Количественная характеристика адсорбции

  Детальная характеристика процесса адсорбции гербицида почвой является необходимым этапом его изучения поведения в окружающей среде, т.к. связывание гербицида с почвой во многом определяет его способность как к перемещению, так и разложению в почве. Для описания процесса адсорбции проводят эксперименты, в которых определенная масса адсорбента (в данном случае почвы) приводится в равновесие с известным объемом раствора с определенной концентрацией адсорбата (в данном случае гербицида) и затем определяется равновесная концентрация адсорбата. Время установления равновесия может составлять от 2 до 48 ч. Соотношение почва - раствор обычно варьируется от 1:0,3 до 1:20. Исследования проводят в 4-6 начальных концентрациях гербицида [Спиридонов и Ф . 2004].
Количество адсорбированного вещества определяют по разности начальной и равновесной концентраций. Результаты экспериментов представляют в виде изотермы адсорбции, представляющей собой зависимость количества вещества, адсорбированного единицей массы адсорбента, от равновесной концентрации адсорбата.
Различают несколько типов изотерм (рис. 2):
S-тип; имеет место, когда молекулы растворенного вещества монофункциональны и существует конкуренция за места связывания между адсорбентом и растворителем;
L-тип соответствует случаю сорбции в виде мономолекулярного слоя, по мере заполнения сорбционных мест дальнейшая сорбция затрудняется; Н-тип изотермы соответствует случаю сильного сродства сорбента и сорбата: растворенное вещество практически полностью сорбируется из раствора; С-тип характеризует линейную или близкую к линейной зависимость, наблюдается в том случае, когда вещество легко проникает в сорбент.


Рисунок 2. Основные типы изотерм по Джайлсу: 1 — S-тип; 2 — L-тип; 3 -Н-тип; 4 - С-тип. [С] - равновесная концентрация, моль, х/т - количество сорбированного вещества, моль/кг [Тинсли, 1982].


При адсорбции гербицидов почвой наиболее часто встречаются изотермы L и С типов. В первом случае для описания изотерм используют уравнение Ленгмюра, а во втором - Фрейндлиха. При использовании уравнении Ленгмюра в качестве определяемых параметров выступают константа Ленгмюра KL и максимальная адсорбция Ь:

Изотерма Ленгмюра (L-тип по классификации Джайлса) имеет хорошую теоретическую основу, а определяемые параметры - физический смысл. Однако в связи с тем, что первоначально изотерма Ленгмюра было предназначено для описания адсорбции газов на твердых телах, его использование имеет ряд ограничений. При выводе соотношения были сделаны следующие предположения: Энергия адсорбции постоянна и не зависит от степени заполнения поверхности.

Адсорбция происходит на локальных центрах и адсорбированные молекулы между собой не взаимодействуют. Максимально возможная адсорбция соответствует полному заполнению монослоя.
В отличие от уравнения Ленгмюра, уравнение Фрейндлиха является чисто эмпирическим соотношением, на основании которого определяется константа Фрейндлиха KF:




Второй параметр, входящий в уравнение Фрейндлиха - 1/п - показывает степень нелинейности изотермы. Несмотря на то, что уравнение Фрейндлиха получило широкое распространение для описания процесса сорбции гербицидов (и других веществ) почвой, его использование имеет ряд недостатков. Основной из них - отсутствие определенной размерности у получаемых констант. Так, константа Фрейндлиха имеет размерность л/кг в степени 1/п, т.е. дробную размерность. Это приводит к невозможности сравнения получаемого ряда констант и проблемам с интерпретацией физического смысла величин.
Величину 1/п в выражении Фрейндлиха часто принимают равной 1, что отвечает линейной зависимости между количеством адсорбированного вещества и его равновесной концентрацией в растворе. Поэтому распределение вещества между поверхностью и раствором можно описать с помощью простого коэффициента пропорциональности:

где Kd - коэффициент распределения вещества между двумя фазами. Для стандартизации данных по сорбции коэффициент распределения выражают в расчете на единицу массы органического углерода ОС:

где Кос - константа связывания гербицида с почвой, а ОС - содержание в почве органического углерода в %.
В связи с тем, что адсорбция вещества почвой часто хорошо коррелирует с содержанием в ней органического материала, величина Кос для почв различных типов для данного вещества может быть более постоянна, чем Kd. Считается [Спиридонов и др, 2004], что при Кос gt; 130 л/кг вещества прочно сорбируются почвой, что приводит к их невысокой доступности для микроорганизмов. Поэтому такие вещества могут долго сохраняться в почве, накапливаться в ней и вызывать загрязнение элементов агроландшафта. Следует помнить, что данные, получаемые в модельных экспериментах по сорбции-десорбции, не отражают эти процессы в реальных условиях, а предназначены, главным образом, для сравнительной характеристики связывающей способности различных почв по отношению к какому-либо гербициду или определенной почвы к различным гербицидам.

Еще по теме Количественная характеристика адсорбции:

1. ДЕСОРБЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВПРИ ИХ КОЛИЧЕСТВЕННОМ УЧЕТЕ В ПОЧВЕ
2. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССОВ ЛИПИДОВ ХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ  
3. ОПЫТ количественной оценки динамических СОСТОЯНИЙ И УСТОЙЧИВОСТИ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ НАОБЪЕКТАХ ГИДРОМЕЛИОРАЦИИ
4. Количественный метод копрооволарвоскопии и подсчет количества яиц и личинок гельминтов в г фекалий
5.   Количественное определение афлатоксинов В( и G( в кормах. Метод разработан Н. А. Соболевой.  
6. ИЗМЕНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ РНК И ДНК В КОРНЯХ И ЛИСТЬЯХ ВИНОГРАДА, ПОРАЖЕННЫХ ФИЛЛОКСЕРОЙ
7. Характеристика экоморф сайгака
8. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВАКЦИН И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ПРИМЕНЕНИЮ
9. ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗБУДИТЕЛЯ
10. ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗБУДИТЕЛЯ
11. ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗБУДИТЕЛЯ
12. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА PARAMYXOVIRIDAE