土壤有機質(zhì)測定的全自動智能分析試驗

摘 要 在土壤普查中，土壤有機質(zhì)是土壤監(jiān)測的重點對象。為探索更快更便利的土壤有機質(zhì)檢測方法，通過分別選擇酸性、中性和堿性土壤，紅壤、灰潮土和黑土，有機質(zhì)含量低、中、高等9種土壤樣品來驗證《土壤檢測 第6部分：土壤有機質(zhì)的測定》（NY/T 1121.6—2006）的測定方法在土壤有機質(zhì)全自動智能分析工作站中的應用。土壤有機質(zhì)全自動智能分析工作站仍采用重鉻酸鉀氧化-容量法的原理來進行測定，但實現(xiàn)了有機質(zhì)測定前處理的全自動化，避免了人工操作過程中遇高溫高熱等危險，同時可進行批量前處理和檢測，有效提高了檢測效率。

關鍵詞 土壤；有機質(zhì)；全自動智能分析

中圖分類號：S153.6 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.22.010

土壤中的各種動植物殘體，在土壤生物的分解和合成作用下形成各種有機質(zhì)，包括土壤中的碳、氮、氫、氧及少量的硫、磷和金屬元素等[1-3]。盡管土壤有機質(zhì)含量只是土壤總量的一小部分，卻對土壤、作物生長等有著極其重要的作用[4-5]。土壤有機質(zhì)測定主要采用重鉻酸鉀氧化-容量法，該方法具有操作簡單，干擾較少等優(yōu)點，但由于人工操作高溫油浴的消解步驟存在危險系數(shù)較高、氣味大、對實驗室環(huán)境污染較大等缺點，且樣品檢測結(jié)果受實驗人員的前處理操作水平影響，可能存在人為因素誤差[6-7]。

土壤有機質(zhì)全自動智能分析工作站依然采用重鉻酸鉀氧化-容量法來進行前處理和檢測，但實現(xiàn)了檢測的自動化，能夠全自動完成試劑添加、加熱消解、樣品轉(zhuǎn)移、冷卻、滴定及數(shù)據(jù)計算等土壤有機質(zhì)檢測的全過程[8]。這種分析工作站使用智能機械臂和智能抓手自動取放樣品杯，可同時進行5個樣品的加熱消解，對于平行樣，可進行同時加熱消解，確保試驗在相同的前處理條件下進行，最多可設定自動完成73個土壤有機質(zhì)樣品的檢測任務，減少了人工成本，提高了檢測效率。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

分別選擇3種不同酸堿度的土壤質(zhì)控標準樣品即SAS-9（pH=4.31）、ASA-18（pH=6.47）和GBW07495（pH=8.30）；3種不同顏色的土壤標準質(zhì)控樣品即ASA-12（紅壤）、SAS-3（棕壤）和SAS-4（黑土）；3種不同有機質(zhì)含量的土壤標準質(zhì)控樣品即ASA-5b（有機質(zhì)含量5.09±0.07 g·kg-1）、GBW07497（有機質(zhì)含量26.1±1.3 g·kg-1）、ASA-1b（有機質(zhì)含量46.7±1.8 g·kg-1）。

試劑：硫酸（優(yōu)級純），國藥；重鉻酸鉀（優(yōu)級純），國藥；七水合硫酸亞鐵（分析純），國藥；鄰菲羅啉指示劑（分析純），西隴。

1.2 儀器

土壤有機質(zhì)全自動智能分析工作站，上海凈信，型號JX-S7056；萬分之一分析天平；百分之一分析天平；電熱恒溫鼓風干燥箱。

1.3 分析步驟

1.3.1 樣品前處理

分別選擇不同特性的土壤質(zhì)控樣，3種不同酸堿度的土壤標準質(zhì)控樣品，分別為SAS-9（pH=4.31）、ASA-18（pH=6.47）和GBW07495（pH=8.30）；3種不同顏色的土壤標準質(zhì)控樣品，分別為ASA-12（紅壤）、SAS-3（棕壤）和SAS-4（黑土）；3種不同有機質(zhì)含量的土壤標準質(zhì)控樣品，分別為ASA-5b（有機質(zhì)含量5.09±0.07 g·kg-1）、GBW07497（有機質(zhì)含量26.1±1.3 g·kg-1）、ASA-1b（有機質(zhì)含量46.7±1.8 g·kg-1），共驗證9種土壤質(zhì)控樣品。根據(jù)標準要求，依照有機質(zhì)含量范圍準確稱取通過0.25 mm孔徑篩風干的試樣0.05～0.50 g。同時，進行空白試驗。

1.3.2 儀器操作

1）打開儀器和電腦，打開Soil Robot軟件，進入軟件主界面，檢測串口連接狀態(tài)成功后，點擊確認機械臂回到原點。2）選擇系統(tǒng)參數(shù)配置界面，確認溫度、時長、滴定及溶液系數(shù)等是否正確。對待測樣品系列的參數(shù)進行設置。3）編輯實驗樣品序列，并對單個樣品的參數(shù)進行設置。確認無誤后，點擊啟動任務，樣品測試實驗開始[7]。

1.4 計算

土壤有機質(zhì)含量計算公式為

式中：Wox為土壤有機質(zhì)含量，g·kg-1；C為硫酸亞鐵標準溶液的濃度，mol·L-1；V0為空白試驗所消耗硫酸亞鐵標準溶液體積，mL；V為試樣測定所消耗硫酸亞鐵標準溶液體積，mL；0.003為1/4碳原子的毫摩爾質(zhì)量，g；1.724為由有機碳換算成有機質(zhì)的系數(shù)；m為稱取風干試樣的質(zhì)量，g[9-10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 空白試驗結(jié)果

分別稱取6份0.2 g灼燒的浮石粉進行空白平行測試試驗，結(jié)果如表1所示。經(jīng)計算，其相對標準偏差為1.15%，小于5%，符合該方法驗證要求。

2.2 精密度與準確度

2.2.1 不同酸堿度的土壤精密度與準確度試驗

選取3種不同酸堿度的土壤質(zhì)控樣SAS-9（pH=4.31）、ASA-18（pH=6.47）和GBW07495（pH=8.30）標準品，分別平行測定6次。結(jié)果如表2所示，3種不同酸堿度的土壤標準樣品測定值均處于樣品證書質(zhì)量要求范圍內(nèi)，且平行測定結(jié)果允許差也在標準要求范圍內(nèi)。相對標準偏差分別為1.45%、0.76%和1.25%，相對誤差分別為2.34%、2.10%和3.64%，準確度和精密度均符合要求。

2.2.2 不同顏色的土壤精密度與準確度試驗

選取3種不同顏色的土壤質(zhì)控樣ASA-12（紅壤）、ASA-13（灰潮土）和SAS-4（黑土）標準品，分別平行測定6次。結(jié)果如表3所示，3種不同顏色的土壤標準樣品測定值均處于樣品證書質(zhì)量要求范圍內(nèi)，且平行測定結(jié)果允許差也在標準要求范圍內(nèi)。相對標準偏差分別為1.14%、2.41%和1.10%，相對誤差分別為1.65%、1.42%和2.06%，準確度和精密度均符合要求。

2.2.3 不同有機質(zhì)含量的土壤精密度與準確度試驗

選取3種不同有機質(zhì)含量的土壤質(zhì)控樣ASA-5b、GBW07497、ASA-1b標準品，分別平行測定6次。結(jié)果如表4所示，3種不同有機質(zhì)含量的土壤標準樣品測定值均處于樣品證書質(zhì)量要求范圍內(nèi)，且平行測定結(jié)果允許差也在標準要求范圍內(nèi)。相對標準偏差分別為5.01%、0.85%和0.79%，相對誤差分別為1.79%、2.94%和2.37%，準確度和精密度均符合要求。

3 結(jié)論與討論

本文研究土壤有機質(zhì)全自動智能分析工作站在《土壤檢測 第6部分：土壤有機質(zhì)的測定》（NY/T 1121.6—2006）的測定方法中的應用。本試驗通過分別選擇pH=4.31的酸性土壤、pH=6.47的中性土壤和pH=8.30的堿性土壤；紅壤、灰潮土和黑土；有機質(zhì)含量為5.09±0.07 g·kg-1、有機質(zhì)含量為26.1±1.3 g·kg-1、有機質(zhì)含量為46.7±1.8 g·kg-1共9種土壤質(zhì)控標準樣品來驗證土壤有機質(zhì)全自動智能分析工作站是否符合標準要求，結(jié)果表明，其平行測定結(jié)果允許差、相對標準偏差和相對誤差都在標準要求范圍內(nèi)，準確度和精密度均符合要求。

土壤有機質(zhì)全自動智能分析工作站能夠自動完成土壤有機質(zhì)的分析過程和計算過程，且數(shù)據(jù)具有可追溯功能，全自動分析過程有效降低了人為誤差，節(jié)省了時間成本，提高了檢測效率，且整機儀器使用通風罩，減少了化學藥品氣味的擴散。自動消解加熱功能避免了檢測人員接觸高溫熱油，也避免了檢測人員長時間接觸危險化學藥品，從而降低了危險系數(shù)。自動加液功能實現(xiàn)精準把控加液量，減少了加液環(huán)節(jié)的人為誤差。自動計算功能可在單個樣品完成實驗后，自動計算給出有機質(zhì)的測定結(jié)果，減少了實驗人員的工作量，并能及時得到結(jié)果信息。因此，土壤有機質(zhì)全自動智能分析工作站將是提高土壤有機質(zhì)檢測效率和實驗室管理標準的有力工具。

參考文獻：

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[10] 張土秀，何文靜.石墨消解儀消解：容量法測定土壤有機質(zhì)[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2018，38（7）：56-57.

（責任編輯：張春雨）