檢測(cè)土壤中陽(yáng)離子交換量的方法研討

張艷麗 宋保軍 孟新立

(鶴壁市農(nóng)產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，鶴壁 458030)

測(cè)定土壤中陽(yáng)離子方法，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)發(fā)表的論文介紹有3種方法，分別是中性土壤陽(yáng)離子交換量和交換性鹽基的測(cè)定法[1]、石灰性土壤陽(yáng)離子交換量的測(cè)定法[2]和森林土壤陽(yáng)離子交換量的測(cè)定法[3]。2017年頒布的環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤 陽(yáng)離子交換量的測(cè)定 三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法》(HJ 889-2017)采用了三氯化六氨合鈷作為浸提劑提取土壤陽(yáng)離子，直接分光光度法測(cè)定法，這個(gè)方法簡(jiǎn)單，2個(gè)小時(shí)可以完成1批樣[4]，省時(shí)、省力、省耗材，方法優(yōu)勢(shì)很多。就這個(gè)方法，近期也有一些論證論文發(fā)表[4-6]，但是，這個(gè)方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也發(fā)現(xiàn)了的一些問(wèn)題，比如浸提劑用量大、酸性樣品結(jié)果值低一半、樣品吸光度值比空白值高、精密度差、吸光度值不穩(wěn)定等，本試驗(yàn)對(duì)該方法進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的方法用試劑量減一半，更為重要的是結(jié)果更準(zhǔn)確、穩(wěn)定，精密度也很好。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器

紫外分光光度計(jì)(UV1700，日本島津)；調(diào)速多用振蕩器(HY-4，金壇市杰瑞爾)；離心機(jī)(GB-21M，湖南湘儀)；孔徑1.7mm(10目)尼龍篩；電子分析天平(LE104E，上海梅特勒-托利多)。

1.2 試劑

優(yōu)級(jí)純?nèi)然焙镶挘瑴?zhǔn)確稱取4.458g三氯化六氨合鈷溶于水中，定容至1000mL，4℃低溫保存。

實(shí)驗(yàn)用水為電導(dǎo)率小于0.5μS/cm的去離子水。

1.3 儀器工作條件

紫外分光光計(jì)配備10mm光程比色皿，波長(zhǎng)475nm測(cè)量試樣吸光度值。

1.4 試驗(yàn)方法

將風(fēng)干樣品過(guò)10目尼龍篩，充分混勻。稱取3.0g混勻后的樣品，置于50mL離心管中，加入25.0mL三氯六氨合鈷溶液，稍微振蕩后測(cè)試pH值，如果是酸性土，用1mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)樣品溶液為pH7-8，旋緊離心管密封蓋，置于振蕩器上，在20±2℃條件下振蕩60±5min，調(diào)節(jié)振蕩頻率，使土壤浸提液混合物在振蕩過(guò)程中保持懸浮狀態(tài)。以4000r/min離心10min，過(guò)慢速濾紙或過(guò)0.22μm針式濾器于比色皿中，24h內(nèi)完成分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

2.1.1浸提劑量的選擇

稱取3.5g土壤樣品加入50.0mL三氯化六氨合鈷溶液，很多實(shí)驗(yàn)室的離心機(jī)只能放50mL離心管，加入50mL三氯化六氨合鈷溶液后，無(wú)法振蕩，只能先放到三角瓶?jī)?nèi)，振蕩后轉(zhuǎn)移到離心管中，進(jìn)行離心，增加了洗刷工作量。分別稱取2.5g土壤加50mL浸提液；與3.0g土壤，加入25.0mL浸提液，進(jìn)行了浸提液量的試驗(yàn)，土壤樣品用GBW07413、GBW07414標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來(lái)代替，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同浸提劑量的結(jié)果

試驗(yàn)證明，稱取3.0g[5]土壤加入25.0mL浸提液，結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。10g三氯化六氨合鈷價(jià)格千元1瓶，只能配2.0L溶液，1個(gè)樣品加入50mL浸提溶液，能做400個(gè)樣品，改進(jìn)后只需要加25.0mL浸提液, 可以做800個(gè)樣品，浸提液的用量減少一半，試劑成本降了一半。還可以直接振蕩離心，無(wú)需轉(zhuǎn)移，節(jié)省玻璃器皿的使用。

2.1.2室溫的選擇

標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)定在振蕩器上振蕩時(shí)，在20±2℃條件下振蕩60±5min。選擇了3種不同溫度下振蕩，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，發(fā)現(xiàn)室溫下振蕩不會(huì)影響結(jié)果，不用開(kāi)設(shè)空調(diào)等降溫設(shè)備，節(jié)省試驗(yàn)用電量。

表2 不同溫度下振蕩的試驗(yàn)結(jié)果

2.1.3酸性土壤質(zhì)控樣值低一半

試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)酸性土壤質(zhì)控樣低一半，這是因?yàn)橥寥滥z體微粒表面的羥基(OH)的解離受介質(zhì)pH值的影響，當(dāng)介質(zhì)pH值降低時(shí)，土壤膠體微粒表面所負(fù)電荷也減少，其有效態(tài)陽(yáng)離子交換量也降低。由于三氯化六氨合鈷土壤懸浮液的pH值與水懸浮液的pH值接近，所以稱取土壤樣品，加入浸提劑后，可以用pH試紙或pH計(jì)測(cè)試pH值，如果是酸性土，用1mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)樣品溶液為pH7～8，然后按1.3試驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行，所測(cè)的CEC值是準(zhǔn)確的。

2.1.4空白值低

用實(shí)驗(yàn)用水代替土壤做空白試樣制備時(shí)，加3.5g純水再加50mL浸提劑，吸光度值較低，這樣計(jì)算出來(lái)的質(zhì)控樣偏低，有時(shí)空白試樣的吸光度值比樣品吸光度值還要低，結(jié)果出現(xiàn)負(fù)值；這是因?yàn)槿然焙镶挼臐舛缺幌♂專舛戎到档?。參照ISO23470與《土壤 陽(yáng)離子交換量的測(cè)定 三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法》(征求意見(jiàn)稿)應(yīng)該直接用三氯化六氨合鈷溶液當(dāng)空白，記錄吸光度值。

2.1.5吸光度值不穩(wěn)定

離心后，收集上清液于比色管中，上紫外分光光度測(cè)定。當(dāng)離心液中有懸浮雜質(zhì)時(shí)，吸光度值會(huì)不穩(wěn)定，無(wú)法記錄吸光度值，還會(huì)出現(xiàn)同一上清液測(cè)2～3次，每次都不一樣的情況，可用玻璃漏斗加慢速濾紙，進(jìn)行過(guò)濾后測(cè)定。

2.1.6樣品精密度差

測(cè)定土壤樣品時(shí)，發(fā)現(xiàn)同一樣品測(cè)定6次，精密度在10%以上，用慢速濾紙過(guò)濾濾液后測(cè)定，重現(xiàn)性較好，試驗(yàn)選擇了慢速濾紙與0.22μm針式濾器進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)0.22μm針式濾器效果最好，能完全過(guò)濾土壤懸浮液中的雜質(zhì)，精密度RSD小于1.0%，只是成本要比濾紙高。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 過(guò)濾紙與針式濾器的結(jié)果

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

2.2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線

分別移取1.66cmol/L三氯化六氨合鈷溶液0.00mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、7.00mL、9.00mL于6個(gè)10mL容量瓶中，分別用水稀釋至標(biāo)線，三氯化六氨合鈷的濃度為0.000cmol/L、0.166cmol/L、0.498cmol/L、0.830cmol/L、1.16cmol/L、1.49cmol/L。用10mm比色皿在波長(zhǎng)475nm處，以水為參比，分別測(cè)量吸光度。以標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中三氯化六氨合鈷溶液的濃度(cmol/L)橫坐標(biāo)，以其對(duì)應(yīng)吸光度為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.2.2檢出限[6]

測(cè)試檢出限按照《環(huán)境監(jiān)測(cè) 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ168-2010)中，附錄A.1.2分光光度法進(jìn)行測(cè)試。在沒(méi)有前處理的情況下，以扣除空白值后的與0.01吸光度相對(duì)應(yīng)的濃度值為檢出限。

用下方法計(jì)算：

MDL=0.01/b

式中：b——回歸直線斜率。

2.2.3方法檢出限

方法檢出限(cmol/L/kg)=檢出限×3×V÷m，若稱樣量3.0g，加入浸提液25.0mL，那么該方法檢出限=檢出限×3×25.0÷3.0。

2.2.4方法測(cè)定下限

方法測(cè)定下限：以4倍方法檢出限為測(cè)定下限，檢出限和測(cè)定下限見(jiàn)表4。

表4 檢出限和測(cè)定下限

2.3 精密度試驗(yàn)

選用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07413、GBW07414進(jìn)行6次測(cè)試，分別取上清液用慢速濾紙與0.22um針式濾器進(jìn)行過(guò)濾，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2%以下，過(guò)針式濾器后的相對(duì)相差能控制在1%以下，結(jié)果見(jiàn)表5

表5 精密度試驗(yàn)結(jié)果

2.4 實(shí)際樣品測(cè)定

按試驗(yàn)方法測(cè)定1、2、3號(hào)土壤，同時(shí)做質(zhì)控樣GBW07413、GB07414，每個(gè)樣品平行測(cè)定6次，濾液均用0.22μm針式濾器后，上機(jī)測(cè)定，結(jié)果及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表6。

表6 樣品分析結(jié)果及質(zhì)控樣

3 結(jié)論

本方法針對(duì)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的浸提液用量大；酸性土壤CEC值偏低一半；空白吸光度值低、穩(wěn)定性差、精密度差等問(wèn)題，在保證數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確的前提下，減少浸提液的用量，試劑的成本降低一半，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值來(lái)解決酸性土壤值偏低的問(wèn)題，用濾紙或針式濾器解決了精密度差，穩(wěn)定性差的問(wèn)題，成本低，方法快速簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，極大提高了檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與重現(xiàn)性。