Содержание тяжелых металлов в почвах определяет не только критерий их токсичности, но и критерий токсичности зерновых культур, произрастающих на них. Для выяснения миграционного механизма тяжелых металлов в почвах, являющихся накопительным резервуаром загрязнителей, которые впоследствии поступают из него в зерновые культуры, разработаны методы, позволяющие получить достоверную оценку о реальном загрязнении почв и произрастающих на них зерновых культур [1].
Материалы и методы исследования
Объектами исследования являлись почвы районов Республики Ингушетия и зерновые культуры, произрастающие на них.
Изучение содержания Cu, Mn, Al, Co и Fe в зернах пшеницы и кукурузы, произрастающих в районах Республики Ингушетия, проводили эмиссионно-спектральным методом с использованием спектрографов ДФС-13 и ИПС-28.
Для эмиссионно-спектрального анализа зерновых культур были приготовлены эталоны. Поскольку практически не удается добиться того, чтобы эталоны и пробы были абсолютно идентичны, эталоны были приготовлены таким образом, что они отличались от проб величинами, вызывающими малое изменение интенсивности аналитических линий в эталоне и в пробе по отношению к ошибке измерения [2].
Экспериментальная часть
Предварительная обработка проб зерен кукурузы и пшеницы для последующего определения в них микроэлементов эмиссионно-спектральным методом осуществлялась путем «сухого» озоления. Поскольку в состав золы, полученной после сжигания зерна, микроэлементы входят в виде окислов металлов, то применяемые реактивы выбирали с таким расчетом, чтобы они в основном при прокаливании тоже разлагались до окислов. Этим достигалась близость состава эталонов и исследуемых проб. При определении микроэлементов использовались наиболее интенсивные аналитические линии анализируемых элементов, которые не перекрывались линиями других элементов пробы. Полученные данные сведены в табл. 1.
Состав и структура пробы оказывают сильное влияние на температуру источника света, так как она определяется ионизационным потенциалом элементов, который непосредственно связан с химическим составом проб. Для ослабления влияния вариаций химического состава золы растений на интенсивность линий микроэлементов, эталоны, приготовленные на стандартном составе основы, и образцы золы смешали с буфером [3].
Для ослабления влияния состава основы на интенсивность почернения аналитических линий нами в качестве буфера был выбран углекислый литий. Для выявления буфера нами были построены градуировочные графики для эталонов зерна кукурузы с буфером и без буфера. Они были построены по методу трех эталонов по абсолютным почернениям. Такая графическая зависимость показана на рис. 1.
Таблица 1
Аналитические линии определяемых элементов
|
Наименование элемента |
Длина волны аналитической линии, А° |
Потенциал возбуждения линий, эВ |
|
Си |
327,3 |
3,78 |
|
Мn |
294,9 |
5,37 |
|
Al |
265,2 |
4,67 |
|
Мо |
317,0 |
3,91 |
|
Со |
345,3 |
4,02 |
|
Fe |
302,5 |
4,21 |
Рис. 1. Градуировочный график для определения содержания Мn в зерне кукурузы ББ- без буфера; СБ- с буфером
Характер и интенсивность испарения микроэлементов в значительной степени зависит от силы тока в электрической дуге. Для большинства элементов наивысшая чувствительность метода проявляется при силе тока 15–20 Å. Применение электрической дуги при высокой силе тока важно не только с точки зрения чувствительности, но и для сокращения времени испарения и ослабления фона. Концентрация атомов в столбе дуги в основном определяется летучестью элементов [5]. Поэтому приступая к анализу каких-либо продуктов, обычно проверяют летучесть определяемых элементов экспериментально, так как не всегда точно известно, в каких соединениях они входят в пробы. Изучение кривых испарения необходимо для установления времени полного выгорания элемента и идентичности процессов испарения проб и эталонов. На основании данных было выбрано оптимальное время экспозиции, равное 2,5 мин (рис. 2).
Рис. 2. Кривые испарения Мn из эталонов для зерна кукурузы и золы образца
Представительность проб достигалась путем озоления трех навесок для каждого способа, отобранных от большой среднеизмельченной пробы, и дальнейшего объединения полученной с тщательно растертой золой. Навески исследуемого вещества обильно смачивали ускорителем, чашку накрывали часовым стеклышком и оставляли на определенное время. Озоление проводили до постоянного веса в фарфоровых чашках. Повышение температуры от 0 °С до конечной заданной температуры производилось со скоростью 3,5 град./мин. Все пробы анализировали в одинаковых условиях в один и тот же день, чтобы по возможности исключить ошибки, обусловленные временным фактором.
Результаты исследования и их обсуждение
В табл. 2 представлены результаты определения микроэлементов в зернах кукурузы.
Данные таблиц свидетельствуют о том, что зольность и содержание микроэлементов в зерне кукурузы колеблются в значительных пределах в зависимости от особенностей естественно-климатической зоны ее возделывания.
Таблица 2
Содержание микроэлементов в зернах кукурузы
|
Район |
Зола, % |
Содержание микроэлементов, % |
||||
|
Си |
Мn |
А1 |
Со |
Fе |
||
|
Джейрахский |
1,7 |
14,5 |
85,5 |
14,4 |
0,02 |
23,3 |
|
Сунженский |
1,5 |
14,1 |
82,4 |
10,4 |
0,01 |
63,2 |
|
Назрановский |
1,6 |
14,1 |
80,8 |
15,6 |
0,02 |
22,5 |
|
Малгобекский |
1,4 |
12,5 |
40,4 |
13,6 |
0,01 |
22,3 |
При группировке подвергшихся анализу образцов зерна по типам почв, естественно, пришлось в некоторых случаях абстрагироваться от сортовой особенности кукурузы, так как на части почвенных растений, включаемых в одинаковые типы почв, но находящихся в различных районах, возделывались не одни и те же сорта. Однако это не может оказать существенного влияния на результаты исследований, так как сортовые различия не приводят к решающему изменению содержания микроэлементов в зерне. Содержание железа и алюминия в зерне кукурузы, выращенной на различных типах почв, колеблется в исключительно больших пределах.
Выводы
Содержание меди и марганца также далеко не одинаково, но колеблется в меньшей степени. Зерно кукурузы, выращенное на различных типах почв, существенно отличается по содержанию микроэлементов:
а) горно-лесные и горно-луговые почвы Джейрахского района дают зерно, очень богатое медью, но содержащее ниже среднего количества марганца и железа и малое количество алюминия, кобальта;
б) на подзолистых почвах Назрановского района урожай зерна очень богат марганцем, медью и алюминием и содержит среднее количество кобальта и малое количество железа;
в) на черноземах выщелоченных и деградированных почвах Малгобекского района получается зерно, среднебогатое медью и алюминием и содержащее ниже среднего количества железа, малое количество марганца и кобальта;
г) среднемощные черноземы Сунженского района дают зерно, очень богатое марганцем и медью, содержащее среднее количество железа и малое количество алюминия и кобальта [4].
Рецензенты:
Алакаева Л.А., д.х.н., профессор кафедры неорганической и физической химии, КБГУ, г. Нальчик;
Борукаев Т.А., д.х.н., профессор кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета КБГУ, г. Нальчик.
Работа поступила в редакцию 28.07.2014.