СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ МАГНЕТИТА И МАГГЕМИТА В ПОЧВАХ
METHOD OF DETERMINING CONTENT OF MAGNETITE AND MAGHEMITE IN SOIL

Изобретение относится к области химии почв и может быть использовано для установления окислительно-восстановительного состояния почв, в частности в качестве критерия оглеения почв.
3
4
3
4
В прототипе [2] содержание аморфных + слабоокристаллизованных соединений железа определяют по Тамму обработкой кислым оксалатом аммония, а полное содержание соединений железа определяют по Мера-Джексону обработкой дитионит-цитрат-бикарбонатом. Реактив Тамма одновременно растворяет слабомагнитные соединения железа, а также сильномагнитный оксид - магнетит FeO, а реактив Мера-Джексона одновременно растворяет как слабомагнитные соединения железа, так и сильномагнитный оксид - маггемит γFeO [1, 5, 6, 7, 9].
Целью изобретения является определение содержания растворимых сильномагнитных оксидов железа, магнетита и маггемита в почвах, что позволяет охарактеризовать окислительно-восстановительное состояние почвы.
2
3
окс
2
3
дит
2
3(магн-магг)
2
3(экстр)
-8
-8
Поставленная цель достигается тем, что в способе определения в почве содержания магнетита и маггемита проводят параллельную обработку почвы реактивом Тамма с определением содержания железа (FeO) и реактивом Мера-Джексона с определением содержания железа (FeO), при этом в почве дополнительно определяют удельную магнитную восприимчивость χ до и после обработки реактивами, после чего подсчитывают магнитную восприимчивость экстрагируемых соединений железа, а затем рассчитывают долю сильномагнитных оксидов железа магнетита и маггемита сначала в вытяжках по уравнению FeO=[χFeO-70·10]:39930·10, а затем и в почве по уравнениям
магн
2
3(магн)
2
3(окс)
магг
2
3(магг)
2
3(дит)
C=(FeO·FeO):100 и C=(FeO·FeO):100.
Способ осуществляют следующим образом.
Предварительно берут два образца почвы.
2
3
окс
2
3
дит
У первого образца определяют суммарное содержание аморфных + слабоокристаллизованных соединений + магнетита (FeO) путем обработки оксалатом аммония по Тамму. У второго образца определяют содержание всех свободных соединений железа, включая маггемит (FeO), путем обработки почвы дитионит-цитрат-бикарбонатом по Мера-Джексону.
исх
окс
дит
2
3(дит)
Предварительно на приборе каппа-бридж KLY-2 определяется удельная магнитная восприимчивость исходной почвы χ, а также ее остатков после химической обработки χ и χ. Затем определяется величина магнитной восприимчивости растворимых соединений железа, которая представляет собой разницу между значениями χ, нормированную по содержанию экстрагируемого железа. Магнитная восприимчивость дитионитрастворимых соединений железа χFeO равна:
2
3(окс)
Магнитная восприимчивость оксалаторастворимых соединений железа χFeO равна:
Магнитная восприимчивость растворимых соединений железа зависит как от восприимчивости магнетита или маггемита, так и от восприимчивости слабомагнитных (гидр)оксидов железа. Выразим магнитную восприимчивость растворимых соединений железа как сумму двух слагаемых: восприимчивости сильномагнитных (магнетита или маггемита) и слабомагнитных (гематита, гетита, ферригидрита и др.) минералов с учетом их содержания:
-8
3
-8
3
-8
3
-8
3
-8
3
-8
3
-8
3
-8
3
2
3(сл. магн)
Магнитная восприимчивость магнетита колеблется от 40000·10 м/кг до 100000·10 м/кг [8]. Магнитная восприимчивость маггемита ~40000·10 м/кг [8]. Таким образом, для расчета магнитной восприимчивости сильно магнитных оксидов в первом приближении можно взять величину 40000·10 м/кг. Магнитная восприимчивость слабомагнитных соединений железа на несколько порядков ниже и составляет для гематита (27-63)10 м/кг, для гетита (12-63)10 м/кг, для лепидокрокита (50-75)10 м/кг [8]. В качестве средней магнитной восприимчивости слабомагнитных минералов железа принята величина χFeO=70·10 м/кг.
-8
3
-8
3
2
3(магн-магг)
Подставив значения восприимчивости 40000·10 м/кг для магнетита и маггемита и значение 70·10 м/кг для слабомагнитных минералов железа и выразив содержание магнетита или маггемита FeO в долях единицы, перепишем уравнение (3):
2
3(магн-магг)
Из уравнения (4) подсчитываем долю магнетита или маггемита (в долях единицы), растворимым каждым из реактивов, FeO:
Теперь остается определить долю магнетита или маггемита (в %).
магн
Доля магнетита в почве С составляет:
магг
Доля маггемита в почве С составляет:
(магн)
(магг)
После чего подсчитываем отношение «магнетит : маггемит» в почве как отношение С:С.
2
3(дит)
2
3(окс)
исх
дит
окс
-8
3
-8
3
-8
3
Пример. Взят образец глее-подзолистой почвы (Архангельская обл.), гор. ВТ2. Из него извлечено FeO=1.85% и FeO=0.52%. Исходная магнитная восприимчивость χ=30.0·10 м/кг, она после обработки дитионитом снизилась до χ=6.0·10 м/кг, а после обработки оксалатом снизилась до χ=8.0·10 м/кг.
Вначале по уравнению (1) определяем магнитную восприимчивость дитионито-растворимых соединений железа
Затем подсчитываем долю маггемита (в долях единицы) в дитионитовой вытяжке из уравнения (5):
2
3
магг
-8
-8
-8
(FeO)=[1300·10-70·10]:39930·10=0.031.
2
3
магг
2
3
магг
Решая уравнение относительно (FeO), получаем (FeO)=0.031, то есть в дитионитовой вытяжке растворяется 3.1% маггемита. Соответственно, в расчете на массу почвы доля растворимого маггемита согласно уравнению (6) составляет:
магг
С=(3.15·1.85):100=0.0573%.
магн
магн
магг
Проведя аналогичный расчет, получаем содержание растворенного магнетита в почве: С=0.056%. Отношение «магнетит : маггемит» составляет: С:С=0.0573:0.063=0.91.
3
4
2
3
2
3
Отношение «магнетит: маггемит» подсчитано для 17 образцов северотаежных почв разной степени оглеения, Архангельская обл. (табл.1). Согласно Высоцкому [4], оглеение характеризуется сизым цветом почв, что во многом обусловлено влиянием Fe(II)-минералов, к которым относится магнетит FeO. В отличие от него маггемит γFeО имеет красно-бурый цвет [3]. В настоящее время наиболее эффективна колориметрическая система CIE-L*a*b*, где L* - светлота; a* - краснота-зеленость и b* - желтизна-синева [6]. При условии а*<4 у почвы проявляется сизый цвет и ее следует отнести к гидроморфным [3]. Как видно из чертежа, наблюдается обратная статистическая связь между краснотой а* и отношением «магнетит : маггемит». Но краснота а* характеризует редокс-условия в почве только при а*<8. При более высоком значении а* отражает долю красного гематита αFeO [3]. В отличие от красноты а* отношение «магнетит : маггемит» характеризует редокс условия почв при любом содержании гематита.
Способ определения содержания магнетита и маггемита в почвах.
2
3
окс
2
3
дит
Изобретение относится к области химии почв и может быть использовано для установления окислительно-восстановительного статуса почв. Способ включает обработку параллельных образцов почвы реактивом Тамма, чувствительным к магнетиту, и реактивом Мера-Джексона, чувствительным к маггемиту. У исходной почвы и ее остатков после экстракции определяют удельную магнитную восприимчивость χ. Величину снижения магнитной восприимчивости после обработки нормируют на содержание экстрагируемых соединений железа (FeO) и (FeO), соответственно. Затем вычитается доля железа, относящаяся к слабомагнитным соединениями железа, и подсчитывается доля сильно-магнитных оксидов магнетита и маггемита сначала в вытяжке, а затем и в почве. Способ позволяет определить отношение «магнетит : маггемит», характеризующее окислительно-восстановительный статус почвы. Это отношение низкое в автоморфных почвах и высокое в гидроморфных, благодаря чему оно может служить критерием гидроморфизма почв.
Литература
1. Бабанин В.Ф., Трухин В.И., Карпачевский Л.О., Иванов А.В., Морозов В.В. Магнетизм почв. М. - Ярославль, 1995. 222 с.
2. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. Изд-во МГУ, 1989. 270 с.
3. Водяницкий Ю.Н., Шишов Л.Л. Изучение некоторых почвенных процессов по цвету почв / Почв. ин-т им. В.В.Докучаева. М., 2004. 86 с.
4. Высоцкий Г.Н. Глей // Почвоведение. 1905. №4. С.291-327.
5. Смирнов Ю.А. Магнитные свойства почв и их связь с формами соединений железа в почвах: Автореф. дис.... канд. биол. наук / МГУ. М., 1978. 22 с.
6. Barron V., Torrent J. Use of the Kubelka-Munk theory to study the influence of iron oxides on soil color // J. Soil Sci. 1986. v.37. p.499-510.
7. Blesa M.A., Marinovich H.A., Baumgrater E.G., Maroto A,J.G. Mechanism of dissolution of magnetite by oxalic acid-ferrous ion solutions // Inorganic Chemistry. 1987. V.26. N.22. Н.3713-3717.
8. Mullins C.E. Magnetic susceptibility or the soil and its significance in soil science - a review // J. Soil Sci. 1977. V.28. N 2. P.223-246.
9. Walker A.L. The effects of magnetite on oxalate-and dithionite-extractable iron // Soil Sci. Soc. Am. J. 1983. V.47. P.1022-1026.