объектов. Во многих случаях прямое атомно-абсорбционное определение микроэлементов и тяжелых металлов в вытяжках из почв и в минерализатах растительных материалов на фоновом уровне оказывается невозможным ввиду недостаточной чувствительности пламенного варианта метода. Для повышения чувствительности анализа, и одновременно для устранения помех со стороны сопутствующих элементов, предложено сочетание атомно-абсорбционного анализа с экстракцией определяемых элементов изоамиловым или бутиловым эфиром уксусной кислоты после связывания их в комплексы с диэтилдитиокарбаматом и непосредственное переведение их в соответствующие соединения и непосредственное введением экстрактов в атомизирующее пламя. Повышение чувствительности определений происходит при этом не только за счет использования небольшого объема экстракта относительно исходного объема водной фазы, что обеспечивает концентрирование определяемых элементов. Чувствительность атомно-абсорбционного анализа растворов в органических растворителях значительно выше, чем при анализе водных растворов вследствие более эффективного распыления. Этот прием использован при определении меди, кобальта, кадмия, свинца, никеля в ацетатных вытяжках из почв, а также при определении кадмия и свинца в кормах и растениях. В качестве группового экстрагента металлов используется общедоступный диэтилдитиокарбамат.

Проведенные исследования позволили ввести государственные стандарты на атомно-абсорбционное определение кальция и магния, меди, цинка, марганца, кобальта и железа в государственные стандарты на методы анализа почв, кормов и растений, как было отмечено выше. Для определения тяжелых металлов разработаны соответствующие методические указания Разработанные методики использованы при составлении методических указаний.

Для экспрессного определения ртути в почвах разработана методика непламенного атомно-абсорбционного определения методом холодного пара. Анализ состоит в возгонке ртути непосредственно из измельченной почвы при нагревании и накоплении ее на золотом коллекторе с помощью устройства УВН-1, последующей десорбции и анализа паров с помощью анализатора ртути "Юлия - 2" отечественного производства. Методика очень проста и обеспечивает высокую производительность. Разработаны соответствующие методические указания, которые утверждены для использования в агрохимической службе.

Применение ионоселективных электродов

Ионометрия является очень специфичным методом анализа. От других методов анализа ионометрию выгодно отличает то, что во многих случаях для определения концентрации раствора его не требуется отделять от твердой фазы. Это позволяет исключить из процесса анализа такую трудоемкую операцию, как фильтрование или центрифугирование. Примером может служить хорошо известное измерение рН с помощью стеклянного ионоселективного электрода. Важным достоинством является также то, что для ионометрических измерений выпускаются малогабаритные, вплоть до карманных, переносные приборы на батарейном питании, что позволяет использовать их в полевых условиях.

Другой особенностью метода является то, что он измеряет не общую концентрацию химического элемента в растворе, а только свободного иона, в виде которого находится элемент в растворе и к которому чувствителен данный электрод. Эта особенность ионометрии несколько осложняет ее использование для определения общих концентраций веществ в растворах и требует применения специальных приемов, позволяющих получать результаты близкие тому, что дают общепринятые методы количественного анализа.

Как отмечено выше, ЦИНАО разработаны и стандартизованы методики рН-метрического определения гидролитической кислотности почв и хлорида в водной вытяжке из засоленных почв. Для анализа грунтовых и поливных вод использование ионоселективных электродов предложено для определения хлорида, кальция, нитратов, фторидов.

Широкое применение получило ионометрическое определение нитратов. Было разработано определение нитратов в почвах, водах, кормах и растениях, в тепличных грунтах. Широкое применение метод нашел при анализе продукции растениеводства. Методика, разработанная ЦИНАО и апробированная Институтом питания РАМН, была утверждена Госагропромом СССР и Минздравом СССР. Благодаря простоте и экспрессности эта методика в настоящее время повсеместно используется для токсикологического контроля. Определение нитратов с помощью нитратного электрода стандартизовано для анализа почв ГОСТ 26951.

Для определения аммонийного азота разработаны методики анализа с использованием аммиачного газочувствительного электрода. Метод применен для анализа почв, что в сочетании с ионометрическим определением нитратов обеспечивает экспрессное определение запасов минерального азота в почвах, а также могут быть использованы для определения азотминерализующей способности почв: нитрификационной способности.

Разработаны методики определения калия в тепличных грунтах с помощью ионоселективного электрода, нитритов в кормах и растениях ионометрическим методом, фтора в вытяжках из почв, в продукции растениеводства и кормах, аммиачного азота в кормах и растениях, легкоподвижного калия в почвах.

Заключение