Сравнение способов извлечения форм железа из донных осадков при изучении биогеохимических процессов в водных экосистемах Сравнение способов извлечения форм железа из донных осадков при изучении биогеохимических процессов в водных экосистемах Институт экологических проблем Севера, Архангельск Титова К.В., Кокрятская Н.М.

Объекты – твердые матрицы (донные отложения и почвы) Железо - распространенность данного элемента в целом, так и для той зоны, в которой проводятся нами исследования, отличающейся избыточным увлажнением и заболоченностью местности; - активное участие железа в окислительно-восстановительных процессах, обусловленным возможностью передачи электрона. Процессы же эти отражают геохимическое поведение железа в ходе трансформации и перераспределения органических и минеральных соединений углерода, серы, азота и фосфора в донных отложениях.

Схема Тессиера 1 стадия: 1 М MgCl 2, pH 7 «обменный металл»: водорастворимых соединений железа (железо поровой воды, а также сульфатов) 2 стадия: 1 М СН 3 СООН/ СН 3 СООNa, рН 5 карбонатная фаза осадка 3 стадия: 0.04 М NH 2 OH в 25%-ной СН 3 СООН, рН 2, 96 0 С аморфные оксиды и гидроксиды железа, моносульфид железа 4 стадия: 27%-ный Н 2 О 2, 3.2 М СН 3 СООNH 4 в 20%- ной HNO 3 Железо, ассоциированное с органическим веществом 5 стадия: Царская водка (HNO 3 +3HCl) Железо, ассоциированное с силикатами, и трудноразлагаемым органическим веществом, высвобождающееся в результате его частичной минерализации

Оксалатная вытяжка (вытяжка Тамма ) Смесь 0.14 М Н 2 С 2 О 4 и 0.20 М (NН 4 ) 2 C 2 О 4 возможно растворение реактивом Тамма различных минералов железа – не только аморфных (аморфный сульфид железа FeS) соединения железа, но и различных слабоокристаллизованных гидроксидов железа, а также магнетита Fe 3 O 4 Дитионитная вытяжка Na 2 S 2 O 4 – цитрат-гидрокарбонат количество железа в составе всех свободных минеральных несиликатных соединений

возможно перераспределение металла между соединениями внутри осадка в результате повторной адсорбции, что влечет за собой неполное извлечение железа определенной формы; растворение соединений железа нецелевой фракции, а также относительная длительность анализа. Схема Тессиера Оксалатная и дитионитная вытяжки не являются столь уж селективными – оксалат способен вытягивать железо из его комплексов с органическими лигандами вследствие собственной комплексообразующей способности, а дитионит – извлекать железо из железо-алюмосиликатов в результате их частичного растворения. К тому же, во всех перечисленных способах извлечения железо меняет степень окисления (под действием гидроксиламина и дитионита восстанавливается, при использовании остальных экстрактантов возможно его окисление).

Экстракция 3.5 N H 2 SO 4 Геохимические изменения проявляются в процессах трансформации форм нахождения железа, перераспределения элемента в осадках; разнонаправленного обмена химическим элементом между осадками и наддонной водой через границу раздела вода-дно. В таких процессах, имеющих физико- химическую и микробиологическую природу, принимает участие не все железо, находящееся в осадке, а только его растворимая часть, присутствующая в составе иловых вод, или реакционноспособная (легкоподвижная) часть твердой фазы, способная в определенных физико-химических условиях либо к полному растворению, либо к переходу в более растворимые формы, допускающие более высокое содержание элемента в иловых водах. При обработке 3,5 N серной кислотой в раствор переходит железо растворимых в разбавленной кислоте карбонатов, фосфатов, гидроксидов и сульфидов Использование экстракции серной кислотой указанной концентрации позволяет не только почти селективно извлекать перечисленные соединения железа без разрушения донного осадка, но и осуществить разделение реакционноспособных форм различной степени окисления. Это требует специальных условий сбора и обработки проб, исключающих окисление кислородом воздуха или восстановление выделяющимися продуктами реакции, которые были подобраны в институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Сульфаты, Растворенное железо поровой воды железо Органическая составляющая Минеральная составляющая Трудноизвле- каемая часть Силикаты Трудноразлагаемое органическое вещество Кристаллическое Аморфное обменная Фракции по схеме Тессиера карбонатнаявосстановительная Царская водка (HNO 3 +3HCl) 1М MgCl 2, рН 7 1 М СН 3 СООН/ СН 3 СООNa, рН М NH 2 OH в 25%-ной СН 3 СООН, рН 2, 96 0 С Карбонаты Оксиды и гидроксиды, моносульфид, фосфаты Реакционноспособное железо Fe 2+ Fe N H 2 SO 4 Железо- органические комплексы Соосажденное с органическим веществом 27% ный Н 2 О 2, 3.2 М СН 3 СООNH 4 в 20%-ной HNO 3

Определение концентраций минерального реакционноспособного железа и его форм важно в контексте изучаемого нами биогеохимического процесса сульфатредукции, результатом которого является образование сероводорода. Железо связывает данное токсичное вещество в малорастворимые соединения, в результате чего H 2 S не будет уже оказывать вредного воздействия на водные организмы. Таким образом, проводится установление «запасов» железа, способного вступать в подобное взаимодействие, то есть резервные способности изучаемых водных экосистем.

MG MUG PG Pz5

Наблюдается перераспределение форм железа в донных отложениях как в структуре самого осадка, так и при переходе из растворенного состояния в малорастворимые соединения и обратно при изменении условий Рисунки можно вильно

Спасибо за внимание