中酸性土壤陽離子交換量的測定研究

陳亞南(華北有色(三河)燕郊中心實驗室有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

土壤是重金屬離子遷移、轉換的重要介質，土壤膠體的吸附性和離子交換性能是重金屬類污染物的重要場所。土壤陽離子交換量是生態(tài)地球化學評價及環(huán)境監(jiān)測任務中一項重要的衡量指標。

土壤陽離子交換量 (CEC)是指土壤膠體所能吸附各種陽離子的總量[1]。陽離子交換量值的高低，基本上代表了土壤可能保持的養(yǎng)分含量，即保肥水平的高低。可以作為評價土壤保肥能力的指標。陽離子交換量是土壤緩沖能力的主要來源，是合理有效施肥和改良土壤結構的重要依據(jù)。現(xiàn)有的分析方法主要是乙酸銨交換法[2]、氯化銨-乙酸交換法[3]、鹽酸-乙酸鈣交換法[4]、BaCl2-三乙醇胺法[5]。

1 實驗部分

1.1 儀器與設備

離心機(LXJ-11B 上海安亭科學儀器廠)。

空氣壓縮機(利祥)。

超純水儀(RIMEpure-500 北京盛科科技有限公司)。

1.2 試劑

1 mol/L乙酸銨溶液(pH=7.0)，乙醇溶液(95%，無NH4+)，液體石蠟(化學純)，甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑，硼酸指示劑溶液(2%)，鹽酸標準溶液(0.05 mol/L),固體氧化鎂(化學純)，納氏試劑。

2 樣品制備及實驗裝置

2.1 樣品制備

稱取通過1 mm孔篩(10目)的風干土壤樣品1.00 g，放入50 mL離心管中，加入1 mol/L乙酸銨溶液(pH=7.0)30 mL,加蓋搖勻，放入離心機中離心3 min(重復離心2～5次至無鈣離子)，用K-B指示劑檢測至溶液呈藍色，證明無鈣離子。之后將樣品轉移至鋪有濾紙的玻璃砂芯漏斗中，采用少量多次淋洗的方法進行抽濾，洗去多余的乙酸銨，直至最后一次乙醇清液中無銨離子，用納氏試劑檢測銨離子。

洗去多余的銨離子后，用水將泥漿洗入凱氏瓶中，將全部樣品轉移至凱氏瓶中，洗入水的體積控制在20～30 mL。蒸餾前在凱氏瓶內加入數(shù)滴液體石蠟和大約1 g氧化鎂。立即把凱氏瓶裝在蒸餾裝置上。將盛有20 mL的20 g/L硼酸溶液和三滴甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑的接收瓶，做為接收裝置；用pH試紙檢測蒸餾出口至中性，取下接收瓶，用0.025 mol/L鹽酸標準溶液滴定，并記錄用量。

2.2 計算方法和公式

土壤陽離子交換量以cmol/kg(+)表示，按烘干土重計算：

式中：CEC為陽離子交換量(cmol(+)/kg)；C為鹽酸標準溶液的濃度(mol/L)；V為鹽酸標準溶液的消耗體積(mL)；V0為空白試驗鹽酸標準溶液的消耗體積(mL)；m為風干土樣的質量(g)；H為風干土樣的含水率。

2.3 實驗裝置

本方法采用本實驗室研發(fā)的抽濾淋洗裝置。本裝置將傳統(tǒng)水環(huán)式減壓蒸餾真空泵改為空氣壓縮氣泵，將主氣路接出多個分支氣路。將傳統(tǒng)的一臺設備抽濾兩個樣品提升為一臺設備同時抽濾8件樣品。同時在每個抽濾瓶的進氣口處加裝氣體流量控制表，準確控制氣體流量，在抽濾瓶與空氣壓縮氣泵之間加裝一個回流裝置，防止壓力過大時回流的液體反吸回氣泵。提高了工作效率，降低了成本。裝置圖如圖1所示。

圖1 抽濾裝置圖

3 結果與討論

3.1 兩種過濾方法的對比

陽離子交換量的測定方法具有分析步驟繁瑣和分析時間長的特點，為了提高了效率，減少分析時間，選取了10件質地相近的土壤樣品，分別進行了抽濾和過濾對比試驗，采用過濾方法淋洗樣品的時間在平均在36 min左右，采用抽濾淋洗樣品的時間在平均10 min左右，試驗結果表明，抽濾淋洗的時間明顯比過濾淋洗的時間短，縮短了淋洗時間，提高了工作效率。

3.2 濾紙的選擇

在滿足分析靈敏度的前提下，將濾膜改為中速濾紙，從而大大提升了抽濾的速度。選取了8件不同的樣品，分析使用慢速濾紙、中速濾紙、快速濾紙和濾膜進行實驗，將過濾的時間進行統(tǒng)計，慢速濾紙抽濾平均時間為11.8 min，中速濾紙平均時間為10.3 min,快速濾紙平均時間為8.5 min，濾膜平均時間為12.6 min。試驗結果表明，快速濾紙的時間最短，但是實驗過程發(fā)現(xiàn)選擇的濾紙的孔徑太大，容易造成樣品穿濾，中速濾紙抽濾時間適中能滿足分析結果要求，同時降低了成本。

3.3 方法的準確度和精密度

使用2.1中方法獨立處理并測定國家標準物質GBW07458、GBW07415a、GBW07416a中的陽離子交換量各12次，驗證了分析方法的準確度及精密度，12次測定結果的相對標準偏差(RSD)在1%～3%之間，不同含量的標準物質測定結果與標準值吻合。方法精密度和準確度如表1所示。

表1 方法精密度和準確度

3.4 方法比對

采用本研究分析方法和LY/T 1243—1999 《森林土壤陽離子交換量的測定》分別對某一批次樣品進行測定(結果見表2)，得出兩種分析方法的相對偏差都能滿足規(guī)范要求，均小于5%，確保了測量結果的可靠性。本研究方法流程短、操作簡單易掌握，重現(xiàn)性和穩(wěn)定性良好，既提高了工作效率，又節(jié)約了生產成本。數(shù)據(jù)比對如表2所示。

表2 本研究方法測試結果與標準方法測試結果比對

4 結語

本研究針對傳統(tǒng)中酸性土壤中陽離子交換量的測定方法，解決了振蕩離心法反復處理土壤存在分析步驟復雜、分析周期長的問題，開展了運用抽濾淋洗代替振蕩離心的探索性研究。通過過濾方法的比對、濾紙的選擇、標準物質重復測定，方法的精密度準確度實驗，并和LY/T 1243—1999 《森林土壤陽離子交換量的測定》進行了比對。試驗結果表明抽濾淋洗法的測定結果的精密度、準確度均優(yōu)于林業(yè)標準的方法，且測定結果穩(wěn)定性好、操作流程短，有效降低成本，提高生產效率，適用于生態(tài)地球化學評價及土壤環(huán)境質量評價等大批量中酸性土壤陽離子交換量的測定，結果令人滿意。