Сравнение методов определения алюминия в стандартных растворах и почвенных вытяжках

Алюминий является одним из наиболее распространённых элементов почвы. Это макроэлемент, играющий ведущую роль наряду с такими элементами как кремний, кислород, углерод и др., в формировании свойств и плодородия почв. В природных объектах содержание алюминия колеблется в широком интервале концентраций 0,001-0,1 мг/мл. Он входит в состав различных соединений. Наиболее чувствительными для растений являются подвижные (водорастворимые, обменные) соединения алюминия. Высокие концентрации этих соединений токсичны для роста и развития растений [4], поэтому содержание их должно быть нормировано. Для определения алюминия в растворах предложено множество методов, в которых используются в качестве реагентов соединения различных классов, но их избирательность невелика, так как с ними взаимодействуют и многие другие элементы. Избирательность достигают введением маскирующих веществ, органических растворителей, третьих компонентов, проведением экстракционного отделения и т.п. [4, 10]. Как правило, окраска комплексного соединения алюминия, образующегося в растворе, развивается во времени и при нагревании. Это существенно усложняет задачу количественного определения алюминия. Затрудняет определение содержания Aℓ(III) в растворах и тот факт, что формы его химических соединений зависят от кислотности и состава раствора [4].

Цель работы: исследование различных способов определения Aℓ(III) в растворах в широком диапазоне концентраций, встречающихся в природных условиях, в том числе и в почвенных вытяжках; сравнение таких характеристик как воспроизводимость, точность, чувствительность, экспрессность различных методов определения алюминия; выбор наиболее оптимальной методики для определения содержания этого элемента в почвенных вытяжках.

Объекты и методы исследования. Для определения количества алюминия в растворе используют объёмный, гравиметрический, сорбционный методы. Наиболее оптимальным, т.е. нетрудоёмким, требующим несложной пробо-подготовки, экспрессным методом является спектрофотометрический метод. Он основан на образовании окрашенных комплексных соединений алюминия с различными органическими реагентами, такими как бисфенол, хромазурол S, хинализарин, метилтимоловый синий, арсеназо, алюминон, ксиленоловый оранжевый, феррон и др. [3, 7, 9, 10]. Наиболее часто в почвоведении применяют три последних соединения, поэтому мы провели сравнение условий протекания реакций комплексообразования, чувствительности методов, воспроизводимости и точности результатов. Объектами исследования послужили водные растворы солей алюминия с концентрацией 0,01, 0,05, 0,1 мг/мл и солевые (1н KCℓ) вытяжки из образцов дерно-подзолистой почвы. Все определения проводили согласно известным методикам в шести повторностях.

Результаты и обсуждение. Результаты определения содержания свободного иона Аℓ(III) колориметрическим методом в растворах с известной его концентрацией с использованием в качестве органических лигандов алюминона, ксиленолового оранжевого и феррона, а также расчета погрешности каждого определения представлены в таблице 1. Во всех определениях наблюдалась достаточно хорошая сходимость и воспроизводимость результатов, что позволяет использовать их на практике. Систематическая погрешность для всех измерений составила 1,35×10^-4.

Полученные данные отличаются от истинной концентрации алюминия в стандартном растворе, что вызвано влиянием различных факторов, таких как:

• -    присутствие маскирующих веществ (аскорбиновой кислоты в реакциях комплексообразования с

алюминоном и ксиленоловым оранжевым, которое уменьшает интенсивность окраски образующихся комплексных соединений, а, следовательно, влияет на результат);

• -    нагревание смеси (определение с ксиленоловым оранжевым);

• -    время развития окраски комплексного соединения (показывает экспрессность метода) и т.д.

Таблица 1. Сравнение результатов определения алюминия спектрофотометрическим методом с различными органическими реактивами в стандартных растворах хлорида алюминия

Влияние рассмотренных и других факторов находит отражение в случайной составляющей погрешности. Количественно она выражается в стандартном отклонении полученного результата от истинного (Sn,N). В данном случае в области малых концентраций (~0,01 мг/мл) спектрофотометрический метод с ферроном характеризуется достаточно низкой величиной этого показателя: 0,15×10-3 по сравнению с остальными методами. В области повышенных концентраций (~0,1 мг/мл) случайная составляющая погрешности меньше при использовании алюминона Sn,N =0.4×10-3. Сравнивая значения относительной погрешности, можно сделать вывод о непригодности определения содержания алюминия алюминоновым методом в области малых концентраций. В спектрофотометрическом методе с ферроном величина относительной погрешности меньше, чем в остальных методах, поэтому данный метод можно считать более точным.

В дальнейших исследованиях мы выясняли пригодность методов для определения содержания алюминия в солевых вытяжках из почвы. Эксперимент проводили на образцах горизонта В дерново-подзолистой суглинистой пахотной почвы. Результаты определения представлены в табл. 2. При проведении анализа алюминоновым методом, как показали результаты эксперимента, в растворе образовывались коллоидные частицы. От них приходилось освобождаться, что, во-первых, усложняет определение, а, во-вторых, после центрифугирования раствора содержание Aℓ(III) в нём снижается. Это существенно влияет на результат, увеличивая погрешность метода.

Таблица 2. Сравнение результатов определения содержания алюминия в почвенных вытяжках, полученных спектрофотометрическим методом с использованием различных органических реагентов

Выводы: при сравнении ясно, расхождения между данными, полученными спектрофотометрическим методом с ферроном и ксиленоловым оранжевым практически не наблюдается, т.е. истинное содержание обменного алюминия в дерново-подзолистой почве составляет 28,8 мг/100 г почвы. При сравнении погрешностей результатов более высокую точность определения даёт спектрофотометрический метод с использованием феррона, остальные методы показали заниженные результаты и более высокие погрешности. Сопоставляя полученные результаты определения алюминия спектрофотометрическим методом с различными органическими реагентами, мы нашли, что наиболее применим для определения обменного Aℓ(III) в солевых вытяжках из почвы колориметрический метод с использованием в качестве органического лиганда феррона.