| s i |протягом періоду часу | |
| |Дельта t | |
| | i | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| ads |маса дослідної речовини, |мкг |
|m (eq) |адсорбованої в ґрунті на | |
| s |момент адсорбційної | |
| |рівноваги | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|m |маса дослідної речовини в |мкг |
| 0 |дослідній колбі на момент | |
| |початку дослідження | |
| |адсорбції | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| ads |маса дослідної речовини, |мкг |
|m (t ) |виміряна в аліквотній | |
| m i | A | |
| |частині V на момент | |
| | a | |
| |часу t | |
| | i | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| ads |маса дослідної речовини в |мкг |
|m (eq) |розчині на момент | |
| aq |адсорбційної рівноваги | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|m |величина фази ґрунту, |г |
| soil |виражена сухою масою | |
| |ґрунту | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|C |масова концентрація | -3 |
| st |базового розчину речовини |мкг см |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|C |початкова масова | -3 |
| 0 |концентрація базового |мкг см |
| |розчину, який контактує з | |
| |ґрунтом | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| ads |масова концентрація | -3 |
|C (t ) |речовини у водній фазі на |мкг см |
| aq i |момент часу проведення | |
| |аналізу t | |
| | i | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| ads |вміст речовини, | -1 |
|C (eq) |адсорбованої в ґрунті на |мкг г |
| s |момент адсорбційної | |
| |рівноваги | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| ads |масова концентрація | -3 |
|C (eq) |речовини у водній фазі на |мкг см |
| aq |момент адсорбційної | |
| |рівноваги | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|V |початковий об'єм водної |куб.см |
| 0 |фази, який контактує з | |
| |ґрунтом протягом | |
| |дослідження адсорбції | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| A |об'єм аліквотної частини | |
|V |для вимірювання дослідної | |
| a |речовини | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|K |коефіцієнт розповсюдження | -1 |
| d |для адсорбції |куб.см г |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|K |коефіцієнт адсорбції з | -1 |
| oc |поправкою на органічний |куб.см г |
| |вуглець | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|K |коефіцієнт адсорбції з | -1 |
| om |поправкою на органічну |куб.см г |
| |речовину | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| ads |коефіцієнт адсорбції | 1-1/n 1/n -1|
|K |Фрейндліха |мкг куб.см г |
| F | | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|1/n |експонента Фрейндліха | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|Dt |відсоток десорбції на |% |
| i |момент часу t | |
| | i | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|D |відсоток десорбції протягом|% |
| (Дельта t ) |періоду часу Дельта t | |
| i | i | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|K |позірний коефіцієнт | -1 |
| des |десорбції |куб.см г |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| des |коефіцієнт десорбції | 1-1/n 1/n -1|
|K |Фрейндліха |мкг куб.см г |
| F | | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| des |маса дослідної речовини, |мкг |
|m (t ) |десорбованої із ґрунту на | |
| aq i |момент часу t | |
| | i | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| des |маса дослідної речовини, |мкг |
|m (Дельта t )|десорбованої із ґрунту | |
| m i |протягом періоду часу | |
| |Дельта t | |
| | i | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| des |аналітично визначена маса |мкг |
|m (eq) |речовини у водній фазі на | |
| m |момент десорбційної | |
| |рівноваги | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| des |загальна маса дослідної |мкг |
|m (eq) |речовини, десорбованої на | |
| aq |момент десорбційної | |
| |рівноваги | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| des |маса речовини, що |мкг |
|m (Дельта t )|залишається адсорбованою в | |
| s i |ґрунті після періоду часу | |
| |Дельта t | |
| | i | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| A |маса речовини, що |мкг |
|m |залишилася після | |
| aq |адсорбційної рівноваги | |
| |через неповне заміщення | |
| |об'єму | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| des |вміст дослідної речовини, | -1 |
|C (eq) |що залишається |мкг г |
| s |адсорбованою в ґрунті на | |
| |момент десорбційної | |
| |рівноваги | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| des |масова концентрація | -3 |
|C (eq) |дослідної речовини у |мкг см |
| aq |водній фазі на момент | |
| |десорбційної рівноваги | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|V |загальний об'єм водної |куб.см |
| T |фази, яка контактує з | |
| |ґрунтом під час дослідження| |
| |кінетики десорбції, | |
| |проведеного за серійним | |
| |методом | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|V |об'єм надосадового розчину,|куб.см |
| R |видаленого з колби після | |
| |досягнення адсорбційної | |
| |рівноваги і заміщеного | |
| |таким же об'ємом розчину | |
| |0,01 М CaCl | |
| | 2 | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| D |об'єм аліквотної проби, |куб.см |
|V |взятої для цілей аналізу | |
| a |на момент часу (і) під час | |
| |дослідження кінетики | |
| |десорбції, проведеного | |
| |за серійним методом | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| r |об'єм розчину, взятого із |куб.см |
|V |колби (і) для | |
| r |вимірювання дослідної | |
| |речовини під час | |
| |дослідження кінетики | |
| |десорбції (паралельний | |
| |метод) | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
| F |об'єм розчину, взятого |куб.см |
|V |із колби (і) для | |
| r |вимірювання дослідної | |
| |речовини на момент | |
| |десорбційної рівноваги | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|MB |баланс речовини |% |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|m |загальна маса дослідної |мкг |
| E |речовини, одержаної | |
| |із ґрунту та стінок | |
| |дослідної посудини в два | |
| |етапи | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|V |об'єм надосадової речовини,|куб.см |
| rec |одержаної після | |
| |адсорбційної рівноваги | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|P |коефіцієнт розділення | |
| ow |октанол/вода | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|pKa |константа дисоціації | |
|----------------+---------------------------+-----------------------|
|S |розчинність води | -1 |
| W | |г л |
----------------------------------------------------------------------
1.4. ПРИНЦИП МЕТОДУ ДОСЛІДЖЕННЯ
Відомі об'єми розчинів дослідної речовини, не мічені аборадіоактивно мічені, з відомими концентраціями в розчині 0,01 МCaCl додаються до зразків ґрунту з відомою сухою масою, які були
2
попередньо врівноважені в розчині 0,01 М CaCl . Суміш достатньо
2
збовтується. Після цього ґрунтові суспензії сепаруються за
допомогою центрифугування і, за бажанням, фільтрування, і
аналізується водна фаза. Обсяг дослідної речовини, адсорбованої в
зразку ґрунту, розраховується як різниця між початковим обсягом
дослідної речовини і обсягом дослідної речовини, що залишилася
після закінчення експерименту (непрямий метод).
Як варіант, обсяг адсорбованої дослідної речовини можнавизначити безпосередньо шляхом аналізу ґрунту (прямий метод). Цяпроцедура, яка полягає в поетапному екстрагуванні речовини зґрунту за допомогою відповідного розчинника, рекомендована в тихвипадках, коли різницю між концентраціями речовини в розчинах неможна точно визначити. Приклади таких випадків: адсорбціядослідної речовини на поверхні дослідних посудин, нестабільністьдослідної речовини протягом експерименту, низька адсорбція, якапризводить до незначної зміни концентрації в розчині, а такожсильна адсорбція, яка призводить до одержання низькихконцентрацій, які не можна точно визначити. Якщо використовуєтьсярадіоактивно мічена речовина, екстракції з ґрунту можна уникнути,провівши аналіз ґрунтової фази за допомогою горіння тарідинно-сцинтиляційного підрахунку. Однак, рідинно-сцинтиляційнийпідрахунок є неспецифічною технологією, яка не розрізняє вихідніта трансформовані продукти, тому її потрібно використовувати, лишеякщо дослідна хімічна речовина стабільна протягом усьогодослідження.
1.5. ІНФОРМАЦІЯ ЩОДО ДОСЛІДНОЇ РЕЧОВИНИ
Хімічні речовини повинні бути чистими для аналізу.Рекомендується використання не мічених дослідних речовин з відомимскладом і, бажано, з 95% чистотою або радіоактивно міченихдослідних речовин з відомим складом і радіоактивною чистотою. Увипадку з мітками, які мають короткий період напіврозпаду,потрібно застосовувати поправки на розпад.
Для проведення дослідження адсорбції-десорбції потрібно матитаку інформацію щодо дослідної речовини:
(a) розчинність води (А.6);
(b) щільність парів (А.4) та/або константа закону Генрі;
(c) абіотична деградація: гідроліз як функція pH (С.7);
(d) коефіцієнт розділення (А.8);
(e) повна біологічна розкладність (С.4) або аеробна таанаеробна трансформація в ґрунті;
(f) pKa речовин, що іонізуються;
(g) прямий фотоліз у воді (тобто спектри поглинання вультрафіолетовому та видимому спектрі у воді, квантовий вихід) тафотодеградація на ґрунті.
1.6. ЗАСТОСОВНІСТЬ ДОСЛІДЖЕННЯ
Дослідження проводиться з хімічними речовинами, для якихіснує метод аналізу достатньої точності. Важливим параметром, якийможе впливати на достовірність результатів, особливо призастосуванні непрямого методу, є стабільність дослідної речовинипротягом дослідження. Таким чином, необхідною передумовоюдослідження є перевірка стабільності за допомогою попередньогодослідження; якщо під час попереднього дослідження виявляєтьсятрансформація речовини, рекомендується проводити основнедослідження з аналізом як ґрунтової, так і водної фаз.
Можуть виникнути складнощі при проведенні дослідження здослідними речовинами, які мають низьку розчинність у воді
-4 -1
(S < 10 г л ), або високозаряджених речовин, оскільки їх
w
концентрація у водній фазі не може бути з достатньою точністю
виміряна аналітично. У таких випадках необхідне проведення
додаткових етапів. Інструкції щодо розв'язання цих проблем
містяться у відповідних секціях цього методу.
При дослідженні летких речовин потрібно не допускати їх втратпід час проведення експериментів.
1.7. ОПИС МЕТОДУ
1.7.1. Обладнання та хімічні речовини
Використовується стандартне лабораторне обладнання, а саме:
(a) колби або посудини для проведення експериментів. Важливо,щоб ці колби чи посудини
- могли вставлятися безпосередньо в пристрій дляцентрифугування, щоб мінімізувати помилки при маніпуляції з ними,
- були зроблені з інертного матеріалу, щоб мінімізуватиадсорбцію дослідної речовини на їх поверхні,
(b) пристрій для збовтування: оборотний змішувач абоеквівалентне обладнання; пристрій для збовтування повинензабезпечувати перебування ґрунту в суспензії під час збовтування,
(c) центрифуга: бажано високошвидкісна, тобто з відцентровоюсилою > 3 000 g, з контролем температури, з можливістю видаленняіз водного розчину частинок з діаметром більше 0,2 мікрона. Підчас збовтування та центрифугування контейнери повинні бути закритіковпачками, щоб уникнути випаровування та втрати води; щобмінімізувати адсорбцію в ковпачках, потрібно використовуватидеактивовані ковпачки, що закручуються, із тефлоновими вкладками,
(d) опціонально: фільтраційний пристрій; фільтри зпроникністю 0,2 мікрона, стерильні, одноразового використання. Зособливою ретельністю повинен добиратися матеріал, з якоговиготовлений фільтр, щоб запобігти будь-яким втратам на ньомудослідної речовини; для погано розчинних дослідних речовин нерекомендуються використовувати фільтри з органічних матеріалів,
(e) обладнання для проведення аналізів, придатне длявимірювання концентрації дослідної речовини,
(f) лабораторна піч, в якій може підтримуватися температуравід 103 град.С до 110 град.С.
1.7.2. Характеристики та підбір ґрунту
Ґрунт повинен характеризуватися трьома параметрами, яківважаються основними для адсорбційної здатності: органічнийвуглець, вміст глини та текстура ґрунту, а також pH. Як уже булозазначено (див. Масштаб), на адсорбцію/десорбцію певної речовиниможуть впливати інші фізико-хімічні властивості ґрунту, які такожповинні враховуватися.
Методи, що використовуються для характеризування ґрунту,мають велике значення і можуть справляти великий вплив нарезультат. Тому, рекомендується вимірювати pH у розчині 0,01 MCaCl (тобто розчині, що використовується в дослідженні
2
адсорбції/десорбції) згідно з відповідним методом ISO
(ISO-10390-1). Також згідно із стандартними методами
рекомендується визначати інші відповідні властивості ґрунту
(наприклад, "Настанова щодо аналізу ґрунту" ISO); це дозволить
побудувати аналіз даних сорбції на глобально стандартизованих
параметрах ґрунту. Деякі рекомендації щодо існуючих стандартних
методів аналізу та характеризування ґрунту наведені в посиланнях
(50-52). Для методів калібрування ґрунту рекомендується
використання еталонних ґрунтів.
Рекомендації щодо підбору ґрунту для дослідженняадсорбції/десорбції наведені в Таблиці 1. Сім ґрунтів, що наведенів таблиці, охоплюють типи ґрунтів, які зустрічаються вгеографічних зонах з помірним кліматом. Що стосується досліднихречовин, які іонізуються, потрібно вибирати ґрунти з широкимдіапазоном pH, щоб можна було оцінити адсорбцію речовини в їїіонізованій і неіонізованій формах. Рекомендації щодо кількостірізних ґрунтів, які використовуються на різних стадіяхдослідження, наведені в секції 1.9 "Проведення дослідження".
Якщо для дослідження вибрані інші ґрунти, вони повинні матитакі ж параметри і подібне різноманіття у властивостях, як описанов Таблиці 1, навіть якщо вони не повністю відповідають критеріям.
Таблиця 1:
Рекомендації щодо відбору зразків ґрунту
для дослідження адсорбції-десорбції
------------------------------------------------------------------
|Тип ґрунту | Діапазон pH | Вміст |Вміст глини | Текстура |
| | (у розчині |органічного | (%) | ґрунту(1) |
| |0,01 M CaCl )|вуглецю (%) | | |
| | 2 | | | |
|-----------+-------------+------------+------------+------------|
| 1 | 4,5 - 5,5 | 1,0 - 2,0 | 65-80 | глинозем |
|-----------+-------------+------------+------------+------------|
| 2 | > 7,5 | 3,5 - 5,0 | 20-40 | глинистий |
| | | | | суглинок |
|-----------+-------------+------------+------------+------------|
| 3 | 5,5 - 7,0 | 1,5 - 3,0 | 15-25 | пилуватий |
| | | | | суглинок |
|-----------+-------------+------------+------------+------------|
| 4 | 4,0 - 5,5 | 3,0 - 4,0 | 15-30 | суглинок |
|-----------+-------------+------------+------------+------------|
| 5 | < 4,0 - 6,0 |< 0,5 - 1,5 |< 10-15 (2) | глинистий |
| | (2) | (2) (3) | | пісок |
|-----------+-------------+------------+------------+------------|
| 6 | > 7,0 |< 0,5 - 1,0 | 40-65 | глинистий |
| | | (2) (3) | | суглинок/ |
| | | | | глинозем |
|-----------+-------------+------------+------------+------------|
| 7 | < 4,5 | > 10 | < 10 | пісок/ |
| | | | | глинистий |
| | | | | пісок |
|----------------------------------------------------------------|
|(1) Згідно з системою FAO та США (85). |
|(2) Бажано, щоб відповідні змінні мали значення в |
|наведеному діапазоні. Однак, якщо є труднощі із підбором |
|відповідного ґрунту, допускаються значення, що нижчі за |
|зазначений мінімум. |
|(3) Ґрунти, в яких вміст органічного вуглецю менший ніж 0,3%, |
|можуть порушити кореляцію між вмістом органічних речовин |
|та адсорбцією. Тому, рекомендується використання ґрунтів, у яких|
|мінімальний вміст органічного вуглецю складає 0,3%. |
------------------------------------------------------------------
1.7.3. Відбір та зберігання зразків ґрунту
1.7.3.1. Відбір
Немає рекомендованих технологій чи засобів відбору зразків;технологія відбору зразків залежить від мети дослідження(53)(54)(55)(56)(57)(58).
Потрібно врахувати таке:
(a) потрібна докладна інформація щодо історії місця відбору;це включає місце розташування, рослинність, обробку пестицидамита/або добривами, наявність біологічних добавок або випадковихзабруднень. Для опису місця відбору зразків потрібно дотримуватисярекомендацій стандарту ISO щодо відбору зразків ґрунту(ISO 10381-6);
(b) місце відбору зразків повинне бути визначене за допомогоюUTM (універсальної поперечної проекції Меркатора/Європейськоїгоризонтальної вісі координат) або географічних координат; цедопоможе зробити повторний відбір певного ґрунту в майбутньому абодопоможе визначити ґрунт згідно з різними системами класифікації,що використовуються в різних країнах. Зразок ґрунту відбираєтьсялише з А-горизонту і з максимальної глибини 20 см. Стосовно лишеґрунту типу N 7, якщо в ґрунті присутній горизонт Oh, йогопотрібно включити в зразок.
Зразки ґрунту транспортуються за допомогою контейнерів затаких температурних умов, які гарантують збереження без значнихзмін початкових властивостей ґрунту.
1.7.3.2. Зберігання
Бажане використання щойно відібраного ґрунту. Лише у разі,коли це не можливо, ґрунт можна зберігати за температури довкілляіз вільним доступом повітря. Немає рекомендацій щодо максимальногоперіоду зберігання, але ґрунти, що зберігались більше трьох років,перед використанням підлягають повторному аналізу на вмісторганічного вуглецю та pH, а також ємність поглинання ґрунту.
1.7.3.3. Підготовка зразків ґрунту для дослідження
Ґрунт перебуває на відкритому повітрі за температури довкілля(бажано в межах від 20 до 25 град.С). Поділ ґрунту на частинипроводиться з мінімальними зусиллями, щоб максимально зберегтийого текстуру. Ґрунт просівається через сито для утвореннячастинок розміром <= 2 мм; при просіванні потрібно дотримуватисярекомендацій стандарту ISO щодо відбору зразків ґрунту(ISO 10381-6). Рекомендується додержуватися гомогенізації,оскільки це покращить відтворюваність результатів. Вміст вологи вкожному зразку ґрунту визначається висушуванням третіх частинзразків при температурі 105 град.С доки їх вага істотно невідрізнятиметься (приблизно 12 годин). В усіх розрахунках масаґрунту означає масу ґрунту, висушеного в печі, тобто вагу ґрунту,скориговану на вміст вологи.
1.7.4. Підготовка дослідної речовини до нанесення на ґрунт
Дослідна речовина розчиняється в розчині 0,01 M CaCl , 2приготовленому в дистильованій чи деіонізованій воді; розчин CaCl
2
використовується як фаза водного розчинника для покращення
центрифугування і мінімізації катіонного обміну. Бажано, щоб
концентрація базового розчину була на три порядки вищою, ніж межа
виявлення використовуваного методу аналізу. Цей поріг забезпечить
проведення точних вимірювань згідно з методологією, що
використовується в цьому методі; крім того, концентрація базового
розчину повинна бути нижчою рівня розчинності дослідної речовини у
воді.
Бажано, щоб базовий розчин готувався одразу перед нанесеннямна зразки ґрунту і зберігався закритим у темряві при температурі4 град.С. Термін зберігання залежить від стабільності дослідноїречовини та її концентрації в розчині.
Лише що стосується речовин з низькою розчинністю -4 -1(S < 10 г л ), у разі виникнення труднощів з розчиненням
w
дослідної речовини, може бути необхідним додавання відповідного
розчинювального реагенту. Такий розчинювальний реагент: (а)
повинен змішуватися з водою, наприклад, метанол або ацетонітрил;
(b) повинен мати концентрацію, яка не перевищує 1% загального
об'єму базового розчину, і яка менша за концентрацію дослідної
речовини в розчині, що контактуватиме з ґрунтом (бажано менше ніж
0,1%); і (с) не повинен бути поверхнево-активною речовиною і не
повинен вступати в сольволітичні реакції з дослідною хімічною
речовиною. Використання розчинювального реагенту повинно бути
описане і обґрунтоване в протоколі дослідження.
Іншою альтернативою для речовин з поганою розчинністю єін'єкція дослідної речовини в дослідну систему: дослідна речовинарозчиняється в органічному розчиннику, аліквотна частина якогододається до системи, що складається із ґрунту та розчину0,01 M CaCl , приготовленому в дистильованій чи деіонізованій
2
воді. Вміст органічного розчинника у водній фазі повинен бути на
якомога меншому рівні, зазвичай не більше 0,1%. Метод ін'єкції з
використанням органічного розчину має недолік, який полягає у
невідтворюваності об'єму. Тому потрібно вводити додаткову
поправку, оскільки концентрація дослідної речовини та
співрозчинника не будуть однаковими в усіх дослідженнях.
1.8. ПЕРЕДУМОВИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ АДСОРБЦІЇ/ДЕСОРБЦІЇ
1.8.1. Аналітичний метод
Ключовими параметрами, які можуть вплинути на точністьвимірювань сорбції, є точність аналітичного методу при аналізі якфази розчину, так і фази адсорбції, стабільність і чистотадослідної речовини, досягнення сорбційної рівноваги, величиназміни концентрації розчину, співвідношення ґрунту та розчину, атакож зміна структури ґрунту протягом процесу врівноважування(35)(59-62). Деякі приклади проблем, пов'язаних з точністювимірювань, наведені в Доповненні 2.
Достовірність використовуваного аналітичного методу повиннаперевірятися в діапазоні концентрацій, які можуть утворитисяпротягом дослідження. Експериментатор може на власний розсудрозробляти відповідні методи з відповідними точністю, чіткістю,відтворюваністю, межами виявлення та регенерацією. Інструкції щодотого, як провести таке дослідження, містяться у нижченаведеномуексперименті.
Певний об'єм розчину 0,01 M CaCl , наприклад 100 куб.см, 2збовтується протягом 4 годин із зразком ґрунту вагою, наприклад20 г, який має високу адсорбційність, тобто з високим вмістоморганічного вуглецю та глини; ці маси та об'єми можуть різнитисязалежно від потреб аналізу, але найбільш зручною вихідною точкою єспіввідношення ґрунту та розчину в пропорції 1:5. Сумішцентрифугується, а водна фаза може профільтровуватися. Певнийоб'єм базового розчину дослідної речовини додається до водної фазидля досягнення номінальної концентрації в межах діапазонуконцентрацій, які ймовірно матимуть місце протягом дослідження.Цей об'єм не повинен перевищувати 10% від остаточного об'ємуводної фази, щоб якомога менше змінювати характеристики розчину доврівноваження. Розчин аналізується.
Закладається одна контрольна система, що складається з ґрунту+ розчин CaCl (без дослідної речовини), для здійснення перевірки
2
на наявність артефактів у аналітичному методі та ефектів матриці,
спричинених ґрунтом.
Аналітичні методи, які можуть використовуватися длявимірювання сорбції, включають газорідинну хроматографію (GLC),високоефективну рідинну хроматографію (HPLC), спектрометрію(наприклад, спектрометрію GC/маса, спектрометрію HPLC/маса) тарідинно-сцинтиляційний підрахунок (для радіоактивно міченихречовин). Незалежно від використовуваного методу, він вважаєтьсяприйнятним, якщо регенерація перебуває на рівні від 90% до 110%від номінального значення. Для того, щоб після розділення можнабуло провести виявлення та оцінку, межа виявлення аналітичногометоду повинна бути принаймні на два порядки нижчою відномінальної концентрації.
Характеристики та межа виявлення аналітичного методу, щовикористовується для проведення дослідження адсорбції, відіграютьважливу роль у визначені умов дослідження та загального ходуексперименту. У цьому методі дотримується загальнаекспериментальна методика і надаються рекомендації та вказівкищодо можливих альтернативних рішень у разі, коли аналітичний методта лабораторне обладнання мають певні обмеження.
1.8.2. Підбір оптимальних співвідношень ґрунту та розчину
Підбір відповідних співвідношень ґрунту та розчину длядослідження сорбції залежить від коефіцієнту розповсюдження K та
d
бажаного відносного ступеня адсорбції. Зміна концентрації речовини
в розчині визначає статистичну точність вимірювань, залежно від
форми рівняння адсорбції та межі аналітичного методу, при
визначенні концентрації хімічної речовини в розчині. Тому,
зазвичай корисно встановити кілька фіксованих співвідношень, для
яких процент адсорбції вищий 20% і, бажано, > 50% (62), разом із
підтриманням концентрації дослідної речовини у водній фазі на
достатньо високому рівні, щоб можна було провести точні
вимірювання. Це особливо важливо у випадку з високими процентними
відношенням адсорбції.
Зручний підхід до підбору відповідних співвідношень ґрунту таводи ґрунтується на оцінці значення K за допомогою попереднього
d
дослідження або встановленої методики оцінки (Доповнення 3).
Підбір відповідного співвідношення потім може здійснюватися на
основі графіка співвідношення ґрунту та води і K для певних
d
рівнів адсорбції (Рис. 1). Нижчезазначений графік побудований на
лінійному рівнянні адсорбції(1). Необхідне відношення досягається
шляхом перетворення рівняння (4) K у форму рівняння (1):
d
V m
o o
------ = (---------- - 1) K (1)
m ads d
soil m (eq)
s
----------------
(1) ads ads
C (eq) = K · C (eq)
s d aq
або в його логарифмічну форму, припускаючи,
ads
m (eq)
s
що, R = m /V а: A %/100 = --------
soil 0 eq m
0
(A %/100)
eq
log R = - log K + log (--------------) (2)
d (1 - A %/100)
eq
Рис. 1 Відношення між співвідношенням
ґрунту та розчину і K при різних рівнях
d
адсорбції дослідної речовини
На рис. 1 показані співвідношення ґрунту та розчину і K для dрізних рівнів адсорбції. Наприклад, при співвідношенні ґрунту тарозчину 1:5 та K 20, адсорбція складатиме приблизно 80%. Для
d
досягнення 50% адсорбції при такому ж K співвідношення повинно
d
складати 1:25. Такий підхід до підбору відповідного співвідношення
ґрунту та розчину надає досліднику необхідну гнучкість для
досягнення експериментальних цілей.
Існують більш складні випадки: коли хімічна речовина маєвисоку або занадто низьку адсорбцію. У разі низької адсорбціїрекомендується співвідношення ґрунту та розчину 1:1, хоча длядеяких типів ґрунтів з високим вмістом органічних речовин дляодержання суміші може бути потрібне використання меншихспіввідношень. Потрібно уважно застосовувати аналітичні методи привимірюванні незначних змін у концентрації речовини, інакшевимірювання адсорбції буде неточним. З іншого боку, при дужевисоких коефіцієнтах розповсюдження K може бути потрібним
d
співвідношення ґрунту та розчину 1:100 для того, щоб у розчині
була присутня достатня кількість хімічної речовини. Однак,
потрібно приділити увагу ретельному змішуванню та забезпеченню
достатнього часу для врівноваження системи. Альтернативний підхід,
що може використовуватися у таких особливих випадках, коли
відсутні адекватні аналітичні методи, полягає в прогнозуванні
значення K за допомогою методики оцінки, основаної, наприклад, на
d
значеннях P (Доповнення 3). Він може бути особливо корисним для
ow
використання з хімічними речовинами, що мають низьку адсорбцію,
або полярними речовинами з P < 20, а також ліпофільними
ow 4
речовинами та речовинами, що мають високу сорбцію, із P > 10 .
ow
1.9. ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ
1.9.1. Умови дослідження
Усі експерименти проводяться за температури довкілля і, якщоможливо, за постійної температури від 20 град.С до 25 град.С.
Умови центрифугування повинні забезпечувати видалення ізрозчину частинок більших за 0,2 мікрона. Це значення є межею міжтвердими та колоїдними частинками, а процес дозволяє одержатинайменші частинки, які вважаються твердими. Інструкції щодовизначення умов центрифугування наведені в Доповненні 4.
Якщо обладнання для центрифугування не може гарантувативидалення частинок, що більші за 0,2 мікрона, можна доповнитипроцес центрифугування процесом фільтрування з застосуваннямфільтрів проникністю 0,2 мікрона. Ці фільтри повинні бути зробленіз інертного матеріалу, щоб уникнути будь-яких втрат дослідноїречовини на їх поверхні. У будь-якому разі, потрібно перевірити іпідтвердити відсутність втрат дослідної речовини під часфільтрування.
1.9.2. Етап 1 - Попереднє дослідження
Мета проведення попереднього дослідження вже була зазначена всекції Масштаб. Інструкції щодо проведення такого дослідженнянаведені в нижчезазначеному експерименті.
1.9.2.1. Підбір оптимальних співвідношень ґрунту та розчину
Використовується два типи ґрунту і три співвідношення ґрунтута розчину (шість експериментів). Один тип ґрунту має високийвміст органічного вуглецю і низький вміст глини, а інший - низькийвміст органічного вуглецю і високий вміст глини. Пропонуються такіспіввідношення ґрунту та розчину:
