Рентгенографический метод

Рентгенографическим методом изучаются коллоидные

и илистые фракции почв. С помощью данного метода ре-

шается несколько задач, но одна из важнейших заключается

в определении минералов, которые присутствуют в высоко-

дисперсной части почв.

Рентгеновские лучи были открыты в конце XIX в. и

вскоре нашли широкое применение в различных областях

науки, а в 30‑е годы XX в. – в почвоведении. В зависимости

от длины волны различают мягкие (длина волны 15–6 Å),

средние (6–0,6 Å) и жесткие (0,6–0,06 Å) рентгеновские

лучи. В практике рентгенографического анализа использу-

ется излучение со средней длиной волны.

Сущность рентгенографического метода определения

минералов основана на том, что каждый минерал имеет

свойственную только ему кристаллическую решетку. В кри-

сталлическом виде все атомы, ионы и молекулы располо-

жены упорядоченно и в целом образуют пространственную

решетку.

Решетка имеет три измерения. Дифракцию рентгенов-

ских лучей можно представить как результат их отражения

от узловых плоскостей. Отраженные лучи действуют на

фотопленку, на которой образуются симметрично располо-

женные линии, дуги или кольца, каждые из которых соот-

ветствуют отражению лучей известной длины волн (00l). В

результате рентгенографического анализа получают рент-

генограммы, представленные в таблице, на которой видны

длины волн.

Для проведения рентгеновского анализа илистой фрак-

ции почв применяют аппараты различной конструкции, но

чаще всего УРС‑55 А (рис. 11). Он занимает мало места,

удобен в управлении и использовании. На нем можно про-

водить одновременно анализ двух образцов.

Рис. 11. Рентгеноструктурный аппарат УРС‑55 А

Подготовка образцов к рентгеновскому анализу. Из

илистой фракции в первую очередь нужно удалить гумус и

аморфные вещества, так как они мешают проведению дан-

ного анализа. Гумус удаляют 30 %-й перекисью водорода,

для чего илистую фракцию в количестве около 0,5–1 г поме-

щают в фарфоровую чашку, затем обрабатывают перекисью

водорода и оставляют на водяной бане на 2–3 ч для заверше-

ния реакции окисления. Если гумуса в образце много, то об-

работку производят 2–3 раза до полного осветления образца,

после чего его высушивают на водяной бане. Если в образце

гумуса мало, то перекисью водорода его не обрабатывают.

После удаления гумуса в тех же образцах необходимо

удалить аморфные полуторные оксиды. Обычно их удаляют

по методу Мира и Джексона или по Тамму. Как показали

исследования Н. И. Горбунова [23], результаты данных ме-

тодов близки между собой. Поэтому можно пользоваться

любыми из этих методов в зависимости от возможностей.

Описание данных методов подробно изложено в книге

Е.В. Аринушкиной [9].

Когда образец илистой фракции почв освобожден

от гумуса и оксидов, проводят ориентацию в них минера-

лов, так как ввиду несовершенства структуры глинистых

минералов без предварительной ориентации они ложатся

неровно, и такие рентгеновские съемки трудно поддаются

расшифровке. Глинистые минералы имеют слоистую струк-

туру и пластинчатую форму. Их кристаллы и агрегаты при

свободном падении в воде определенным образом ориен-

тируются. При этом кристаллы располагаются по наиболее

развитым плоскостям. От ориентированных таким образом

образцов на рентгенограммах обнаруживаются наиболее

ярко выраженные базальные отражения d00l, которые явля-

ются диагностическими признаками глинистых минералов.

Существуют несколько приемов ориентации образцов.

Наиболее простой, однако и наиболее несовершенный, со-

стоит в том, что влажный образец раскатывают в пластин-

ку стеклянной палочкой. При этом не достигается полная

ориентация агрегатов, но даже такая ориентация позволяет

получить более четкие отражения d00l.

Приготовленную таким образом пластинку толщиной

около 0,2–0,3 мм укрепляют на держателе ребром в направ-

лении рентгеновских лучей и анализируют. Экспозиция

образца продолжается несколько часов в зависимости от

характера объекта, режима работы рентгеновской трубки

и т. д. После этого естественный образец илистой фракции

насыщают этиленгликолем или глицерином.

Насыщение этими веществами делается для того, что-

бы установить, какой минерал присутствует – с насыщающей

или ненасыщающей решеткой. У минералов с насыщающей

решеткой увеличиваются межплоскостные расстояния. На-

пример, у монтмориллонита в естественном состоянии от-

ражение d00l равно 14 Å, а после насыщений этиленглико-

лем ≈ 17 Å (рис. 12). Аналогичное явление отмечается и у

других минералов монтмориллонитовой группы.

Рис. 12. Рентген-дифрактограммы илистых фракций солонцов:

и – исходный (естественный) образец; э – образец, насыщенный этиленгликолем;

о – образец после нагревания

У каолинита, большинства хлоритов, гидрослюд на-

бухание межплоскостных расстояний от этиленгликоля или

глицерина не происходит.

Затем образец подвергается нагреванию при темпе-

ратуре 6000 С в течение 2 ч с последующим анализом на

рентгеновской установке. При этом у монтмориллонита от-

ражение d00l 14 Å уменьшается до 10 Å, отражение 14 Å у

хлорита не изменяется или даже усиливается. Отражение

7,1 Å каолинита после нагревания образца до 5000 С значи-

тельно ослабевает, а до 6000 С – исчезает полностью. Все это

хорошо видно на рис. 12.

Таким образом, для того, чтобы определить минера-

логический состав глинистых минералов почв для одного и

того же образца, нужно сделать несколько рентгенограмм:

1) в естественном состоянии;

2) насыщенных этиленгликолем или глицерином;

3) после нагревания.

Затем проводится расшифровка полученных рентге-

нограмм и их сравнение. Рентгенограммы хранятся в сухом

месте в бумажных конвертах, однако со временем интенсив-

ность линий ослабевает.

С помощью рентгенограмм можно рассчитывать ко-

личественное содержание минералов, но с невысокой точ-

ностью. Из литературы известно несколько приемов и ме-

тодов количественного определения: 1) метод внутреннего

стандарта; 2) метод внешнего стандарта; 3) метод извест-

ных добавок; 4) метод без стандартов. Последний приме-

няется в практике почвоведения чаще всего. Для этого на

полученных дифрактограммах измеряют площади пиков

каждого минерала. Затем площади пиков каждого минерала

умножают на коэффициенты: монтмориллонита – на 1; ка-

олинита – на 1,5; хлорита – на 2,7; гидрослюд – на 4. После

умножения площадей на коэффициенты данные суммируют

и принимают за 100 %, а площади пиков каждого минерала

рассчитывают в процентах от суммы площадей. Это и бу-

дет процентное содержание минералов в образце фракции

0,001 мм. Метод количественного определения минералов

неточный и нуждается в совершенствовании.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 549; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!