三氯化六氨合鈷浸提法測定土壤陽離子交換量的方法驗證

陳亞慧，黃超

（合肥市環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽合肥 230031）

土壤陽離子交換量（CEC）是指土壤膠體所能吸附各種陽離子的總量，以cmol+/kg表示。它可以表征土壤膠體顆粒吸附能力的大小，CEC大則吸附力強。在陽離子交換能力強的土壤中，重金屬很容易被土壤吸附，其遷移能力降低，污染擴散的可能性降低。同時，CEC 還是評價土壤保肥、供肥和緩沖能力的重要標志，對提高肥力、改良土壤及治理土壤污染有重要作用[1]。

目前，開展土壤環(huán)境質量監(jiān)測是國務院確定的新時期環(huán)境保護的一項重要任務?！栋不帐?020年國家網土壤環(huán)境監(jiān)測工作方案》中安徽省124 個土壤監(jiān)測點位，土壤陽離子交換量作為評價土壤理化性質的重要指標之一，是每個點位的必測指標。方案中指出，陽離子交換量測定方法推薦使用《土壤陽離子交換量的測定三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法》（HJ 889-2017），等效方法分別為《森林土壤陽離子交換量的測定》（LY/T 1243-1999）、《中性土壤陽離子交換量和交換性鹽基的測定》（NY/T 295-1995）、《土壤檢測第5 部分：石灰性土壤陽離子交換量的測定》（NY/T 1121.5-2006）。本文采用方案推薦方法，即三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法，依據國標及實驗室方法驗證的具體操作步驟及要求，開展實驗室土壤陽離子交換量的測定。通過檢出限、測定下限、準確度、精密度具體指標的測定，以驗證實驗室能夠正確應用該標準方法，開展土壤檢測；同時特別指出做樣過程中的一些注意事項，與各地、市監(jiān)測站同行進行交流，為開展土壤監(jiān)測做好技術支撐。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

（20±2）℃下，用三氯化六氨合鈷溶液作為浸提液浸提土壤，土壤中的陽離子被三氯化六氨合鈷交換下來進入溶液。三氯化六氨合鈷在475 nm 處有特征吸收，吸光度與濃度成正比。根據浸提前后浸提液吸光度差值，計算土壤陽離子交換量。

1.2 儀器與試劑

UV-2600 分光光度計，島津；振蕩器；離心機；分析天平，梅特勒；尼龍篩；比色管；100 mL圓底離心管等。

三氯化六氨合鈷溶液：c[Co（NH3）6Cl3]=1.66 cmol/L，4℃低溫保存，三氯化六氨合鈷試劑為純度大于99%的優(yōu)級純；土壤有效成分分析質控樣品：編號HTSB-4、HTSB-6。純水，自制，電導率0.07 μS/cm。

1.3 試驗方法

1.3.1 水分的測定

測定土壤CEC 之前，依據HJ 613-2011[2]對土壤水分含量進行測定。

1.3.2 CEC的測定

將風干樣品過尼龍篩，充分混勻。稱取3.5 g 混勻后的樣品，置于100 mL 離心管中，加入50.0 mL三氯化六氨合鈷溶液，旋緊離心管密封蓋，置于振蕩器上，（20±2）℃下振蕩（60±5）min，調節(jié)振蕩頻率，使土壤浸提液混合物在振蕩過程中保持懸浮狀態(tài)。以4 000 r/min 離心10 min，收集上清液于比色管中，采用10 cm比色皿，在475 nm 處，以純水為參比，24 h 內完成分析，并按照以下公式進行計算：

式中：A0—空白試樣吸光度；A—試樣吸光度或校正吸光度；V—浸提液體積，mL；3—[Co（NH3）6]3+的電荷數；b—標準曲線斜率；m—取樣量，g；Wdm— 土壤樣品干物質含量，%。

特別需要注意，當土壤中溶解的有機質含量較多時，在475 nm處也有吸收，故影響土壤陽離子交換量的測定，可同時在試樣380 nm 處測定吸光度來校正可溶有機質的干擾，即試樣校正吸光度為：A校正=1.025A475nm-0.205A380nm。本文對土壤試樣檢測的吸光度均為校正后的吸光度。

2 結果與討論

2.1 標準曲線

依次量取三氯化六氨合鈷標準使用液0 mL、1.00 mL、3.00 mL、5.00 mL、7.00 mL、9.00 mL 于 6 個10 mL 比色管中，并用純水稀釋至刻度線，搖勻，即得一條三氯化六氨合鈷濃度分別為0 cmol/L、0.166 cmol/L、0.498 cmol/L、0.830 cmol/L、1.16 cmol/L、1.49 cmol/L 的標準曲線系列。采用10 cm 比色皿，在475 nm 處，以純水為參比，依次測量各點的吸光度，并以三氯化六氨合鈷濃度為橫坐標，其對應吸光度為縱坐標繪制曲線。本文共做了3條曲線，所得吸光度值及曲線結果如表1。

表1 三氯化六氨合鈷與吸光度的線性測量結果

上述實驗結果表明，三氯化六氨合鈷濃度為0～1.49 cmol/L范圍內與吸光度值呈現出較好的線性關系，3次曲線相關系數都高達0.999 9，滿足方法標準質量保證與質量控制中對相關系數不應小于0.999 0 的規(guī)定，同時比較3 次曲線斜率可以發(fā)現，無明顯差別，基本為0.570左右。

2.2 檢出限及測定下限

方法的檢出限（MDL）指的是方法的最小檢出濃度，是實驗室質量控制的一個重要參數。本文采用空白標準差來計算檢出限的值，根據環(huán)境監(jiān)測技術導則[3]規(guī)定，若空白試驗中未檢測出目標物質，則對濃度或含量為估計方法檢出限2～5 倍樣品進行n（n≥7）次平行測定。計算n 次平行測定的標準偏差，按公式（1）計算方法檢出限，并以4倍檢出限作為測定下限。

為了得到方法檢出限（0.8 cmol+/kg）2～5 倍土壤樣品，本實驗采用陽離子交換量為（9.30±0.39）cmol+/kg（編號HTSB-4）的有證標準物質土壤與石英砂（實驗室驗證其陽離子交換量為0.8 L cmol+/kg）混合制備土壤樣品，混合配比為3∶4，即3.5 g土壤中含有1.5 g標土與2 g石英砂，以保證砂土混合樣土壤陽離子交換量為4.0 cmol+/kg 左右，平行測定 8 次，計算出樣品 CEC 的值，并通過查表可知 t（7，0.99）=2.998，計算出檢出限及測定下限，具體數值見表2。

表2 方法檢出限、測定下限測定數據

由表2 可知，通過測定8 次空白計算得出方法檢出限為0.6 cmol+/kg，測定下限為2.4 cmol+/kg ，其數值小于方法標準給出的檢出限0.8 cmol+/kg，測定下限3.2 cmol+/kg，表明本次測定結果符合標準方法的要求。

2.3 準確度與精密度的測定

對土壤有效成分分析質控樣品（編號為HTSB-4、HTSB-6）分別進行6 次平行測定，計算出平均值AVE、標準偏差SD、相對標準偏差CV，考查本實驗的準確度和精密度，結果見表3。

表3 方法準確度和精密度實驗測量結果

方法準確度又稱為方法正確度，也指測量結果與真實值之間的符合程度。本實驗室通過對兩種不同濃度的土壤樣品進行測定，由表3 可知，HTSB-4 真值為9.30±0.39 cmol+/kg，測定結果為9.4 cmol+/kg;HTSB-6 真值為5.6±0.8 cmol+/kg，測定結果為5.3 cmol+/kg，兩個編號的土壤樣品測量結果均符合質控要求。

方法精密度是測試人員檢測過程所獲得測試結果的穩(wěn)定水平，是對某種試樣反復多次測定所得數據之間的重復程度。在三氯化六氨合鈷浸提法（HJ 889-2017）中并未提及該方法具體的精密度要求，但是在等效方法《森林土壤陽離子交換量的測定》[4]明確指出，當CEC≤10 cmol+/kg 時，其相對標準偏差應≤10%。由表3 可知，本實驗對兩個編號土壤樣品進行6 次測定，其相對標準偏差分別為2.8%及6.8%，該結果滿足方法精密度要求，表明方法測定結果重復性良好。

2.4 測定實例

為深入了解采用三氯化六氨合鈷浸提－分光光度法測定土壤陽離子交換量，我們選取實地采樣，供試土壤采自合肥市創(chuàng)新產業(yè)園周邊草地，將采集的0～20 cm表層土壤樣品經風干后過10目篩備用。其基本理化性質為：黃棕色塊狀土壤，pH值6.85，含水率17%，有機質含量17.53 g/kg，采用三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法測定該土壤陽離子交換量，具體數據如表4。

表4 實際土壤測量結果

由表4可知，通過對實際土壤6次測定，其標準偏差和相對標準偏差分別為0.37和2.1%，其數值與表3中兩種標土的標準偏差及相對標準偏差無顯著性差異，說明采用三氯化六氨合鈷浸提—分光光度法測定實際土壤陽離子交換量非常穩(wěn)定，表現出較好的準確度和精密度。

在采用三氯化六氨合鈷浸提—分光光度法測定土壤陽離子交換量實驗中，為了保質保量完成實驗，筆者認為實驗過程中以下幾點需特別注意：

（1）待測土壤應為自然風干樣品，且粒徑小于1.7 mm（過10目尼龍篩）。

（2）保證土壤浸提液與土壤的充分振蕩：一方面振蕩時間要保證有60±5 min，另一方面離心管要采用圓底離心管，并保證振蕩過程中土壤浸提混合物保持懸浮狀態(tài)，謹防土壤沉積，與浸提液分層，振蕩不充分。

（3）土壤浸提液混合物振蕩結束后，離心取上清液，該上清液需在24 h內完成比色分析。

（4）若土壤有機質較高，比色時需采用475 nm 以及380 nm 雙波長比色，并采用公式A=1.025A475-0.205A380 來校正吸光度，以此來消除土壤有機質對土壤陽離子交換量測定的影響。

（5）土壤浸提液，即三氯化六氨合鈷溶液儲存條件為4℃低溫保存。

3 結論

實驗室對《土壤陽離子交換量的測定三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法》（HJ 889-2017）進行了方法驗證，通過檢測結果和方法標準比對，我們發(fā)現：三氯化六氨合鈷在濃度為0～1.49 cmol/L范圍內與吸光度值呈現出較好的線性關系，3次曲線相關系數都高達0.999 9。實驗室采用標土HTSB-4 與石英砂（比例為3∶4）均勻混合，分別測定7次，算得檢出限為0.6 cmol+/kg，小于方法標準中規(guī)定0.8 cmol+/kg，測定下限為2.4 cmol+/kg，小于方法標準3.2 cmol+/kg，符合要求。實驗室對土壤陽離子交換量為9.30±0.39 cmol+/kg的有證標準樣品（編號為HTSB-4）以及5.6±0.8 cmol+/kg 的有證標準樣品（編號HTSB-6）進行6次測定，測得均值分別為9.4 cmol+/kg和5.3 cmol+/kg，均在真值范圍內，其相對偏差分別為2.8%及6.8%，滿足方法標準平行樣相對標準偏差為±10%的規(guī)定，符合實驗室技術指標要求。實驗室對實際土壤平行測定6次，相對偏差為2.1%。該方法有良好的準確度和精密度，測量實際樣品穩(wěn)定性好。

綜上，實驗室采用三氯化六氨合鈷浸提－分光光光度法開展土壤陽離子交換量的測定，其實驗室技術方法成熟，各項參數均達到方法標準要求。本實驗室能夠正確應用該標準方法開展土壤檢測。