РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГУМАТОВ В РАСТВОРЕ НА БАЗЕ МЕТОДА ВЕЛЬТЕ

Опубликовано в журнале: Научный журнал «Интернаука» № 3(273)
Рубрика журнала: 20. Химия
DOI статьи: 10.32743/26870142.2023.3.273.351427
Библиографическое описание
Хромов П.А. РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГУМАТОВ В РАСТВОРЕ НА БАЗЕ МЕТОДА ВЕЛЬТЕ // Интернаука: электрон. научн. журн. 2023. № 3(273). URL: https://internauka.org/journal/science/internauka/273 (дата обращения: 29.03.2024). DOI:10.32743/26870142.2023.3.273.351427

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: «

Сm — концентрация гуматов,

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

Dчисло — 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));

Сµ — 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

µ

l

ε472

ε665

Cµ

Оригинал

Наша

0,0078

0,78

0,1

1000

700

0,0001

0,0312

0,78

0,2

1000

700

0,0001

0,0702

0,78

0,3

1000

700

0,0001

0,1248

0,78

0,4

1000

700

0,0001

0,195

0,78

0,5

1000

700

0,0001

0,2808

0,78

0,6

1000

700

0,0001

0,3822

0,78

0,7

1000

700

0,0001

0,4992

0,78

0,8

1000

700

0,0001

0,6318

0,78

0,9

1000

700

0,0001

0,78

0,78

1

1000

700

0,0001

0,9438

0,78

1,1

1000

700

0,0001

1,1232

0,78

1,2

1000

700

0,0001

1,3182

0,78

1,3

1000

700

0,0001

1,5288

0,78

1,4

1000

700

0,0001

1,755

0,78

1,5

1000

700

0,0001

1,9968

0,78

1,6

1000

700

0,0001

2,2542

0,78

1,7

1000

700

0,0001

2,5272

0,78

1,8

1000

700

0,0001

 


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.