Determinarea Sarurilor din Sol

Transcriere

1 DETERMINAREA SĂRURILOR DIN SOL

2 CUPRINS I. Introducere 3 II. Poluarea chimică a solului şi influenţa sa asupra sănătăţii 3 III. Indicatori sanitari ai poluării chimice a solului 3 IV. Prelevarea probelor de sol 4 V. Recoltarea probelor de sol pentru analiză 5 VI. Transportul probelor 6 VII. Monitorizarea solului 6 VIII. Determinarea sărurilor din sol 7 IX. Concluzii 11 X. Bibliografie 11 2

3 I. INTRODUCERE Solul reprezintă partea superficială a scoarţei terestre, fiind format din fondul mineral al acesteia, ca urmarea a unui complex de procese mecanice, chimice, fizice şi biologice desfăşurate pe lungi perioade de timp. Solul este un factor ecologic important pentru că: - se află în strânsă corelaţie cu clima unei regiuni prin configuraţia, natura şi structura lui; - de calitatea lui depinde formarea şi protecţia surselor de apă subterană şi de suprafaţă; - determină creşterea şi dezvoltarea vegetaţiei, influenţând astfel în mod indirect alimentaţia omului; - are un rol hotărâtor în amplasarea localităţilor. Datorită creşterii demografice, a dezvoltării industriale, extinderii agriculturii, calitatea solului se degradează continuu. Din acest motiv este necesară o cunoaştere şi o evaluare a problemelor privind calitatea solului. O condiţie a dezvoltării durabile reprezintă necesitatea de a realiza un sistem de monitoring al calităţii solului. Acest sistem are la bază urmărirea unor obiective, care implică procedeele de prelevare şi analiză a calităţii solului. În Europa există programe de monitorizare a solului, orientate pentru verificarea caracteristicilor şi fertilităţi solului. Obiectivele acestei lucrări sunt reprezentate de determinare a proprietăţilor solului prin analizarea sărurilor minerale şi a azotaţilor cu ajutorul metodelor cunoscute. II. POLUAREA CHIMICĂ A SOLULUI ŞI INFLUENŢA SA ASUPRA SĂNĂTĂŢII Solul poate fi poluat: direct: prin deversări de deşeuri pe terenuri; din îngrăşăminte şi pesticidele aruncate pe terenurile agricole; indirect: prin depunerea agenţilor poluanţi evacuaţi iniţial în atmosferă; apa ploilor contaminate cu agenţi poluanţi spălaţi din atmosfera contaminată; transportul agenţilor poluanţi de vânt de pe un loc pe altul; infiltrarea prin sol a apelor contaminate. Grupa substanţelor organo-clorurate se poate concentra de asemenea, în diverse, produse şi în organismul uman, în mod deosebit, în ţesutul adipos unde pot fi dozate prin recolte efectuate la autopsii sau intraoperator. III. INDICATORI SANITARI AI POLUĂRII CHIMICE A SOLULUI Indicatori sanitari ai poluări chimice a solului recunoaşterea nivelului de poluare a solului este astăzi mult rămasă în urmă faţă de ceea a aerului şi a apei. Indicatorii sanitari folosiţi în prezent pentru depistarea gradului de poluare a solului pot fi împărţiţi în indicatori direcţi şi indicatori indirecţi. Indicatori direcţi: Indicatori direcţi se adresează substanţelor chimice poluante ajunse pe sol care au o acţiune nocivă, prin ele însele asupra sănătăţii omului. De cele mai multe ori, aşa cum de altfel am văzut influenţa nocivă a substanţelor chimice, poluante ajunse pe sol, se produce prin intermediul aerului, apei sau plantelor. Plantele concentrează însă cea mai mare parte a substanţelor chimice poluante din sol. Un aspect important legat de stabilirea acestor norme este reprezentat şi de stabilirea sau biodegradabilitatea substanţei chimice poluante în sol. Un alt aspect care de fapt reprezintă un criteriu important în stabilirea normelor sanitare a substanţelor chimice poluante din sol. Cercetarea acestei acţiuni se desfăşoară în mod experimental prin punere în contact a speciilor microbiene autopurificatoare izolate din sol cu substanţa chimică poluantă în concentraţi variabile. Cel mai 3

4 frecvent, cercetarea se face pe germeni psihrofili. Acest criteriu de normare a CMA pentru substanţele chimice poluante din sol de fapt fac trecerea între indicatorii de poluare şi cei indirecţi. Indicatori indirecţi: Indicatori indirecţi de poluare chimică a solului sunt de fapt elemente care nu sunt nocive prin ele însele asupra sănătăţii omului. Ca indicatori indirecţi de poluare a solului se poate folosi diverşi produşi intermediari (amoniac nitraţi, hidrogen sulfurat) sau chiar produşi finali (nitraţi, fosfaţi, sulfaţi) ai substanţelor organice poluante. Raportul N organic teluric/n organic total este întotdeauna subunitar, deoarece o parte a azotului din sol în azot teluric, dar cu cât această parte mai mare, cu cât este mai aproape de unitate cu atât solul poate fi considerat mai curat. Astfel sub 0,70 şi 0,85 poluarea medie, între 0,85-0,95 poluare redusă şi peste 0,95 sol curat. IV. PRELEVAREA PROBELOR DE SOL Prelevarea probelor este cea mai importantă etapă pentru un proces analitic. Prelevarea poate implica procedee foarte complicate necesitând adesea mai multe stadii de subîmpărţire înainte de a se obţine rezultatul analitic final. Pentru elaborarea unei proceduri eficiente de prelevare trebuie să se ţină seamă de următoarele aspecte: proba luată trebuie să fie reprezentativă pentru volumul întregului material trebuie determinată cantitatea de probă ce urmează să fie prelevată manipularea şi păstrarea ulterioară a probei trebuie să fie corectă. O procedură de prelevare poate implica mai multe etape înaintea realizării materialului ( figura nr. 1). Probele de sol recoltate nu se analizează în laborator în mod direct ci sunt funcţionate în sub-probe de sol. Recoltarea probelor de sol pentru analiză este influenţată de anumiţi factori (microrelief, varietatea culturilor), care pot conduce la erori de recoltare (figura nr. 2). Proces pedogenetic PROCEDURĂ DE PRELEVARE Varietatea culturilor Microrelief 1.unitatea de prelevare 2.incrementul ERORILE DE RECOLTA- RE 3. proba brută 4.sub-proba Variaţia densităţii rădăcinilor Activităţile umane 5. proba de analizat Neuniformitatea învelişului vegetal Figura nr. 1. Prelevare de probe Figura nr. 2. Erori de recoltare. 4

5 V. RECOLTAREA PROBELOR DE SOL PENTRU ANALIZĂ Recoltarea solului pentru analiză este o operaţie foarte importantă de care depinde, în mare măsură, exactitatea rezultatelor. Probelor de sol se ridică din fiecare orizont şi suborizont în parte; din cele groase se iau 2-3 probe, iar din orizonturile scurte se ia o probă centrală. Probele de sol se recoltează în structură artificială până la adâncimea de 1m sau mai mult în funcţie de natura solului şi de caracteristicile poluantului urmărit. Suprafaţa de sol care trebuie cercetată se stabileşte prin delimitarea unei parcele surprinse între 25-50m 2 pe care se fixează punctele de recoltare (fig.3). Fig. nr. 3. Fixarea punctelor pentru recoltarea solului INSTRUMENTE - utilizate în recoltarea solului: superficiale: sonde, cazmale sau lopeţi cu care se sapă un şanţ până la adâncimea dorită de unde se recoltează apoi proba de sol. de suprafaţă: se folosesc spatule de metal cu ajutorul cărora se ratează suprafaţa solului. Solul se recoltează în recipiente de sticlă sau polietilenă cu gâtul larg şi închidere ermetică, spălate în prealabil cu amestec sulfocromic sau cu detergenţi. Se clătesc bine cu apă de robinet, apă distilată şi bidistilată şi apoi se usucă. Recoltarea solului de la suprafaţă se efectuează după o prealabilă îndepărtare a prafului, rădăcinilor, frunzelor, sau altor reziduuri ce se găsesc pe suprafaţa solului. Adâncimile ce se recomandă pentru recoltarea solului sunt: pentru analize chimice se iau pe o grosime de 5-10 cm; pentru islazuri în contact cu ape reziduale 5cm; pentru suprafeţe arabile legumicale tratate cu ape reziduale 20cm; pentru soluri cu puncte contaminate când există bănuiala unei impurificări 1m. VI. TRANSPORTUL ŞI PĂSTRAREA PROBELOR Probele de sol recoltate trebuie să fie însoţite de o fişă de recoltare. Probele recoltate trebuie ferite de acţiunea razelor solare în timpul transportului şi păstrate la frigider cel mult 24 de ore pentru uni indicatori care se modifică în timp cum ar fi: N 2, NH 3, nitraţii, nitriţi, umiditatea. Pentru uscarea solului la temperatura camerei, se întind foi de material plastic pe suporturi sau mese şi apoi se pune solul fărâmiţat pe cât e posibil într-un strat nu prea gros într-o încăpere ferită de poluări suplimentare. 5

6 VII. MONITORIZAREA SOLULUI Monitoringul integrat al solului reprezintă un sistem de supraveghere continuă a stării mediului care furnizează date privind componentele structurale: apă, aer, sol, date ce sunt transformate în informaţie. Ca şi alte domenii de activitate, care necesită o monitorizare, nici investigarea asupra stării solului nu face excepţie. Sistemul de monitorizare presupune o serie de etape care trebuiesc urmărite şi efectuate cu o mare rigurozitate pentru a realiza scopul propus, cel de monitorizare a solului (figura nr. 4). Fig nr.4. Sistemul de monitorizare schemă Sistemul privind monitoringul calităţii solurilor are trei niveluri de intensitate a investigaţiilor(fig.5): NIVELURI DE INVESTIGARE Nivelul I PROFILE DE SOL Nivelul II INVESTIGAŢII DETALIATE Nivelul III MĂRIREA PUNCTELOR DE COLECTARE Figura nr. 5. Nivele de investigare. Nivelul I: efectueaza circa 960 de profile de sol cu coordonate bine stabilite ( 720 amplasate pe terenuri agricole şi 210 în soluri forestiere ). Nivelul II: constă în investigaţii mai detaliate în zonele în care s-au constatat concentraţii sporite de poluanţi. Nivelul III: se măreşte numărul punctelor de colectare în zonele afectate pentru a elabora recomandări în scopul combaterii proceselor de poluare. 6

7 Pentru nivelul I de investigare, probele de sol colectate pe orizonturi genetice sunt supuse tipurilor de analiză: Fizice: granulometrie, conţinut de apă, densitate aparentă, rezistenţa de penetrare, porozitate, conductivitate hidraulică. Chimice: ph, conţinut de humus, azot total, fosfor mobil, potasiu mobil, săruri solubile, metale grele, reziduri de pesticide. Biologice: număr de bacterii, indice de colonizare. Pentru nivelurile II şi III se detaliază indicatori specifici. VIII. DETERMINAREA SĂRURILOR DIN SOL Componentele chimice din sol sunt determinate de natura solului, de compoziţia rocilor, de structura acestora, precum şi de activitatea biologică şi biochimică ce are loc în sol. Conţinutul substanţei chimice din sol se reflectă în sursele de apă şi în vegetaţia ce se cultivă pe suprafaţa solului. Compoziţia chimică a solului poate îmbogăţi pânza freatică de apă în nitraţi, prin solubilizarea acestora de către apa de înfiltraţie care pătrunde prin sol şi se îmbogăţeşte cu nitraţi, acesteia având un grad mare de solubilitate. Substanţele poluante din sol sunt de natură organică şi anorganică şi care au efecte nocive asupra activităţii biologice din sol, încetinind sau inhibând procesele de autopurificare. DETERMINAREA SĂRURILOR SOLUBILE DIN SOLURI: Sărurile solubile se acumulează în profilurile superioare, numai în zonele cu precipitaţii reduse, formându-se săruri saline. Sărurile solubile din sol pot fi determinate prin analiza soluţiei de sol sau prin analiza unui extract apos de sol, la un anumit raport sol-apă. În mod obişnuit se foloseşte pentru determinarea conţinutului de săruri solubile metoda extractului apos la diferite rapoarte sol-apă. OBŢINEREA EXTRACTULUI APOS DE SOL: Folosirea raportului sol-apă de 1:5, cu timp de agitare de 15 minute, asigură trecerea în extract a sărurilor solubile. La obţinerea extractului apos se foloseşte apă distilată, lipsită de CO 2, pentru a nu modifica solubilitatea unor constituenţi din sol, în mod special al carbonaţilor alcalinopământoşi. 1. DETERMINAREA ANIONULUI CARBONAT( CO 3 2- ) Anionul CO 3 2- în extractul apos provine din carbonaţi ai metalelor alcaline, săruri cu hidroliză alcalină (ph > 8,4). 2. DETERMINAREA ANIONULUI BICARBONAT( HCO 3 2- ) Dozarea anionului HCO 3 2- se face prin titrarea cu acid sulfuric 0,01 N a alcalinităţi rezultată la hidroliza bicarbonaţilor existenţi în extract până la H 2 CO 3 (ph 3,87). 3. DETERMINAREA ANIONULUI CLOR PRIN METODA GRAVIMETRICĂ Anionul Cl - este precipitat sub formă de AgCl prin titrare cu o soluţie de Ag NO 3 în prezenţa KCrO DETERMINAREA CLORURILOR DIN SOL. Metoda Mohr După Parrakova clorurile de sol pot reprezenta un indicator de poluare recentă a solului. 5. DETERMINAREA CALCIULUI DIN SOL Ionii de calciu ca şi magneziul sunt factori care determină, în mare parte, duritatea apelor subterane. Metoda complexometrică pentru determinarea calciului din sol ( STAS 7184 / 7-87): Ionii de calciu sunt extraşi din sol cu o soluţie de clorură de potasiu 1% şi complexaţi cu o soluţie de EDTA-Na 2 la ph = 12, în prezenţa indicatorului murexid. 6. DETERMINAREA MAGNEZIULUI (Mg 2+ ) DIN SOL Se determină titrimetric, cu ajutorul unei soluţii de complexon III, suma conţinuţilor Mg 2+ şi Ca 2+ schimbabili după care se scade conţinutul de Ca 2+ şi se află conţinutul de Mg 2+ schimbabil. Dozarea Ca 2+ şi Mg 2+ se efectuează la ph 10 ±0,1, condiţie în care ambii ioni sunt în soluţie. În tabelul 1 sunt prezentate metodele de determinare a sărurilor din sol. 7

8 Tabelul 1. Determinarea sărurilor prin diferite metode: Determinarea sărurilor minerale Reactivi Modul de lucru Prelucrarea datelor CO metodă titrimetrică H 2 SO 4, soluţie 0,01N; fenoftaleină, indicator, soluţie 1% în alcool etilic 70%. 10 ml de extract apos şi se introduc într-un vas conic de 100 ml; 3 picături fenoftaleină, soluţia se colorează în roz (ph 8,4); 2V 1 f n r CO 3 2- = m [mechiv / 100g sol] unde: f = factorul soluţiei de H 2 SO 4 0,01 N ; n = normalitatea soluţiei de H 2 SO 4 ; V 1 = volumul soluţiei de H 2 SO 4 folosit la titrarea probei, ml; r = raportul dintre volumul extractului obţinut şi volumul de extract luat pentru titrare; m = masa probei de sol folosite pentru obţinerea extractului; HCO metodă titrimetrică metiloranj, indicator, soluţie 0,05% în apă; soluţiei de H 2 SO 4 0,01 N cu titrul stabilit. în 10 ml de extract apos se introduce indicatorul, se titrează cu H 2 SO 4 0,01 N până la portocaliu; (V 2 V 1 ) f n r HCO 3 2- = 100 m [mechiv / 100g sol] proba se păstrează pentru dozarea în continuare a Cl -. Cl - - metodă gravimetrică KCrO 4, soluţie apoasă 10% Ag NO 3, soluţie 0,01 N soluţia rămasă de la determinarea anionilor CO 3 2- şi HCO 3 2- se adaugă 1 ml KCrO 4 se titrează cu o soluţie de Ag NO 3, soluţie 0,01 N până la apariţia culorii brun-roşcat /galben - cărămiziu V 1 f n r Cl - = 100 m [mechiv / 100g sol] unde: f = factorul soluţiei Ag NO 3 de 0,01 N ; V 1 = volumul soluţiei Ag NO 3 de folosit la titrarea probei, ml; r = raportul dintre volumul apei distilate folosite pentru obţinerea extractului apos 1:5 şi volumul cotei părţi folosite la titrare; m = masa probei de sol folosite pentru obţinerea extractului apos. 8

9 Cloruri Metoda Mohr clorurile din extractul de argint (Ag) 0,1N se cântăresc 17g AgNO 3 şi se trec cantitativ întrun balon de 1000 cm 3 cu apă bidistilată; se determină factorul cu o soluţie de NaCl de aceea normalitate; soluţie de KCrO 4, 10%. 20 g sol. se adaugă 100cm 3 apă bidistilată şi se agită timp de 15 minute; se filtrează; se iau 25cm 3 din filtrat şi se diluează până la 50cm 3 cu apă bidistilată; se adaugă 2-3 picături de KCrO 4 ; se titrează cu o soluţie AgNO 3 (galben brun). mg Cl - /g sol uscat la C = ( N f 3,55 D K) / g N= cantitatea de soluţie de azotat de argint 0,1N folosită la titrare, în cm 3 ; f = factorul soluţiei de azotat de argint 0,1N ; 3,55= echivalentul în mg Cl al unui cm 3 de soluţie de azotat de argint 0,1N; D=factorul de multiplicare pentru a calcula concentraţia clorurilor în extractul total de sol ; K=factorul de corecţie pentru umiditate ; g= cantitatea de sol luată în lucru în grame. Ca 2+ - metodă titrimetrică complexon III 0,01 N; soluţie de hidroxid de sodiu (NaOH) 0,01N; indicator murexid. 10 ml extract apos în vas Erlenmayer (100 ml); se diluează cu apă distilată până la 50 ml; se adaugă 2 ml soluţie de NaOH 0,01N; se adaugă un vârf de spatulă indicator; se titrează cu soluţie de comlexon III până la virarea culori de la roz la violet. V 1 f n r Ca 2+ = 100 m [mechiv / 100g sol] unde: f = factorul soluţiei de complexon 0,01 M; V 1 = volumul soluţiei de complexon III folosit la titrarea probei, ml; n = normalitatea soluţiei de complexon III; r = raportul dintre volumul apei distilate folosite la extracţie şi volumul cotei părţi folosite la titrare; m = masa probei de sol folosite la extracţie, g. Mg 2+ - metodă titrimetrică complexon III, soluţie 0,1 N; HCl, soluţie 0,1 N; Na OH, soluţie 0,1 N; negru eriocom T; albastru de brom-timol; soluţie tampon.. se pipetează 10 ml extract apos 1:5 în două vase Erlenmayer (100 ml); vasul I: se adaugă 50 ml de apă distilată; se titrează cu soluţie de NaOH / HCl ( în funcţie de ph-ul extractului), în prezenţă de albastru de brom - timol până la albastru verzui; V 1 f n r Mg 2+ = (100 Ca 2+ ) m unde: f = factorul soluţiei de complexon; V 1 = volumul soluţiei de complexon III folosit la titrarea probei, ml; r = raportul dintre volumul apei distilate folosite la extracţie şi volumul cotei părţi folosite la titrare; m = masa probei de sol folosite la extracţie, g; Ca 2+ = conţinutul de calciu în mechiv la 100 g sol. 9

10 Mg 2+ - metoda colorimetrică cu galben de tiazol (titan) soluţii tampon de acetat; soluţie de galben de titan (0,05%); cărbune activ (lipsit de Mg); soluţie de hidroxilamină 5%; soluţie de amidon 1%; soluţie NaOH, 2,5 N; soluţie etalon stoc pentru Mg; soluţie etalon. vasul II: se pipetează 1ml de soluţie tampon şi se diluează la 50 ml ph = 10 ±0,1, se titrează de la roşu la albastru. se cântăresc 10g sol uscat se adaugă 0,5 g cărbune activ şi 50 cm 3 soluţie carbon acetat se introduc 10 cm 3 filtratul diluat într-un balon cotat peste care se adaugă amestec reactiv şi soluţie de NaOH extractul de sol < 12 μgmg/cm 3 C D K mg Mg/g sol uscat la C = g 1000 intensitatea coloraţiei se citeşte la λ = 545Nm unde: C concentraţia în μg din proba colorimetrică; D factorul; K constanta de corecţie pentru umiditate; g cantitatea de sol luată în lucru, g. Mg 2+ - metoda spectrofotometrică cu absorbţie atomică spectrofotometru cu absorbţie atomică lampă catodică pentru Mg soluţie etalon reactiv prepararea extractelor de sol-ca la colorimetrică,c< 10 μg/cm 3. metoda este foarte sensibilă, rapidă, simplă, reproductibilă C D K mg Mg/g sol uscat la C = g 1000 intensitatea coloraţiei se citeşte la λ = 285,2 Nm 10

11 IX. CONCLUZII Monitorizarea constă în studierea concentraţiilor, repartiţia poluanţilor în mediu precum şi efectele lor asupra ecosistemelor. Determinarea sărurilor se realizează prin diferite metode care pot prezenta atât avantaje cât şi dezavantaje - Tabelul 2. Dintre metodele de determinare a sărurilor cea mai eficientă, rapidă şi precisă este cea spectrofotometrică, dar prezintă marele dezavantaj preţul. Metoda gravimetrică este foarte folosită la determinarea sărurilor din sol deşi este o metodă care necesită mult timp. Celelalte două metode sunt foarte uşor de aplicat, dar reducerea erorilor de la titrare respectiv de apreciere a culorii depinde de laborant. Tabelul 2. Avantaje/dezavantaje generale: Metode Avantaje Dezavantaje Titrimetrică - determinarea se realizează - nu este foarte precisă, exactă uşor - costuri scăzute - aparatura simplă Colorimetrică - costuri scăzute - nu este precisă - aparatura simplă Gravimetrică - este eficientă - este lentă Spectofotometrică de absorţie - este eficientă şi rapidă - este scumpă 11

12 X. BIBLIOGRAFIE 1. Ecologie şi protecţia mediului, Irina Teodorescu, Geta Rîşnoveanu, Claudia Manuela Neguţ, Editura Constelaţii, Bucureşti, Chimia sanitară a mediului, Sergiu Mănescu, Manole Cucu, Mona Ligia Diaconescu, Editura Medicală Bucureşti, Poluarea şi monitorizarea mediului, Camelia Drăghici, Dana Perniu, Editura Universităţi Transilvania,