СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ПОЧВ МАЛОГАБАРИТНЫМ КАППАМЕТРОМ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
METHOD FOR DETERMINING THE MAGNETIC SUSCEPTIBILITY OF SOILS WITH A SMALL-SIZED KAPPAMETER IN LABORATORY CONDITIONS

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для определения магнитной восприимчивости почв в лабораторных условиях с использованием малогабаритного каппаметра КМ-7.
В настоящее время в почвоведении показатель магнитной восприимчивости (МВ) почв активно используется для решения почвенно- генетических и почвенно-экологических задач. Почвоведы измеряют МВ как в полевых условиях, так и в лаборатории. В первом случае компактным измерителем (типа КМ-7, КТ-10 и др.) определяют объемную магнитную восприимчивость (ОМВ или Хоб ). Во втором - величину удельной магнитной восприимчивости (УМВ или Худ.) на стационарном каппа-бридже (типа KLY- 4 и др.). Чтобы перейти от одного показателя к другому, значение ОМВ делят на плотность р (выраженную в кг/м3), получая величину УМВ, то есть ХУд=Хрб./р. Размерность ОМВ - п10'5 ед. СИ, УМВ - п-10'8 м3/кг [1]. В настоящее время вышеперечисленные каппаметры и каппа-бриджи в России не производятся.
Следовательно, портативный измеритель магнитной восприимчивости КМ-7, обладающий такими преимуществами как высокое разрешение, превосходная точность и широкий диапазон измерения, делает возможным только определение ОМВ в полевых условиях и в то же время не позволяет определять как ОМВ, так и УМВ сыпучих воздушно-сухих почвенных образцов в условиях лаборатории.
Наиболее близким аналогом предлагаемому способу является метод, описанный в патенте «Способ определения содержания магнетита и маггемита в почвах» (Патент 2369869С2, 2009 по МПК G01N33/24), где УМВ почв в лаборатории определяли на каппа-бридже KLY-2, то есть на стационарном и более дорогостоящем приборе.
Целью настоящего изобретения являлось расширение возможностей малогабаритных каппаметров и приспособить эти приборы для работы не только в полевых, но и в лабораторных условиях. Для этого необходимо было определить относительно простой, но в то же время экспрессный и надежный способ измерения МВ в лаборатории, позволяющий получать довольно точные результаты.
Изобретение может быть реализовано следующим образом. Высушенная до воздушно-сухого состояния почва (фиг. 1, 1) истиралась в фарфоровой ступке (2) фарфоровым пестиком (3) и затем просеивалась через алюминиевое сито (4) с диаметром отверстий 1 мм и в конце пробоподготовки собиралась в алюминиевом поддоне.
Далее данная просеянная навеска почвы (фиг. 1, 5) помещалась в специальный контейнер из немагнитного материала (фиг. 2, 6) ложкой (7). Посредством опытных работ было установлено, что оптимальным контейнером для измерения ОМВ почвы является куб с размерами 5x5x5 см. Почва помещалась в контейнер на высоту h=4 см и слегка уплотнялась с поверхности специальным уплотнителем (8), также изготовленным из немагнитного материала.
Контейнеры (фиг. 3, 6) и уплотнитель (фиг. 4, 8) были изготовлены на ЗП-принтере. Толщина стенок контейнера была равна 1 мм, а их вес составлял 12,0-12,1 г. Затем контейнеры с почвой (фиг. 5, 6) завешивались на аналитических весах (9) с точностью до 0,01 г. По весу почвы в контейнере (т) и известному V=100 см3 (5x5x4 см), рассчитывали плотность почвы (р), помещенной в контейнер по формуле: p=m/V, г/см или кг/м . На заключительном этапе работ определяли ОМВ почвы (фиг. 6, 6) с помощью каппаметра КМ-7 (10), а затем рассчитывали УМВ данной почвы по вышеприведенной формуле Худ=Хрб./р. ОМВ исследуемой почвы измерялась по среднему значению из Зх измерений (с трех разных стенок контейнера).
Для оценки правильности и точности измерения МВ изучаемых почв использовали магнитные эталоны с известными значениями УМВ, а именно: сахар (песок), калий хлористый, медь сернокислую 5-водную, вермикулит и соль Мора (табл. 1). При этом учитывалось одно обстоятельство, так как показания каппаметра КМ-7 снимаются в системе SI, а значения эталонов определены в системе CGSM, последние были также пересчитаны в единицы СИ по известной формуле:
Расчет статистических показателей точности и правильности определений УМВ предложенным способом на основе 5 магнитных эталонов указывает на то, что относительная систематическая погрешность измерений составляет 5-15% и является абсолютно допустимой в практике лабораторных почвенных исследований.
Техническим эффектом изобретения является реализация точного и экспрессного способа определения УМВ почв в лабораторных условиях с помощью малогабаритного каппаметра КМ-7, когда время, необходимое для подготовки и измерения 6 почвенных образцов, составляло в среднем около 30 минут. Применение данного способа определения магнитной восприимчивости почв показало его надежность в широком интервале значений и хорошую воспроизводимость результатов работ.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Специальное оборудование для истирания и просеивания почвы: 1 - исходная почва, 2 - ступка, 3 - пестик, 4 - сито с поддоном, 5 - просеянная почва.
Фиг. 2. Контейнеры для почвы: 6 - контейнер с почвой, 7 - ложка, 8 - уплотнитель.
3
Фиг. 3. Контейнер для почвы (6) из немагнитного материала, размером 5×5×5 см, толщиной стенок 1 мм, с рабочим объемом, равным 100 см. Синей линией отмечена высота наполнения почвой (h=4 см).
Фиг. 4. Уплотнитель (8), также как и контейнер, изготовленный из немагнитного материала - PLA-пластика, размером 4,8×4,8×3 см.
Фиг. 5. Взвешивание почвы: 6 - контейнер с почвой, 9 - аналитические весы.
Фиг. 6. Измерение объемной магнитной восприимчивости почв: 6 - контейнер с почвой, 10 - малогабаритный каппаметр КМ-7.
Осуществление представленного изобретения демонстрируется нами на примере определения магнитной восприимчивости двух типов различных почв Центральной Якутии (табл. 3).
Полученные нами данные (табл. 3) вполне сопоставимы с таковыми, других авторов для аналогичных почв отдельных регионов России [3, 6].
Работа PLA-пластиком (табл. 4) на 3D-принтере ведется посредством технологии моделирования методом послойного наплавления (FDM-Fused Deposition Modeling). Нить расплавляется, после чего доставляется по специальной насадке на поверхность для работы и осаживается. В результате построения модели расплавленным пластиком создается полностью готовый к применению объект.
Список литературы
1. Водяницкий Ю.Н., Шоба С.А. Магнитная восприимчивость как индикатор загрязнения тяжелыми металлами городских почв (обзор литературы) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2015. №1. С. 13-20.
2. Ракитин Ю.В., Калинников В Т. Современная магнетохимия. СПб.: Наука, 1994. 276 с.
3. Бабанин В.Ф., Трухин В.И., Карпачевский Л.О., Иванов А.В., Морозов В.В. Магнетизм почв. Ярославль: ЯГТУ, 1995. 223 с.
4. Курбатов В.П. Методические указания к лабораторным работам по магнетохимии для студентов дневного и вечернего отделений химического факультета РГУ. Ростов-на-Дону, 1993. 30 с.
5. Методические исследования химического состава горных пород, руд и минералов / Под редакцией Г.В. Остроумова. М.: Недра, 1979. 400 с.
6. Шеуджен А.Х., Гуторова О.А., Хурум Х.Д., Лебедовский И.А., Осипов И.А., Есипенко С.В. Физические, водно-химические и физико-химические показатели чернозема выщелоченного // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. №4(58). Ч.1 С. 166-171.