凱氏定氮儀測定土壤陽離子交換量方法優化

張力平 張臺凡魏 斌 陳富民

（1渭南市環境保護監測站 陜西渭南 714000 2渭南市臨渭區環境保護監測站 陜西渭南 714000）

引言

陽離子交換量是土壤緩沖性能的重要來源，可作為改良土壤和指導施肥的重要參考依據[1]。本研究是針對LY/T1243-1999森林土壤陽離子交換量的測定進行的方法優化。在測定土壤陽離子交換量的過程中。此測定方法存在效率較低的問題，且容易受到諸多因素的干擾，需要的樣品量多少不好確定，在實驗操作過程中帶來諸多的不便，采用凱氏定氮儀測定土壤陽離子交換量的方法進行方法優化，對有效改善上述問題具有重要的意義。

1 凱氏定氮儀測定土壤陽離子交換量優勢

在當前測定土壤陽離子交換量的國家標準方法中，需要用乙酸銨反復處理土壤使土壤成為銨飽和土，然后通過凱氏蒸餾裝置對土壤樣品進行相應的蒸餾處理，最后用鹽酸滴定硼酸吸收液來實現土壤陽離子交換量的測定。但由于該方法蒸餾效率較低，蒸餾裝置安全性以及密封性都有所欠缺，并且很容易受到土壤樣品浸出液顏色的干擾，從而導致有時很難實現蒸餾終點的觀察，基于此可選擇用凱氏定氮儀代替傳統的玻璃蒸餾裝置進行土壤陽離子的測定，可以有效改善上述問題。凱氏定氮儀靈敏度更高，并且有著很好的蒸餾效率，不會發生樣品暴露或者密封性導致的一些問題，分析速度較快，同時在操作方面更加簡單，與傳統方法比有著較為明顯的優勢[2]。

2 實驗

2.1 儀器

實驗需要的儀器主要包括磁力攪拌器、離心機、凱氏定氮儀、凱氏管、BUCHI（K370）等，其中凱氏管需要與凱氏定氮儀配套使用。

2.2 試劑

實驗需要的試劑包括20g/L硼酸吸收液、氧化鎂、PH為7的1mol/L乙酸銨溶液、95%乙醇溶液、0.05mol/L的鹽酸標準溶液、PH為10的緩沖溶液、K-B指示劑、納氏試劑等。

2.3 樣品預處理

第一步稱取2g風干土樣，并保證土樣細度需要過1mm篩孔檢驗，然后將土樣倒入離心管中，并加入乙酸銨溶液60ml，其中乙酸溶液濃度為1mol/L，浸泡2min，然后利用磁力攪拌器進行攪拌操作，一般持續時間為3min左右。

第二步，進行土壤樣品的離心處理，將兩個離心管在天平上平衡后放入離心機，離心時間控在3min即可，與此同時，將轉速控制在3500r/min。經多次實驗結果此處利用乙酸銨反復處理土壤二到三次即可使土壤成為銨飽和土。可通過向離心后的土壤樣品上清液中添加1ml緩沖液與少量的K-B指示劑來測定是否含有鈣離子。觀察反應，如果上清液呈現為藍色，說明不存在鈣離子，若上清液為紫紅色，說明存在鈣離子，需要繼續添加適量的乙酸銨溶液處理土樣，直至上清液由紫紅色變為藍色為止。

第三步，用乙醇處理土樣洗去多余的乙酸銨，在處理好的土壤樣品中加入乙醇60ml,攪充分震蕩混勻,然后進行離心處理，洗去乙酸銨。值得注意的是，這一步驟應需要反復執行，最少三次，并在完成第三次的離心之后，需要檢測一下是否充分洗去了多余的乙酸銨，檢測試劑可用納氏試劑，只有充分的洗去多余的乙酸銨，才能夠進行下一步的測定，否則需要繼續用乙醇反復清洗。若未清洗干凈將會導致測定結果偏高。

第四步，將處理好的土壤樣品轉移到凱氏瓶中，將適量去離子水加入處理好的土壤樣品中，用橡皮頭玻璃棒攪拌，從而保證土壤與水充分混合均勻，然后將其轉移到凱氏定氮儀裝置中，將玻璃棒和離心管沖洗兩到三次，確保全部土樣全部轉移入，洗入水的體積應該控制在50～80ml，加入2ml的液體石蠟和1g的氧化鎂后進行蒸餾操作。

2.4 確定儀器蒸餾條件

在進行凱氏定氮儀參數設置[2]時，應圍繞土壤的具體性質，并完成相應確定，通過查看不同土壤在蒸餾過程中PH與時間變化關系，完成蒸餾時間的確定。在蒸餾進行到40s時，此時的PH仍處于穩定狀態，未發生明顯改變，當到達60s時，PH迅速增大，從土壤中蒸餾出來大量銨離子，并且這些銨離子迅速被硼酸溶液吸收，在120s之后，此時的PH再無明顯變化，基本完成了蒸餾過程。通過反復實驗證明，蒸餾時間最終可確定為160s，此時餾出液的PH為8左右（接近于8）。在滴定標準溶液的選擇上，可以選擇硫酸或者鹽酸，進行正式滴定前，需要對其濃度加以標定。完成樣品測定后，需要等待滴定管冷卻后將其取下，將土壤溶液棄掉，并用5ml硫酸與200ml蒸餾水對系統加以清理，最后再用去離子水對系統進行清理，實現殘留酸液的有效去除。

3 實驗結果

土壤陽離子計算公式如下[3]：土壤陽離子交換量

上式中，C：表示鹽酸標準溶液濃度（mol/L）

V：鹽酸標準溶液的消耗體積用V表示（ml）

V0：表示空白樣品鹽酸標準溶液的消耗體積（ml）

m：風干土質量（g）

H：表示風干水的含水率(%)

結語

綜上所述，在土壤陽離子交換中測定中應用凱氏定氮儀，其具有廣泛的適應性，在森林土壤陽離子交換量的測定中應用具有蒸餾快速準確的優勢，大大減少了實驗的風險性，一方面可以有效減少轉移次數，另一方面還能夠還能夠避免土壤樣品外露，能夠在全封閉的環境下完成土壤樣品的滴定與蒸餾的過程，避免了外在環境的干擾，有效減少了系統的誤差。