BG61011B2

BG61011B2 - Метод и устройство за фракциониране на хумусни съединения в почви

Info

Publication number: BG61011B2
Application number: BG096884A
Authority: BG
Inventors: Иван УЗУНОВ; Ненчо Мицулов; Тошко Райчев
Original assignee: Институт По Почвознание И Програмиране На Добивите "Никола Пушкаров"
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1996-08-30

Abstract

Методът и устройството намират приложение при контролиране измененията на хумусната система и при изучаване на генезиса и еволюцията на почвеното органично вещество и влиянието му върху процесите на почвообразуване. С тях фракционирането се извършва максимално за 30 мin, като се изключва влиянието на химични реагенти, а съдържанието на въглерода в разграничените фракции се определя по време на разграждането. По метода се извършва термоокислителна деструкция на хумусните съединения в една почвена проба, поставена в реакционен съд в присъствие на окислителна смес, и непрекъснато продухване с газ, очистен от въглероден диоксид. От получените данни от степенно протичащата деструкция посредством синхронно измерване във времето на количеството на со2, отделен при окислението, се определя директно количеството на съответните фракции. 2 претенции, 2 фигури

Description

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Изобретението се отнася до метод и устройство за фракциониране на хумусните съединения в почви и намира приложение при контролиране измененията на хумусната система, настъпила под влияние на природни или антропогенни въздействия. Методът и устройството намират приложение и при изучаване на генезиса и еволюцията на почвеното органично вещество и влиянието му върху процесите на почвообразуване.

Известни са методи за фракциониране на различни компоненти на хумуса, които се основават на извличането им с помощта на различни екстрагенти [1,2,4]. Според метода на Кононова-Беличкова почвени проби се поставят в реакционен съд, където се извършва екстракция на хумусните вещества със смес от натриев пирофосфат и натриева основа, приготвена така, че концентрацията и на двата реагента в разтвора е 0,1 М, а рН е 13, след което полученият екстракт се разделя на хуминови и фулвокиселини въз основа на различното отнасяне на двете фракции спрямо киселинно разтваряне в Ο,ΙΝ разтвор на сярна киселина. Разделянето на двете фракции се извършва чрез филтриране или центрофугиране, след което утаените хуминови киселини се разтварят в 0,1 N натриева основа [2]. Този подход и известните в литературата други методи и модификации за фракциониране дават условна информация за качествения състав на хумуса, тъй като се отнасят само до онази негова част, която може да се извлече от почвата с ограничен брой екстрагенти.

Основен недостатък на известните методи е невъзможността за фракциониране, без да се нарушава естественото състояние на хумуса, тъй като структурните му фрагменти се променят от действието на прилаганите химични екстрагенти. При това остава неизяснена природата на здраво свързаната с минералната фаза хумусна фракция, която не може да се изолира от почвата по общоприетите методи. Продължителността на екстракцията е съществен недостатък, тъй като изисква 16-20 часов контакт между почвената проба и екстрагента, а филтруването и допълнителните операции, свързани с разделянето на получените фракции, усложняват и забавят допълнително процеса, като при това се създават условия за взаимодействие между алкалните екстрагенти и атмосферния въглероден двуокис.

Известен е метод, при който се избягват посочените недостатъци - почвената проба се поставя в реакционен съд, в който се добавя смес от калиев бихромат и сярна киселина и се измерват синхронно моментните стойности на отделящия се при деструкцията на хумусните съединения СО₂ и температурата в реакционната смес. След приключване на деструкцията на базата на получените данни се извършва фракциониране чрез регресионен анализ [3]. Недостатък на този метод е необходимостта от два измервателни канала, като температурният канал усложнява конструкцията на реакционния съд и провеждането на анализите.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Задачата на изобретението е да се създадат метод и устройство за фракциониране на хумусните съединения в почвата, които да позволяват разделяне и анализ на получените фракции чрез измерване само на моментните стойности на отделящия се при деструкцията СО₂ при изключване влиянието на химични реагенти и атмосферния въглероден диоксид с възможност за автоматизиране на процеса.

Задачата на изобретението се решава с метод за фракциониране на хумусните съединения, при който се проследява кинетиката на окислителната им деструкция в присъствието на окислителна смес от 0.2-0.6 N разтвор на калиев бихромат и концентрирана сярна киселина с относително тегло 1.84 в съотношение 1:1, която се извършва в реакционен съд, поместен в термостат при постоянна температура, зададена в интервала 120-160°С и при непрекъснато продухване с газ с определен дебит, чист от въглероден диоксид. Показател за кинетиката на деструкцията са моментните стойности на отделящия се при реакцията СО₂. В зависимост от стабилността на фракциите деструкцията протича степенно и това се отразява върху формата на зависимостта С0₂(1), която има два ясно изразени максимума. От синхронно измерените във времето моментни стойности на концентрацията на СО₂, отделен при окисление на хумусните съединения, се изгражда апроксимиращата функция на снетата зависимост, която се представя с полином от седма степен. От двата максимума апроксимиращата функция се определят съответстващите им стойности Т1 и Т2 по абсцисата на времето I. Участъкът Ссо₂ (Τηιϊηΐ)Ссо₂(ЧП) на кривата, описваща отделянето на СО₂ при деструкцията на фракция 1, съвпада с апроксимиращата функция, участъкът Ссо₂(Т2 -Ссо₂(Ттах2) е общ за апроксимиращата функция и фракция 2 и за пълно описание на фракции 1 и 2 е необходимо да се определят участъците:

Ссо₂ (Т1) - Ссо₂(Ттах1) и Ссо₂ (Тпип2) Ссо₂(Т2), които са неизвестни с Τ ητϊηΐ, Ттах1, Тпнп2 и Ттах2 са означени съответно моментите на начало и край на деструкцията на фракция 1 и фракция 2. Неизвестният участък на фракция 1 се определя по формулата:

(1) Ссо₂(ф=Ссо₂(Н) където Τητΐη1<ί;<Τϊ, а 1} се намира в неизвестния участък Т1 - Т тах1 и се определя от формулата

Ттах Т1 й (2)ΐ| =- .1п [2.ехр(2._) - ехр(2__)]

Ттах Ттах където Т шах е момента, в който приключва деструкцията на почвената проба. Определянето на неизвестния участък за фракция 2 е аналогично.

Устройството за реализиране на метода се състои от абсорбер за въглероден диоксид, и дозиращ блок, изходите на които са свързани с двата входа на реакционен съд, поставен в термостат и към изхода на реакционния съд последователно са свързани охладител, помпа, ротаметър с регулатор на дебита, преобразувател въглероден диоксид - електрически сигнал, изходът на който е свързан с вход на компютър, като изходът на компютъра е свързан с дозиращия блок.

Методът и устройството за фракциониране на хумусните съединения съгласно изобретението имат следните предимства: не се следи температурата в реакционния съд, фракционирането на хумусните съединения се извършва чрез окислителна деструкция при изключване влиянието на химични реагенти, като съдържанието на въглерод в разграничените фракции се определя по време на разграждането, с което се избягва влиянието на атмосферния въглероден диоксид и дава възможност за автоматизиране на процеса.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИ

Изобретението се илюстрира по-подробно на фигурите, от които:

фигура 1 представлява принципна схема на устройството;

фигура 2 - зависимостта СО₂ /време.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Устройството за фракциониране на хумусните съединения се илюстрира с примерно изпълнение, показано на фиг.1. Изходът на абсорбера за въглероден диоксид 1 е включен към единия вход на реакционния съд 3, а към втория вход е включен изходът на дозиращия блок 2. Последователно към изхода на реакционния съд 3 са включени охладител 4, помпа 5, ротаметър с регулатор на дебита 6 и преобразувател въглероден диоксид - електрически сигнал 7, изходът на който е свързан към входа на компютър 11. Терморегулаторът 10 посредством термодатчик 9 и нагревател поддържа постоянна температура в термостата 8.

Работата с устройството за фракциониране на хумусните съединения в почвата се състои в поставяне на пробата в реакционен съд 3 и продухване с въздух, прекаран през абсорбера за СО₂ 1 посредством помпата 5. По сигнал от компютъра 11 от дозиращия блок 2 се подава определено количество окислител в съда 3, след което се потапя в термостата 8, в който чрез терморегулатора 10 се поддържа зададена температура (120-160°С). Процесът на деструкция се контролира по отделения С0₂от компютъра 11, който измерва през интервал 1 8 моментната стойност на отделящия се СО₂. След приключване на деструкцията от получените данни с помощта на компютъра се изчисляват съответните фракции.

Изпълнението на метода и устройството за фракциониране на хумусните съединения се илюстрира със следния пример.

В реакционния съд се поставят 100 т£ стрита през сито с 0.25 тт почвена проба от излужена смолница, след което през абсорбер за въглероден диоксид 1 се извършва продухване на устройството с газ, чист въглероден диоксид до установяване на нулево положение на преобразувателя въглероден диоксид - електрически сигнал 7. От дозиращия блок 2 се подават 10 т1 от окислителната смес от 0.4 N воден разтвор на калиев бихромат и концентрирана сярна киселина с относително тегло 1.84 в съотношение 1:1 и реакционен съд 3 се поставя в термостат 8, поддържащ температура 160°С. Процесът на деструкция се следи посредством преобразувателя въглероден диоксид - електрически сигнал 7 и компютъра 11 чрез измерване през 1 5 на моментните стойности на отделящия се при деструкцията СО₂. От получените данни по програмен път се изчисляват двете фракции в проценти от теглото на абсолютно суха почва. На фиг.2 с линия 1 е показана експерименталната зависимост СО₂(1), с линия 2 нейната апроксимираща функция, а линии 3 и 4 представляват апроксимиращите функции съответно на фракция 1 и 2. Количествена оценка на фракциите се получава чрез операцията интегриране. Продължителността на аналози е 10 тт.

Claims

Патентни претенции

1. Метод за фракциониране на хумусни съединения в почви, при който изследваната почвена проба се подлага на окислителна деструкция със смес от 0,2-0,6 N разтвор на калиев бихромат и концентрирана сярна киселина с относително тегло 1:84 в съотношение 1:1 в реакционен съд, поставен в термостат при температура, поддържана в интервала 120-160°С, при непрекъснато продухване с газ, свободен от въглероден диоксид и с постоянен дебит, при което моментните стойности на въглеродния диоксид, отделящ се в резултат на деструкцията, се регистрират посредством преобразувател СО₂ електрически сигнал и след приключване на процеса от получените стойности за концентрацията на СО₂ се установяват два максимума, като фракциите извън двата максимума се определят чрез директното интегриране на моментните стойности, а в интервала между тях съответните концентрации за всяка от фракциите се определят по формулите:

(1) Ссо₂(Гр = Ссо₂(й)

Ттах Т1 й (2)1] =_.1п [2.ехр(2._) - ехр(2._)]

2 Ттах Ттах където Ссо₂(1) е апроксимираща функция, като за първата фракция Тпйп1 <й <Т1 и Т1 <1) < Ттах1, при което I] се определя по формула (2), а за втората - Т2 < й<Ттах2 и Тпйп2 <Г) <Т2, като 1] се определя също по формула 2.
2. Устройство за фракциониране на хумусни съединения в почви, включващо абсорбер за въглероден диоксид (1) и дозиращ блок (2), изходите на които са свързани с два входа на реакционен съд (3), поставен в термостат (8) и към изхода на реакционния съд са свързани последователно охладител (4), помпа (5), ротаметър с регулатор на дебита (6) и преобразувател въглероден диоксид електрически сигнал (7), изходът на който е свързан с вход на компютър (11), а към термостата (8) е включен терморегулатор (10), термодатчик (9) и нагревател.

Приложение: 2 фигури

Литература

1. Орлов Д., Химия почв, Издание Московското университета, 1985.

2. Орлов Д., Л. Гришина, Практикум по химии гумуса, Москва, 1981.
3. Райчев Т., Н.Мицулов, Е.Филчева, Ив. Узунов, Метод и устройство за фракциониране на почвеното органично вещество, ВО N 47906.
4. Мейюйз οί 5θί1 апа1уз15, РаП 2, ЕсНΙΟΓ-ϊη-οΗίεί С. В1аск, Атепсап 5ос1е1у οί А^гопоту, ΐνΐδοοηδΐη, ΕΙδΑ, 1973.