堿解蒸餾法測定土壤水解氮的不確定度評定

張晨芳，蔡 珊，靳 玲，胡 霜，黃玲玲，李 墨

(江蘇省有色金屬華東地質勘查局地球化學勘查與海洋地質調查研究院，江蘇 南京 210007)

土壤中銨態氮、硝態氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白質的總和稱為土壤水解氮，其含量的高低，可反映土壤氮元素的供應情況[1]，關系到農作物的生長和農產品產量，是衡量土壤肥力的重要指標[2]。

LY/T 1228-2015標準采用堿解-擴散吸收法測定土壤水解氮[3]，但是，此法操作繁瑣，測定時間長。孫友寧利用凱式定氮儀，堿解蒸餾測定水解氮，具有準確度高、高效等優點，但未進行土壤水解氮的不確定度評定[4]。

不確定度是表征測量結果分散性的重要參數，可評判測試結果的可比性、可靠性和可接受性，從而，判斷分析測試方法的可行性和測定結果的準確性[5-6]。利用凱式定氮儀，以堿解蒸餾法測定土壤標準樣品的水解氮，根據不確定度評定的相關規則和標準[7-8]，應用統計學理論，分析土壤中水解氮含量的不確定度產生的原因，評定了分析步驟的不確定度分量，計算其合成標準不確定度和擴展不確定度。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

鋅粉、七水合硫酸亞鐵，氫氧化鈉、溴甲酚綠、鹽酸和硼酸，均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司。國家土壤有效態成分分析標準物質GBW07412a(pH值=6.8)、GBW07414a(pH值=8.18)和GBW07416a(pH值=4.71)，購自中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所。

ML204T型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。K9840自動凱式定氮儀，濟南海能儀器股份有限公司。

1.2 分析步驟

土壤樣品經過風干，過0.25 mm標準篩，稱取1 g (精確到0．001 g) 土壤樣品，置于消化管中，加入l g鋅-硫酸亞鐵，加10mL水，搖勻。打開冷凝水, 空蒸清洗管道3 min，將10 mL 4 mol/L氫氧化鈉加入到樣品中，把樣品的蒸餾管連接到凱氏定氮儀, 旋緊接口。接收瓶中加入20 mL 20 g/L硼酸，蒸餾 3～6min，用15mL水淋洗管路，取下接收瓶。用0.01 mol/L鹽酸標準溶液滴定至溶液顏色由淺藍突變為淺粉色，，同時做全流程空白試驗，水解氮含量按 式(1)計算

(1)

式中：ω(N)：水解氮質量分數(mg/kg)；C：鹽酸滴定液濃度(mol/L)；m：樣品質量(g)V：滴定消耗鹽酸體積(mL)；V0：空白消耗鹽酸體積(mL)；14為氮原子的摩爾質量(g/moL)。

2 不確定度分量和評定

土壤中水解氮的測定不確定度分量包括：樣品制備過程引起的不確定度(u1)、消解樣品引起的不確定度(u2)、標定鹽酸標準溶液濃度引起的不確定度(u3)、滴定產生的不確定度(u4)和重復性實驗產生的不確定度(u5)。

2.1 樣品制備過程產生的不確定度分量(u1)

樣品制備過程產生的不確定度分量包括：樣品的均勻性產生的不確定度(u1-1)、天平的最大允差產生的不確定度(u1-2) 。土壤樣品按《DZ/T 0130-2006》規定取樣[9]，經球磨過2mm篩后混合均勻，隨機取樣，樣品是均勻的，代表性充分，樣品的均勻性產生的不確定度可忽略不計，(u1-1)為0。

(2)

2.2 樣品消解過程產生的不確定度分量(u2)

(3)

(4)

(5)

表1 樣品消解過程中玻璃儀器引入的不確定度

2.3 標定鹽酸標準溶液引入的不確定度分量(u3)

采用基準物質無水碳酸鈉標定鹽酸的濃度，計算公式如下：

(6)

式中，C: 鹽酸標準溶液的濃度(mol/L)； m:碳酸鈉基準物質的質量(g)；V1:滴定基準碳酸鈉所消耗的鹽酸標準溶液的體積(mL)；V2:滴定空白所消耗的鹽酸標準溶液的體積(mL)；52.994∶1/2碳酸鈉的摩爾質量(g/moL)。

因此，標定鹽酸帶來的不確定度u3包括：基準物質的純度u3-1、標定用溶液配制u3-2、標定體積u3-3。

2.3.1 基準物質的純度引入的不確定度u3-1

基準物質碳酸鈉的純度≥99.9%，取矩形分布，則純度引入的不確定度計算公式如下：

(7)

2.3.2 標定用溶液配制引入的不確定度u3-2

(8)

表2 標定用溶液配制過程中玻璃器皿引入的不確定度

2.3.3 標定體積引入的不確定度u3-3

2. 4 滴定引入的不確定度u4

土壤樣品滴定采用25.00 mL滴定管，滴定消耗的鹽酸體積約1 mL。測滴定產生的不確定度按4.3.3中公式計算得u4=0.02835/1=0.02835。

2. 5 重復性實驗引入的不確定度u5

本實驗針對酸性土、中性土和堿性土分別對3個國家土壤有效效態成分分析標準物質進行6次測定，通過計算平均值、標準偏差，計算其不確定度，見 表3。

表3 土壤水解氮重復測試結果

此外，轉換系數14導致的不確定度、空白產生的不確定度等很小，對合成不確的貢獻可以忽略。

3 合成不確定度和擴展不確定度

3.1 相對合成標準不確定度

表4 相對標準不確定度分量

3.2 擴展不確定度

4 結論

應用凱式定氮儀，測定土壤水解氮不確定度來源主要為：樣品制備過程引入的不確定度、堿解蒸餾消解樣品引入的不確定度、標定鹽酸標準溶液濃度引入的不確定度、滴定產生的不確定度、重復性實驗產生的不確定度，經計算，不確定度的主要貢獻是樣品消解和滴定。經國家標準物質GBW07412a、GBW07414a和GBW07416a驗證，測定值與認定值一致，其擴展不確定度分別為3.7、6.9、2.9 mg/kg，符號測試規范要求。并應用此方法測試國家地質實驗測試中心編號為NRCGA-2016-01的水解氮，取得滿意結果。

[1] 鮑士旦.土壤農化分析[M].3版.北京:中國農業出版社,2000.

[2] 王曉嵐,卡麗畢努爾,楊文念.土壤堿解氮測定方法比較[J].北京師范大學學報(自然科學版),2010,46(1):76-78.

[3] 國家林業局.LY/T 1228-2015 森林土壤氮的測定[S].北京:中國標準出版社,2015.

[4] 孫又寧,保萬魁,余梅玲.自動定氮儀堿解蒸餾法測定土壤中堿解氮含量[J].中國土壤與肥料,2007(5):64-66.

[5] 蔡玉曼,彭 磊,常 青,陳美芳,李海梅.土壤樣品中堿解氮測定不確定度評定[J].地質學刊,2012,36(2):212-215.

[6] 張晨芳,劉獻鋒.原子熒光法測定金礦中砷和鉍的不確定度評估[J].分析測試技術與儀器,2014(4):243-248.

[7] 國家質量技術監督局.JJF1059.1-2012 測量不確定度評定與表示[S].北京:中國計量出版,2012.

[8] 國家質量技術監督局.JJF1135-2005化學分析測量不確定度評定[S].北京:中國計量出版社,2005.

[9] 中華人民共和國國土資源部.DZ/T0130-2006 地質礦產實驗室測試質量管理規范[S].北京:中國標準出版社,2006.

[10] 國家質量監督檢驗檢疫總局.JJG196-2006常用玻璃量器檢定規程[S].北京:中國計量出版社，2006.