Из множества методов инструментального анализа химического состава почв в настоящее время применяются следующие: атомная абсорбция, эмиссионный, полярографический метод, рентгенфлуоресцентный и активационный анализ.
С помощью этих методов в почвах определяется большая группа не только макро-, но и микроэлементов, включая тяжелые металлы. Это особенно важно при оценке уровня загрязнения металлами поверхности и толщи почвенного профиля.
Иногда исследования проводятся как в почве в целом, так и в отдельных почвенных компонентах (микроагрегатах, органическом веществе, природных и грунтовых водах).
Атомно-абсорбционная спектрометрия
Метод атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС) основан на резонансном поглощении (абсорбции) света свободными атомами элемента, возникающем при пропускании пучка света через слой атомного пара. Селективно поглощая свет на частоте резонансного перехода, атомы переходят из основного в возбужденное состояние, а интенсивность проходящего пучка света на этой частоте экспоненциально убывает. Свет от источника резонансного излучения проходит через модулятор, пламя с атомизированной пробой, в которой частично поглощается, затем проходит через монохроматор, попадает на фотодетектор, затем на регистрирующее устройство. Для успешного определения концентрации элемента в анализируемой пробе необходимо создать оптимальные условия для разделения молекул на атомы, выделения их в газовую фазу, наблюдения и регистрации в определенных условиях характеристических спектров поглощения.
Определение химических элементов проводится из различных вытяжек, например, в 1 М растворе HNO3, который извлекаетиз почвы до 70–90 % металлов. Метод имеет ряд достоинств – хорошая чувствительность, избирательность, высокая воспроизводимость результатов и простота выполнения анализов. Он позволяет определить до 70 элементов и обеспечивает предел обнаружения до 0,1–0,01 мкг/мл, что позволяет анализировать почвы и растения без предварительного концентрирования элементов.
Метод пламенной фотометрии
Пламенная фотометрия - один из видов эмиссионного анализа, основой которого является непосредственное измерение интенсивности спектрального излучения анализируемого образца (жидкого и твердого), вводимого в пламя как в источник возбуждения. Величины, получаемые в результате фотометрических измерений, в конечном итоге зависят от концентрации определяемых элементов в пробе. Фотометрическое измерение проводят при помощи соответствующей аппаратуры, включающей источник света (пламя) и систему для измерения излучения. Комплект такой аппаратуры называют фотометром для пламени. Принцип метода заключается в следующем: раствор эжекцией с помощью сжатого воздуха, кислород которого является окислителем, поступает в смеситель вместе со светильным газом и дает пламя горелки с максимальной температурой 1700-18400С.
Применяется в основном для определения щелочных и щелочноземельных элементов. Этим методом определяют калий, магний, кальций, натрий, рубидий, цезий, стронций и др. Недостатками метода являются его большая зависимость от температуры пламени и большое наложение соседних линий спектра, которое иногда доходит до 2,5 %, особенно когда концентрация «мешающих» элементов в растворе в несколько раз превышает концентрацию определяемого элемента.
Эмиссионный спектральный метод
Эмиссионный спектральный анализ один из наиболее распространенных методов элементного анализа вещества, основанный на регистрации атомных эмиссионных спектров с помощью специального прибора — спектрографа. Эмиссионный спектр состоит из набора очень узких линий, который определяется электронной структурой атомов и является характеристичным для каждого элемента. Интенсивность линий в спектре зависит от содержания атомов данного элемента в пробе. Также изучение вещества этим методом проводится на плазмотронах, в которых температура плазмы достигает 10000К. Современные плазмотроны позволяют определять до 50 элементов с пределом обнаружения от 1 до 100 мкг/мл.
Полярографический метод
Метод основан на зависимости между потенциалом поляризуемости рабочего электрода и силой тока, протекающего через раствор, пропорциональ- ной концентрации определяемого вещества. Полярография позволяет анализировать ионы металлов, многие анионы, неорганические и органические вещества, способные к электрохимическому окислению или восстановлению, атакже возможность определять несколько минералов, содержащихся в растворе и проводить большое количество повторных определений в одной и той же пробе.
Рентгенфлуоресцентный метод
РФА (рентгенофлуоресцентный анализ) - метод физического анализа, который напрямую определяет практически все химические элементы в порошкообразных, жидких и твердых материалах. Анализ проводится на основании сравнения излучения, которое получается в результате облучения атома. Данный метод основан на анализе спектра, который получается методом воздействия на материал, который исследуется, рентгеновскими лучами. Во время облучения атом приобретает возбужденное состояние, которое сопровождается переходом электронов на квантовые уровни более высокого порядка. В таком состоянии атом находится очень мало времени, около 1й микросекунды, а после этого возвращается в свое основное состояние (спокойное положение). В это время электроны, находящиеся на внешних оболочках, или заполняют освободившиеся вакантные места, а лишнюю энергию выпускают в виде фотонов, или передают энергию другим электронам, находящимся на внешних оболочках (они называются ожэ-электронами). В это время каждый атом выделяет фотоэлектрон, энергия которого имеет строгое значение. К примеру, железо во время облучения рентгеновским излучением испускает фотоны, равные Кα, или 6,4 кэВ. Соответственно, по количеству квантов и энергии можно судить о строении вещества.
Преимущество этого метода заключается в том, что он не требует растворения пробы перед анализом и дает возможность анализировать один и тот же образец несколько раз. Недостатком является его невысокая чувствительность и небольшой набор определяемых элементов.
Активационный анализ
Метод качественного и количественного элементного анализа вещества, основанный на активации ядер атомов и исследовании образовавшихся радиоактивных изотопов (радионуклидов). Пробу облучают ядерными частицами (тепловыми или быстрыми нейтронами, протонами, дейтронами, 
частицами и т.д.) или 
квантами. Затем определяют вид, т.е. порядковый номер и массовое число, образовавшихся радионуклидов по их периодам полураспада Т1/2 и энергиям излучения Е, которые табулированы. Поскольку ядерные реакции, приводящие к образованию тех или иных радионуклидов, обычно известны, можно установить, какие атомы были исходными. Количественный активационный анализ основан на том, что активность образовавшегося радионуклида пропорциональна числу ядер исходного изотопа, участвовавшего в ядерной реакции.
Применяется для определения очень малых количеств металлов в органических и неорганических веществах. Для количественного определения металлов активационным методом используют высокоэффективные детекторы, многоканальные анализаторы и регистрирующие ЭВМ.
Однако следует иметь в виду, что наряду с инструментальными методами в настоящее время широко используются традиционные химические методы анализа.
Контрольные вопросы:
1. Какие химические элементы входят в состав почвы? С помощью какого анализа можно их определить?
2. Какие почвенные процессы можно проследить на основе данных валового химического состава почв?
3. На чем основано исследование почвы химическим методом? Дайте сравнительную оценку различных способов переведения в раствор химических элементов.
4. Почему в химическом анализе пользуются платиновые тигли?
5. Дайте краткую характеристику инструментальным методам определения в состава почвы.