РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГУМАТОВ В РАСТВОРЕ НА БАЗЕ МЕТОДА ВЕЛЬТЕ

РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГУМАТОВ В РАСТВОРЕ НА БАЗЕ МЕТОДА ВЕЛЬТЕ

Хромов Петр Аркадьевич

научный сотрудник,

 Камбоджа, г. Пномпень

АННОТАЦИЯ

Целью данной работы была проверка известной формулы метода Вельте для количественного определения гуматов в растворе. Методами данной работы были выбраны оценка физико-математического смысла формулы и математическое моделирование. Результатом стало нахождение и исправление ошибок в методе Вельте для определения концентрации гуматов в растворе. Выводы: проверка метода Вельте выявила упущения при формулировании используемой в расчётах формулы. Разработана обновлённая формула для данного метода.

Ключевые слова: humates; spectrometry; method Welte.

Введение.

Для выращивания сельскохозяйственных культур важно содержание гумусовых и фульвокислот в почве: этими веществами обеспечивается её плодородие. Для определения содержания этих веществ используются методы аналитической химии, одним из которых является растворение в водном растворе щелочи содержащих гуматы образцов почвы, с последующей спектроскопией и проведением расчётов на этой базе.

Основная часть исследования.

Существуют некоторые методы для анализа содержания гуминовых кислот в водном растворе. Одним из них является метод Вельте. В соответствии с ним проводят измерение водного раствора гуматов при длине электро-магнитных волн в видимом спектре (472 и 665 нм). Далее происходит расчёт концентрации гуматов по оригинальной формуле, Цитирую: «

С_m — концентрация гуматов,

I_число — длина светового пути в кювете (размерность – сантиметры), и

D_число — оптические плотности растворов при соответствующих длинах волн, а

m и n — коэффициенты, равные m = 79,9, n=103., эмпирически выведенные Вельте при работе с бурыми и серыми гуминовыми кислотами.

При расчётах будет получено значение в мг на 100 мл раствора» [1, c.275]. Если нужно значение в мг/л, то формула примет такой вид:

У этой простой в применении формулы есть один изъян: если толщина кюветы l отличается от 1 (единицы), то с её помощью нельзя получить корректный результат. В частности, из анализа формулы следует, что если мы возьмём кювету большей толщины, то в ней, в итоге вычислений по оригинальной формуле Вельте, будет более концентрированный раствор. Рассмотрим предметно этот вопрос. При логарифмировании уравнения закона Бугера-Ламберта-Бера мы приходим к выражению для оптической плотности раствора D: Цитирую: «

Где ε — коэффициент светопоглощения, постоянная величина для каждого окрашенного вещества, зависящая от его природы (размерность л/(моль × см));

С_µ — молярная концентрация окрашенного вещества в растворе;

l — толщина слоя светопоглощающего раствора, см.» [2]

 Подставим данную формулу в оригинальное уравнение. Тогда уравнение примет вид:

Логически это противоречит тому, что в водной среде вступает в действие коэффициент преломления этой среды и измеряемая оптическая плотность среды раствора идентичной концентрации в кюветах разной толщины будет разной.  Однако усиливает получающуюся ошибку ещё и то, что пройденный светом путь (который мы учитываем как толщину кюветы) увеличивает в вычислениях концентрацию.

Выразим массовую концентрацию через молярную:

Где µ – молярная масса вещества

Тогда выражение для молярной массы примет вид:

Мы видим квадратичную зависимость постоянной величины (молярной массы) от переменной величины (толщины кюветы). Это может говорить только о том, что где-то допущена ошибка.

Расчёты в ходе математического моделирования приведены в таблице 1, по её данным построен график на рисунке 1.

Выводы из проведённого исследования.

Оригинальная формула метода Вельте некорректна в части расчёта молекулярной массы, в логике которого данная величина зависит (причем квадратично) от толщины кюветы, в которой проводится измерение: смена кюветы приводит к изменению в результатах расчётов по измерению, что необходимо было нивелировать.

В связи с чем предлагается новация:

Если толщина кювет идентична, то формула приобретает следующий вид:

Таблица 1.

Расчёт концентрации гуматов

Рисунок 1. График зависимости расчётной концентрации гуматов в растворе по методу Вельте от толщины кюветы

После подстановки коэффициентов формула Вельте приобретает следующий вид:

Подставляем в уравнение:

Если принять во внимание, что исследуется нами одно и тоже вещество, то формула примет вид:

Откуда следует, что молекулярную массу можно вычислить:

Отсюда следует, что размерность калибровочных коэффициентов m и n – г × см

Результаты исследования.

Была усовершенствована формула для метода Вельте:

Получена новая формула для молярной массы гуматов, исходя из нового взгляда на данный метод:

На расчёты по данным формулам не оказывает влияние значение толщины кюветы при спектроскопии образцов растворов гуматов.

Перспективы исследования.

Обновлённый метод Вельте готов к эмпирической апробации. Сохраняются рекомендации по данному методу:

• Кювету и разведение содержащего гуматы раствора рекомендуется подбирать таким образом, чтобы оптическая плотность раствора находилась вблизи или внутри диапазона от 0,8 до 1,3
• Рекомендуемая толщина кюветы для исследования от 5 до 10 мм. Это связано с эмпирическим опытом, в котором коэффициент преломления света в воде становится сильно заметен при преодолении планки в 15-20 мм толщины кюветы для спектроскопии.

Список литературы:

1. Метод Вельте [Раздел книги] // Методы почвенно-зоологических исследований / авт. книги Гилярова М.С.. - [s.l.] : Наука, 1975.
2. Оптическая методы анализа. Методические указания. [Book] / auth. Л.М. Рагузина, Ж.П. Анисимова, Е.В. Сальникова. - Оренбург : ГОУ ОГУ, 2009.