A Comparative Study of the Dynamic Fractionation of Rare-Earth Elements in Soils Using a Rotating Coiled Column and a Microcolumn

Yu. N. Shatrova; Шатрова Ю. Н.; R. Kh. Dzhenloda; Дженлода Р. Х.; N. N. Fedyunina; Федюнина Н. Н.; V. K. Karandashev; Карандашев В. К.; P. S. Fedotov; Федотов П. С.

doi:10.31857/S0044450223050134

Сравнительное изучение динамического фракционирования редкоземельных элементов в почвах с использованием вращающейся спиральной колонки и микроколонки

Авторы: Шатрова Ю.Н.¹, Дженлода Р.Х.¹, Федюнина Н.Н.², Карандашев В.К.¹^,3, Федотов П.С.¹
Учреждения:
1. Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук
2. Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”
3. Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов Российской академии наук
Выпуск: Том 78, № 5 (2023)
Страницы: 396-404
Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
URL: https://journals.rcsi.science/0044-4502/article/view/136032
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044450223050134
EDN: https://elibrary.ru/MIUXLL
ID: 136032

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Редкоземельные элементы (РЗЭ) в настоящее время используют в качестве удобрений, однако их поведение в системе “почва–растение” остается малоизученным. Важной задачей остается оценка связывания РЗЭ с различными органоминеральными фазами почв. На примере дерново-подзолистой почвы и типичного чернозема проведено сравнительное изучение динамического фракционирования РЗЭ с использованием вращающейся спиральной колонки (ВСК) и микроколонки (МК). Выделяли обменную, специфически сорбированную, связанную с оксидами марганца, связанную с органическим веществом, связанную с аморфными и слабо окристаллизованными оксидами железа и алюминия фракции с применением соответственно 0.05 М раствора Ca(NO₃)₂, 0.43 M CH₃COOH, 0.1 M растворa NH₂OH·HCl (pH 3.6), 0.1 M раствора K₄P₂O₇ (pH 11.0) и 0.1 M раствора (NH₄)₂C₂O₄ (pH 3.2). Содержание элементов в исходных образцах и фракциях элюата определяли методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Согласно полученным данным, основной миграционно-способной формой РЗЭ (до 40% от валового содержания) являются металлоорганические комплексы, экстрагируемые 0.1 М раствором K₄P₂O₇. Для чернозема (почвы с высоким содержанием органического вещества) фракционирование в ВСК и МК приводит к сопоставимым результатам. Для дерново-подзолистой почвы некоторые отличия наблюдаются при выделении первых трех фракций – обменной, специфически сорбированной и связанной с оксидами марганца. В целом и ВСК, и МК могут быть успешно использованы для динамического фракционирования РЗЭ в почвах. При анализе большого количества образцов предпочтительнее применять МК как более простое и доступное устройство.

Ключевые слова

динамическое фракционирование форм элементов, экстрагирование, почвы, редкоземельные элементы, вращающаяся спиральная колонка, микроколонка.

Список литературы

Hu Z., Haneklaus S., Sparovek G., Schnug E. Rare earth elements in soils // Commun. Soil Sci. Plant Anal. 2006. V. 37. P. 1381.
Белюченко И.С., Муравьев Е.И. Влияние отходов промышленного и сельскохозяйственного производства на физико-химические свойства почв // Экол. вестник Сев. Кавказа. 2009. Т. 5. № 1. С. 84.
Федотов П.С. Вращающиеся спиральные колонки в вещественном анализе природных образцов: динамическое фракционирование форм элементов в почвах, илах и донных отложениях // Журн. аналит. химии. 2012. Т. 67. № 5. С. 453. (Fedotov P.S. Rotating coiled columns in the speciation analysis of natural samples: Dynamic fractionation of element forms in soils, sludges, and bottom sediments // J. Anal. Chem. 2012. V. 67. № 5. P. 399.)
Filgueiras A.V., Lavilla I., Bendicho C. Chemical sequential extraction for metal partitioning in the environmental solid samples // J. Environ. Monit. 2002. V. 4. № 6. P. 823.
Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace // Anal. Chem. 1979. V. 51. № 7. P. 844.
McLaren R.G., Crawford D.W. Studies on soil copper. 1. The fractionation of copper in soils // J. Soil Sci. 1973. V. 24. № 2. P. 172.
Rauret G., Lґopez-Saґnchez J.F., Sahuquillo A., Rubio R., Davidson C., Ure A., Quevauviller P. Improvement of the BCR three-step sequential extraction procedure prior to the certification of new sediment and soil reference materials // J. Environ. Monit. 1999. V. 1. P. 57.
Федотов П.С., Спиваков Б.Я. Статические и динамические методы фракционирования форм элементов в почвах, илах и донных отложениях // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 7. С. 690. (Fedotov P.S., Spivakov B.Ya. Fractionation of elements in soils, sludges and sediments: Batch and dynamic methods // Russ. Chem. Rev. 2008. V. 77. № 7. P. 649.)
Rosende M., Savonina E.Yu., Fedotov P.S., Miro M., Cerda V., Wennrich R. Dynamic fractionation of trace metals in soil and sediment samples using rotating coiled column extraction and sequential injection microcolumn extraction: A comparative study // Talanta. 2009. V. 79. P. 1081.
Savonina E.Yu., Fedotov P.S., Wennrich R. Continuous-flow fractionation of selenium in contaminated sediment and soil samples using rotating coiled column and microcolumn extraction // Talanta. 2012. V. 88. P. 369.
Федотов П.С., Савонина Е.Ю., Спиваков Б.Я., Веннрих Р. Возможности гармонизации методов динамического фракционирования форм элементов в почвах и донных отложениях // Журн. аналит. химии. 2012. Т. 67. № 10. С. 948.
Fedotov P.S., Rogova O.B., Dzhenloda R.Kh., Karandashev V.K. Metal–organic complexes as a major sink for rare earth elements in soils // Environ. Chem. 2019. V. 16. № 5. P. 323.
Rogova O.B., Fedotov P.S., Dzhenloda R.K., Karandashev V.K. Fractionation and fixation of rare earths elements in soils: Effect of spiking with lanthanum, cerium, and neodymium chlorides // J. Rare Earths. 2022. V. 40. № 1. P. 143.
Fedotov P.S., Savonina E.Yu., Wennrich R., Ladonin D.V. Studies on trace and major elements association in soils using continuous-flow leaching in rotating coiled columns // Geoderma. 2007. V. 142. P. 58.
Дампилова Б.В., Федотов П.С., Дженлода Р.Х., Федюнина Н.Н., Карандашев В.К. Сравнительное изучение методов оценки подвижности форм элементов в загрязненных почвах и техногенных песках в условиях статического и динамического экстрагирования // Журн. аналит. химии. 2017. Т. 72. № 10. С. 944.
Карандашев В.К., Хвостиков В.А., Носенко С.Ю., Бурмий Ж.П. Использование высокообогащенных стабильных изотопов в массовом анализе образцов горных пород, грунтов, почв и донных отложений методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой // Заводск. лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 7. С. 6.
Ладонин Д.В. Формы соединений тяжёлых металлов в техногенно-загрязнённых почвах. Дис. … докт. биол. наук. Москва: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016. 383 с.
Neaman A., Mouele F., Trolard F., Bourrie G. Improved methods for selective dissolution of Mn oxides: Applications for studying trace element associations // Appl. Geochem. 2004. V. 19. P. 973.
Clay Mineralogy: Spectroscopic and Chemical Determinative Methods / Ed. Wilson M.J. Dordrecht: Springer, 1994. 367 p.
Шатрова Ю.Н., Дженлода Р.Х., Федюнина Н.Н., Карандашев В.К., Федотов П.С. Сравнительное изучение схем фракционирования форм редкоземельных элементов в почвах в режиме динамического экстрагирования // Журн. аналит. химии. 2021. Т. 76. № 10. С. 906.
Основы аналитической химии / Под ред. Золотова Ю.А. М.: Издательский центр “Академия”, 2012. 384 с.