Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf

распределении меченого и немеченого элементов, что важно для изучения статики распределения. Поэтому кинетические кривые следует получать для возможно более широкого интервала вре­ мени, гарантирующего установление равновесного распределе­ ния = const).

Это замечание обусловлено тем, что часто после стадии бы­ строй кинетики наступает стадия очень медленной кинетики и равновесие устанавливается очень долго (в течение несколь­ ких недель и месяцев).

После изучения кинетики распределения приступают к ис­ следованию статики распределения: установления зависимости между равновесной концентрацией меченого и немеченого эле­ ментов в составе раствора почвы.

При заданной исходной концентрации меченого элемента с *

устанавливают взаимосвязанные равновесные концентрации S*, с*, S и с (индекс оо опущен). Эту взаимосвязь концентраций можно выразить, например, следующими функциями:

Все подобные зависимости называют изотермами распределе­ ния. Их следует получать для всего практически важного ин­ тервала концентраций.

Анализ изотерм распределения позволяет так же, как и ана­ лиз кривых кинетики распределения, выяснить, имеет ли рас­

186

S*m от cV будут выше или ниже прямой S*m = cV: выше, если сорбция меченого элемента обусловлена не только процессом изотопного обмена, но и другими неизотопнообменными меха­ низмами сорбции; ниже, если переход немеченого элемента в раствор происходит в результате не только изотопного обмена, но и других механизмов десорбции. Разность ±|S*m —cV\ служит мерой неизотспнообменного распределения.

Рис. 7.4. Изотерма сорбции меченого фосфата подзо­ листой почвой.

Изотермы сорбции меченого элемента почвами S* — f(c*) мо­ гут быть весьма разнообразными. В гл. 3 были приведены наи­ более характерные из них: выпуклые, линейные и вогнутые. Для почв характерны и такие типы изотермы сорбции меченого элемента, и более сложные. На рис. 7.4 показана одна из сложных изотерм сорбции меченого фосфата для подзолистой

мюра.

Динамические методы изучения сорбционных свойств почв. В почвогрунтах происходит движение растворов, содержащих различные минеральные и органические вещества. В сельском хозяйстве применяют способ внесения удобрений в почву путем поливов почвы растворами питательных веществ. Почвы про­ мываются чистой водой (атмосферными осадками) при

187

искусственных поливах. Наконец, в почвах происходят процес­

щих веществ. Такие процессы идут в естественных условиях, а также при проведении различных химических мелиораций почв. Конечно, в почвогрунтах в естественных условиях процессы ди­ намической сорбции веществ осложняются другими физически­ ми, химическими и биологическими процессами. Однако во мно­ гих случаях законы динамики сорбции проявляются весьма от­ четливо. Именно они обусловливают определенный характер распределения веществ по горизонтам почвенного профиля.

Таким образом, динамические методы изучения сорбцион­ ных свойств почв по существу имеют непосредственную связь с изучением динамической сорбции веществ в почвах как естест­ венного явления.

Применение радиоактивных индикаторов не только облег­ чает экспериментальное исследование процессов динамики пере­ носа веществ в почвогрунтах, но и значительно расширяет их возможности. При исследовании динамики переноса веществ в почвогрунтах применяют различные приемы хроматографии: получение первичного распределения в колонке почвы (или в естественном профиле почвы), промывание, вытеснение. По­ этому динамические методы изучения сорбционных свойств почв (или изучение самой динамической сорбции) в сущно­ сти— это хроматографические методы, а в сочетании с методом радиоактивных индикаторов — радиохроматографические мето­ ды (см. гл. 3).

Одной из важных характеристик любого сорбента, а также почвы — естественного сорбента, является емкость поглощения. Радиоактивные индикаторы позволяют определять емкость поч­ вы по отношению к сорбции меченого (вновь вводимого в поч­ ву) элемента. Динамические изотопно-индикаторные методы це­ лесообразно применять в тех случаях, когда динамика сорбции меченого элемента осуществляется в условиях режима выпу­ клой или линейной изотермы сорбции. Основное требование этих методов — получение в слое почвы зоны сорбционного насы­ щения.

Вводимое в почву меченое вещество сорбируется почвой по разным типам сорбции — молекулярная сорбция и хемосорб­ ция, которые могут сопровождаться процессами изотопного об­ мена, если в почве уже имеется данный немеченый элемент. В случае молекулярной сорбции сорбционная связь имеет не­ прочный характер, и при промывании почвы водой (раствори­ телем) молекулярно сорбированная часть вещества вымывается в нижние слои и там поглощается по более прочным типам сорбции — различным типам хемосорбции. Для почвоведения и агрохимии наибольший интерес представляет прочное связыва­ ние сорбируемых веществ почвой. Поэтому термин «емкость по­

188

глощения» в данном случае будет означать максимальное коли­ чество прочно сорбируемого меченого вещества на единицу массы почвы.

Методика определения емкости поглощения почв может осу­ ществляться в двух вариантах: путем получения или колоноч­ ных кривых распределения меченого вещества, или выходных кривых распределения.

Для получения колоночных кривых распределения готовят колонку почвы. В нее вводят раствор меченого вещества и с

из зоны сорбционного насыщения. Это можно сделать промыва­ нием колонки водой. После промывания опять проверяют рас­ пределение меченого вещества вдоль колонки почвы и получают кривую распределения после промывания. Так как количество меченого вещества, введенного в колонку, известно, можно определить количество прочно сорбированного вещества в зоне насыщения. Для этого нужно установить, какую часть площа­ ди на графике (см. рис. 7.5) занимает зона насыщения под

.кривой распределения после промывания по отношению к пло­ щади под кривой первичного распределения. Это отношение площадей можно получить как отношение активности зоны на­ сыщения после промывания к активности всей зоны меченого

189

P-излучение, для определения емкости поглощения почв можно использовать метод выходных кривых распределения, который заключается в следующем.

Через колонку почвы пропускают раствор меченого вещест­ ва и одновременно собирают последовательно вытекающие пор-

Рис. 7.6. Методика определения емкости поглощения почвы по выходным кривым:

дни фильтрата (или ставят на выходе колонки счетчик с само­ пишущим регистрирующим устройством — радиохроматограф).

По результатам измерения активности фильтратов строят выходную кривую, т. е. кривую распределения меченого веще­ ства в вытекающем фильтрате (рис. 7.6). Раствор меченого ве­ щества пропускают до тех пор, пока из колонки не начнет вы­ текать раствор исходной концентрации. Это — признак сорбци­ онного насыщения почвы в колонке меченым веществом. Таким образом, получив выходную кривую определяют, какой объем раствора меченого вещества необходимо пропустить через ко­ лонку почвы, чтобы наступило сорбционное насыщение почвы. Далее колонку промывают водой и также получают выходную кривую промывания. Промывают колонку до тех пор, пока из колонки не будет удалена растворенная и молекулярно (не­

190