连续流动法测定土壤中有机质_陶自伟.pdf

第 32 卷，第3 期2023 年3 月化学分析计量CHEMICAL ANALYSIS AND METERAGEVol.32,No.3Mar.2023连续流动法测定土壤中有机质陶自伟，李文韬，郑杰，赵柳，解多芬，朱秀美，蔡宇涵，刘静（云南同创检测技术股份有限公司，昆明650106）摘要建立连续流动化学分析法测定土壤中有机质含量。采用自动凯氏消化器对样品进行加热，使有机质在硫酸作用下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水，过量的重铬酸钾在酸性条件下，与1，5-二苯基碳酰二肼反应生成紫红色络合物，用连续流动化学分析仪测定。该法线性范围为0.42.0 g/L，线性相关系数为0.999 0，测定结果的相对标准偏差为0.48%2.85%（n=6），土壤标准物质测定值与标准值吻合。该法与NY/T 1121.62006方法对土壤中有机质的测定结果无显著性差异。关键词土壤；有机质含量；重铬酸钾；连续流动化学分析法中图分类号：0657.3 文献标识码：A 文章编号：1008-6145(2023)03-0056-05Determination of organic matter in soil by continuous flow analysisTAO Ziwei,LI Wentao,ZHENG Jie,ZHAO Liu,XIE Duofen,ZHU Xiumei,CAI Yuhan,LIU Jing(Testing Centre,Yunnan Comtestor Co.,Ltd.,Kunming650106,China)Abstract A method was established for the determination of organic matter in soil by continuous flow analyzer.KJELDAHL digester was used for heating the sample,the organic matter in sample was transformed to carbon dioxide and water after oxidized by potassium dichromate oxidizes under the action of sulfuric acid,and the excess potassium dichromate reacted with 1,5-diphenylcarbazide to form a purplish red complex,which would be determined by continuous flow analyzer.The correlation coefficient was 0.999 0 with the linear rang of organic matter content from 0.4 g/L to 2.0 g/L.The relative standard deviation was 0.48%-2.85%(n=6),and the detection value of the reference material of soil matched the standard value.The detection results had no significant difference between the method and standard method of NY/T 1121.62006 in the determination of soil organic matter.Keywords soil;organic matter content;potassium dichromate;continuous flow analysis土壤有机质是指存在于土壤中所有含碳的有机物质，它包括土壤中各种动植物残体、微生物及其分解和合成的各种有机物质1，是陆地生态系统碳循环的主要碳源和碳汇2。土壤有机质是植物必需元素的主要来源，能促进土壤的保肥能力和缓冲能力，还能络合土壤中的重金属、消去土壤中的农药残渣34，与土壤的渗透性、通气性、吸附性、缓冲性和结构性密切相关5。土壤有机质的测定对于有效评价土壤的肥力状况和耕地质量、科学合理施肥具有重要的作用。土壤有机质的测定方法按测定原理有重量法6、化学氧化法69、分光光度法10和光谱法6。重量法有灼烧法、干烧法、湿烧法，通过高温灼烧，计算失去的样品质量来计算有机质含量，该法操作简便，适用于大批量样品测定，但样品灼烧后失去的质量包含碳酸盐、硫化物和结合水的质量，会导致测定值偏高；化学氧化法有重铬酸钾容量法、过硫酸盐氧化法、臭氧氧化法，该法操作费时费力，且测定结果受实验人员技术熟练程度影响较大；分光光度法不适用于含有氯化物的样品；光谱法操作简单、方便，适合快速检测，但设备相对昂贵，影响测定结果的因素较多611。目前重铬酸钾容量法应用较为广泛，如NY/T 1121.62006 土壤检测第6部分：土壤有机质的测定12等。化学氧化法中加热温度尤为重要，加热方法有doi:10.3969/j.issn.1008-6145.2023.03.012通信作者刘静，高级工程师，从事分析检测及质量管理收稿日期20230206引用格式陶自伟，李文韬，郑杰，等.连续流动法测定土壤中有机质 J.化学分析计量，2023，32（3）：56.TAO Ziwei,LI Wentao,ZHENG Jie,et al.Determination of organic matter in soil by continuous flow analysisJ.Chemical Analysis and Meterage,2023,32(3):56.56陶自伟，等：连续流动法测定土壤中有机质油浴法、甘油浴法、沙浴法、烘箱法、加热板法、微波消解法等。其中油浴法、甘油浴法等方法加热温度不易控制，操作不方便，存在安全隐患；沙浴法表面温度不均匀；烘箱法、加热板法存在腐蚀设备、产生爆沸等不安全因素；微波消解法则加热步骤繁琐1324。笔者采用自动凯氏消化器进行加热，使土壤样品中的有机质在硫酸作用下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水，过量的重铬酸钾在酸性条件下，与1,5-二苯基碳酰二肼反应生成紫红色络合物，用连续流动化学分析仪于540 nm处测定2526。自动凯氏消化器操作简便、安全，加热温度稳定；连续流动化学分析法测定过量的重铬酸钾可避免因不同操作人员所导致的指示剂配制和滴定过程的差异，可批量测定，工作效率高，结果准确，减少人工操作。1实验部分1.1主要仪器与试剂自动凯氏消化器：KBL70S型,德国格哈特分析仪器有限公司。连续流动化学分析仪：AA3型,配540 nm滤光片、数据处理装置，德国布朗卢比公司。电子天平：MS204S型，感量为0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多集团。浓硫酸、磷酸、重铬酸钾、异丙醇、1,5-二苯基碳酰二肼：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。重铬酸钾：基准试剂，国药集团化学试剂有限公司。重铬酸钾标准溶液：40 g/L，取重铬酸钾基准试剂，于120 烘至恒重，称取40.000 g，用水溶解后定容至1 000 mL。DPC显色剂：称取 0.2 g 1,5-二苯基碳酰二肼，溶解于100 mL异丙醇中，加入适量水，搅拌下加入30 mL硫酸和10 mL磷酸，用水定容至500 mL，于04 温度下避光保存。实验用水为三级水27。1.2实验方法1.2.1样品处理将土壤样品粉碎后，过0.15 mm（100目）筛，称取0.2 g（准确至0.000 1 g）于消化管中，加入5 mL重铬酸钾标准溶液及 5 mL 硫酸，置于消解器上，于210 加热20 min，取下冷却，转移至100 mL容量瓶中，用水定容至标线，制得土壤样品溶液。1.2.2重铬酸钾标准工作溶液的配制分别移取5.0、4.0、3.0、2.0、1.0、0 mL 40 g/L重铬酸钾标准溶液于100 mL 容量瓶中，加入约80 mL水，再各加5 mL硫酸，用水定容至标线，依次得到2.0、1.6、1.2、0.8、0.4、0 g/L的重铬酸钾系列标准工作溶液。1.2.3测定上机运行系列标准溶液和样品溶液，同时做空白试验。分析管路图如图1所示。样品溶液经152 mm（6英寸）渗析器在线过滤，与显色剂（1,5-二苯基碳酰二肼）在线反应生成紫红色络合物，于 540 nm处测定。1.2.4结果计算土壤中有机质质量分数按式（1）计算：w=(0-)V0.0031.101.724m(1-w1)0.049 03(1)式中：w土壤样品中有机质的质量分数，g/kg；0空白样品溶液中重铬酸钾的质量浓度，g/L；土壤样品溶液中重铬酸钾的质量浓度，空气水显色剂5%硫酸样品黑/黑 0.32 mL/min蓝/黄 1.40 mL/min橙/黄 0.16 mL/min橙/橙 0.42 mL/min蓝/蓝 1.60 mL/min废液计算机数据处理系统废液5圈20圈20圈水蓝/黄 1.40 mL/min水蓝/黄 1.40 mL/min20圈540nm滤光片2.0mm15 mm流动池废液取样器152 mm 渗析器图1连续流动分析仪测定管路图57化学分析计量2023 年，第 32卷，第 3 期g/L；V样品定容体积，mL；0.0031/4碳原子的毫摩尔质量，g/mmol；1.10氧化校正系数；1.724有机碳转换为有机质的换算系数；0.049 031/6 重铬酸钾的毫摩尔质量，g/mmol；w1土壤样品中水的质量分数，%；m土壤样品的质量，g。2结果与讨论2.1重铬酸钾用量采用自动凯氏消化器进行加热，使有机质在硫酸作用下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水，过量的重铬酸钾在酸性条件下，与1,5-二苯基碳酰二肼反应生成紫红色络合物，用连续流动化学分析仪在540 nm处测定，因此实验须加入过量的重铬酸钾，确保土壤样品中的有机质被重铬酸钾完全氧化成二氧化碳和水。NY/T 1121.62006 土壤检测第6部分：土壤有机质的测定12明确了样品滴定消耗硫酸亚铁溶液的体积不能少于滴定空白消耗硫酸亚铁溶液体积的1/3，按称样质量0.2 g推算，确定加入5 mL 40 g/L重铬酸钾溶液。实验中土壤样品加热后若颜色变为绿色，说明样品中有机质含量过高，重铬酸钾加入量不足，需要减少称样质量或增加重铬酸钾的加入量，确保样品溶液颜色为黄绿色、黄色、桔黄色、红色。2.2硫酸用量使有机质在硫酸作用下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水，需要过量的硫酸。称取土壤样品，加入5 mL 40 g/L重铬酸钾溶液，分别加入2.5、5.0、7.5、10 mL硫酸，摇匀，于180消解10 min，取下冷却后用水转移至100 mL容量瓶中定容，同时做空白试验，测定样品中有机质含量。不同硫酸加入体积对应的土壤中有机质质量分数测定值如图2所示。从图2可看出，当硫酸加入体积不小于5.0 mL时，土壤样品中有机质含量测定值趋于平稳，说明加入5.0 mL硫酸可以使有机质被氧化完全，因此确定硫酸用量为5.0 mL。2.3加热温度的影响采用自动凯氏消化器进行加热，加热温度是本法的关键因素之一，温度达不到反应条件则氧化反应不充分。称取土壤样品，加入5 mL 40 g/L重铬酸钾溶液及5 mL硫酸，分别于90、120、150、180、210、240 消解20 min，冷却后用水转移至100 mL容量瓶中定容，同时做空白试验，测定土壤样品中的有机质含量。不同消解温度对应的有机质质量分数测定值如图3所示。由图3可知，随着加热温度的升高，有机质含量测定值随之增大，当加热温度大于等于210 时，有机质含量测定值趋于平稳，说明加热温度达到210 可将样品中的有机质完全氧化，满足氧化条件的要求，因此确定加热温度为210。2.4加热时间采用自动凯氏消化器进行加热，加热时间也是本法的关键因素之一，加热时间不充分则氧化反应不完全。称取土壤样品，加入5 mL 40 g/L重铬酸钾溶液及5 mL硫酸，于210 分别消解5、10、15、20、25 min，冷却后用水转移至100 mL容量瓶中定容，同时做空白试验，测定土壤样品中的有机质含量。不同加热时间对应的测定结果如图4所示。11.0012.0013.0014.000.02.04.06.08.010.0有机质质量分数/(gkg-1)硫酸用量/mL图2不同硫酸用量对应的土壤样品中有机质含量测定值4.006.008.0010.0012.0014.0090120150180210240有机质质量分数/(gkg-1)消解温度/图3不同加热温度对应的土壤样品中有机质含量测定值11.8012.2012.6013.0013.40510152025有机质质量分数/(gkg-1)消解时间/min图4不同加热时间对应的土壤样品中有机质含量测定值58陶自伟，等：连续流动法测定土壤中有机质由图4可知，随着加热时间的延长，有机质含量测定值随之增大，当加热时间不小于20 min时，有机质含量测定值趋于平稳，说明加热时间为20 min可将样品中的有机质完全氧化，氧化时间充分，因此确定加热时间为20 min。2.5仪器工作条件AA3型流动化学分析仪线性范围对应的吸光度为01.8，空白试验与1,5-二苯基碳酰二肼反应生成紫红色络合物吸光度超出了仪器线性范围。孔兰芬等25用重铬酸钾氧化-连续流动法测定烟草中纤维素含量中，采用稀释的方法使样品溶液浓度处于仪器线性范围内，但增加了实验操作步骤和复杂性。结合仪器的特点，笔者采用二次进样、渗析器方法进行方法验证。二次进样可以调整样品溶液浓度符合仪器线性范围，但因进样量较小，二次进样后仪器测定值不稳定；采用渗析器方法有效克服了样品溶液浓度超出仪器线性范围的情况，测定过程稳定，避免样品溶液稀释的步骤，有效节省了实验时间。因此采用渗析器方法，用152 mm（6英寸）的渗析器在线过滤样品溶液。2.6线性关系与检出限采用连续流动分析仪对标准溶液进行测定，以重铬酸钾的仪器响应值（y）及对应质量浓度（x）进行线性回归分析，得重铬酸钾线性回归方程为 y=0.222 79x+4 170，线性相关系数为0.999 0，线性范围为0.42.0 g/L，满足方法要求。依据GB/T 274172017 合格评定化学分析方法确认和验证指南28用空白溶液重复测定 10次，以空白值3倍标准偏差作为方法检出限，得方法的检出限为0.46 g/kg。2.7方法的精密度分别取红土、黄土、黑土、褐土样样品，均平行测定6次，测定结果列于表1。由表1可知，测定结果相对标准偏差为0.48%2.85%，表明方法的精密度较高。2.8方法的准确度选用GBW 074+0（ASA-9）陕西黄绵土本方法平行测定3次有机质含量，测定结果列于表2。由表2数据可知，测定值均在标准值范围内，表明方法的准确度较高。2.9比对试验分别利用本法和NY/T 1121.62006 12方法对同一土壤样品中有机质含量进行测定，测定结果列于表 3。由表 3 数据计算可知，在显著性水平=0.05，检验统计量 F=2.81，t=1.75，FF0.975(5,5)=7.15，tt0.975（10）=2.23，表明本法与标准方法 NY/T 1121.62006 12对土壤样品中有机质含量测定结果无显著性差异。2.10方法的优点表4列举了NY/T 1121.62006与本法的特点，从中可见本法操作简便，操作安全，可批量测定，可避免手动操作而导致差异，测定结果精密度更好。3结语采用自动凯氏消化器进行加热，使有机质在硫酸作用下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水，过量的重铬酸钾在酸性条件下，与1,5-二苯基碳酰二肼反应生成紫红色络合物，用连续流动化学分析仪在540 nm 处测定。该法与标准方法 NY/T 1121.6表1方法精密度试验结果样品红土黄土黑土褐土有机质质量分数/（gkg-1）测定值12.42，13.14，13.28，13.09，13.34，12.6419.64，19.74，19.48，19.39，19.58，19.3126.58，26.71，26.29，26.36，26.89，26.2315.79，15.68，15.81，15.63，15.81，15.72平均值12.9919.5226.5115.74RSD/%2.850.820.980.48表2土壤标准物质有机质质量分数测定结果g/kg标准值10.30.3测定值10.24，10.15，10.31平均值10.2表3方法比对试验有机质质量分数测定结果g/kg测定方法NY/T 1121.62006本法测定值12.42，13.14，13.28，13.09，13.34，12.6412.73，13.22，13.19，13.31，13.16，13.34平均值12.9913.16标准偏差0.370 50.221 0表4方法特点对比NY/T 1121.62006（1）返滴定法测剩余重铬酸钾含量；（2）人工滴定，无需设备；（3）用油浴法温度不易控制，操作不方便，存在安全隐患等；滴定过程因操作人员不同而存在差异；不适用于大批量样品测定。本法（1）过量的重铬酸钾在酸性条件下，与1，5-二苯基碳酰二肼反应生成紫红色络合物，用连续流动分析仪在 540 nm处测定；（2）自动凯氏消化器测定，操作简便，安全，加热温度稳定，可批量处理等；（3）用连续流动化学分析仪测定避免滴定过程因操作人员不同而存在差异，可批量测定，结果准确，减少人工操作。59化学分析计量2023 年，第 32卷，第 3 期2006测定结果无显著性差异，且操作简便、安全，可批量测定，减少人工操作。该方法可应用于土壤有机质含量的测定，也可用于肥料中有机质的测定。参 考 文 献1 邢应香，余兴，孙伟.多孔电热板加热法测定土壤有机质的方法研究 J.现代农业科技，2019（18）：136.2 罗丽娟，沈丕贤，张俊，等.土壤有机质测定的绿色消化技术研究J.安徽农业科学，2019，（16）：225.3 吴恙，陈江.重铬酸钾容量法测定土壤有机质-加热法研究 J.中国高新技术企业，2016，26：11.4 吴才武，夏建新，段峥嵘.土壤有机质测定方法述评与展望 J.土壤，2015，47（3）：453.5 东明.土壤有机质测定条件的筛选与优化 J.现代农业科技，2017（8）：194.6 郭艳.土壤有机质不同测定方法的对比 J.农业科学，2019（18）：25.7 栗艳芳，李秀萍，李宝贺.质检中心对土壤有机质测定的质量控制分析 J.农业与技术，2020（10）：21.8 郝国辉，邵劲松.土壤有机质测定方法的改进研究 J.农业资源与环境学报，2014，31（2）：202.9 李优琴，吕康，李光荣.土壤有机质测定方法中消解条件的优化J.江苏农业科学，2013，41（9）：291.10 辜忠春，杜业云，李光荣，等.森林土壤有机质的测定-分光光度法 J.湖北林业科技，2019（5）：87.11 陶真鹏.许宗恒.丁俊楠.等.基于不同方法的林下土壤有机质含量测定 J.科学技术与工程，2022，22（10）：3 892.12 中华人民共和国农业部.土壤检测第6部分：土壤有机质的测定：NY/T 1121.62006 S.北京：中国农业出版社，2006.13 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