BETROUWBAARHEID EN REPRODUCEERBAARHEID VAN HET BEPALEN VAN VOCHT EN ZOUT IN ZOUTE ZANDGRONDEN. door. Chr. Visscher Abw f ebruari

Transcriptie

1 W E R K D O C U M E N T BETROUWBAARHEID EN REPRODUCEERBAARHEID VAN HET BEPALEN VAN VOCHT EN ZOUT IN ZOUTE ZANDGRONDEN door Chr. Visscher Abw f ebruari I E N S T V O O R D E I J S S E L M E E R P O L D E R S S M E D I N G H U I S L E L Y S T A D

2 SAMENVATTING De in 1963 geintroduceerde methodiek voor het bepalen van vocht en zout in grond geeft voor zoute zandgronden slecht reproduceerbare zoutgehalten. Het zout is nl. heterogeen in het zand verdeeld. Een onderzoek is ingesteld naar mogelijk gebruik van kogelmolen en monsterverdeler voor het homogeniseren van zout zand. De oude methode - van v66r is vergeleken met de a1 of niet gemodificeerde methode die in 1963 is ingevoerd. Het resultaat is, dat de oude methodiek voor het bepalen van vocht en zout in zoute zandgrond niet alleen betrouwbare en goed reproduceerbare waarden geeft, maar bovendien minder tijdrovend is dan de andere onderzochte methodieken.

3 INHOUD 1. INLEIDING 2. WERKWIJZE 2.1. Flesjes-methode 2.2. Schalen-methode 2.3. Vergelijking methoden 3. ONDERZOEK 3.1. Kunstmatige monsters Vocht Zout 3.2. Praktijkmonsters !Iochg Zout 4. SAMENVATTENDE CONCLUSIES 5. LITERATUUR BIJLAGEN 2 TABELLEN

4 1. INLEIDING In 1963 is voor het bepalen van vocht en zout in grond de tot dan in de subafdeling Laboratoria van de Rijksdienst voor de IJsselmeerpolders toegepaste Elesjes-methode vervangen door de schalen-methode (2). Met laatstgenoemde methode moest het mogelijk zijn vocht en zout betrouwbaarder en beter reproduceerbaar te bepalen. Nadat de nieuwe methode enige maanden was toegepast, is via de standaardafwijking van duplo-bepaling het maximaal toelaatbaar verschil tussen duplo's opnieuw vastgelegd. Inderdaad bleek dat met de nieuw ingevoerde methodiek beter reproduceerbare zoutgehalten werden gevonden. Omdat bij de nieuwe methode voor het bepalen van vocht het totale monster in gebruik wordt genomen, kon hiervoor geen maximaal toelaatbaar verschil worden berekend. Maar het op deze wijze verkregen vochtgehalte is uiteraard zeer betrouwbaar. De bij dit onderzoek betrokken gronden betroffen klei en humeuze klei met een variabel zoutgehalte en zand met een laag zoutgehalten (< 0,100 gram natriumchloride per 100 gram stoofdroge grond). Bij zoute zandgronden zijn de verschillen tussen duplo's veel groter (20-30%) dan bij overeenkomende zoutgehalten in klei. De bepaling van zout in zoute zandgronden wordt dan ook in viervoud uitgevoerd, maar de verschillen tussen de gevonden waarden blijven groot. Omdat dergelijke zanden nu vaak in het onderzoekpakket van de subafdeling Laboratoria van de Rijksdienst voor de IJsselmeerpolders voorkomen, is gezocht naar een methodiek welke voor het bepalen van vocht en zout in zoute zandgronden betrouwbare en goed reproduceerbare waarden geeft. Waarschijnlijk is de oorzaak van het vinden van slecht overeenstemmende twee- of viervouden, dat ook na homogeniseren het zout toch nog heterogeen in het zand verdeeld is. Voor hetverdelen van heterogeen materiaal in representatieve porties heeft het laboratorium de beschikking over een monsterverdeler. De kogelmolgen maakt het mogelijk heterogeen materiaal door verpoedering te homogeniseren. de mogelijkheid om zoute zandgronden met een monsterverdeler te verdelen in representatieve porties van gram ter onderzoek op zout heeft Almad reeds in 1971 onderzocht (I). Hiervan is het hierna beschrevene een voortzetting. Bij een orienterend onderzoek bleek, dat in zoute zandgronden, fijngemaakt in een kogelmolen, goed reproduceerbare zoutgehalten werden verkregen. Een betrouwbaar zoutgehalte verkrijgt men met deze methodiek alleen als het totale monster of een representatie deel ervan in gebruik wordt genomen. Dergelijke ingrepen verlengen de tijdsduur van de analyse belangrijk. Vandaar dat de in 1963 vervangen, minder tijdrovende, flesjes-methodi?k cpaieuw op bruikbaarheid is onderzocht.

5 2. WERKWIJZE Voor het bepalen van vocht en zout in grond beschikken wij over twee methodieken. Deze worden aangeduid als flesjes-methode en schalen-methode. Eerstgenoemde is in gebruik geweest tot 1963, laatstgenoemde is nadien ingevoerd. Ze zullen hierna in het kort worden beschreven (6) Flesjes-methode De veldvochtige grond intensief met de handen kneden tot een homogene massa en op een laboratoriumtafel uitslaan tot een platte koek. Met een spate1 kleine hoeveelheden grond (totaal + 35 gram) tot op de tafel wegsteken en overbrengen in een poederflesjet Door de grond v66r en nz drogen te wegen is uit het gewichtsverlies het vocht te berekenen in grammen water per 100 gram stoofdroge grond (A-cijfer). Het zout wordt bepaald door de in de flesies gedroonde grond met gedemineraliseerd water te schudden. Hierbij gaan de oplosbare zouten in oplossing. Na bezinken van de gronddeeltjes wordt in de bovenstaande heldere vloeistof het chloridegehalte bepaald. Omdat de in water oplosbare zouten grotendeels afkomstig zijn van zeewater en ongeveer 85% van de in zeewater voorkomende chloriden uit natriumchloride bestaat, wordt het zoutgehalte in grond uitgedrukt in gramnen natriumchloride per 100 gram stoofdroge grond (B-cijfer) Schalen-methode De veldvochtige grond enigszins verbrokkelen of kneden, op een laboratoriumtafel uitslaan (zo mogelijk) tot een platte koek en in zes segmenten verdelen. Het totale monster in gebruik nemen door drie schalen te vullen met veldvochtige grond van telkens twee tegenover elkaar liggende segmenten. Deze bewerking mag, om verdamping te vermijden, niet langer dan B6n minuut duren. Uit het gewichtsverlies v66r en nz drogen wordt het vochtgehalte berekend. Na malen van de gedroogde grond wordt het zout bepaald door een deel van de grond (20-40 gram) met gedemineraliseerd water te schudden. Na bezinken van de gronddeeltjes wordt in de bovenstaande heldere vloeistof het zoutgehalte titrimetrisch bepaald Vergelijking methoden Met de schalen-methode is het vocht betrouwbaarder te bepalen dan met de flesjes-methode. Immers: bij eerstgenoemde methode wordt de totale hoeveelheid veldvochtige grond - na 6Cn minuut homogeniseren - in gebruik genomen. Bij laatstgenoemde methode wordt - na minuten in- tensief met de handen mengen - uitgegaan van slechts + 35 gram veldvochtige grond. Het kneden en homogeniseren van veldv&htige grond is - vooral bij zware gronden - een langdurige (15-20 minuten) bezigheid, waarbij de grond aan de lucht is blootgesteld. Door verdampen van water kan het vocht bepaald volgens de flesjes-methode 1-6 eenheden lager liggen dan dat bepaald volgens de sci~alen-methode (3). De voor de zoutbepaling in gebruik te nemen grond (20-60 gram) is bij de schalenmethode afkomstig van het in zijn gehee1 gernalen en daardoor goed gehomogeniseerde gedroogde monster. Bij de flesjes-methode wordt voor deze bepaling slechts + 35 gram van het - soms nog 20 minuten kneden nog niet goed.gehomoge;iseerde - veldvochtige monster in gebruik genomen. Het vocht en zout is volgens de schalen-methode dan ook niet alleen betrouwbaarder maar ook beter reproduceerbaar te bepalen. Zoals in de inleiding reeds werd vermeld is de schalen-methode voor het bepalen van zout in zoute zandgrond echter minder geschikt. Er zal voor dergelijke gronden naar een andere '.rcrkwijze moeten worden omgezien.

6 3. ONDERZOEK De betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van de in het geding zijnde methodieken voor het bepalen van vocht en zout in zoute zandgrond zullen, aan de hand van een aantal kunstmatig vochtig en zout gemaakte zandgronden, worden onderzocht. In hoeverre de uit dit onderzoek te trekken conclusies ook gelden voor natuurlijke veldvochtige zoute monsters zal eveneens worden nagegaan Kunstmatige monsters Een hoeveelheid zilverzand (U = 120) en rivierzand (U = 70) is na uitwassen met gedemineraliseerd water - ter verwijdering van eventueel 0 aanwezige zouten - bij 105 C gedroogd. Zowel het gedroogde zilver- als het rivierzand is in 10 porties van I kg verdeeld. De monsters zijn vervolgens bevochtigd met verschillende hoeveelheden van een natriumchloride-oplossing. Op deze wijze zijn twintig monstes samengesteld met oplopende gehalten aan vocht en zout. Uit de hoeveelheid toegevoegde natriumchloride-oplossing van bekende sterkte, worden de gehalten aan vocht en zout in de monsters berekend. In hoeverre het toegevoegde vocht en zout wordt teruggevonden bij toepassen van de beide hiervoor beschreven bepalingsmethoden, zal hierna worden vermeld. Van de met de hand gehomogeniseerde monsters zijn voor het bepalen van vocht en zout volgens de flesjes-methode vier poederflesjes met + 35 gram vochtige grond gevuld. Voor het bepalen van vocht volgens de schalen-methode is de rest van de grond verdeeld over twee schalen. Na drogen is de grond van de ene schaal, na homogeniseren, overgebracht in een monsterpot. De totale hoeveelheid grond van de andere schaal is in een kogelmolen fijngemaakt en eveneens overgebracht in een monsterpot. De grond in beide potten is in viervoud op zout onderzocht, waarbij de in gebruik te nemen grond (20-40 gram) na mengen met een lepel uit de potten is geschept. Deze werkzijzen zijn aangeduid als "schalen-methode" en "schalen-methode+kogelmolen". In tabel I zijn de resultaten van dit onderzoek met de berekende hoeveelheden water en zout toegevoegd aan het zand, samengevat. De standaardafwijkingen zijn tevens in de tabel opgenomen Vocht Uit de tabel blijkt dat zowel volgens de flesjes-methode als volgens de schalen-methode het aan de monsters toegevoegde vocht niet voor 100 doch slechts voor 95,7% is teruggevonden. Door verdamping, 0.a. bij het met de hand mengen van het monster op tafel, is vocht verloren gegaan. Uit de t-toets op het gemiddelde van verschillen blijkt, dat er geen significante niveauverschillen tussen beide methodieken zijn (t = 1,36 < t = 2,09) (19) ' (4 en 7). 975 Ook de verschillen tussen de standaardafwijkingen zijn niet significant (F = 1,42 < F. = 1,95) (L en 8). 95 i60, 201 De conclusie is da; vocht in zand vclgenr beide methodieken met dezelfde betrouwbaarheid en reproduceerbaarhcid kan worden bepaald Zout Bij de schalen-methode is van het toegevoegde ~ out slechts 94,3% teruggevonden. Bovendien zijn de verschillen tussen viervouden groot. Bij de schalen-methode waarbij de grond vooraf in een kogelmolen is fijngemaakt zijn niet alleen de verschillen tussen de viervouden klein, maar

7 is bovendien gemiddeld 98,LZ van het toegevoegde zout teruggevonden. Ook bij de flesjes-methode is vrijwel a1 het toegevoegde zout teruggevonden (gemiddeld 98,4%). De standaardafvijking bij de flesjes-methode is echter significant - groter dan die bij de schalen-methode+kogelmolen (F = 5,73 > F. = 1,53). 95 r60, 607 Daarenteeen - is de s-tandaardafwijkine. - - bij de flesjes-methode sterk significant ~~- -~ kleiner dan die bii de schalen-methode (F = 13,15 > F.g5 [60, 6f, = 1,53). De 95% betrouwbaarhiedsintervallen van de teruggevonden percentages zijn respectievelijk 98,2 + 0,5 en 98,4 + 0,6 (4). De mate van fiinheid van het zand is blitkbaar niet van invloed hetgeen blijkt uit de ;eruggevonden percentages bij zilver- en rivierzand welke bij schalen-methode+kogelmolen en flesjes-methode resp. 98,32, 98,22 en 98,0%, 98,8% zijn. Het toegevoegde zout wordt dus niet volledig teruggevonden. De oorzaak hiervan is, dat bij het mengen van de monsters op tafel, vocht inclusief zout aan handen en tafelblad is achtergebleven. De conclusie uit een en ander is dat zout in zoute zandgrond zowel volgens de schalenmethode+kogelmolen als volgens de flesjes-methode te bepalen is. Bij gebruik van de schalen-methode+kogelmolen zijn de gevonden waarden echter beter reproduceerbaar. Omdat fijnmaken van grond met de kogelmolen een zeer tijdrovende bezigheid is, wordt aan de flesjes-methode de voorkeur gegeven. Uit de standaardafwijking voor viervouden is het maximaal toelaatbaar verschil tussen duplo-bepalingen (2 V 2 x S) voor de flesjes-methode berekend. Hieruit is gebleken dat zout in zand volgens de flesjes-methode met dezelfde reproduceerbaarheid te bepalen is dan zout in andersoortige grond volgens de schalen-methode. Om de natriumchloride-oplossing goed door het gehele monster te verdelen is bij deze proeven de grond intensief gedurende + 5 minuten met de hand gemengd. Bij onderzoek van natuurlijke veldvochtige monsters mag echter om verdamping te voorkomen niet langer dan 6611 minuut worden vermengd. Daarom is een aantal veldvochtige natuurlijke monsters zowel volgens de flesjes-methode als volgens de schalen-methode op vocht en zout onderzocht. In hoeverre de monsterverdeler voor het representatief afwegen van droge grond bruikbaar is, werd eveneens nagegaan Praktijlanonsters Uit tweehonderd monsters zand, waarin volgens de f'rsjes-methode in duplo vocht en zout waren bepaald, zijn 38 r;nsters nic?: var~erende gehalten aan vocht en zout geselect<?erd. Des.? 38 monsters zijn vervolgens in drie-voud op vocht en in tv~r-.:oud op zaut volgens de schalenmethode onderzocht. Met een monsterverdeler zijn twee representatieve porties droge grond van gram verkregsll icaarin eveneens zout is bepaald. De laatste methode is aangrduid als schalen-methode+monsterverdeler. De verkregen resuitaten staa- <n tabel 2. Uit vocht- en zoutgehalte is tevens het zout berekend i:-. grammen natrium-chloride per liter bodemvocht (C-cijfer). Ook dc stnndaardafwijking staan vermeld in tabel Vocht Uit de t-toets voor het gemiddflde van verschillen blijkt dat vocht bepaald volgens de schalen-methode significant lagere rjaarden geeft dan...

8 volgens de flesjes-methode (t = 8,44 > t (37)'975 = 2,02). De oorzaak hiervan is dat tijdens de behandeling van de monsters bodem-,,ocht is verloren. Imers na bepalen van vocht volgens de flesjes-methode is de veldvochtige grond weer teruggebracht in de plastic monsterzak. Na twee weken zijn de monsters op vocht onderzocht volgens de schalenmethode. De veldvochtige grond is derhalve twee keer met de handen gemengd en op de tafel uitgespreid. Hierbij is bodemvocht aan handen en tafelblad achtergebleven. Uit de F-toets op het verschil in spreiding blijkt dat vocht in zand volgens beide methodieken met dezelfde reproduceerbaarheid is te bepalen (F = 1,02 < F.g5 - - (38, 76; - 1,52) ZXJ& Bij bepalen van zout volgens de schalen-methode zijn de verschillen tussen duple's groot. Vergeleken met de flesjes-methode zijn deze verschillen significant groter (F = 5,48 > F.95 ;38, 3$ = 1'70). Gemiddeld liggen ioutgehklten bepaald volgens de schalen-methode 5,9% lager dan die bepaald volgens de flesjes-methode. De oorzaak hiervan is dat fijn zout en relatief grof zand moeilijk zijn te homogeniseren. Waarschijnlijk wordt vooraf gehomogeniseerd zout zand bij het overbrengen in een monsterpot reeds weer ontmengd. Ook het vooraf mengen van zand in de monsterpot - alvorens de grond a te wegen voor het bepalen van zout - zal zout zand veeleer ontmengen dan homogeniseren. Een relatief groot deel van het fijne zoua zal bij deze handelingen onder in de monsterpot terechtkomen. Voor het bepalen van zout in zand is de schalen-methode daarom minder geschikt. Uit de F-toets voor het verschil in spreiding blijkt dat zout volgens de flesjes-methode met dezelfde reproduceerbaarheid kan worden bepaald dan met de schalen-methode waarbij voor het representatief afwegen van de benodigde grond een monsterverdeler is gebruikt (F = 1,49 < F. 95.;38, 3g = 1'70). Uit de iariantie-ainaly~~blijkt dat er tussen beide methodieken zeer sterk significante niveau-verschillen zijn (F = 177,7 > F. 3,98). 95 r1,76-; = Gemiddeld gevonden-gehaite bij eerstgenoemde methode is 0,8987 (= 100%) tegen 0,8820 (= 98,1%) bij laatstgenoemde methode met monsterverdeler. De hiervoor bij de verschillende methodieken voor bepalen van vocht geconstateerde verliezen aan zout bodemvocht zijn oorzaak van het vinden van lagere zoutgehalten. Verdampen van vocht zal door de kc-re mengtijd (minder dan 1 minuut) van het veldvochtige monster te verilaarlozen zijn. Als verlies aan zout bodemvocht de enige oorzaak is van het vindfn van lagere zoutgehalten en er tussen beide methodieken geex r,i\;:-auverschillen zijn, moeten de volgens beide methodieken berekende C-c;.jfers met elkaar overeenstemmen. Inderdaad blijkt uit de toets van Friednail dat er tussen de C-cijfers van beide met 9 odleken ' geen significante niveauverschillen zijn (T = 1,57 < X = 7,81) (4 en 8). (3).95 De verdelingsvrije toets van Friedman is gebruikt, omdat de duplo-verschillen bij de C-cijfers berekend via de flesjes-methode significant kleiner zijn dan die berekend via de schalen-methoae+monsterverdeler. (F = 3,50 > F. = 1,70). 95 i38, - 3q

9 De conclusie hieruit is dat zout in zoute zandgronden volgens de flesjes-methode en de schalen-methode+monsterverdeler betrouwbaar en met dezelfde reproduceerbaarheid te bepalen is. Aan eerstgenoemde methode wordt in verband met de tijdwinst de voorkeur gegeven. Dat de met de flesjes-methode berekende C-cijfers significant beter reproduceerbaar zijn dan die berekend met de andere methodiek, komt doordat bij eerstgenoemde methode bij de berekening het actuele vochtgehalte in het desbetreffende flesje wordt gebruikt.

10 4. SAMENVATTENDE CONCLUSIES - Vocht in zand is zowel volgens de flesjes-, als de schalen-methode betrouwbaar en met dezelfde reproduceerbaarheid te bepalen. - Om vochtverliezen te voorkomen mag bij beide methoden het mengen van veldvochtig zand niet langer duren dan 6.6n minuut. - Bij het bepalen van zout in zand volgens de schalen-methode liggen de gevonden waarden gemiddeld 6% lager dan die gevonden volgens de flesjes-methode. - De verschillen tussen duplo's zijn groot (20-30%). Oorzaak hiervan is dat een droog mengsel van fijn zout en relatief grof zand moeilijk is te homogeniseren. - Bij gebruik van een monsterverdeler voor het representatief afwegen van de benodigde grond, liggen de verkregen waarden op hetzelfde niveau dan die verkregen volgens de flesjes-methode. Het zout is dan met dezelfde reporduceerbaarheid te bepalen. - Het homogeniseren van zout zand met een kogelmolgen geeft zeer goed reproduceerbare resultaten. Om op deze wijze betrouwbare waarden te verkrijgen moet het totale monster of een representatief deel ervan door de kogelmolen worden fijngemaakt. - Zowel het gebruik van een monsterverdeler als van een kogelmolen verlengen de tijdsduur van de analyse. Voor het bepalen van zout in zand heeft de minder tijdrovende flesjes-methode daarom de voorkeur. - De foutengrens voor het bepalen van zout in grond volgens de schalenmethode kan ook worden gebruikt voor het bepalen van zout in zand volgens de flesjes-methode. - Omdat andersoortige veldvochtige grond dan zand zelfs na 20 minuten mengen nog niet homogeen is, is de flesjes-methode hier niet bruikbaar. In die gevallen blijft voor het bepalen van zout - evenals voor vocht - de schalen-methode in gebruik.

11 5. LITERATLIllR 1. Ahmad, Mateen 3. Beverwijk, A 7. Nederlands Normalisatieinstituut 8. Zijp, 1J.L Titrimetric determination of chloride 1964 De invloed van het homogeniseren op het vochtgehalte van veldvochtige grond. Intern rapp. R.1J.P.; R A-B-C onderzoek verricht in monsters; die in jampotten en plastic zakken gedurende korte en lange tijd zijn bewaard. Intern rapp. R.1J.P.; R Bolle, E.A.W., J.H.M. Lenoir 1974 Wiskundige Statistiek en J.N.M. van Loon Kluwer, Deventer 5. Hofstee, J 1949 Vergelijking tussen de hepaling van het A-cijfer met de schalen-methode en de flesjesmethode. Intern rapp. R.1J.P.; R Hofstee, J. en H.J. Fien 1971 Analyse methoden voor grond, gewas, water en bodemvocht. R.IJ.P., Lelystad. Toelichting op de analyse methoden voor grond, gewas, water en bodemvocht. R.IJ.P., Lelystad Receptbladen voor de statistische verwerking van waarnemingen. N.E.N Handleiding voor statistische toetsen. Tjeenk Willink, Groningen.

12 ~ ~ b ei. l Bepalen van uocht en zour in kunsfmatipe monsters volgens flesjes-methode, schaleo-merhode enschalen-methodetkogelmolen Gramen varer per 100 g st.dr.grond (A-cijfer) Gramen narriumchloride.per 100 stodfdroge grond (8-cijfer) Monster toege- reruggevanden roege- teruggevonden '. "T. "Oegd flesjes-methade rchalen-merhode "Oegd flesjeslnechode schalin-methode schalen-merhode+k?geimolen a b c d gem. a b gem. ii b c d iem. 'a b c d gem. a b c d gem. I ,8 0,427 0, , ,425 0,4290,4230,4520,4020,427 0, ,4430,4400, ,4490,4550,4580,4500,453 0,4330,4090,4450,4740, ,4660, ,533

13 Tabel 2. Bepalen van vocht en rout in natuurlijke veldvochtige zandgronden, volgens flesjes-methode, schalen-methode en schalen-rnethodermonote~eeddlee eramen vocht per 100 gram aroofdroge grond (A-cijfer) gramen NaCl per 100 gram sroafdroge grond (8-cijfer) grammen NvCl per liter bodemvochr (C-cijfer) Mo~sferflesjes-methode schalen-mefhade schalen-methode+ SC alen-methode + nr. flesjes-methode schalenlnerhode monsrerverdeler fleejes-merhode echolen-methade mo~srerverdeler a b gem. a b c gem. a b gem. a b gem. a b gem. a b c a b c a b c ,2 21, ,O 21,2 21, ,744 0,747 0,746 0,744 0,753 0,748 0,747 0,758 0, , ,l ,906 0,906 0,906 0,832 0,796 0,814 0,871 0,890 0, ,il , , ,457 1,445 1,451 1,392 1,392 1,392 1,400 1,433 1, ,10 65, ,O ,428 1,436 1,432 1,304 1,363 1,334 1,401 1,425 1,413 63, , , ,l , ,140 1,122 1,131 1,074 1,081 1,078 1,116 1,106 1,111 47,3C> 46,77 47,O ,44 45, , , ,2 18,8 18, ,763 0,757 0,760 0,700 0,703 0,701 0,749 0,750 0,749 39,55 39,61 39,6 37,Ol ,l , ,l 23,l ,O ,971 0,969 0,970 0,847 0,815 0,846 0,910 0,912 0, ,67 38, , ,) , ,682 1, ,545 1,500 1,523 1,617 1,623 1, ,i I5,l ,7 14, ,695 0,702 0,698 0, ,659 0, , ,