石墨消解-分光光度法測定土壤有機質(zhì)含量

李 雯，楊 黎，喬君喜，胡 鑫，向 攀

(四川省綿陽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 綿陽 621000)

有機質(zhì)雖然只占土壤組成的5%左右[1]，卻是土壤中不可或缺的重要組成成分，其含量是衡量土壤肥力高低的重要指標(biāo)，是土壤分析中的一項基礎(chǔ)分析[2]。隨著社會的發(fā)展以及大眾環(huán)保意識的增強，土壤環(huán)境問題越來越受重視，因此對土壤有機質(zhì)的測定也越來越重要。測定土壤有機質(zhì)的方法主要有灼燒法、目視比色法、重鉻酸鉀容量法和光度比色法等[3]，目前，普遍采用的方法主要為《森林土壤有機質(zhì)的測定及碳氮比的計算》(LY/T1237-1999)[4]和《土壤檢測第6部分：土壤有機質(zhì)的測定》(NY/T1121.6-2006)[5]，這兩種方法均采用油浴加熱-容量分析法，雖然測定結(jié)果準(zhǔn)確度和精密度好，但油浴加熱法升溫時間長、溫度不易穩(wěn)定、試管外壁的油垢難清洗、油易燃易揮發(fā)，容易造成實驗室空氣污染，存在安全隱患，且測定范圍受限。本文采用石墨高溫消解儀，其升溫速度快，溫度波動性小，各部位加熱均勻，同時對實驗室環(huán)境不會產(chǎn)生不良影響，分光光度法操作過程簡便、快捷，同時可進行多個樣品測定。

1 實 驗

1.1 實驗原理

在加熱條件下，用過量重鉻酸鉀氧化土壤中的有機碳，部分Cr6+被還原為綠色的Cr3+，三價鉻含量與土壤中有機質(zhì)含量成正比，用分光光度法測定三價鉻的吸光度。以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液中碳氧化液為標(biāo)準(zhǔn)溶液，進行比色測定，計算土壤中有機碳含量，再根據(jù)換算系數(shù)得到土壤有機質(zhì)的含量。

1.2 實驗設(shè)備

Ms304TS電子天平，梅特勒；STAEHD-106B石墨回流消解儀，濟南盛泰電子科技有限公司；TD-6M臺式低速離心機，四川蜀科儀器有限公司；V-1600可見分光光度計，上海美譜達(dá)儀器有限公司。

1.3 實驗試劑及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

90.00 g/L重鉻酸鉀溶液、濃硫酸、13.0000 g/L葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液、土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。其中，本文選取了3個不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，見表1。

表1 土壤有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)真值及不確定度Table 1 The name of certified reference substances and the truth value

1.4 實驗方法

準(zhǔn)確稱取0.5000 g土壤有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，放入100 mL玻璃消解管底部，準(zhǔn)確加入7.00 mL重鉻酸鉀溶液，6.00 mL濃硫酸，輕輕搖勻[6]。插上回流管，將消解管放入已升溫至180 ℃的石墨回流消解儀中，待溶液沸騰時開始計時，消解5 min。結(jié)束后取出消解管，冷卻，加水至約100 mL，離心后取上清液用分光光度計于波長585 nm處，用10 mm比色皿，以純水為參比，測定吸光度。同時，在一定條件下，配制一系列濃度的葡萄糖溶液，按以上步驟進行消解、冷卻、離心，測定消解液的吸光度。以有機碳質(zhì)量為橫坐標(biāo)，以對應(yīng)的零濃度校正吸光度為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線，再根據(jù)換算系數(shù)計算得出有機質(zhì)的含量。結(jié)果表明，有機碳質(zhì)量在0.00～26.0 mg范圍內(nèi)與溶液吸光度呈良好線性關(guān)系，其線性回歸方程為Y=0.0185X+0.00736，相關(guān)系數(shù)為0.9995，滿足校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)不小于0.999的要求。

2 結(jié)果與討論

2.1 消解溫度與消解時間的選擇

胡小明等[7]利用溫度175 ℃的硅油油浴建立了以重鉻酸鉀測定土壤中有機質(zhì)的分光光度法；周偉峰等[8]通過實驗發(fā)現(xiàn)，若消解溫度控制在170～180 ℃、試樣酸度約為9.2 mol/L、消解時間≥5 min時，試樣中的有機碳將全部被氧化，測定結(jié)果穩(wěn)定可靠；張力等[9]采用 JH-12型COD恒溫加熱器消解土壤樣品，確定樣品消解溫度為175 ℃，沸騰消解時間為5 min；吉日文等[10]通過對比試驗確定石墨消解爐的最佳溫度為180 ℃，最佳消解時長為5 min±1 min。此外，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法[5]油浴加熱-容量法的消解溫度為170～180 ℃，保持溶液沸騰5 min±0.5 min，氧化率為90%～95%。同時，為方便與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行同條件對比試驗，綜合上述考慮，本文采用的消解溫度為180 ℃，消解時間為5 min。

2.2 離心時間的選擇

由于消解結(jié)束后需取上清液進行比色，為提高測定效率，本文采用離心方式分離消解后的土壤樣品和消解液。選取三種不同有機質(zhì)含量的土壤有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，在消解溫度為180 ℃，消解時間為5 min的條件下，按5個不同的離心時間對消解液進行離心分離，其他分析步驟相同，每個離心時間進行6次平行測定。測定平均值結(jié)果對比見圖1。

從圖1中可以看出，不同離心時間對測定結(jié)果有影響：離心時間小于等于5 min時，三種濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的有機質(zhì)含量均偏高，且不在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度允許偏差范圍內(nèi)，主要原因是離心時間較短，消解液中的土壤未完全沉積在離心管底部；離心時間大于等于15 min時，測定結(jié)果變化不大，除標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)ASA-3a外，其余兩種物質(zhì)有機質(zhì)含量均在在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度允許偏差范圍內(nèi)，說明離心時間過長，可能會使低濃度的樣品測定結(jié)果產(chǎn)生較大偏差；離心時間為10 min時，三種濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定結(jié)果均在在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度允許偏差范圍內(nèi)。因此，本文綜合考慮選擇離心時間為10 min較合適。

圖1 不同離心時間對有機質(zhì)測定結(jié)果的影響Fig.1 Influence of different centrifugation time on determination results of organic matter

2.3 準(zhǔn)確度和精密度試驗

選取上述三種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，在本文選擇的消解溫度180 ℃、消解時間 5 min、離心時間10 min這三個條件下，分別進行6次平行測定。測定結(jié)果如表2。

表2 精密度和準(zhǔn)確度試驗Table 2 Tests of precision and accuracy

由表2數(shù)據(jù)可以看出，三種濃度的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)6次平行測定的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.6%、2.0%、1.0%，符合精密度要求。同時，這三種土壤有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定結(jié)果與真值的絕對偏差分別為0.1～0.3 g·kg-1，0.1～0.6 g·kg-1，0.1～0.8 g·kg-1，平均值均在不確定度允許偏差范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度符合檢測要求。

2.4 與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法進行實際土壤樣品對比試驗分析

選用10個國家網(wǎng)例行監(jiān)測土壤實際樣品，采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《土壤檢測第6部分：土壤有機質(zhì)的測定》(NY/T1121.6—2006)和本文中的方法，在消解溫度180 ℃、消解時間5 min條件下進行對比試驗，每個土壤樣品均進行3次平行測定，測定結(jié)果均值如表3。

表3 兩種方法測定實際土壤樣品有機質(zhì)含量結(jié)果對比表Table 3 Comparison results of organic matter content in actual soil samples determined by two methods (g·kg-1)

從表3可以看出，采用兩種方法測得的10個實際土壤樣品的有機質(zhì)含量基本一致，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均在不確定度允許范圍內(nèi)，且兩種方法測定結(jié)果的允許絕對相差均滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，說明在本文提出的消解溫度和消解時間條件下，采用石墨消解儀消解-分光光度法測定土壤實際樣品的有機質(zhì)含量是可行的。

3 結(jié) 論

根據(jù)上述實驗結(jié)果，當(dāng)消解溫度為180 ℃，消解時間為5 min，離心時間為10 min時，采用石墨消解儀消解-分光光度法測定土壤有機質(zhì)含量結(jié)果準(zhǔn)確性和精密性都較好，方法準(zhǔn)確可靠。同時，與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的經(jīng)典油浴法對比測量實際土壤樣品結(jié)果表明，兩種方法的測定結(jié)果基本一致，均具有較好的精密度。石墨消解儀消解-分光光度法具有環(huán)保、安全、溫控性好、操作便捷，省時省力等優(yōu)點，可用于土壤有機質(zhì)含量的測定。