石墨消解-分光光度法測定土壤有機質含量

李 雯，楊 黎，喬君喜，胡 鑫，向 攀

(四川省綿陽生態環境監測中心站，四川 綿陽 621000)

有機質雖然只占土壤組成的5%左右[1]，卻是土壤中不可或缺的重要組成成分，其含量是衡量土壤肥力高低的重要指標，是土壤分析中的一項基礎分析[2]。隨著社會的發展以及大眾環保意識的增強，土壤環境問題越來越受重視，因此對土壤有機質的測定也越來越重要。測定土壤有機質的方法主要有灼燒法、目視比色法、重鉻酸鉀容量法和光度比色法等[3]，目前，普遍采用的方法主要為《森林土壤有機質的測定及碳氮比的計算》(LY/T1237-1999)[4]和《土壤檢測第6部分：土壤有機質的測定》(NY/T1121.6-2006)[5]，這兩種方法均采用油浴加熱-容量分析法，雖然測定結果準確度和精密度好，但油浴加熱法升溫時間長、溫度不易穩定、試管外壁的油垢難清洗、油易燃易揮發，容易造成實驗室空氣污染，存在安全隱患，且測定范圍受限。本文采用石墨高溫消解儀，其升溫速度快，溫度波動性小，各部位加熱均勻，同時對實驗室環境不會產生不良影響，分光光度法操作過程簡便、快捷，同時可進行多個樣品測定。

1 實 驗

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，部分Cr6+被還原為綠色的Cr3+，三價鉻含量與土壤中有機質含量成正比，用分光光度法測定三價鉻的吸光度。以葡萄糖標準溶液中碳氧化液為標準溶液，進行比色測定，計算土壤中有機碳含量，再根據換算系數得到土壤有機質的含量。

1.2 實驗設備

Ms304TS電子天平，梅特勒；STAEHD-106B石墨回流消解儀，濟南盛泰電子科技有限公司；TD-6M臺式低速離心機，四川蜀科儀器有限公司；V-1600可見分光光度計，上海美譜達儀器有限公司。

1.3 實驗試劑及標準物質

90.00 g/L重鉻酸鉀溶液、濃硫酸、13.0000 g/L葡萄糖標準溶液、土壤有效態成分分析標準物質。其中，本文選取了3個不同濃度的標準物質，見表1。

表1 土壤有證標準物質真值及不確定度Table 1 The name of certified reference substances and the truth value

1.4 實驗方法

準確稱取0.5000 g土壤有證標準物質，放入100 mL玻璃消解管底部，準確加入7.00 mL重鉻酸鉀溶液，6.00 mL濃硫酸，輕輕搖勻[6]。插上回流管，將消解管放入已升溫至180 ℃的石墨回流消解儀中，待溶液沸騰時開始計時，消解5 min。結束后取出消解管，冷卻，加水至約100 mL，離心后取上清液用分光光度計于波長585 nm處，用10 mm比色皿，以純水為參比，測定吸光度。同時，在一定條件下，配制一系列濃度的葡萄糖溶液，按以上步驟進行消解、冷卻、離心，測定消解液的吸光度。以有機碳質量為橫坐標，以對應的零濃度校正吸光度為縱坐標，繪制校準曲線，再根據換算系數計算得出有機質的含量。結果表明，有機碳質量在0.00～26.0 mg范圍內與溶液吸光度呈良好線性關系，其線性回歸方程為Y=0.0185X+0.00736，相關系數為0.9995，滿足校準曲線的相關系數不小于0.999的要求。

2 結果與討論

2.1 消解溫度與消解時間的選擇

胡小明等[7]利用溫度175 ℃的硅油油浴建立了以重鉻酸鉀測定土壤中有機質的分光光度法；周偉峰等[8]通過實驗發現，若消解溫度控制在170～180 ℃、試樣酸度約為9.2 mol/L、消解時間≥5 min時，試樣中的有機碳將全部被氧化，測定結果穩定可靠；張力等[9]采用 JH-12型COD恒溫加熱器消解土壤樣品，確定樣品消解溫度為175 ℃，沸騰消解時間為5 min；吉日文等[10]通過對比試驗確定石墨消解爐的最佳溫度為180 ℃，最佳消解時長為5 min±1 min。此外，行業標準方法[5]油浴加熱-容量法的消解溫度為170～180 ℃，保持溶液沸騰5 min±0.5 min，氧化率為90%～95%。同時，為方便與行業標準進行同條件對比試驗，綜合上述考慮，本文采用的消解溫度為180 ℃，消解時間為5 min。

2.2 離心時間的選擇

由于消解結束后需取上清液進行比色，為提高測定效率，本文采用離心方式分離消解后的土壤樣品和消解液。選取三種不同有機質含量的土壤有證標準物質，在消解溫度為180 ℃，消解時間為5 min的條件下，按5個不同的離心時間對消解液進行離心分離，其他分析步驟相同，每個離心時間進行6次平行測定。測定平均值結果對比見圖1。

從圖1中可以看出，不同離心時間對測定結果有影響：離心時間小于等于5 min時，三種濃度的標準物質的有機質含量均偏高，且不在標準物質不確定度允許偏差范圍內，主要原因是離心時間較短，消解液中的土壤未完全沉積在離心管底部；離心時間大于等于15 min時，測定結果變化不大，除標準物質ASA-3a外，其余兩種物質有機質含量均在在標準物質不確定度允許偏差范圍內，說明離心時間過長，可能會使低濃度的樣品測定結果產生較大偏差；離心時間為10 min時，三種濃度的標準物質測定結果均在在標準物質不確定度允許偏差范圍內。因此，本文綜合考慮選擇離心時間為10 min較合適。

圖1 不同離心時間對有機質測定結果的影響Fig.1 Influence of different centrifugation time on determination results of organic matter

2.3 準確度和精密度試驗

選取上述三種標準物質，在本文選擇的消解溫度180 ℃、消解時間 5 min、離心時間10 min這三個條件下，分別進行6次平行測定。測定結果如表2。

表2 精密度和準確度試驗Table 2 Tests of precision and accuracy

由表2數據可以看出，三種濃度的有證標準物質6次平行測定的相對標準偏差分別為1.6%、2.0%、1.0%，符合精密度要求。同時，這三種土壤有證標準物質的測定結果與真值的絕對偏差分別為0.1～0.3 g·kg-1，0.1～0.6 g·kg-1，0.1～0.8 g·kg-1，平均值均在不確定度允許偏差范圍內，準確度符合檢測要求。

2.4 與行業標準方法進行實際土壤樣品對比試驗分析

選用10個國家網例行監測土壤實際樣品，采用現行標準《土壤檢測第6部分：土壤有機質的測定》(NY/T1121.6—2006)和本文中的方法，在消解溫度180 ℃、消解時間5 min條件下進行對比試驗，每個土壤樣品均進行3次平行測定，測定結果均值如表3。

表3 兩種方法測定實際土壤樣品有機質含量結果對比表Table 3 Comparison results of organic matter content in actual soil samples determined by two methods (g·kg-1)

從表3可以看出，采用兩種方法測得的10個實際土壤樣品的有機質含量基本一致，標準物質均在不確定度允許范圍內，且兩種方法測定結果的允許絕對相差均滿足行業標準要求，說明在本文提出的消解溫度和消解時間條件下，采用石墨消解儀消解-分光光度法測定土壤實際樣品的有機質含量是可行的。

3 結 論

根據上述實驗結果，當消解溫度為180 ℃，消解時間為5 min，離心時間為10 min時，采用石墨消解儀消解-分光光度法測定土壤有機質含量結果準確性和精密性都較好，方法準確可靠。同時，與行業標準中的經典油浴法對比測量實際土壤樣品結果表明，兩種方法的測定結果基本一致，均具有較好的精密度。石墨消解儀消解-分光光度法具有環保、安全、溫控性好、操作便捷，省時省力等優點，可用于土壤有機質含量的測定。