密閉消解-重鉻酸鉀氧化分光光度法快速測定土壤中有機質(zhì)的含量

羅伶燕，沈益斌

（浙江清盛檢測技術(shù)有限公司，浙江 寧波 315000）

土壤有機質(zhì)主要是指存在于土壤中的含碳有機物，包括各種半分解的動植物殘體，微生物生命活動的各種腐殖質(zhì)。土壤有機質(zhì)是土壤固相部分的重要組成成分，是植物營養(yǎng)的主要來源之一，能促進植物的生長發(fā)育，改善土壤的物理性質(zhì)，促進微生物和土壤生物的活動，促進土壤中營養(yǎng)元素的分解，提高土壤的保肥性和緩沖性。它與土壤的結(jié)構(gòu)性、通氣性、滲透性、吸附性、緩沖性有密切關(guān)系。通常在其他條件相同或相近的情況下，在一定含量范圍內(nèi)，有機質(zhì)的含量與土壤肥力水平呈正相關(guān)。雖然土壤有機質(zhì)的含量只有土壤成分的5%左右，但土壤中有機質(zhì)的含量是衡量土壤肥力指數(shù)的重要指標[1-6]。

土壤中有機質(zhì)的分析方法主要是通過重鉻酸鉀容量法、灼燒法、差減法、比色法等[7]分析土壤中有機碳含量，再通過有機質(zhì)換算系數(shù)換算成土壤中有機質(zhì)的含量。根據(jù)土壤中有機碳測定的原理不同，分析方法主要分為化學(xué)氧化法和灼燒法兩大類。灼燒法是在高溫條件下，使有機碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成二氧化碳氣體，通過灼燒后土壤樣品質(zhì)量變化或二氧化碳的產(chǎn)生量推算土壤中有機碳的含量；化學(xué)氧化法則是通過土壤有機碳氧化消耗氧化劑的含量來確定土壤中有機碳的含量。實驗室主要通過加熱-重鉻酸鉀氧化來對土壤中有機碳進行氧化分解，進而測定土壤中有機碳的含量[8]。

目前測量土壤中有機質(zhì)的方法主要有“森林土壤有機質(zhì)的測定及碳氮比的計算”（LY/T 1237—1999）、“土壤測定第6 部分：土壤有機質(zhì)的測定”（NY/T 1121.6—2006），均采用油浴加熱-容量法，測量結(jié)果準確，精密度良好，但油浴加熱-容量法加熱和降溫時間長，試劑用量大，油浴用油易燃、易揮發(fā)，容易造成實驗室內(nèi)空氣污染，存在安全隱患[3]。測量有機碳的方法有“土壤有機碳的測定重鉻酸鉀氧化-分光光度法”（HJ 615—2011），該方法使用重鉻酸鉀消解，分光光度法測量，實驗步驟較為繁瑣，且產(chǎn)生的廢液量較大。本文采用COD 消解器-密閉消解管消解樣品，分光光度法直接測定消解后的樣品，該方法使用試劑量小，可同時測定多個樣品，操作方法簡單、快捷，對快速測量土壤中有機質(zhì)的含量有一定優(yōu)勢。

1 實驗部分

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，重鉻酸鉀中部分鉻（六價）被還原成綠色的鉻（三價），三價鉻含量與土壤中有機碳含量成正比，用分光光度法測定三價鉻的吸光度，即可測定土壤中有機碳的含量。本實驗使用葡萄糖標準試劑代替土壤繪制標準曲線，計算土壤中有機碳的含量，再根據(jù)土壤有機質(zhì)換算系數(shù)換算成土壤中有機質(zhì)的含量[9-11]。

1.2 主要實驗設(shè)備和材料

便攜式COD 消解器；密閉消解管，20 mL；分光光度計，DR850。

重鉻酸鉀溶液[c（K2Cr2O7）=0.27 mol/L]：稱取80.0 g重鉻酸鉀溶于計量水中，移至1 000 mL 容量瓶中，用水定容，搖勻[11]；濃硫酸（ρ=1.84 g/mL）；硫酸汞；葡萄糖標準試劑，AR；土壤標準物質(zhì)，ASA-1。

1.3 實驗方法

預(yù)制密閉消解管的配置：取2 mL 重鉻酸鉀溶液，緩慢加入5 mL硫酸，加入少許硫酸汞（約0.1 g）。

準確稱取0.1 g 土壤，放入預(yù)制密閉消解管中，并將預(yù)制密閉消解管放入COD 消解器中，升溫至120℃，消解15 min 后將預(yù)制密閉消解管降至室溫，使用離心設(shè)備，在離心速度3 000 r/min 的條件下離心2 min。然后將密閉消解器放入分光光度計，于波長585 nm 下以預(yù)制密閉消解管內(nèi)溶液為參比，測定其吸光度，同時稱取0.001~0.010 g 葡萄糖標準試劑，在相同消解條件下，將葡萄糖質(zhì)量折算成有機碳的質(zhì)量，并繪制標準曲線。計算土壤中有機碳的含量，再根據(jù)換算系數(shù)得出土壤中有機質(zhì)的含量。

根據(jù)“土壤測定第6部分：土壤有機質(zhì)的測定”（NY/T 1121.6—2006），由有機碳換算成有機質(zhì)的系數(shù)為1.724。

2 結(jié)果與討論

2.1 消解液中懸浮顆粒對實驗結(jié)果的影響

本實驗采用標準方法推薦的溫度與消解時間，對土壤樣品進行實驗分析，取5 支預(yù)制密閉消解管，分別加入0.1 g 土壤進行消解。消解結(jié)束后在585 nm 處測定其吸光度。實驗發(fā)現(xiàn)，消解后的樣品其吸光度偏差較大，計算結(jié)果與理論結(jié)果差異較大。消解后消解管內(nèi)殘留土壤顆粒，少量懸浮在消解液中，自然沉淀時間較長，且沉淀不完全。懸浮顆粒對消解管中消解液的通透性產(chǎn)生影響，影響比色結(jié)果，使實驗結(jié)果偏差變大，影響實驗準確性。

為使消解液中土壤懸浮顆?？焖俪恋?，對消解管采用離心處理，離心速度3 000 r/min，若沉淀不完全，可適當增加轉(zhuǎn)速和離心時間，均可降低消解液中懸浮顆粒對實驗結(jié)果的影響。

2.2 消解時間的確定

本實驗采用標準方法推薦的溫度150℃，進行消解時間的確認。取6支預(yù)制密閉消解管，分別加入0.1 g土壤，從5 min 開始，間隔5 min 進行消解實驗分析，共進行三組實驗，實驗結(jié)果如表1。

表1 不同消解時間對測定結(jié)果的影響

實驗結(jié)果表明，消解時間對土壤中有機質(zhì)含量的測定結(jié)果影響較大，消解時間不夠，導(dǎo)致土壤中有機質(zhì)消解不完全，土壤中有機質(zhì)含量偏低，影響實驗結(jié)果。消解時間在15 min、20 min、25 min 和30 min 時，檢測結(jié)果接近土壤有機質(zhì)含量的理論值，即消解溫度在150℃，消解時間在15 min 以上時，土壤中有機質(zhì)消解完全。在溫度150℃時，要使土壤有機質(zhì)消解完全，需保證消解時間在15 min 以上。為快速測定土壤中有機質(zhì)的含量，本實驗選用15 min 作為土壤有機質(zhì)消解時間，在能完全消解土壤中有機質(zhì)的同時，消解時間最短，且對檢測結(jié)果的影響最小。

2.3 消解溫度

本實驗采用消解時間15 min 進行消解溫度的確認。取6 支預(yù)制密閉消解管，分別加入0.1 g 土壤，從100℃開始，間隔10℃進行消解實驗，共進行三組實驗，實驗結(jié)果見表2。

表2 不同消解溫度對測定結(jié)果的影響

實驗結(jié)果表明，消解時間同樣對土壤中有機質(zhì)含量的測定結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，消解溫度不夠，同樣導(dǎo)致土壤中有機質(zhì)消解不完全，使土壤中有機質(zhì)含量偏低，影響實驗結(jié)果。消解溫度在120℃、130℃、140℃、150℃時，檢測結(jié)果接近土壤有機質(zhì)含量的理論值，即在消解時間15 min，消解溫度達到120℃以上時，土壤中有機質(zhì)消解完全。在消解時間為15 min，要土壤有機質(zhì)消解完全，需保證消解溫度在120℃以上。為快速測定土壤中有機質(zhì)的含量，減少升溫時間，本實驗選用120℃作為消解溫度，在能完全消解土壤中有機質(zhì)的同時，消解時間最短，且對檢測結(jié)果的影響最小。

2.4 標準曲線繪制

本實驗使用葡萄糖標準試劑進行標準曲線繪制，使用十萬分之一天平稱量葡萄糖標準試劑0.001 g、0.002 g、0.004 g、0.006 g、0.008 g、0.010 g 于預(yù)制密閉消解管中，與其對應(yīng)的有機碳質(zhì)量分別為0.0 mg、0.4 mg、0.8 mg、1.6 mg、2.4 mg、3.2 mg、4.0 mg。在消解溫度為120℃，消解時間為15 min的條件下，將預(yù)制密閉消解管進行加熱。消解結(jié)束后冷卻至室溫，使用哈希（HACH）分光光度計（DR850）測定其吸光度，繪制標準曲線，結(jié)果如表3。

表3 工作曲線相關(guān)參數(shù)

2.5 土壤樣的重復(fù)性和對比試驗

取三種不同的土壤樣，分別用國標法和密閉消解-重鉻酸鉀氧化分光光度法快速測定土壤中有機質(zhì)的含量，分別進行6 次平行實驗。快速測定法的消解溫度為120℃，消解時間為15 min，加熱密閉消解管。消解結(jié)束后冷卻至室溫后，3 000 r/min 下離心3 min，測定其吸光度，結(jié)果如表4。

表4 三種土壤樣檢測結(jié)果

結(jié)果表明，以國標法測得的數(shù)據(jù)作為參比數(shù)據(jù)，三種土壤樣分別用密閉消解-重鉻酸鉀氧化分光光度快速測定法和國標法所測得的結(jié)果，相對偏差均小于5%，且相對標準偏差同樣符合要求。兩種方法所得的結(jié)果無顯著差異。

3 結(jié)論

（1）土壤消解結(jié)束后，消解液中存在少量懸浮性顆粒，自然沉淀時間較長，且沉淀不完全。懸浮顆粒對消解管中消解液的通透性產(chǎn)生影響，影響比色結(jié)果，使實驗結(jié)果偏差變大，影響實驗準確性。為快速、準確地測定土壤中有機質(zhì)含量，需將消解冷卻后的預(yù)制密閉消解管進行離心處理，以降低懸浮顆粒對土壤中有機質(zhì)含量測定的影響。

（2）消解溫度和消解時間是影響土壤中有機質(zhì)含量測定的主要因素之一。為使土壤中有機質(zhì)消解完全，必須保證消解溫度在120℃以上，消解時間達到15 min，否則將導(dǎo)致土壤消解不完全，影響土壤中有機質(zhì)含量的檢測結(jié)果。

（3）消解溫度120℃，消解時間15 min，采用密閉消解-分光光度法測定土壤中有機質(zhì)的含量，其測定結(jié)果準確性和精密度較好，與標準方法進行比對，兩種方法測定的結(jié)果基本一致，且該方法重復(fù)性較好。密閉消解-分光光度法測定土壤中有機質(zhì)的含量，具有操作方法便捷、使用試劑量小、二次污染小等特點，可大批量地分析土壤中有機質(zhì)的含量，同時產(chǎn)生的實驗廢液較少，減少環(huán)境污染。