Рентгенофазовое исследование новых комплексных биоминеральных удобрений

АННОТАЦИЯ

В статье представлено применение метода рентгенофазового анализа для изучения состава, кристалличности, физико-химических свойств минеральных и биоминеральных удобрений. Изучен качественный и количественный состав комплексных минеральных и биоминеральных удобрений.

ABSTRACT

The article presents the application of the method X-Ray diffraction analysis to study the composition, crystallinity, physicochemical properties of mineral and biomineral fertilizers. Qualitative and quantitative composition of complex mineral and biomineral fertilizers were studied.

Ключевые слова: Рентгенофазовый анализ, качественный и количественный анализ, биоминеральные удобрения.

Keywords: X-Ray analysis, qualitative and quantitative analysis, biomineral fertilizers.

Существуют различные методы определения состава и структуры вещества, один из них – рентгенофазовый анализ. Как метод неразрушающего контроля, в основе которого лежит явление на трехмерной кристаллической решетке соединений, подчиняющееся условию Вульфа-Брэгга, рентгенофазовый анализ является мощным инструментом исследования химических соединений и считается одним из фундаментальных методов исследования структуры кристаллических, микрокристаллических и текстурных соединений [1].

В настоящее время данный анализ наиболее применим, по сравнению с другими рентгеновскими методами. Рентгенография поликристаллических образцов позволяет определять кристаллографические параметры неизвестных веществ, производить структурный анализ несложных структур, исследовать фазовый состав вещества, выполнять качественный и количественный анализы. Качественный рентгенофазовый анализ заключается в идентификации кристаллических фаз на основе присущих им значений межплоскостных расстояний d (hkl) и соответствующих интенсивностей линий I (hkl) рентгеновского спектра; в то время как количественный анализ заключается в определении количества фаз в смеси и основан на зависимости интенсивности дифракционного отражения от содержания I соответствующей фазы в исследуемом объекте [2].

В последние годы на мировом рынке минеральных удобрений наблюдается высокий спрос на различные виды комплексных NPK-удобрений [3]. Одновременно с использованием известных NPK удобрений аграрная наука непрерывно ведет поиск наиболее перспективных удобрений, которые положительно влияют на урожайность и качество выращиваемой продукции. На этой основе производится ряд бактериальных удобрений и микробиологических препаратов [4].  

Цель исследований – установить сравнительный анализ рентгенофазового анализа по эффективности минеральных и биоминеральных удобрений при комплексном их применении на формирование овощебахчевых культур в условиях сероземных и сильнозасоленных почв Сырдарьинской области Республики Узбекистан. Нами представлены результаты исследования комплексных минеральных удобрений серии «FAN-AGRO» в иммобилизованном состоянии с фосформобилизующими почвенными штаммами B. Subtilis BS-26, создаваемые на основе местного сырья и выпускаемых в Республике (ООО «FAN-DON»).

Идентификация образцов проведена на основе дифрактограмм, полученных на универсальном рентгеновским дифрактометре XRD-6100 (Shimadzu Corp. Japan), оснащенным источником Cu Kα-излучение (λ=1.54 Å). Качественное и количественное определение фаз образцов производилось с помощью программы MATCH [5]. Для количественного определения использовался комплект программного обеспечения BGMN/Profex Rietveld [6]. Общий минеральный состав определялся на порошковой пробе образца, которая готовилась растиранием средней пробы образца на лабораторной мельнице и агатовой ступке до 1–5 мкм. размера частиц. На рисунке 1 представлены дифрактограммы и результаты определения минерального состава образцов серии удобрений «FAN-AGRO» (табл. 1).

Таблица 1.

Минеральные составы серии удобрений «FAN-AGRO»

Рисунок 1.  Дифрактограммы комплексных удобрений серии «FAN-AGRO»

Далее проведены рентгенографические исследования образцов обработанной водой и иммобилизованными микроорганизмами B. Subtilis BS-26.

Рисунок 2. Сравнительные дифрактограммы комплексных удобрений серии «FAN-AGRO/Н2О» и «FAN-AGRO/ИМ»

Сравнительные дифрактограммы «FAN-AGRO-03/Н₂О» и его иммобилизованного образца «FAN-AGRO-03/ИМ» показали, что изменения касаются интенсивности отражения (рис.2). В «FAN-AGRO-03/Н2О» привел к росту интенсивности базисного отражения (50000 квантов). В «FAN-AGRO-03/ИМ» интенсивность базисного отражения карбамида (001) уменьшается до 10000 квантов.  В остальных образцов интенсивность пиков сильно занижены, т.к. из-за присутствия влаги растет вклад аморфного составляющего.

Значения максимального пика в «FAN-AGRO-04/Н2О» 800 квантов, «FAN-AGRO-04/ИМ» 900 квантов, «FAN-AGRO-07/Н2О» – 1600, «FAN-AGRO-07/ИМ» – 4500, «FAN-AGRO-09/Н2О» - 1450, «FAN-AGRO-09/ИМ» – 1500 квантов. Анализ дифракционной картины программой Profex показал, что в рассматриваемых образцах присутствуют кристаллические фазы исходных ингредиентов - карбамид, аммофос, КCl, MgSO₄∙7H₂O, также новые образованные кристаллические фазы, в результате реакции взаимодействия аммофоса с калием хлоридом. Во всех образцах сильно уменьшаются пики калия хлорида и аммофоса, карбамид образует соединения включения с аммонием хлоридом - (NH₂)₂CO•NH₄Cl, также появляются кристаллические фазы (NH4)_xK_1-xH₂PO₄ и KH₂PO₄. 

Таким образом, свойства комплексных удобрений серии «FAN-AGRO», «FAN-AGRO/Н₂О» и «FAN-AGRO/ИМ» изучены методом рентгенофазового анализа. Полученные результаты показали, что после обработки исходных минеральных удобрений серии «FAN-AGRO» водой и штаммом B. Subtilis BS-26 наблюдалось увеличение аморфной фазы из-за уменьшения кристаллической фазы. Это свидетельствует о появлении новых фаз, в результате реакции исходных компонентов и образования супрамолекулярных комплексов. В обоих случаях штамм B. Subtilis BS-26 во влажных условиях играет роль как катализатор. В результате, физико-химические свойства среди индивидуальных удобрений, особенно растворимость удобрений улучшается в следующим порядке: «FAN-AGRO-09» → «FAN-AGRO-04» → «FAN-AGRO-07» → «FAN-AGRO-03», а в общем виде «FAN-AGRO» → «FAN-AGRO/Н2О» → «FAN-AGRO/ИМ» смотрится так. В этом случае самый оптимальный вариант удобрений считается «FAN-AGRO-03» → «FAN-AGRO-03/Н2О» → «FAN-AGRO-03/ИМ».

Список литературы:
1. Михалкина О.Г. Применение метода рентгеновской дифракции для исследования керна и техногенных продуктов // Научно-технической сборник. Вести газовой науки. - 2016. - № 4 (28). - С. 96-108.
2. Кузнецова Г.А. Качественный рентгенофазовый анализ. Методические указания. – Иркутск, 2005. - 28 с.
3. Получение NPK-удобрения из мытого сушеного фосфоритового концентрата / Назирова Р.М. [и др.] // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. - 2016. № 10(31). [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/3774 (дата обращения: 30.04.2020).
4. Захаров С.А. Применение биоминеральных удобрений и биопрепаратов в ресурсосберегающих технологиях выращивания озимой пшеницы лесостепи Поволжья // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. № 4. - С.62-67.
5. Le Meins J-M, Granswick L.M.D., Le Beil A. Results and conclusions of the internet based «Search/match round robin 2002» // Powder Diffraction. - 2003. V. 18, Issue 2. - Р. 106-113.
6. Dobelin N., Kleeberg R., Profex: a graphical user interface for the Rietveld refinement program BGMN, Journal of Applied Crystallography. - 2015. V.48. - P. 1573-1580.