Анализ почвы. Справочник. Минералогические, органические и неорганические методы анализа



Marc Pansu
Jacques Gautheyrou

Handbook of Soil Analysis

Mineralogical, Organic and Inorganic Methods

with 183 Figures and 84 Tables







     Springer
 •******'     V?

Марк Панею, Жак Готеру





                АНАЛИЗ ПОЧВЫ





Справочник
Минералогические, органические и неорганические методы анализа





Перевод с английского языка 2-го издания под редакцией Д. А. Панкратова















теп

Са нкт- Петербур г 2014

ББК40.3
УДК543.6 П16




      М. Панею, Ж. Гетеру

Ш6 Анализ почвы. Справочник. Минералогические, органические и неорганические методы анализа : пер. 2-го англ. изд. подред. Д. А. Панкратова — СПб.: ЦОП * Профессия», 2014. — 800 с., ил.

      ISBN 978-5-91884-060-3
      ISBN 978-3-540-31210-9 (англ.)

      Приведены минералогические, органические и неорганические методы анализа, и физические методы обработки образцов. Аналитические методики соответствуют требованиям стандартов на методы анализа и могут использоваться при контроле состава н качества почв. Для каждого метода даны принципы, физические и химические основы, преимущества, недостатки и область его применения.
      Представленные основные методы анализа (В-ЭЖХ, TEA, АЭ М-ИСП,МС-ИСПи др.) позволят специалистам использовать справочник как при работе в полевых условиях, так и при проведении ф ундаментальных и прикладных исследовании.
      Справочник предназначен для сотрудников профильных лабораторий, служб экологического контроля н мониторинга, преф ильных институтов при проведении анализа окружающей среды. Он будет полезен агрономам, геологам, климатологам, недропользователям, специалистам по гражданскому н промышленному строительству, служб водоканалов, ЦЛАТИ, исследователям и студентам профильных специальностей.


ББК40.3
УДК543.6


                    Ainhorized translation .from English language edition pu&lished Springer- Verlag Berlin Heidelberg

Всепраеа загцигцеЛЫ. Никакая чаапЬ даЛЛой кЛигиЛемоокет ^ЫтЬеоепроизеедеЛа е          то Ли бъшо
форме безписЪмеЛЛого разрегиеЛия еоадеоЪЦее аеторскихпрае.

   Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведении и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.







ISBN 976-3-540-3 1 210-9 (англ.)
ISBN 976-5-91664-060-3

                  © 2006, Springer-\ferlag Berlin Heidelberg
                  © ЦОП «Профессия», 2014
                  © Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2014

            Оглавление



Предисловие к русскому изданию...........................................18
Предисловие..............................................................20

Часть 1. Минералогический анализ почв

Глава 1. Определен не влагосодержа ни я почв н потерь при прокаливании..25
     1.1.  Введение.....................................................25
     1.2.  Определение влаг ос одержания при 105с,С(НгО“)...............26
           1.2.1. Основные положения....................................26
           1.2.2. Материалы.............................................28
           1.2.3. Образцы...............................................28
           1.2.4. Методика..............................................28
           1.2.5. Примечания............................................29
     1.3.  Определение потерь при прокаливании при 1000 °C (Е^О*).......29
           1.3.1. Введение..............................................29
           1.3.2. Основные положения....................................32
           1.3.3. Оборудование..........................................32
           1.3.4. Методика выполнения...................................32
           1.3.5. Обработка результатов.................................32
           1.3.6. Примечания............................................33
           Использованная литература....................................33

Глава 2. Анализ гранулометрического состава.............................35
     2.1.  Введение.....................................................35
           2.1.1. Гранулометрический состав в почвоведении..............35
           2.1.2. Основные положения....................................37
           2.1.3. Закон седиментации....................................38
           2.1.4. Условия применения закона Стокса......................46
     2.2.  Стандартные методы...........................................48
           2.2.1. Предварительная обработка образцов....................48
           2.2.2. Суспендирование н диспергирование частиц..............52
           2.2.3. Пипеточный метод с огласи о Р о бинс ону —Кону
                  или Андреасену........................................55
           2.2.4. Метод определения плотности при погружении ареометра
                  на различную глубину..................................62
           2.2.5. Метод определения плотности при погружении ареометра
                  на фиксированную глубину..............................66
           2.2.6. Анализ гранулометрического состава песка..............67
     2.3.  Автоматизированное оборудование..............................68
           2.3.1. Введение..............................................68
           2.3.2. Седиментационный анализ при прямом использовании
                  гравитационного поля..................................69

Оглавление

           2.3.3. Методы, использующие принцип ускоренной седиментации.................................................71
          2.3.4.  Методы, использующие рассеяние идифракцию лазерного излучения.........................................................72
           2.3.5. Методы, использующие оптические и электрические свойства... 72
           2.3.6. Методы, использующие прямое  наблюдение частиц............73
           2.3.7. Методы, исп ользующие эле ктр опр ов одные с войства
                  материалов................................................74
           Использованная литература........................................74
           Дополнительная литература........................................75

Глава 3. Фракционирование коллоидных систем.................................79
     3.1.  Введение.........................................................79
     3.2.  Фракционирование путем непрерывного центрифугирования............80
           3.2.1. Основные положения........................................80
           3.2.2. Теоретические основы......................................82
           3.2.3. Оборудование н реактивы...................................Вб
           3.2.4. Методика..................................................87
     3.3.  Предварительная обработка экстрагированных фаз...................92
           Использованная литература........................................92

Глава 4. Характеристика минералогического состава методом рентгеновской дифрактометрии..........................................................94
     4.1.  Введение.........................................................94
           4.1.1. Рентгеновская дифракция и минералогия.....................94
           4.1.2. Основные положения........................................96
           4.1.3. Оборудование для проведения рентгеновской дифракции.......97
     4.2.  Качественная дифрактометрия......................................99
           4.2.1. Краткий обзор методов подготовки образцов.................99
           4.2.2. П олучение ди фрактограмм п ор ошко о бразных материал ов.99
           4.2.3. Получение дифрактограмм ориентированных образцов.....103
           4.2.4. Предварительная обработка глин.......................... 107
           4.2.5. Качественная дифрактометрия............................. 120
     4.3.  Количественный минералогический анализ......................... 123
           4.3.1. Практическая значимость................................. 123
           4.3.2. Количественный минералогический анализ методом
                  рентгеновской дифракции.............................. 123
           4.3.3. Количественный минералогический анализ
                  с использованием сложного технического оборудования..127
           Исп ольз ованная литература................................. 129
           Доп олнительная литература.................................. 129

Глава 5. Минералогическим анализ методом и нфра красной спектрометрии......133
     5.1.  Введение....................................................... 133
           5.1.1. Основные положения...................................... 133
          5.1.2.  Оборудование, используемое в методе инфракрасной спектрометрии................................................... 134
     5.2.  Применение ИК-спектрометрии в минералогии...................... 137
           5.2.1. Оборудование и материалы................................ 137

Оглавление

7

           5.2.2. Подготовка образцов................................ 138
           5.2.3. Кратк ое руков одство п о интерпре тацни спектр ов. 144
           5.2.4. Количественный анализ.............................. 148
     5.3.  Другие ИК-методы.......................................... 151
           5.3.1. Ближняя инфракрасная спектрометрия        (БИКС)... 151
           5.3.2. Сочетание термических методов анализа и ИК-спектрометрии
                  с Фурье-преобразованием при анализе летучих с оеданений. .. 153
           5.3.3. Инфракрасная микроскопия .......................... 153
           5.3.4. Спектроскопия комбинационного рассеяния............ 154
           Использованная литература................................. 155
           Дополнительная литература в хронологической последовательности.155
Глава 6. Разделение минералов методом селективного растворения........158
     6.1.  Введение.................................................. 158
           6.1.1. Кристаллическое с остояние глинистых минералов..... 158
           6.1.2. Инструментальные н химические метода анализа....... 160
           6.1.3. Методы с еле ктивн ого растворения................. 162
           6.1.4. Реагенты и искусственные стандарты................. 166
     6.2.  Основные методы селективного растворения.................. 169
           6.2.1. Метод, основанный на использовании кислого оксалата
                  в темноте (КОТ).................................... 169
           6.2.2. Метод, основанный на использовании
                  дитионит-цитрат-бикарбоната (ДЦБ).................. 174
           6.2.3. Метод, основанный на использовании
                  этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА)........... 179
           6.2.4. Пирофосфатный метод................................ 181
           6.2.5. Экстракция в сильнощелочной среде.................. 185
     6.3.  Другие методы исследований, модификации и выбор подходящего
           метода ................................................... 190
           6.3.1. Дифференцирующие п оследовате льные методы ........ 190
           6.3.2. Селективные методы анализа аморфных венеств........ 193
           6.3.3. Краткий о бзор применения ди фференциальных методов
                  анализа............................................ 196
           Использованная литература................................. 196

Глава 7. Терм пчески н а нал из.......................................200
     7.1.  Введение...................................................200
           7.1.1. Определения.........................................200
           7.1.2. Практическая значимость............................ 201
     7.2.  Классические методы........................................204
           7.2.1. Термогравиметрический анализ........................204
           7.2.2. Дифференциальный термический анализ
                  и дифференциальная сканирующая калориметрия.........210
     7.3.  Многокомпонентное оборудование для проведения термического
           анализа....................................................220
           7.3.1. Основные положения..................................220
           7.3.2. Сочетание термического анализа и анализа выделяемых газов ... 220 Использованная литература..................................223
           Дополнительная литература..................................223

Оглавление

Глава 8. Микроскоппческнп анализ.........................................225
     8.1.  Введение...................................................225
     8.2.  Подготовка образцов........................................226
           8.2.1. Способы подготовки образцов.........................226
           8.2.2. Нанесение покрытий и пропитывание тонких пластин.......226
           8.2.3. Сетки и реплики для просвечивающей электронной
                  микроскопии.........................................231
           8.2.4. Монтаж образцов для проведения сканирующей
                  электронной микроскопии.............................233
           8.2.5. Обработка поверхности (оттенение, покрытие углеродом,
                  металлизация).......................................234
     8.3.  Микроскопические исследования..............................236
           8.3.1. Оптическая микроскопия .............................236
           8.3.2. Электронная микроскопия, общая информация...........238
           8.3.3. Просвечивающая электронная микроскопия,
                  микродифракция......................................240
           8.3.4. Сканирующая электронная микроскопия.................247
           8.3.5. Полный элементный анализ методом рентгеновской
                  спектрометрии.......................................249
           Использованная литература..................................250
           Библиографические ссылки в хронологической последовательности.25 1

Часть!. Органический анализ

Diana 9. Физические методы фракционирования органических веществ......255
     9.1.  Принципы и ограничения.....................................255
           9.1.1. Ф ормы органического вещества в почве...............255
           9.1.2. Основные положения..................................255
           9.1.3. Затруднения.........................................256
     9.2.  Методы фракционирования....................................257
           9.2.1. Классификация.......................................257
           9.2.2. Извлечение корней растений..........................257
           9.2.3. Распределение частиц................................260
           9.2.4. Разделение по плотности.............................271
           9.2.5. Фракционирование по размерам частиц.................275
           9.2.6. Точность методов фракционирования...................280
     9.3.  Заключение и перспективы развития методов..................281
           Использованная литература..................................282
Глава 10. Определение содержания органического вещества н об щего количества С, N (Н, О, S)....................................285
     10.1 . Введение..................................................285
           10.1.1. Органическое вещество почвы........................285
           10.1.2. Отбор и подготовка образцов, аналитическая значимость.287
     10.2  Мокрые методы..............................................290
           10.2 1. Определение содержания общего углерода: основные положения..................................................290
           10.2 2. Определение содержания органического углерода методом мокрого окисления при температуре реакции..................291

Оглавление

9

           10.23.  Определение с одержания органическ ого углер ода методом мокрого окисления при контролируемой температуре...........295
           10.24.  Определение с одержания органическ ого углер ода методом мокрого окисления с использованием
                  спектр околориметрии....................................296
           10.2    5. Определение содержания общего азота с использованием мокрого метода: Введение.................................. 297
           10.2    6. Определение содержания общего азота методом Кьельдаля с титриметрическим окончанием....................298
           10.27.  Определение общего с одержания азота методом Кьельдаля со спектроколориметрическим окончанием ..........302
           10.28.  Определение с одержания аз ота методом Кьельдаля с использованием селективного электрода................... 304
           10.29.  Механизация н автоматизация метода Кьельдаля...........ЗОб
           10.210. М оди фикации ме тодики анализа для определения содержания ионов NO^, NO^ н связанного азота.............. ЗОб
      10.3.  Сухие методы анализа ....................................... 307
          10.3.1.  Определение с одержания о бщего углер ода методом простого выпаривания............................................307
           10.3.2. С овмес тный инс трументальный элементный СНМ(0Э)-анализ методом сухого озоления.....................308
           10.3.3. Определение CHNOS термическими методами анализа....312
           10.3.4. Определение с одержания угле р ода и азота неразрушаЕО щими инструментальными методами................................ 313
           10.3.5. Совместный анализ различных изотопов углер ода и азота .... 314
           Использованная литература......................................315
Дополнительная литература...................................316
Глава 11. Количественное определение гуминовых веществ....................319
      11.1 . Гумус в почвах...............................................319
           11.1.1. Определения............................................319
           11.1.2  Роль гуминовых веществ в почвах н в окружающей среда .... 320
           11.1.3. Методы экстракции......................................321
      11.2   Основные методы анализа..................................... 322
           11.21.  Экстракция............................................ 322
           11.22.  Количественный анализ экстрактов.......................325
           11.23.  Точность н с опоставнмость методов         экстракции. 32S
           11.24.  Методы очистки гуминовых веществ...................... 333
      11.3.  Другие альтернативные н доп олннтельные методы.............. 335
           11.3.1. Альтернативные методы экстракции.......................335
           11.3.2. Фракционирование гуминового остатка....................ЗЗб
           Использованная литература......................................338
Глава 12. Характеризация гуминовых веществ................................341
      121.   Введение.....................................................341
           121.1.  Механизмы образования .................................341
           121.2.  Молекулярная структура.................................341
      12 2   Традицн онные методы анализа.................................342
           1221.   Фракционирование гуминовых соединений................. 342
           1222.   Определение основных функциональных групп............. 348
           1223.   Спектрометрия УФ-видимого диапазона................... 349

Оглавление

           1224.   Инфракрасная спектрография .........................351
      123.  Дополнительные методы......................................353
           123.1.  Усовершенствование методов фракционирования.........353
           123.2.  Определение функциональных групп....................354
           123.3.  Характеристика гуминовых веществ методом фрагментации . . 356
           123.4.  Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)....................358
           123.5.  Флуоресцентная спектроскопия........................367
           12      3.6. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).......................................................369
           123.7.  Определение молекулярной массы н размеров молекул...370
           123.8.  Микроскопические исследования.......................373
           123.9.  Другие методы анализа...............................373
           Использованная литература...................................374

Глава 13. Определение негумп новых веществ.............................381
      13.1 . Введение..................................................381
           13.1.1. Негуминовые вещества............................... 381
           13.1.2. Углеводороды в почве............................... 381
           13.1.3. Липиды в почве......................................383
           13.1.4. Пестициды и поллютанты..............................383
      13.2  Классические методы анализа................................384
           13.21.  Кислотный гвдролиз полисахаридов....................384
           13.22.  Очистка кис ло тных гидр олизатов...................388
           13.23.  Колориметрическое определение сахаров...............390
           13.24.  Определение с одержания сахар ов методом газов ой хроматографии...............................................392
           13.25.  Определение общего содержания липидов...............396
           13.2   6. Количественное определение содержания
                  водорастворимых органических соединений..............398
      13.3. Дополнительные методы анализа..............................399
           13.3.1. Определение углев одор одов п очв методом газов ой хроматографии...............................................399
           13.3.2. Определение угле водор одов методом жидкости ой хроматографии ..............................................400
           13.3.3. Фракционирование и исследование почвенной фракции липидов.................................................... 401
           13.3.4. Определение содержания остаточных пестицидов и поллютантов...............................................406
           Использованная литература...................................413

Diana 14. Органические формы азота, минерализуемый азот (н углерод)....417
      14.1 . Введение..................................................417
           14.1.1. Круговорот азота....................................417
           14.1.2. Типы методов анализа................................419
      14.2  Классические методы анализа................................419
           14.2  1. Ф ормы органического азота, выделяемого при кислотном гидролизе...................................................419
           14.22.  Определение органических форм азота: упрощенные метода .... 426
           14.23.  Определение содержания мочевины.....................427

Оглавление

11

           14.24.  Определение содержания потенциально доступного азота: биологические методы........................................429
           14.2  5. Определение содержания потенциально минерализуемого азота: химические методы................................... 436
           14.26.  Кинетика процессов минерализации....................439
      14.3.  Дополнительные методы анализа.............................443
           14.3.1. Альтернативные методики кислотного гидролиза........443
           14.3.2. Определение содержания аминокислот..................444
           14.3.3. Определение содержания аминосахаров.................447
           14.3.4. Белки и гликопротеины (гломалин)....................449
           14.3.5. Определение содержания потенциально минерализуемого азота методом электроультрафильтрации...................... 450
           Использованная литература...................................451

Часть 3. Неорганический анализ — определение обменных ионов и полный элементный анализ

Глава 15. Определение pH среды ........................................459
      15.1 . Введение..................................................459
           15.1.1. pH почвы........................................... 459
           15.1.2. Ограничения........................................ 461
           15.1.3. Теоретические аспекты...............................461
      15.2   Классические методы анализа................................4 63
           15.21.  Методы испытаний.....................................4 63
           15.5.2. Колориметрический метод.............................464
           15.23.  Электрометрический метод............................466
           15.24.  Электрометрический контроль и калибровка............470
           15.2    5. Исс ледование водных суспензий п очв.............470
           15.26.  Определение рНк и рНС₄..............................472
           15.27.  Оттра hirttrhwr pH <сна^ьпттаннь.ту гга^-п^.........473
           15.28.  Оттрадананиа pH на^ьпттанньту ау^тратгтпа...........473
           15.29.  Определение pHₜIᵢp..................................474
      15.3.  Анализ почв в полевых условиях............................474
           15.3.1. Оборудование....................................... 475
           15.3.2. Полевые измерения...................................475
           15.3.3. Измерения на почвенных монолитах....................477
           Использованная литература...................................477
           Дополнительная литература...................................478
           Приложение 1. Таблицы электродных потенциалов...............479
           Приложение 2. Константы диссоциации для некоторых равновесий .. 480
           Приложение 3. Буферные растворы.............................480
           Приложение 4. Цветные индикаторы............................482
Diana 16. Окпалнтельно-восстановптельнын потенциал......................483
      16.1 . Определения и основные положения..........................483
      16.2   Об орудование и реактивы..................................484
           16.21.  Электрода.......................................... 484
           16.22.  Соединительный солевой мостик...................... 485

Оглавление

           16.23.  Система измерений..................................485
           16.24.  Калибровочные растворы.............................486
      16.3. Методика..................................................486
           16.3.1. Предварительная обработка электрода................486
           16.3.2. Анализ образцов почв...............................487
           16.3.3. Анализ почвенных монолитов.........................487
           16.3.4. Исследования в полевых условиях....................487
           16.3.5. Определение скор ости ди ффузни кисл ор ода........488
           16.3.6. Колориметрическое определение Дй...................489
           Использованная литература..................................490
           Дополнительная литература..................................490
Глава 17. Карбонаты...................................................492
      17.1 . Введение.................................................492
      17.2  Определение содержания общих карбонатов...................493
           17.21.  Введение...........................................493
           17.22.  Волюметрические измерения методом кальциметрии............494
           17.23.  Ацидиметрия........................................497
      17.3. Определение активных карбонатов...........................498
           17.3.1. Общие положения....................................498
           17.3.2. Порядок выполнения.................................498
           17.3.3. Индекс хлорозного потенциала ......................500
           Использованная литература .................................500
П1ава 18. Растворимые соли............................................501
      18.1 . Введение.................................................501
      18.2  Экстракция................................................502
           18.21.  Соотношение почва : раствор........................502
           18.22.  Экстракция насыщенных паст.........................502
           18.23.  Разбавленные экстракты.............................503
           18.24.  Отбор проб вода из почв............................504
           18.25.  Экстракция горячен водой...........................504
      18.3. Анализ н определение содержания солей.....................505
           18.3.1. Электропроводность экстрактов......................505
          18.3.2. Измерение удельной электропроводности в полевых условиях....................................................507
           18.3.3. Определение общего содержания растворенных веществ........507
           18.3.4. Растворимые катионы................................508
           18.3.5. Экстрагируемые кар б онаты и бикар б онаты (щел очи ость).509
           18.3.6. Экстрагируемые хлорида............................ 510
           18.3.7. Экстрагируемые сульфаты, нитраты и фосфаты........ 511
           18.3.8. Экстрагируемый бор.................................512
          18.3.9. Определение экстрагируемых анионов методом ионообменной хроматографии..................................513
           18.3.10. Представление результатов.........................516
           Использованная литература..................................517
Глава 19. Обменный комплекс.......................................... 519
      19.1 . Введение.................................................519

Оглавление

13

     19.2   Источники зарядов........................................ 519
           19.21. Ионныйобмен........................................ 519
           19.22. Обменный комплекс...................................520
           19.23. Теория .............................................522
           Использованная литература .................................524
           Дополнительная литература..................................525

Глава 20. Изоэлектрическая точка и точка нулевого заряда..............530
     20.1 . Введение..................................................530
           20.1.1. Заряды коллоидных растворов........................530
           20.1.2. Определения........................................532
           20.1.3. Условия измерения заряда.......................... 533
     20.2   Основные метода...........................................534
          20.2 1. Определение pHO (THС-Э), длительное установление равновесия..................................................534
          20.22. Точка нулевого солевого эффекта (ТНС-Э), быстрое установление равновесия.....................................535
           Использованная литература .................................537

Diana 21. Постоянные и переменные заряды..............................539
     21.1 . Введение..................................................539
     21.2   Основные метода определения...............................542
           21.21 . Измерение переменных зарядов.......................542
           21.22 . Определение постоянных зарядов.....................543
           Использованная литература..................................545
           Дополнительная литература..................................545

Diana 22. Обменные катионы.............................................546
     221.   Введение..................................................546
           221.1.  Обменные катионы в почве...........................546
           221.2.  Экстрагирующие реагенты............................547
           221.3.  Оборудование...................................... 547
     222    Метод экстракции ацетатно-аммонийным буфером при pH 7.....548
           2221. Основные положения...................................548
           2222. Методика............................................ 549
     223.   Автоматизированный метод непрерывной    экстракции........550
           Использованная литература..................................551
           Дополнительная литература..................................552

Diana 23. Обменная кислотность.........................................553
     23.1 . Введение..................................................553
           23.1.1. Природа кислотности................................553
           23.1.2. Цели анализа.......................................554
     23.2   Метод определения........................................ 555
           23.21.  Основные положения.................................555
           23.22.  Реагенты...........................................555
           23.23.  Методика.......................................... 556
     23.3. Другие  методы анализа.................................... 558
           Использованная литература..................................558

Оглавление

           Дополнительная литература..................................559
Глава 24. Потребность в известковании почв............................560
      24.1 . Введение..................................................5 60
           24.1.1. Регулирование кислотности почв.....................560
           24.1.2. Расчет не обходим ого количества извести.......... 561
      24.2  Буферный метод Шумейкера—Маклина—Пратта...................562
           24.21.  Основные положения.................................562
           24.22.  Реагенты............................................5 63
           24.23.  Методика............................................5 63
           24.24.  Примечания.........................................564
           Использованная литература..................................564
           Дополнительная литература..................................565
Глава 25. Селективность обмена, изотерма катионного обмена............567
      25.1 . Введение..................................................5 67
      25.2  Построение изотермы обмена............................... 571
           25.21.  Основные положения................................ 571
           25.22.  Реагенты...........................................571
           25.23.  Методика.......................................... 571
           25.24.  Примечания.........................................573
           Использованная литература .................................573
           Дополнительная литература..................................574
Глава 26. Емкость катионного обмена...................................576
      26.1  Введение..................................................576
           26.1.1  Теоретические аспекты..............................576
           26.1.2  . Переменные, влияющие на результат определения ЕКО.577
      26.2  Определение эффективной ЕКО путем суммирования (-ЭЕКО).....583
           26.21.  Основные положения.................................583
           26.22.  Альтернативные методы..............................584
      26.3. Измерение ЕКО на уровне pH почвы в не буферной среде..... 584
           26.3.1. Основные положения.................................584
          26.3.2.  Методики, использующие не буферные растворы солей металлов....................................................584
           26.     3.3. Методики с использованием металл органических катионов в не буферной среде.......................................587
          26.3.4.  Методики с использованием органических катионов в небуферных растворах......................................591
      26.4. Измерения ЕКО в буферной среде............................593
           26.4.1. Методики измерения ЕКО в буферных средах —
                  общая информация....................................593
           26.4.2. Методикас применением ацетата аммония при pH 7,0...594
           26.4.3. Методика с применением буферных систем при pH 8,0—8,6 .. . 600
           26.4.4. Методики, исп ользующие буферные растворы с различными
                  pH..................................................605
           Использованная литература..................................607
           Дополнительная литература..................................609

Оглавление

15

Глава 27. Емкость анионного обмена.....................................613
     27.1 . Теория ....................................................613
     27.2   Измерения..................................................616
           27.21.  Основные положения..................................616
           27.2   2. Методика.......................................... 617
     27.3.  Одновременное измерение Е АО, О Кат, ЕК О и чистой Е КО ...617
           27.3.1. Цель ...............................................617
           27.3.2. Описание методики...................................618
           Использованная литература...................................620
Глава 28. Неорганические формы азота...................................622
     28.1 . Введение...................................................622
           28.1.1. Ионы аммония, нитрата и нитрита.....................622
           28.1.2. Проблемы, связанные с отбором проб..................622
           28.1.3. Аналитические проблемы............................. 623
     28.2   Традиционные методики......................................623
           28.21.  Экстракция обменных форм........................... 623
           28.22.  Разделение микродиффузионным методом................624
           28.23.  Колориметрическое определение аммония ..............626
           28.24.  Колориметрическое определение нитритов..............629
           28.25.  Колориметрическое определение нитратов..............631
           28.26.  Экстрагированный органический азот..................632
     28.3.  Другие методы..............................................632
          28.3.1. Определение нитратов и нитритов методом УФ фотометрического поглощения .................................632
           28.3.2. Определение аммония с помощью селективного электрода...................................................634
           28.3.3. Анализ нитратов с помощью и он-селективного электрода ... . 637
           28.3.4. Измерения in Sita...................................639
           28.3.5. Не обменный аммоний.................................641
Использованная литература...................................642
           Дополнительная литература...................................642

Глава 29- Ф осфо р.....................................................643
     29.1.  Введение...................................................643
     29.2,  Общее содержание фосфора в почве ..........................644
           29.21.  Введение............................................644
           29.22.  Минерализация мокрым озолением при общем анализе ...645
           29.23.  Сухая минерализация.................................647
     29.3.  Разделение различных форм фосфора......................... 648
           29.3.1. Введение............................................648
           29.3.2. Последовательные методики ......................... 648
           29.3.3. Селективная экстракция — индексы доступности........652
           29.3.4. Методы изотопного разбавления...................... 659
           29.3.5. Анализ органического фосфора........................660
     29.4.  Удержание фосфора .........................................664
           29.4.1. Введение............................................664
           29.4.2. Определение параметров удержания      Р.............664
     29.5.  Анализ Р в экстрактах......................................665

Оглавление

           29.5.1. Введение............................................665
           29.5.2. Анализ ортофосфатного Р спектроколориметрическим методом.................................................... 667
           29.5.3. Анализ Р методами атомной спектрометрии............ 671
           29.5.4. Определение различных форм Р методом г¹Р-ЯМР....... 671
          29.5.5. Разделение фос форс одержащих с оединений методом жидкостной хроматографии ....................................672
     29.6. Прямое определение форм Р 2й^/иили в экстрагированных

           частицах....................................................673
           Использованная литература...................................673
           Дополнительная литература...................................675
ГлаваМ. Сера...........................................................677
     30.1 . Введение...................................................677
           30.1.1. Соединения серы.....................................677
           30.1.2. Минералогические исследования.......................677
     30.2  Общее содержание серы и соединений серы.....................681
          30.2  1. Характеристики почв, сформировавшихся на морских и речных наносах                                             681
           30.22.  Отбор н подготовка проб почвы.......................681
           30.23.  Анализ растворимых форм серы........................682
           30.24.  Анализ общей серы...................................683
          30.25.  Солюбилизация общей серы методом окислительного щелочного плавления..........................................683
           30.26. Полная солюбилизация гипобромитом натрия в щелочной среде ......................................................684
           30.27. Анализ S колориметрическим методом с использованием метиленового синего ........................................685
           30.28. Анализ сульфатов колориметрическим методом с использованием метилтимолового синего.................... 690
          30.29.  Определение о бщей серы автоматизир ованным сухим CHN(OS) элементным анализом..................................693
          30.2  10. Анализ общего содержания S в форме SO^“ методом ионной хроматографии ........................................694
           30.2 11. Анализ общей S методом плазменной эмиссионной спектрометрии.............................................. 696
           30.2 12 Анализ методом рентгеновской флуоресценции.......... 696
           30.213. Анализ методом атомно-адсорбционной спектрометрии...696
           30.2 14. Аналитическое фракционирование соединений серы.....696
           30.2 15. Анализ органической S, связанной с С...............698
           30.2 16. Анализ органической S, не связанной с С........... 699
           30.217. Экстракция н анализ содержания рас творимых сульфидов .. . . 700
           30.218. Анализ серы в пиритах...............................702
           30.2 19. Анализ элементарной серы...........................704
           30.220. Анализ водорастворимых сульфатов....................706
           30.221. Анализ сульфатов, экстрагированных Na^-ЭДТА.........707
           30.222  Анализ ярозита .....................................709
           30.223. Последовательный анализ форм S......................711

Оглавление

17

     30.3.  Сера в гипс сносных почвах................................713
           30.3.1. Гипсоносные почвы .................................713
           30.3.2. Предварительные анализы............................713
           30.3.3. Экстракция и количественный анализ при многоступенчатой экстракции.................................................714
           30.3.4. Анализ путем осаждения ацетоном ...................716
     30.4.  Потребность почвы в сере н гипсе .........................717
           30.4.1. Введение...........................................717
           30.4.2. Потребность растений в сере .......................718
           30.4.3. Потребность в гипсе................................719
           Используемая литература....................................720
           Дополнительная литература..................................722

Глава 31. Анализ экстрагируемых элементе в и полный элементный анализ..725
     31.1 . Элементы почвы............................................725
           31.1.1. Основные элементы..................................725
           31.1.2. Микроэлементы н примеси............................725
           31.1.3. Биогенные и токсичные элементы.....................728
           31.1.4. Полный элементный анализ...........................729
           31.1.5. Экстрагируемые элементы............................729
     31.2   Методы, включающие солюбилизацию .........................730
           31.21.  Методы полной солюбилизации .......................730
           31.22.  Основные реагенты для полного растворения..........731
           31.23.  Кислотное вскрытие пробы в открытом сосуде.........734
           31.24.  Кислотное вскрытие в закрытом сосуде ..............738
           31.25.  Микроволновая минерализация........................740
           31.26.  Щелочное сплавление................................741
           31.27.  Селективная экстракция ............................746
           31.28.  Методы измерений...................................751
           31.29.  Спектроколориметрический анализ ...................752
           31.210. Пламени о-эмиссионная спектрометрия................755
           31.211. Пламенная атомн о-абсорбционная спектрометрия......756
          31.212  Анализ микро элементов ААС с генерацией гидрвдов и методом холодного пара....................................760
           31.2    13. Анализ микроэлементов электротермической ААС...763
          31.214. Анализ методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС)....................763
          31.215. Анализ методом мае с -с пектр ометрии с индуктивн о связанной плазмой...........................................767
     31.3.  Анализ в твердых средах...................................772
           31.3.1. Методы.............................................772
           31.3.2. Рентген о флуоресцентный анализ ...................773
           31.3.3. Нейтр они о-активационный анализ...................780
           Используемая литература....................................786

Предметным указатель..................................................790

            Предисловие к русскому изданию



Вы держите в руках перев од уникальн ог о справо чн ог о руков одства, котор ое уже выдер -жало издание как на французском, так и на английском языках. Преимущество этой книги в том, что в ней собраны подробные сведения как о классических аналитических методах анализа почвы на содержание различных неорганических и органических компонентов, так и о современных инструментальных методах, адаптированных для изучения самых разнообразных физико-химических свойств почв. Авторы руководства делятся с читателем своим огромным практическим опытом применения самых разнообразных методов (начиная отвес ового анализа и заканчивая ядерно-химическими методами) при исследовании реальных образцов почв различных регионов. В справочном пособии подробно описаны не только многочисленные методы анализа, но и методы отбора, консервации и хранения проб почв. Материал хорошо структурирован, каждый метод обязательно предваряется описанием его основ, включая анализ преимуществ и недостатков различных методик и областей их применения, подробные прописи методик с указанием требуемого оборудования и реагентов, примеры обработки и интерпретации результатов, таблицы, формулы, примеры спектров, диаграмм и пр. И если отдельные материалы изложены несколько конспективно, подчас даже сжато, то благодаря тому что все материалы пособия сопровождаются подробной библиографией, охватывающей периоде 1789 по 2005 год, читатель при необходимости может уточнить особенности применения любой из описанных методик в первоисточнике. Обширная и подробная библиография — еще одна из сильных сторон данного справочника. Сложно найти издания на русском языке, аналогичные по широте и полноте охватываемого материала.
  При переводе книги мы старались максимально сохранить исходный стиль изложения материала и применяемую авторами терминологию, чтобы донести до читателя авторский взгляд на рассматриваемые вопросы. При этом мы обязаны указать, что некоторые из применяемых в оригинальном тексте терминов отличаются от принятых в русскоязычной научной литературе. Так в частности, для обозначения спектроскопических методов исследования авторами преимущественно используются термин «спектрометрия» и аналогичные. В отечественной литературе термины с окончанием «-ме-трия» включают весьма обширную область наук как об измерении, так и обо всем, что с ним связано (законы, техника, методы, приложения и т д). В контексте данного пособия в большинстве случаев имеется ввиду. конечно же, спектроскопическое применение методов анализа. Другой пример: рассматривая процессы обмена катионов, авторы широко применяют непринятый в отечественный литературе термин «обменный комплекс». Аналогом данного термина считается «поглощающий комплекс почвы», но так как в оригинале данный термин употребляется отдельно, и только в контексте поглощения ионов, мы посчитали необходимым сохранить авторскую терминологию, призывая читателя быть внимательным при ее употреблении. Аналогично, у авторов градуировочные растворы и процедуры называются калибровочными.
  Кроме того, мы с толкнулись с проблемой перевода названий некоторых типов почв. Действительно, помимо международной, существуетнесколько национальных почвенных классификаций: американская, канадская, китайская, французская и т п. Даже внатттяй стране на сегодняшний момент активно применяются классификации, относя-щиесяктрем различным школам. Очевидно, что национальные классификации, прежде

Предисловие к русскому изданию 19

всего, направлены на систематизацию почв, встречающихся в соответствующих, порою уникальных, местностях. Поэтому при попытке адаптировать терминологию названий почв в некоторых случаях просто невозможно подобрать не только прямых, но н косвенных аналогов. А внесение искажения при такой «адаптации», в отличие от прямого перевода, может привести к ошибкам. Поэтому при подготовке перевода мы стремились, прежде всего, сохранить аутентичность исходному тексту исходя из того, что это справочник прежде всего по методам анализа почвы.
   С учетом вышесказанного, мы надеемся, что это объемное издание станетнастольной книгой как дая опытных специалистов, ученых, инженеров, так н для начинающих исследователей в областях почвоведения, агрономии, экологии, геологии, аналитической химии, градостроительства и других смежных дисциплинах, связанных с почвой. Также этот справ очник будет полезен для преподавателей, студентов, магистрантов н аспирантов соответствующих специальностей в качестве практического пособия по подготовке и анализу проб почвы.
                                                  е Денис Алексанс%>ое ин, Кандидат химических Наук, доцент

Предисловие

В представленном новом справочном руководстве Марка Панею (Afarc Ponsw.) н Жака Готеру (Уас^м-й? С?ам.йй}>гом.) приводится краткий обзор аналитических методов, применяемых при физико-химическом исследовании почв. Они представлены в соответствии с требованиями стандартов для методов анализа н контроля качества почв. Основное внимание уделено методам минералогического, органического и неорганического анализов, при этом также описываются методики обработки образцов, предваряющие некоторые исследования. Настоящее руководство поможет широкому кругу читателей выбрать наи б олее п одх одящий метод анализа в зависим ости от типа нс следуем ог о мате -риала и специфическихзадач,с которыми им приходится сталкиваться. Представленная работа является результатом практического опыта, накопленного авторами в лабораториях Института исследований в целях развития (Jrt.sSfo.te of Research for Development (IRD)) во Франции и в тропических странах, а также включаетв себя обширный обзор литературы. Ссылки на использованную литературу приведенные в конце каждой главы, перечисляют данные первоисточников, начиная от пионерских работ вплоть до современных, например таких как предположения о структурных моделях гуминовых молекул, н сами по себе представляютс обой ценный источник информации.
  Почвоведы обобщили данные о почвах средиземноморского региона, а также о тропических почвах из Западной н Северной Африки, Мадагаскара, Латинской Америки и Юго-Восточной Азин. Почвенные материалы в этих регионах достаточно часто отличаются от почв регионов с умеренным климатом. Поскольку при анализе проявились новые проблемы, возникла необходимость в разработке убедительных н точных физико-химических методов. Ученые из JPZ) объединили усилия с физиками, химиками и биологами, чтобы те внесли вклад знаний от своих дисциплин, тем самым значительно расширяя их сферу применения. Настоящая книга является плодом этих экспериментов применительно к сложным системам, включающим почвы и окружающую среду.
  Методологический материал представлен достаточно широко. В каждой главе описаны как простые методы анализа, таки методы, которые требуют нс пользования дорогостоящего оборудования и специальных навыков. Это обусловлено тем, что справочник предназначен как для специалистов, работающих в полевых условиях, так и исследователей, ведущих фундаментальные н прикладные изыскания. В книге приводятся принципы, физические и химические основы каждого метода, соответствующих аналитических процедур, а также недостатки и области использования каждого из них. Описания основаны на практическом опыте, легко понятны н реализуемы. В итоговых таблицах представлен краткий обзор данных. Сущи ость сложных методов анализа подроби о описана в разделе под названием «Основные положения» и включает конкретные примеры применения методов: спектральные методы анализа (спектрометрия ближней н дальней ИК-области, УФ-видимого диапазона, ^-ЯМР, ¹ЭС-ЯМР, ЭСР, ИСП-АЭС, ИСП-МС, рентген о флуоресцентный анализ, ЭД-РОМА и ЕД-РОМА, нейтр онио-активационный анализ), ди фракци онные методы (РД, электр онная микр оди фракция), термичес кие ме -•годы анализа (ДТА, ДТГ, ТГА), хроматографические методы (ГХ, ВЭЖХ, ионная хроматография, эксклюзионная хроматография), электрофорез, ионообменные, электрохимические, биологические методы анализа, различные методы физического разделения, селективного растворения, а также методы получения изображений.

Предисловие

21

Настоящая книга будет полезна не только ученым, инженерам, техническим специалистам и студентам в области почвоведения, но также агрономами экологам, и другим специалистам в сопряженных дисциплинах, таких как аналитическая и физическая химия, геология, климатология, гражданское строительство и промышленность, связанных с почвой. Это основное справочное руководство, предназначенное для помощи в научном анализе окружающей среды. Описанные в нем методики анализа применимы к широкому диапазону биоклиматических зон: умеренных, засушливых, субтропических и тропических. Так же как и более ранние книги, созданные этими авторами и Zcycr, 1998, Masson, Paris, Milan, Barcelona; Bansu, С?адЙ£гргоди Zcycr,
Balketna, Lisse, Abington, .Exton, Ibkyo), настоящая книга представляет собой справочное пособие для лабораторий. Мы уверены, что оригинальность и доступность изложения обеспечат успех настоящей книги.
                              Ален Авентьюрир (Л/агл А’сл&ггсг), руководитель аналитической лаб оратории (Director of An alyiical La-boraio ties of CIRAD*) Кристиан Феллер (Сйгойал -Fetter), руков одитель научи о -исследовательс ких раб от JFZ¹ (Ztrec/or of .Research at IRD¹ ² ³) Пьер Боттнер (Pierre Botin er), руководитель научно-исследовательских работ СУДУ (Ztrec/or of Research at CNRSf

¹ CIRAD — Центр международного сотрудничества по агрономическим исследованиям в це
лях развития (CentreInternationa!pour!a Recherche Agyonomique ei!e Deve!oppemeni) (Франция). VKD — Французский научно-исследовательский институт для целей развития (Лий/м i d е Recherche pour!e Deve!oppemenf) (экс-ORS'TOM, Франция).

³ CWJ?!? — H ациональньтй центр научных исследований (Се nire Naiiona! de !a Rec her ch e Scien й-fique) (Франция).

Часть 1

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВ