Научная статья на тему 'Термохимические характеристики глинистых минералов и слюд'

Термохимические характеристики глинистых минералов и слюд Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
1233
239
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ / THERMAL ASSAY / МИНЕРАЛЫ / MINERALS / ПОЧВА / SOIL / МОНТМОРИЛЛОНИТ / MONTMORILLONITE / КАОЛИНИТ / KAOLINITE / МИНЕРАЛЫ ГРУППЫ СЛЮД: МУСКОВИТ / MINERALS OF MICA GROUP: MUSCOVITE / БИОТИТ / BIOTITE

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Маслова М. Д., Белопухов С. Л., Тимохина Е. С., Шнее Т. В., Нефедьева Е. Э.

С помощью термического анализа нами были изучены характеристики глинистых минералов, наиболее часто встречающихся в составах почв: монтмориллонит, каолинит, минералы группы слюд: мусковит, биотит. Показано, что данным методом можно определить минералогический состав почв различных регионов страны, количественные и качественные характеристики органического вещества, содержание гигроскопической воды, установить характер гидратированных обменных ионов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Маслова М. Д., Белопухов С. Л., Тимохина Е. С., Шнее Т. В., Нефедьева Е. Э.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Термохимические характеристики глинистых минералов и слюд»

УДК 631.417:631.413

М. Д. Маслова, С. Л. Белопухов, Е. С. Тимохина, Т. В. Шнее, Е. Э. Нефедьева, И. Г. Шайхиев

ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ И СЛЮД

Ключевые слова: термический анализ, минералы, почва, монтмориллонит, каолинит, минералы группы слюд: мусковит, биотит.

С помощью термического анализа нами были изучены характеристики глинистых минералов, наиболее часто встречающихся в составах почв: монтмориллонит, каолинит, минералы группы слюд: мусковит, биотит. Показано, что данным методом можно определить минералогический состав почв различных регионов страны, количественные и качественные характеристики органического вещества, содержание гигроскопической воды, установить характер гидратированных обменных ионов.

Keywords: thermal assay, minerals, soil, montmorillonite, kaolinite, minerals of mica group: muscovite, biotite.

Characteristics of clay materials such as muscovite and biotite which are most often encountered as soil components were studied by thermal assay. Mineralogical makeup of soils from different regions of country, qualitative and quantitative characteristics of organic substances, qualitative characteristics of hygroscopic water, as well as determination the character of aquated exchangeable ions can be realised by this method.

Введение

Благодаря своим широким возможностям термография используется во многих областях науки и техники: в физической, неорганической и органической химии, в геологии, почвоведении, агрономии, гидротехнике, металлургии, в цементной, керамической, абразивной, пищевой, фармацевтической, текстильной промышленности и так далее [1, 2]. Объектами исследования служат самые разнообразные вещества: минералы, соли, почвы, металлы и сплавы, цементы, керамика, строительные материалы, полимеры, масла, жиры, угли, битумы, взрывчатые вещества и другие.

Термический анализ - весьма перспективный метод для решения ряда геологических задач. В настоящее время термический анализ находит свое применение при исследовании таких биологических объектов как почва. С помощью термографии можно исследовать минералогический состав почвы, определить количество гигроскопической влаги, содержание и состав органического вещества, структурные особенности гумусовых веществ почвы, определить соотношения стабильных и малостабильных фрагментов в составе гумусовых кислот [5, 6, 8]. Все перечисленные параметры определяются в образце малой массы (до 1 г) в течение полутора часов.

В связи с тем, что некоторыми исследователями высказываются мнения о невозможности в таких сложных биологических объектах, как почвы диагностировать состав первичных и вторичных минералов, нами была предпринята попытка показать, как различные чистые минералы ведут себя в искусственно созданных смесях с точки зрения термографического исследования. В процессе работы изучены термические характеристики глинистых минералов, наиболее часто встречающихся в составах почв: монтмориллонит, каолинит, минералы группы слюд: мусковит и биотит.

Цель работы - с помощью термического метода исследовать чистые глинистые минералы и их смеси, дать оценку влияния каждого минерала в составе смеси на термографическую кривую и пока-

зать возможность применения данного метода при исследовании почв.

Экспериментальная часть

В процессе подготовки минералы были растерты до состояния пыли в агатовой ступке и помещены в эксикатор под Са(ЫО3)2, где высушивались до постоянной массы. Все слюды измельчались постригом. Минералы для исследований предоставлены кафедрой почвоведения, геологии и ландшафто-ведения РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева.

Также были исследованы образцы черноземных почв, которые были отобраны в двух провинциях Рязанской области - на северо-востоке (№2) и юге области (№№1). Глубина отбора в обоих случаях 0-20 см, некоторые их свойства представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Некоторые свойства чернозема опод-золенного

Тип почвы РНН2О Гумус, % ЕКО, мг-экв на 100 г

Чернозем оподзо-ленный, №1 7,00 6.75 35,45

Чернозем оподзо-ленный, №2 6.85 6.78 35.54

Для определения минералогического состава использовался метод дифференциально-термического анализа (ДТА). Метод основан на учете тепловых изменений вещества при нагревании или охлаждении, обусловленных химической структурой и составом данного вещества. Если в результате термического воздействия в исследуемом образце произойдет фазовое превращение или химическое изменение, сопровождающееся поглощением или выделением энергии, то возникает разность температур между образцом и эталоном, пропорциональная количеству поглощенной или выделенной энергии. Эта разность температур регистрируется на кривой ДТА в виде отклонения выше или ниже базисной линии и называется термическим эффектом. Термические эффекты, соответствующие процессам, связанным с поглощением энергии, и

изображаемые на кривой ДТА в виде отклонения ниже базисной линии, называются эндотермическим, а связанные с выделением энергии и регистрирующиеся отклонением кривой ДТА вверх - экзотермическими. Исследования проводились на усовершенствованном термоаналитическом комплексе на базе приборе марки «р- 1500Б» [3, 4].

Результаты и их обсуждение

Данные термического анализа сравнивались с эталонами кривых нагревания глинистых минералов [9] в соответствии с ранее предложенными методиками [10-12].

Монтмориллонит - глинистый минерал из подкласса слоистых силикатов

с переменным химическим составом (Ca, Na)(Mg, Fe)2 [ф, O10KOH)2 nH2O. [7]

Распространенная изоморфная серия минералов групп монтмориллонитов характеризуется присутствием на кривых ДТА трех эндотермических эффектов:

1) (100-170 0С) - интенсивный низкотемпературный эффект характеризует выделение адсорбционной и механической воды;

2) (650-750 0С) - удаление конституционной гид-роксильной воды основной порции структурной Н2О и частичная амортизация вещества;

3) (800-890 0С) - выделение оставшейся конституционной Н2О, полное разрушение минерала.

При температуре 95-1100 0С происходит кристаллизация новых форм - образование глин.

На кривые нагревания монтмориллонитов оказывает значительное влияние изомерное замещение Al, железом или магнием. Железо способствует понижению, магний повышению температуры эндо-эффектов выделения гидроксильной воды.

В Al-монтмориллонитах температура второго эндоэффекта колеблется в пределах 600-700 0С и 700-800 0С.

В магнезиальных разностях (сопонитах) практически вся вода выделяется при высоких температурах в интервале 800-900 0С.

В железистых монтмориллонитах основной эффект выделения структурной Н2О сдвигается в область более низких температур - 4000-600 0С (нон-тронит), 500-600 0С - железистый монтмориллонит. На конфигурацию кривых ДТА монтмориллонита большое влияние оказывают ионы поглощенного обменного комплекса. Последние оказывают влияние, как на конфигурацию, так и на температуры эндоэффектов в области - от 80-200 0С, так и в области температур 800-1000 0С.

Так, если в составе монтмориллонита отличается содержание №, K - межслойных катионов, эндоэффект при температуре 150-250 0С не имеет дополнительных перегибов. Если в структуре монтмориллонита наблюдается Ca-ионы, то в области низких температур появляется дополнительные эн-доэффекты при температуре 200-230 0С.

В результате по конфигурации эндоэффекта низкотемпературной области на кривых ДТА монтмориллонитов можно установить характер гидра-тированных обменных ионов.

Результаты анализа монтмориллонита представлены на кривых ДТА и ДТГ и в табл. 2.

Таблица 2 - Результаты термического анализа (ДТА, ДТГ) минерала монтмориллонита

Образец, масса, мг Потеря массы, в %/мг Температура эффекта, оС (числитель), Содержание компонента, % (знаменатель)

№605 302,1 мг 13,1/ 39,4 (-)170* (-)575* (-)865* (-)940*

8,7 2,6 1,6 0,15

№607 302,3 мг 13,1/ 40,5 -170 560 -870 -950

8,70 2,7 1,50 0,28

№608 300,5 мг 13,0/ 39,2 -170 -560 -870 -950

8,3 3,5 1,4 0,3

* знак (-) - эндотермический эффект; знак (+) - экзотермический эффект

На кривых ДТА всех 3-х повторностей отмечается интенсивный эндоэффект при температуре 170 0С, свидетельствующий о выделении адсорбционной воды в структуре минерала. Причем, необходимо отметить небольшую остановку при температуре 250 0С, характерную для Са-обменных ионов в структуре минерала.

Эндоэффекты высокоструктурной области, характеризующие удаление структурной воды, выражены слабее. Первый - при температуре 575 0С -более интенсивный по сравнению с высокотемпературными эффектами в области 800-940 0С, его температура сдвинута в область температур 500-600 0С, то есть монтмориллонит представлен железистыми разностями. Эндоэффект при температуре 940 0С свидетельствует о потере оставшейся конституционной воды и о разрушении минерала.

Таким образом, результаты наших исследований минерала монтмориллонита показывают полную идентичность с эталонными кривыми минералов этой группы.

На всех трех термограммах отличается эн-доэффект при температуре 865 0С. Данный эффект -диссоциация с образованием оксида кальция, характерен для карбоната кальция.

По кривым ТГ и ДТГ нами рассчитаны потеря массы и содержание адсорбционной, конституционной воды в структуре минерала и содержание СаСО3.

Потеря массы, как в миллиграммах, так и в процентах практически одинаковы для всех трех образцов. Содержание адсорбционной воды находится в пределах 25-26 % от потери массы. Несколько колеблется результаты в пределах 2-2,5 % ошибки эндоэффекта при температуре 575 0С. Содержание СаСО3 в образце несколько разнится от образца к образцу, что можно объяснить тем, что СаСО3 является примесью в образцах глины, а не основным элементом.

Таким образом, по результатам анализа минералов монтмориллонитовой группы можно констатировать идентичность термоэффектов, как на кривых ДТА, так и на кривых ДТГ при исследовании 3-х образцов глин. Ошибка опыта - менее 1 %. Поэтому результаты остальных исследований нами будут представлены средними показателями.

Рис. 1 - Монтмориллонит (образец № 607)

Следующий минерал, исследуемый нами, каолинит - диоктаэдрический минерал из группы каолинита. Формула Al[Si2O5](OH)4 [7]. Состав: SiO2 = 48 %; А1203 = 42 %; H2O ~ 10 %. Условия проведения опыта такие же, как и для монтмориллонита. Результаты представлены на кривых ДТА и ДТГ и в табл. 3.

Таблица 3 - Результаты термического анализа (ДТА, ДТГ) минерала каолинита (Среднее из 3-х повторностей)

Масса, мг Потеря массы, в %/ мг Температура эффекта, оС

(-)105* (-)595* (-)945*

270,97 13,9/ 37,8 Сод. в % 0,8 11,5 1,62

Сод. в мг 2,17 31,22 4,43

* знак (-) - эндотермический эффект; знак (+) - экзотермический эффект

На кривых ДТА каолинитов регистрируется низкотемпературный эндотермический эффект 50200 0С, обусловленный удалением адсорбированной воды; присутствие последней связанно с высокой удельной поверхностью частиц, находящейся обычно в прямой зависимости от разупорядоченности структуры каолинита.

Основные термоэффекты, характерные для минералов группы каолинита фиксируются на кривых ДТА в области высоких температур. Первый -эндоэффект при температуре 500-600 0С, связанный с удалением конституционной воды в структуре минерала.

Второй - экзотермический эффект в области 900-1100 0С - выделение оставшейся конституционной воды и разрушение минерала.

При интерпретации термических эффектов на кривой нагревания каолинита существует так называемый каолинитовый спор. Одни считают, что происходит распад минерала до оксидов алюминия и кремния, другие, что распада не происходит.

Рис. 2 - Каолинит (образец № 587)

В нашем опыте на кривых ДТА отмечены три термоэффекта: в низкотемпературной области при температуре 105 0С; интенсивный эндоэффект при температуре от 595 0С, в этот промежуток удаляется из минерала основная часть структурной воды и начинается частичная амортизация вещества.

На кривой ДТА отмечается интенсивный экзоэффект при температуре 945 0С - при этом происходит выделение оставшейся части конституционной воды и полное разрушение минерала.

Нами также были исследованы минералы группы слюд - мусковит (породообразующий материал группы слюд подкласса слоистых силикатов, КА12-[А^3Ою](ОН)2.) [7] и биотит (минерал из группы слоистых силикатов, подгруппы железисто-магнезиальных триоктаэдрических слюд. Формула К(Мд, РеЫА^ЬОю (ОН, Р)2]). [7] Результаты испытаний представлены на кривых ДТА и ДТГ и в таблицах 4 и 5.

Таблица 4 - Результаты термического анализа (ДТА, ДТГ) минерала мусковита (среднее из 3-х повторностей)

Мас- Потеря Температура эффекта, градусы С

са, мг массы в %/ мг

172,7 4,21/ (-)110* (-)640* (-)860*

7,28 Сод. в % 0,2 0,6 3,41

Сод. в 0,35 1,04 5,89

мг

* знак (-) - эндотермический эффект; знак (+) - экзотермический эффект

Результаты наших исследований по четырем группам минералов показали идентичность термических кривых с эталонными кривыми.

Далее нами были исследованы смеси минералов:

монтмориллонит - каолинит - 1:1; монтмориллонит - мусковит - 1:1; монтмориллонит-биотит - 1:1; каолинит - мусковит - 1:1;

монтмориллонит - каолинит - мусковит - 1:1:1; монтмориллонит - каолинит - биотит - 1:1:1; каолинит - мусковит - биотит - 1:1:1.

Представим результаты некоторых исследований. На кривых ДТА и ДТГ и в таблице № 6 показаны результаты исследования смеси монтмориллонит - каолинит.

Таблица 5 - Результаты термического анализа (ДТА, ДТГ) минерала биотита (среднее из 3-х по-вторностей)

Мас- Потеря Температура эффекта, градусы С

са, мг массы в %/ мг

172,7 4,21/ (-)100* (-)635* (-)640*

7,28 Сод. в % 1 0,9 0,3

Сод. в 3,02 2,72 0,91

мг

* знак (-) - эндотермический эффект; знак (+) - экзотермический эффект

Таблица 6 - Результаты термического анализа (ДТА, ДТГ) смеси монтмориллонит-каолинит 1:1

Масса, мг

278,1

Потеря массы в

%/ мг

17,8/ 49,49

Температура эффекта, градусы С

(-) 140* (-) 570* (-) 650* (-) 860 * (-) 940 *

Сод. в % 8 7,5 1,5 0,8

Сод. в мг 22,25 20,85 4,17 2,22

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(+)

960 *

* знак (-) - эндотермический эффект; знак (+) - экзотермический эффект

На кривых ДТА отмечается 2 интенсивных эндоэффекта:

1) при температуре 1400С - характерный для минералов группы монтмориллонита - выделение адсорбционной и межслойной воды;

2) более интенсивный, чем первый, при температуре 5700С, характерный для минералов группы каолинитов - выделение воды, связанной с гидроксильными группами в кристаллической решетке минерала.

В высокотемпературной области термические эффекты менее интенсивны. Эндоэффект при 6100С связан с удалением гидроксильной воды и почти полное разрушение кристаллической решетки монтмориллонита; эндоэффект при температуре 9400С, также характерен для минералов группы монтмориллонита - потеря оставшейся части конституционной воды и структурная перестройка, приводящая к возникновению новых фаз.

Интенсивный экзоэффект при температуре 9500С, характерен для минералов группы каолинита. Эндотермические эффекты при температуре 8600С, свидетельствуют наличии карбонатов кальция в смеси минералов.

Рис. 3 - Монтмориллонит - каолинит -1:1 (образец 667)

Таким образом, на термограммах смеси двух минералов отмечаются все характерные для них термические эффекты.

Следующий образец представлен смесью монтмориллонита и мусковита, результаты исследований которого представлены в табл. 7 и на рис. 4.

Таблица 7 - Результаты термического анализа (ДТА, ДТГ) смеси монтмориллонита и мусковита

Масса, мг Потеря массы в %/ мг Температура эффекта, градусы С

287,4 10,2/2 9,3 (-) 110* (-) 210* (-) 600* (-) 640* (-) 900*

Сод. в % 4,8 0,1 2.2 0,7 2,4 1

Сод. в мг 13, 80 0,2 8 6,3 2 2,0 1 6,9 3

* знак (-) - эндотермический эффект; знак (+) - экзотермический эффект

Эндотермический эффект низкотемпературной области характерен для минерала монтмориллонита (1100С), выделение межслойной адсорбционной воды. Второй эндоэффект (2100С) сопровождается удалением воды, связанной с адсорбированными основаниями Са и 1^. Эндоэффект при температуре 6000С также характерен для монтмориллонита - удаление гидроксильной воды в структуре минерала.

Интенсивный эндоэффект высокотемпературной области (9000С) характеризует минерал мусковит - дегидратация и перестройка кристаллической решетки минерала. На кривых ДТА и ДТГ отчетливо регистрируется эндоэффект при температуре 6400С, характерный для карбонатов магния. Как видно и в данном случае на термограмме отмечаются все термические эффекты, присущие минералам, входящим в изучаемую нами смесь.

I, ' I | 944,8 | 10,21 ОТЯ, 'I | 17,04 ПК. ы | -24,12

00:00:00,0 00:10:00,0 00:20:00,0 00:30:00,0 00:40:00,0 00:53:12^»

Рис. 4 - Монтмориллонит и мусковит (образец № 662)

Приведем данные исследования смеси, состоящей из трех компонентов: монтмориллонит-каолинит-мусковит - 1:1:1, отраженные на кривых ДТА и ДТГ (рис. 5) и в табл. 8.

I. "С 951,2 те, -Л -10.39 СТА, Г 3,43 [II мг/мпн -15.44

00:00:00,0 00:10:00,0 00:20:00,0 00:30:00,0 00:40:00,0 00:50:00,0 01:00:12,0

Рис. 5 - Монтмориллонит - каолинит - мусковит - 1:1:1 (образец №840)

Результаты термического анализа показывают сохранение термоэффектов, присущих входящим в смесь минералам. Для монтмориллонита -эндоэффекты при температуре 125, 640 и 9100С; каолинита - интенсивный эндоэффект при температуре 5500 С и достаточно сглаженный экзоэффект высокотемпературной области - 9450С. На кривых ДТГ в области высоких температур отмечается эффект при температуре 845°С, этот же эффект на кривой ДТА имеет менее выраженный характер.

Менее интенсивные эффекты - экзоэффект при температуре (+)9400, связанный с кристаллизацией вещества, характеризующий минерал каолинит и эндоэффект температуре 845°С характеризующий

минерал мусковит - дегидратация и перестройка кристаллической решетки, связаны, по видимому с взаимным влиянием минералов на эти эффекты в близкой области температур [15,16].

Таблица 8 - Результаты термического анализа (ДТА, ДТГ) смеси монтмориллонит - каолинит -мусковит - 1:1:1

Мас- Поте- Температура эффекта, градусы С

са, ря

мг массы в %/ мг

270, 6 10,4/2 8,1 (-) 125 (-) 550 (-) 630 (-) 845 (+) 945

* * * * *

Сод 3,4 5,1 1,5 0,39

%

Сод 9,2 13,8 4,06 1,06

мг

* знак (-) - эндотермический эффект; знак (+) - экзотермический эффект

Таким образом, можно сделать вывод, что в результате термического анализа смесей минералов сохраняются все термические эффекты, присущие входящим в смесь минералам, то есть термический анализ пригоден для идентификации минералов, входящих в состав биологических образцов.

Изучение минералогического состава черноземов Европейской части России

На кривых ДТА и ДТГ чернозема оподзо-ленного (образец № 1 - юг Рязанской области) отмечаются два интенсивных эндоэффекта низкотемпературной области характерные для минералов группы гидрослюд и монтмориллонитов. Содержание гигроскопической воды для верхних горизонтов составляет 3.46%. На кривой ДТГ отмечается объемный эффект при температуре 250°С, свидетельствующий о достаточно большом содержании ионов кальция в составе ППК данного чернозема. Результаты исследования указаны в таблице 9.

Содержание органического вещества представлено тремя экзоэффектами - 400, 440 и 610°С, что свидетельствует о разнокачественном содержании органического вещества. Экзоэффект при температуре 400 °С преобладает над двумя другими, т.е. органическое вещество данной почвы представлено гуминовыми кислотами периферической части с большим содержанием боковых алифатических цепочек. Экзоэффект при температуре 610°С свидетельствует о присутствии органо-минерального комплекса в составе чернозема. При данных температурах происходит разрушение более устойчивых алифатических цепей, предполагается соединение между собой ароматических колец, отщепление более устойчивых функциональных групп, а также отдельных циклов и ароматических колец для разрушения, которых требуется больше энергии [10-14, 17]. При температуре свыше 600оС может происходить деструкция конденсированной ароматической части молекулы, выделение углерода и его окисление (В.А.Чернооков)

Таблица 9 - Результаты термического анализа чернозема оподзоленного (№1)

По Масса/ % Содержание в образце, %

чва Поте- по- Гигро- Органи- Мине-

ря, мг тери скопи- ческое ральная

ческая вещест- часть

Н2О во

А, 714/12 17.3 2.72 4.25/2.73 7.99

(2- 4.2 9 6.68 карбона-

30) ты =2.16

глини-

стые-5.83

Содержание органического вещества по данным ДТГ и ТГ составляет 6.68 %, по данным химического анализа (по Тюрину) - 6.75 %. Но по данным термического анализа можно рассчитать содержание органического вещества, представленного различным строением молекулы гуминовых кислот. Так, для данных почв, так называемое «молодое» органическое вещество преобладает, его содержание составляет 4.25 % против 2.73 %.

Небольшая остановка при температуре 530°С свидетельствует о наличие кварца в составе исследуемой почвы. Эндотермические эффекты -720 и 800° С отмечают наличие карбонатов магния и кальция. Интенсивный эндоэффект при температуре 540°С и два термических эффекта высокотемпературной области при 890 и 940°С указывают на наличие достаточно большого количества глинистых минералов группы монтмориллонита и каолинита. Содержание минералов монтмориллонита составляет 3.01 %; группы каолинита - 2.39 % .

Данные термоанализа образца №2 (северо-восток Рязанской области) представлены в табл. 10.

Таблица 10 - Результаты термического анализа (ДТА, ДТГ) чернозема оподзоленного (№2)

Ма По- Температура эффекта, градусы С

сса теря

мг массы в %/ мг

500 13.95/ (-) (+) (+) (-) (-) (-)

.9 69.78 125 380 440 510 640 710, (-) 870, (-) 920, (+) 940

Сод 4.00 4.50 2.10 - 1.4 1.93

%

Сод 20.0 22.5 7.01 9.55

мг 2 4 10.5 2

* знак (-) - эндотермический эффект; знак (+) - экзотермический эффект

Термограммы образца № 2 чернозема опод-золенного несколько отличаются от образца №1. Расчетную таблицу для этого образца мы сделали в другой форме.

Низкотемпературная область образца №2, как на кривой ДТА, так и на кривой ДТГ представлена одним эндотермическим эффектом при температуре 125 °С, что несколько выше, чем в образце

чернозема южной части Рязанской области. Потеря массы этого эффекта составляет 4 %, что почти в 1.5 раза больше чем в образце №1. Данный эффект характерен для минералов группы монтмориллонита и гидрослюд.

Органическое вещество сгорает при температуре 380 и 440 °С. Содержание органического вещества, представленного гуминовыми кислотами, молекулы которых в своем составе содержат, в основном, периферическую часть боковых алифатических цепочек, так называемое «молодое» органическое вещество, выше, и составляет 4.50 %. Молекулы гуминовых кислот более устойчивых алифатических цепей и ароматических колец в составе молекулы гуминовых кислот составляют 2.1 % Общее содержание органического вещества по методу термоанализа - 6.60 %, органическое вещество, рассчитанное по методу Тюрина - 6.78 %.

В составе исследуемой почвы имеется кварц - эндоэффект при температуре 510°С. Интенсивный эндоэффект высокотемпературной области при 640° С характеризует выделение конституционной воды для глинистых минералов группы каолинита. Несколько ниже содержание карбонатов магния и кальция - эндоэффекты при температурах -710°С и 830°С менее выражены по сравнению с образцом №1. Интенсивный эндоэффект при температуре 640°С и два термоэффекта - эндотермический при температуре 920°С и экзо при 940°С, свидетельствуют о наличие глинистых минералов групп монтмориллонита и каолинита в составе исследуемой почвы. Содержание глинистых минералов, составляет 3.34% , что почти в 1.5 раз ниже, чем в образце №1.

Выводы

1. Метод термического анализа применим для количественного анализа как первичных, так и вторичных минералов, их смесей друг с другом, а также для идентификации и количественного определения минералов в почвах (например, черноземах оподзоленных).

2. В результате изучения чистых глинистых минералов и их смесей термогравиметрический анализ показал четкую идентификацию термоэффектов, присущих данным минералам. При термическом анализе смесей минералов сохраняются экзо- и эндотермические эффекты, характерные для исследуемых минералов: монтмориллонита, каолинита, биотита, мусковита, входящих в смесь минералов.

3. Термоанализ позволяет провести процесс идентификации минералов на уровне 0,8-1,5 % и идентифицировать минералы по энергии активации.

4. Термический анализ - быстрый и очень точный метод определения состава исследуемого образца, его можно использовать при исследовании большого количества образцов, при мониторинге окружающей среды.

5. Термический анализ пригоден при исследовании различных биологических объектов, как точный

и быстрый, малозатратный, высокоэффективный и информационный метод.

Литература

1. Г.И. Аранович, Ю.Н. Коршунов, Ю.С. Ляликов, Справочник по физико-химическим методам анализа веществ. Судостроение, Ленинград. 1979. 648 с.

2. В.И. Альмяшев, В.В. Гусаров, Термические методы анализа: Учебное пособие. СПбГЭТУ (ЛЭТИ), Санкт-Петербург .1999. 40 с.

3. С.Л. Белопухов, Т.В. Шнее, А.А. Шевченко, Термоаналитический комплекс. Технические условия. ТУ 6630001-00492931-2010.

4. С.Л. Белопухов, Т.В. Шнее, И.И. Дмитревская, М.Д. Маслова, Методические указания по проведению испытаний биологических образцов методом термического анализа. Изд-во РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва. 2014. 87 с.

5. С.Л. Белопухов, А.С. Цыгуткин, А.Л. Штеле, Достижения науки и техники АПК, 4, 56-58 (2013).

6. Л.Г. Берг, Введение в термографию. Наука, Москва. 1969. 396 с.

7. Н.И. Горбунов, Минералогия и коллоидная химия почв. «Наука», Москва. 1974. 316 с.

8. У.А. Дир, Р.А. Хауи, Дж.Зусман, Породообразующие минералы. Мусковит. Том 3. Изд. «МИР». 1965.,318 с.

9. В.П. Иванова, Б.К. Касатов, Т.Н. Красавина, Е.Л. Розинова, Термический анализ минералов и горных пород. «Недра», Ленинград. 1974. 399 с.

10. Е.В. Калабашкина, С.Л. Белопухов, Бутлеровские сообщения, 28, 20,11-14 (2011).

11. М. Д. Маслова, Т.В. Шнее, С. Л. Белопухов, Р.Ф. Бай-беков, Плодородие, 2, 41-43 (2014).

12. М.Д. Маслова, Т.В. Шнее, И.С. Прохоров, С.Л. Белопухов, Агрохимический вестник, 1, 30-32 (2014).

13. В.И. Савич, С.Л. Белопухов, В.А. Седых, Д.Н. Ники-точкин, Известия ТСХА, 6, 5-11 (2013).

14. Т.В. Шнее, С.Л. Белопухов, Известия Государственного Аграрного университета Армении, 4, 10-13 (2010).

15. Т.В. Шнее, С.Э. Старых, Т.А. Фёдорова, М.Д. Мас-лова, С.Л. Белопухов, А.А. Шевченко, Плодородие, 3, 33-35 (2014).

16. Т.В. Шнее, В.А. Кончиц, А.А. Шевченко, С.Л. Белопухов, Бутлеровские сообщения, 21, 7, 74-77 (2010).

17. С.Л. Белопухов, И.И. Дмитревская, В.Г. Лабок, Ю.В. Кулемкин, Г.П. Толмачев, Бутлеровские сообщения, 31, 7, 124-128 (2012).

18. Р.А. Скочилов, А.И. Фишман, А.А. Иванов, А.И. Носков, А.Б. Ремизов, Вестник Казанского технологического университета, 10. 135-142 (2011).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

19. А.А. Ламберов, Е.Ю. Ситникова, А.Ш. Абдулганее-ва, Вестник Казанского технологического университета, 23, 83-89 (2011).

© М. Д. Маслова - аспирант кафедры физической и органической химии РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева; С. Л. Белопухов - д-р с.-х. наук, профессор, зав. кафедрой физической и органической химии РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, тел. +7 (499) 976-32-16, e-mail [email protected]; Е.С. Тимохина - магистрант кафедры физической и органической химии РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева; Т. В. Шнее - канд.биол.наук, доцент кафедры физической и органической химии РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева; Е. Э. Нефедьева - д-р биол. наук, профессор кафедры «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» Волгоградского государственного технического университета; И. Г. Шайхиев - д-р техн. наук, зав. каф. инженерной экологии КНИТУ, [email protected].

© M. D. Maslova - postgraduate of Physical and Organic Chemistry Dept. of Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev, phone +7 (499) 976-32-16; S. L. Belopukhov - Dr., Prof. of Agricultural Sciences, Head of Physical and Organic Chemistry Dept. of Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev, phone +7 (499) 976 32-16 e-mail [email protected]; E. S. Timokhina - magister of Physical and Organic Chemistry Dept. of Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev; T. V. Shnee - professor of Physical and Organic Chemistry Dept. of Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev; E.E. Nefedyeva Dr., Prof. of Biological Sciences, Prof. of Industrial Ecology and Safety of Volgograd State Technical University, I. G. Shaikhiev - Dr of Technical Sciences, Head of Engineering Ecology Dept. of Kazan National Research Technological University, [email protected].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.