КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
на тему:
«Использование рентгеновского анализа в почвенных исследования»
Выполнила
Студентка 3 курса 304 группы
Самсононва Ольга Дмитриевна
ФИО
Дата регистрации КР/КП
на кафедре ____________
Допущена к защите
Руководитель:
Ассистент Поляков Алексей Михайлович
ученая степень, ученое звание, ФИО
Члены комиссии:
________________________ ______
ученая степень, ученое звание, ФИО подпись
________________________ ______
ученая степень, ученое звание, ФИО подпись
________________________ ______
ученая степень, ученое звание, ФИО подпись
Оценка ________
Дата защиты _____________
Москва, 2018
Содержание
Введение. 3
Теоретическая часть. 3
1.1. Классификация рентгеновского метода. 4
1.2 Метод фазового рентгеновского анализа. 4
1.3 Рентгеноструктурный анализ. 6
1.4 Рентгеноэмиссионный анализ. 7
1.5 Рентгенофлуоресцентный анализ. 8
2. Подготовка образцов для рентгеновского анализа………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………..8
2.1. Диагностика основных групп глинистых минералов………………………………………………………………………………………….…….8
Практическая часть. 9
1.1 Определение гигроскопической влажности. 11
1.2 Определение потери при прокаливании. 11
1.3 Спекание почвы с содой. 11
1.4 Определение кремния желатиновым методом.. 12
1.5 Определение полуторных оксидов аммиачным методом.. 13
1. 6 Определение железа фотометрическим методом.. 14
1.7 Определение фосфора фотометрическим методом с использованием в качестве восстановителя SnCl 2. 15
1.8 Определение марганца персульфатным методом.. 16
1. 9 Пероксидный метод определения титана. 16
1. 10 Определение кальция. 17
1.11 Определение суммы кальция и магния. 18
1.12 Подготовка почвы для определения содержания и состава гумуса. 19
1.13 Ускоренный пирофосфатный метод определения состава гумуса по М.М. Кононовой и Н.П. Бельчиковой. 20
Заключение. 23
Библиографический список.. 24
Введение
Глава.Теоретическая часть.
Рентгеновские методы исследования играют важную роль при изучении тонкодисперсной части почвы,которая не может быть изучена с помощью обычных оптических микроскопов из-за малого размера частиц .
Рентгеновские методы позволяют диагностировать минералы , входящие в состав тонкодисперсных фракций почвы ,определять их содержание , оценивать изменения в структуре кристаллической решётки , происходящие под влиянием природных процессов и антропогенного фактора .
К достоинствам метода относится быстрота получения ,надёжность и хорошая воспроизводимость результатов.
К недостаткам относится сложность и высокая стоимость аппаратуры и ограниченные возможности метода при изучении плохо окристаллизованных и аморфных веществ .
Основным методом исследования глинистых минералов в почвах является рентгеновский анализ.
Рентгеновский анализ (дифрактометрия, рентгеноструктурный анализ) основан на явлении дифракции рентгеновских лучей при прохождении их через изучаемый объект. Иногда этот метод называют рентгеноструктурным анализом. Применяется главным образом для изучения атомно-молекулярного строения кристаллов. Обычно прибором для рентгеновского анализа служит дифрактометр, который включает в себя источник излучения, гониометр, детектор и измерительно-управляющее устройство. Гониометр служит для установки с высокой точностью (1-3 угловых секунды) исследуемого образца и детектора в нужное для получения дифракционной картины положение. Детекторами являются сцинтиляционные, пропорциональные или полупроводниковые счетчики. Некоторые модификации этого метода позволяют получить информацию о строении некристаллических (аморфных веществ). В почвенных исследованиях рентгеновским методом изучают минералогический состав тонких фракций, размером менее (<)0,001мм.
Определяют минералы в почве по методу Дебая – Шерера. Для анализа берут не отдельный кристалл, а почвенную пробу. В такой пробе кристаллы расположены неупорядоченно, и всегда найдутся такие, которые будут отвечать условию Брегга – Вульфа (максимальная интенсивность отраженного луча возникает тогда, когда разность хода равна целому числу длин волн). При проведении анализа почвенную пробу помещают на пути монохроматического рентгеновского луча, а затем измеряют интенсивность отраженного излучения под различными углами. В результате анализа получают набор отражений, по которым рассчитывают межплоскостные расстояния. Совокупность межплоскостных расстояний для подготовленных разными способами проб позволяет надежно диагностировать все основные минералы .
Рентгеновский метод позволяет проводить помимо качественной диагностики количественное определение минералов в тонкодисперсных фракциях. В целях определения содержания отдельных минералов в смеси учитывают относительные высоты пиков или площади этих пиков на дифрактограммах.
При определении минералогического состава почв пользуются следующими инструментальными методами: рентгеновский анализ, инфракрасная спектроскопия, методы термического анализа и электронная микроскопия.
1.1.Классификация рентгеновских методов анализа:
Рентгеноструктурный анализ
Т.е. Расшифровывается строение кристаллических решёток минералов , особенно при изучении смешанослойных глинистых минералов .Применение рентгеноструктурного анализа:
применяют для анализа биологических и агрохимических объектов: растений, животных, кормов, удобрений и др.
Электронная спектроскопия для химического анализа. В основе метода лежит явление дифракции (отражения) рентгеновских лучей при прохождении их через изучаемый объект. Рентгеновский луч отражается от всех параллельно расположенных атомных плоскостей. Отражённые лучи образуют параллельный поток лучей, интенсивность которого обусловлена свойствами самого луча и кристалла.
Подготовка образцов для рентгеновского анализа
Перед анализом из образца илистой фракции должны быть удалены все вещества, способствующие агрегированию частиц глинистых минералов. К таким веществам относятся: не силикатные соединение железа, гипс, карбонаты легкорастворимые соли, органическое вещество.
Гипс, карбонаты и легко растворимые соли удаляют из почвы ещё перед выделением из неё илистой фракции. Для удаления органического вещества образец илистой фракции массой 2-3 г обрабатывают 10 % - ным раствором перекиси водорода.
После этого образец несколько раз промывают дистиллированной водой для удаления продуктов взаимодействия перекиси водорода с почвы и обрабатывает реактивом Мера и Джексона для удаление не силикатного железа.
Образец илистый фракции лишенный органического вещества и не силикатного железа ,насыщают определёнными катионы Mg.
Обычно рентгеновский анализ проводят для образцов, насыщенных Mg. Некоторые определения приводят с образцами насыщенными K и Li. Для идентификации минерала группы монтмориллонита часть образцов, насыщенных Mg и Li ,насыщают глицерином
Для анализа Рентгеновский метод позволяет проводить помимо качественной диагностики количественное определение минералов в тонкодисперсных фракциях. В целях определения содержания отдельных минералов в смеси учитывают относительные высоты пиков или площади этих пиков на дифрактограммах.
При определении минералогического состава почв пользуются следующими инструментальными методами: рентгеновский анализ, инфракрасная спектроскопия, методы термического анализа и электронная микроскопия.
Практическая часть
Ход анализа.
Из фильтрата после разложения почвы отбирают аликвотную часть, соответствующую 0,2 г почвы, помещают в стакан на 100 мл и для удаления из раствора хлора прибавляют 5 мл конц. HNO3 и выпаривают на закрытой плитке досуха. Такую обработку повторяют еще 3-4 раза, прибавляя HNO3 по стенкам стакана для смывания с них следов хлора. К сухому остатку прибавляют 25 мл 10% раствора серной кислоты (65 мл конц. кислоты вливают в воду и доводят после охлаждения водой до 1 л), нагревают 10 минут до растворения осадка, прибавляют 15 мл дистиллированной воды и 2 мл конц. H3PO4 – для связывания окрашенных ионов железа, а так2,же для предупреждения гидролиза солей, образуемых ионами марганца высшей валентности. После перемешивания прибавляют 2-3 мл 1% раствора AgNO3 – для ускорения реакции и осаждения возможных следов хлора. Нагревают еще около 10 минут; если раствор помутнеет, то его отфильтровывают через плотный фильтр, промывают водой, подкисленной серной кислотой и доводят до объема около 45 мл. К нагретому раствору равномерно небольшими порциями прибавляют 2 г персульфата аммония и кипятят 2 минуты для быстрого и полного окисления марганца до марганцевой кислоты. При этом происходит энергичное разложение персульфата аммония и обильное выделение пузырьков озона.
Стакан с раствором охлаждают, окрашенный раствор переносят в мерную колбу на 50 мл, доводят водой до метки и колориметрируют на ФЭК-Н с зеленым светофильтром (№5, дл. Волны 536 нм) в 2 см кювете против 5% раствора серной кислоты. Содержание марганца вычисляют по калибровочному графику, приготовленному из 0,1 н. раствора KMnO4 (из фиксанала).
Вывод: Содержание марганца по калибровочному графику 2,25%.
1.9 Пероксидный метод определения титана
Ход анализа. Берут пипеткой 25 мл фильтрата от кремниевой кислоты и переносят в мерную колбу на 100 мл. Добавляют 25 % раствор NH4OH до появления мути. Образовавшийся осадок растворяют 5 % раствором H2SO4, добавляя ее по каплям и перемешивая раствор. После растворения осадка прибавляют 1 мл H3PO4 пл. 1,7 и 1 мл 30 % Н2О2, доливают 5 % серной кислотой до метки, тщательно перемешивают и через 10 мин измеряют оптическую плотность окрашенного раствора при длине волны 410 нм. Содержание титана в испытуемой пробе находят по калибровочному графику.
Для построения калибровочного графика в мерную колбу на 100 мл отбирают от 1 до 10 мл запасного стандартного раствора титана с содержанием в 1 мл 0,1 мг TiO2, прибавляют 80 мл 5 % раствора серной кислоты, 1 мл H3PO4 пл. 1,7 и 1 мл 30 % Н2О2, доливают серной кислотой до метки и перемешивают. Через 10 мин измеряют оптическую плотность при длине волны 410 нм. По полученным данным строят калибровочный график зависимости оптической плотности от концентрации TiO2 и находят содержание TiO2 в анализируемой пробе по формуле:
Определение кальция
Ход анализа. Из фильтрата после выделения полуторных оксидов отбирают пипеткой 25-50 мл и переносят в коническую колбу на 250 мл и доводят дистиллированной водой до 100 мл. Прибавляют 2-3 капли 1 % раствора Na2S и 1-2 мл 5 % раствора гидроксиламина, 15 мл 2 н. раствора NaOH (рН раствора становится около 13), перемешивают, вносят на кончике шпателя сухой порошок индикатора флуорексона и медленно титруют при постоянном помешивании 0,01 М раствором трилона Б до перехода окраски из зелено-оранжевой с сильной флюоресценцией в пурпурно-розовую с очень заметным понижением флюоресценции. Вместо флуорексона в качестве индикатора можно использовать мурексид в смеси с NaCl. Титрование ведут до перехода розовой окраски раствора в фиолетовую. Титрование рекомендуется проводить в присутствии перетитрованной пробы. Содержание СаО находят по формуле:
Заключение
Таким образом, можно сделать вывод, что рентгеновский метод является самым затратным и дорогостоящим из всех методов, у него высокая сложность и высокая стоимость аппаратуры и ограниченные возможности метода при изучении плохо окристаллизованных и аморфных веществ. Но отличается быстротой получения достоверных, надёжных и хорошо воспроизводимых результатов.
Библиографический список
1. Почвоведение. Учеб. для ун-тов. В 2 ч./Под П65 ред. В.А. Ковды, Б.Г. Розанова. Ч. 1. Почва и почвообразование/Г.Д. Белицина, В.Д. Васильевская, Л.А. Гришина и др. — М.: Высш. шк., 1988. — 400 с: ил.
2. Зайдельман Ф.Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов: учебник. — М.: КДУ, 2009. — 720 с. 2009
3. Мамонтов В.Г., Панов Н.П., Кауричев И.С., Игнатьев Н.Н. Общее почвоведение – М.: КолосС, 2006. – 456 с., ил.-(Учебники и учеб. Пособия для студентов высш.учеб.заведений).
4. Мамонтов В.Г., Гладков А.А. – Практикум по химии почв: учебное пособие – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2015. – 272 с.
5. Розанов Б.Г. Морфология почв – Учебник для высшей школы. — М.: Академический Проект, 2004. — 432 с. — («Gaudeamus», «Классический университетский учебник»).
6. Федорец Н.Г., Медведева М.В. Методика исследования почв урбанизированных территорий. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. 84 с.
7. Флягина Н.В. Методы почвенных исследований: лабораторный практикум. – ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2008. – 39 с.
8. Ковда, И.В. Карбонатные новообразования в почвах: старые и новые проблемы изучения // Почвы, биохимические циклы и биосфера / Отв. ред. Н.Ф. Глазовский. – М.: Товарищество научных изданий КМК, 2004. – С. 115–136
9. Научный центр «Геоприрода» [Электронный ресурс]. ─ Режим доступа: http://geopriroda.ru/ground/232-ximicheskie-novoobrazovaniya-pochv.html─ Заглавие с экрана. ─ (Дата обращения 01.12.2018)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
на тему:
«Использование рентгеновского анализа в почвенных исследования»
Выполнила
Студентка 3 курса 304 группы
Самсононва Ольга Дмитриевна
ФИО
Дата регистрации КР/КП
на кафедре ____________
Допущена к защите
Руководитель:
Ассистент Поляков Алексей Михайлович
ученая степень, ученое звание, ФИО
Члены комиссии:
________________________ ______
ученая степень, ученое звание, ФИО подпись
________________________ ______
ученая степень, ученое звание, ФИО подпись
________________________ ______
ученая степень, ученое звание, ФИО подпись
Оценка ________
Дата защиты _____________
Москва, 2018
Содержание
Введение. 3
Теоретическая часть. 3
1.1. Классификация рентгеновского метода. 4
1.2 Метод фазового рентгеновского анализа. 4
1.3 Рентгеноструктурный анализ. 6
1.4 Рентгеноэмиссионный анализ. 7
1.5 Рентгенофлуоресцентный анализ. 8
2. Подготовка образцов для рентгеновского анализа………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………..8
2.1. Диагностика основных групп глинистых минералов………………………………………………………………………………………….…….8
Практическая часть. 9
1.1 Определение гигроскопической влажности. 11
1.2 Определение потери при прокаливании. 11
1.3 Спекание почвы с содой. 11
1.4 Определение кремния желатиновым методом.. 12
1.5 Определение полуторных оксидов аммиачным методом.. 13
1. 6 Определение железа фотометрическим методом.. 14
1.7 Определение фосфора фотометрическим методом с использованием в качестве восстановителя SnCl 2. 15
1.8 Определение марганца персульфатным методом.. 16
1. 9 Пероксидный метод определения титана. 16
1. 10 Определение кальция. 17
1.11 Определение суммы кальция и магния. 18
1.12 Подготовка почвы для определения содержания и состава гумуса. 19
1.13 Ускоренный пирофосфатный метод определения состава гумуса по М.М. Кононовой и Н.П. Бельчиковой. 20
Заключение. 23
Библиографический список.. 24
Введение
Глава.Теоретическая часть.
Рентгеновские методы исследования играют важную роль при изучении тонкодисперсной части почвы,которая не может быть изучена с помощью обычных оптических микроскопов из-за малого размера частиц .
Рентгеновские методы позволяют диагностировать минералы , входящие в состав тонкодисперсных фракций почвы ,определять их содержание , оценивать изменения в структуре кристаллической решётки , происходящие под влиянием природных процессов и антропогенного фактора .
К достоинствам метода относится быстрота получения ,надёжность и хорошая воспроизводимость результатов.
К недостаткам относится сложность и высокая стоимость аппаратуры и ограниченные возможности метода при изучении плохо окристаллизованных и аморфных веществ .
Основным методом исследования глинистых минералов в почвах является рентгеновский анализ.
Рентгеновский анализ (дифрактометрия, рентгеноструктурный анализ) основан на явлении дифракции рентгеновских лучей при прохождении их через изучаемый объект. Иногда этот метод называют рентгеноструктурным анализом. Применяется главным образом для изучения атомно-молекулярного строения кристаллов. Обычно прибором для рентгеновского анализа служит дифрактометр, который включает в себя источник излучения, гониометр, детектор и измерительно-управляющее устройство. Гониометр служит для установки с высокой точностью (1-3 угловых секунды) исследуемого образца и детектора в нужное для получения дифракционной картины положение. Детекторами являются сцинтиляционные, пропорциональные или полупроводниковые счетчики. Некоторые модификации этого метода позволяют получить информацию о строении некристаллических (аморфных веществ). В почвенных исследованиях рентгеновским методом изучают минералогический состав тонких фракций, размером менее (<)0,001мм.
Определяют минералы в почве по методу Дебая – Шерера. Для анализа берут не отдельный кристалл, а почвенную пробу. В такой пробе кристаллы расположены неупорядоченно, и всегда найдутся такие, которые будут отвечать условию Брегга – Вульфа (максимальная интенсивность отраженного луча возникает тогда, когда разность хода равна целому числу длин волн). При проведении анализа почвенную пробу помещают на пути монохроматического рентгеновского луча, а затем измеряют интенсивность отраженного излучения под различными углами. В результате анализа получают набор отражений, по которым рассчитывают межплоскостные расстояния. Совокупность межплоскостных расстояний для подготовленных разными способами проб позволяет надежно диагностировать все основные минералы .
Рентгеновский метод позволяет проводить помимо качественной диагностики количественное определение минералов в тонкодисперсных фракциях. В целях определения содержания отдельных минералов в смеси учитывают относительные высоты пиков или площади этих пиков на дифрактограммах.
При определении минералогического состава почв пользуются следующими инструментальными методами: рентгеновский анализ, инфракрасная спектроскопия, методы термического анализа и электронная микроскопия.
1.1.Классификация рентгеновских методов анализа:
Метод фазового рентгеновского анализа .
Рентгеновские фазовый анализ считается наиболее эффективным методом изучение минералогического состава почвы. Его основная задача - идентифицировать входящие в исследуемые образец кристаллические вещества (минералы) на основании набора межплоскостных расстояний .
Наряду с межплоскостными расстояниями для идентификации минералов используют интенсивность рефлекса и профиль рентгеновского пика. Интенсивность рефлекса обычно характеризуется по высоте ( или площади ) дифракционного пика. Характеристика профиля рентгеновского пика основанная на его форме - ширина, высота, характер вершины ,симметричности и т. п.
В настоящее время развитие техники рентгеновских исследований, переход фазового анализа на дифрактометрию порошков и автоматизация многих операций делают этот метод ещё более универсальный и экспрессным.
Его принцип заключается в получении дифракционных эффектов с эталонами которыми служат стандартные минералы . Основная задача фазового анализа является индентификация входящих в исследуемый образец кристаллических веществ на основании набора межплоскостных расстояний . Наряду с межплоскостным расстоянием для идентификации минералов важное значение имеют интенсивность рефлекса и профиль рентгеновского пика. Интенсивность рефлекса обычно характеризуется по высоте (или площади) дифракционного пика . Характеристика профиля рентгеновского пика основана на его форме - ширина ,высота ,характер вершины ,симметричность .
При взаимодействии атомов кристаллической решетки с проходящими через них рентгеновским излучением имеет место дифракционный эффект, при котором по определенным направлениям возникают вторичные (дифрагированные) лучи.
Поскольку во всех кристаллических веществах атомы расположены не хаотично, а чередуются по определенному для каждого вещества о закону, в кристалле можно провести определенное количество серий параллельных плоскостей, отстоящих на равном расстоянии друг от друга и проходящих через идентичные атомы.
Пусть А, В и т.д. – серия параллельных идентичных плоскостей (атомных сеток) кристалла. Поскольку расстояние от источника излучения до кристалла и от кристалла до наблюдателя несоизмеримо с расстоянием между атомами и плоскостями в кристалле, падающие и отраженные лучи можно считать парралельными.
Разность хода- разница в длине пройденного пути для лучей отраженных двумя соседними плоскостями равна 2d∙sinƟ ,где d-расстояние между плоскостями, Ɵ-угол, под которым рентгеновский луч падает на плоскость и отражается от нее.
Если λ- длинна волны, n- целое число (или порядок отражения), то условие возникновения отраженного (дифрагированного) излучения выглядит как: 2d∙sinƟ=n∙ λ. Эта формула лежит в основе рентгеновского анализа и известна как уравнение Вульфа-Брэгга.
Отраженные дифрагированные лучи записываются на рентгенограмме в виде серии пиков разной интенсивности. Величина, которая может быть определена из рентгенограммы, d/n= λ/sinƟ называется межплоскостным расстоянием для n-ого порядка отражения. От одной и то же серии плоскостей можно получить отражения разных порядков, которые соответствуют кратным величинам межплоскостных расстояний. Например, если отражения первого порядка соответствуют величине межплоскостного расстояния 1 нм, то отражения последующих порядков будут соответствовать d/n, равным 0,5, 0,33 нм и т.д. Так как каждое кристаллическое вещество характеризуется своим собственным законом пространственного расположения атомов, то набор величин d/n будет специфичным для каждого индивидуального кристаллического вещества.
Рисунок 1
Рентген-дифракторгамма илистой фракции
Рисунок 2
рентген-дифрактограммы насыщенных Mg образцов наиболее насыщенных глинистых минералов
Рентгеноструктурный анализ
Т.е. Расшифровывается строение кристаллических решёток минералов , особенно при изучении смешанослойных глинистых минералов .Применение рентгеноструктурного анализа:
применяют для анализа биологических и агрохимических объектов: растений, животных, кормов, удобрений и др.
Электронная спектроскопия для химического анализа. В основе метода лежит явление дифракции (отражения) рентгеновских лучей при прохождении их через изучаемый объект. Рентгеновский луч отражается от всех параллельно расположенных атомных плоскостей. Отражённые лучи образуют параллельный поток лучей, интенсивность которого обусловлена свойствами самого луча и кристалла.
Дата: 2019-07-24, просмотров: 221.
