檢測土壤中陽離子交換量的方法研討

張艷麗 宋保軍 孟新立

(鶴壁市農產品檢驗檢測中心，鶴壁 458030)

測定土壤中陽離子方法，國內標準及相關發表的論文介紹有3種方法，分別是中性土壤陽離子交換量和交換性鹽基的測定法[1]、石灰性土壤陽離子交換量的測定法[2]和森林土壤陽離子交換量的測定法[3]。2017年頒布的環境保護行業標準《土壤 陽離子交換量的測定 三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法》(HJ 889-2017)采用了三氯化六氨合鈷作為浸提劑提取土壤陽離子，直接分光光度法測定法，這個方法簡單，2個小時可以完成1批樣[4]，省時、省力、省耗材，方法優勢很多。就這個方法，近期也有一些論證論文發表[4-6]，但是，這個方法在實際應用時也發現了的一些問題，比如浸提劑用量大、酸性樣品結果值低一半、樣品吸光度值比空白值高、精密度差、吸光度值不穩定等，本試驗對該方法進行了優化，優化后的方法用試劑量減一半，更為重要的是結果更準確、穩定，精密度也很好。

1 試驗部分

1.1 儀器

紫外分光光度計(UV1700，日本島津)；調速多用振蕩器(HY-4，金壇市杰瑞爾)；離心機(GB-21M，湖南湘儀)；孔徑1.7mm(10目)尼龍篩；電子分析天平(LE104E，上海梅特勒-托利多)。

1.2 試劑

優級純三氯化六氨合鈷，準確稱取4.458g三氯化六氨合鈷溶于水中，定容至1000mL，4℃低溫保存。

實驗用水為電導率小于0.5μS/cm的去離子水。

1.3 儀器工作條件

紫外分光光計配備10mm光程比色皿，波長475nm測量試樣吸光度值。

1.4 試驗方法

將風干樣品過10目尼龍篩，充分混勻。稱取3.0g混勻后的樣品，置于50mL離心管中，加入25.0mL三氯六氨合鈷溶液，稍微振蕩后測試pH值，如果是酸性土，用1mol/L氫氧化鈉溶液調節樣品溶液為pH7-8，旋緊離心管密封蓋，置于振蕩器上，在20±2℃條件下振蕩60±5min，調節振蕩頻率，使土壤浸提液混合物在振蕩過程中保持懸浮狀態。以4000r/min離心10min，過慢速濾紙或過0.22μm針式濾器于比色皿中，24h內完成分析。

2 結果與討論

2.1 前處理條件的優化

2.1.1浸提劑量的選擇

稱取3.5g土壤樣品加入50.0mL三氯化六氨合鈷溶液，很多實驗室的離心機只能放50mL離心管，加入50mL三氯化六氨合鈷溶液后，無法振蕩，只能先放到三角瓶內，振蕩后轉移到離心管中，進行離心，增加了洗刷工作量。分別稱取2.5g土壤加50mL浸提液；與3.0g土壤，加入25.0mL浸提液，進行了浸提液量的試驗，土壤樣品用GBW07413、GBW07414標準物質來代替，試驗結果見表1。

表1 不同浸提劑量的結果

試驗證明，稱取3.0g[5]土壤加入25.0mL浸提液，結果符合標準要求。10g三氯化六氨合鈷價格千元1瓶，只能配2.0L溶液，1個樣品加入50mL浸提溶液，能做400個樣品，改進后只需要加25.0mL浸提液, 可以做800個樣品，浸提液的用量減少一半，試劑成本降了一半。還可以直接振蕩離心，無需轉移，節省玻璃器皿的使用。

2.1.2室溫的選擇

標準上規定在振蕩器上振蕩時，在20±2℃條件下振蕩60±5min。選擇了3種不同溫度下振蕩，試驗結果見表2，發現室溫下振蕩不會影響結果，不用開設空調等降溫設備，節省試驗用電量。

表2 不同溫度下振蕩的試驗結果

2.1.3酸性土壤質控樣值低一半

試驗過程中出現酸性土壤質控樣低一半，這是因為土壤膠體微粒表面的羥基(OH)的解離受介質pH值的影響，當介質pH值降低時，土壤膠體微粒表面所負電荷也減少，其有效態陽離子交換量也降低。由于三氯化六氨合鈷土壤懸浮液的pH值與水懸浮液的pH值接近，所以稱取土壤樣品，加入浸提劑后，可以用pH試紙或pH計測試pH值，如果是酸性土，用1mol/L氫氧化鈉溶液調節樣品溶液為pH7～8，然后按1.3試驗方法來進行，所測的CEC值是準確的。

2.1.4空白值低

用實驗用水代替土壤做空白試樣制備時，加3.5g純水再加50mL浸提劑，吸光度值較低，這樣計算出來的質控樣偏低，有時空白試樣的吸光度值比樣品吸光度值還要低，結果出現負值；這是因為三氯化六氨合鈷的濃度被稀釋，吸光度值降低。參照ISO23470與《土壤 陽離子交換量的測定 三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法》(征求意見稿)應該直接用三氯化六氨合鈷溶液當空白，記錄吸光度值。

2.1.5吸光度值不穩定

離心后，收集上清液于比色管中，上紫外分光光度測定。當離心液中有懸浮雜質時，吸光度值會不穩定，無法記錄吸光度值，還會出現同一上清液測2～3次，每次都不一樣的情況，可用玻璃漏斗加慢速濾紙，進行過濾后測定。

2.1.6樣品精密度差

測定土壤樣品時，發現同一樣品測定6次，精密度在10%以上，用慢速濾紙過濾濾液后測定，重現性較好，試驗選擇了慢速濾紙與0.22μm針式濾器進行測試，發現0.22μm針式濾器效果最好，能完全過濾土壤懸浮液中的雜質，精密度RSD小于1.0%，只是成本要比濾紙高。試驗結果見表3。

表3 過濾紙與針式濾器的結果

2.2 標準曲線和檢出限

2.2.1標準曲線

分別移取1.66cmol/L三氯化六氨合鈷溶液0.00mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、7.00mL、9.00mL于6個10mL容量瓶中，分別用水稀釋至標線，三氯化六氨合鈷的濃度為0.000cmol/L、0.166cmol/L、0.498cmol/L、0.830cmol/L、1.16cmol/L、1.49cmol/L。用10mm比色皿在波長475nm處，以水為參比，分別測量吸光度。以標準系列溶液中三氯化六氨合鈷溶液的濃度(cmol/L)橫坐標，以其對應吸光度為縱坐標，建立標準曲線。

2.2.2檢出限[6]

測試檢出限按照《環境監測 分析方法標準制修訂技術導則》(HJ168-2010)中，附錄A.1.2分光光度法進行測試。在沒有前處理的情況下，以扣除空白值后的與0.01吸光度相對應的濃度值為檢出限。

用下方法計算：

MDL=0.01/b

式中：b——回歸直線斜率。

2.2.3方法檢出限

方法檢出限(cmol/L/kg)=檢出限×3×V÷m，若稱樣量3.0g，加入浸提液25.0mL，那么該方法檢出限=檢出限×3×25.0÷3.0。

2.2.4方法測定下限

方法測定下限：以4倍方法檢出限為測定下限，檢出限和測定下限見表4。

表4 檢出限和測定下限

2.3 精密度試驗

選用標準物質GBW07413、GBW07414進行6次測試，分別取上清液用慢速濾紙與0.22um針式濾器進行過濾，相對標準偏差在2%以下，過針式濾器后的相對相差能控制在1%以下，結果見表5

表5 精密度試驗結果

2.4 實際樣品測定

按試驗方法測定1、2、3號土壤，同時做質控樣GBW07413、GB07414，每個樣品平行測定6次，濾液均用0.22μm針式濾器后，上機測定，結果及相對標準偏差見表6。

表6 樣品分析結果及質控樣

3 結論

本方法針對測試過程中出現的浸提液用量大；酸性土壤CEC值偏低一半；空白吸光度值低、穩定性差、精密度差等問題，在保證數據結果準確的前提下，減少浸提液的用量，試劑的成本降低一半，用氫氧化鈉調節pH值來解決酸性土壤值偏低的問題，用濾紙或針式濾器解決了精密度差，穩定性差的問題，成本低，方法快速簡單，實用性強，極大提高了檢測數據的準確性與重現性。