土壤中pH值的測定方法驗證

蔡硯芳，唐 鵬，唐承性，李 航，楊 華，王 宇，胡 引

(遵義市產品質量檢驗檢測院，貴州 遵義 563000)

土壤酸堿度，又叫土壤反應[1]，它反映了土壤溶液中氫離子濃度大小[2]，以pH值表示。pH值小于7的溶液為酸性溶液；pH值等于7的溶液為中性溶液；pH值大于7的溶液為堿性溶液[3]。pH是土壤重要的基本性質，也是影響土壤肥力的重要因素之一，它直接影響土壤中養分的存在狀態和有效性[4]。pH值對土壤中氮素的硝化作用和有機質的礦化等有較大程度的影響。土壤酸堿度不僅會影響作物的生長，還會降低施肥的效率，無論是偏酸還是偏堿都會影響肥料的效果，同時還會抑制微生物的活動，導致農作物根系生長緩慢、發育遲緩。如中性土壤中磷的有效性強，堿性土壤中微量元素的有效性差，影響農作物的生長發育。在農業生產中應該注意土壤的酸堿度，積極采取措施，加以調節。土壤太酸太堿都是限制作物產量及品質的重要因素，大多數的作物均不耐太酸或太堿的土壤。因此，了解土壤的酸堿度對農業生產中提高農作物的產量和品質有重要意義。

根據實驗室資質認定相關要求，在方法使用前需進行方法驗證，以確保實驗室人員、設備、消耗材料和環境能滿足《土壤pH值的測定 電位法》(HJ 962-2018)[5]的需求，故本實驗室對土壤中pH的檢測開展了方法驗證。驗證內容包括儀器設備、標準物質、方法性能項目(精密度和準確度)[6]。

1 材料與方法

1.1 試劑材料

實驗用水：去除二氧化碳的新制備的蒸餾水或純水。將水注入燒瓶中，煮沸 10 min；放置冷卻，臨用現制；pH標準緩沖液：4.01、6.86、9.18，上海易恩化學技術有限公司；pH標準緩沖液：4.01、7.00、9.21，梅特勒托利多科技(中國)有限公司。

1.2 儀器和設備

電子分析天平：型號：ME204E，最大稱量：220 g，分度值：0.0001 g；pH計：型號：PHSJ-4F，分辨率：0.01 pH，測量范圍pH：(0.01～14.00)pH，具有溫度補償功能；pH計：型號：FE28，分辨率：0.01 pH，測量范圍pH：(0.01～14.00)pH，具有溫度補償功能；恒溫磁力攪拌器(85-2)。兩臺酸度計的功能相同，主要區別是生產廠家不同，所使用的pH校準緩沖溶液定值不同。型號為PHSJ-4F的酸度計生產廠家為：上海儀電科學儀器股份有限公司，使用的是上海易恩化學技術有限公司生產的校準值為4.01、6.86、9.18的一組緩沖液。型號為FE28的酸度計生產廠家為：梅特勒托利多科技(中國)有限公司，使用的是梅特勒托利多科技(中國)有限公司生產的校準值為4.01、7.00、9.21的一組緩沖液。

1.3 樣品的制備

按照《土壤環境監測技術規范》 (HJ/T 166-2004)的相關規定進行土壤樣品的制備，包括樣品的風干、縮分、粉碎和過篩：在專用風干室將土樣放置于搪瓷風干盤中，攤平成 2～3 cm 的薄層，挑揀出動植物殘骸、石塊、砂礫等機械雜質。在磨樣室將風干后的樣品小心倒在有機玻璃板上，用木錘敲打、玻璃棒碾壓，挑揀出雜質，混勻，采用四分法分取壓碎后的樣品，將縮分后的樣品通過孔徑為 0.25 mm(20目)的尼龍篩。過篩后的樣品盛裝在干凈的玻璃瓶中，并做好標記，置于室溫下密封保存備用[7]。

1.4 實驗原理

實驗以水作為浸提劑，水土質量比為2.5∶1，將pH玻璃電極和參比電極同時插入土壤懸濁液中時，構成一電池反應，玻璃電極和參比電極之間產生一個電位差，在一定溫度下，電位的高低與懸濁液的pH值有關，由于參比電極的電位是固定的，故電位差的大小反映氫離子濃度的大小，即pH值的大小。因此，通過測定原電池的電位即可得到土壤的pH值[5]。

1.5 分析步驟

1)試樣液的制備：先用砝碼將電子天平校準，然后稱取 10.0 g 土壤樣品置于 50 mL 的高型燒杯中，按水土質量比2.5∶1加入 25 mL 新制的去除二氧化碳的水。加入攪拌磁子，將容器用封口膜密封后，放在磁力攪拌器上劇烈攪拌 2 min。靜置 30 min，立即測定，同時制備的一批試樣液需在 1 h 內完成測定[5]。

2)pH計的校準：將盛有標準緩沖溶液并內置攪拌子的燒杯置于磁力攪拌器上，開啟磁力攪拌器，將電極插入標準緩沖溶液中，待讀數穩定后，按確認鍵，觀察儀器示值與標準緩沖溶液的pH值是否一致。重復以上步驟，用另一種標準緩沖溶液校準pH計，儀器示值與該標準緩沖溶液的pH值之差應≤0.02個pH單位。否則應重新校準。按上述步驟分別用相對應的校準溶液校準2臺pH計。

3)樣品測定：將電極插入試樣的懸濁液，電極探頭浸入液面下懸濁液垂直深度的1/3～2/3處，輕輕搖動試樣。待讀數穩定后，記錄pH值。每個試樣測完后，立刻用水沖洗電極，并用濾紙將電極外部水吸干，再測定下一個試樣[5]。

1.6 精密度的測定

取3個按步驟1.3制好的樣品：試樣1、試樣2、試樣3。用電子分析天平稱取6份 10.0 g 土壤試樣1，分別置于6個 50 mL 的高型燒杯中，按水土質量比 2.5∶1 分別加入新制的去除二氧化碳的水 25 mL ，加入攪拌磁子，用封口膜將燒杯密封，放在磁力攪拌器上劇烈攪拌 2 min，靜置 30 min 后上機測試，記錄數據。重復以上步驟，將試樣2、試樣3按相同方法測試完畢并記錄數據。即按照步驟1.5對試樣1、試樣2、試樣3分別做6次平行實驗，按照HJ 168-2020《環境監測分析方法標準制訂技術導則》[8]附錄A計算平均值、標準偏差，并求出變異系數和最大絕對差值。平均值、標準偏差、變異系數的計算公式如(1)、(2)、(3)式所示：

(1)

(2)

(3)

1.7 準確度的測定

取2個有證標準物質GBW07989(GpH-3)、GBW07995(GpH-9)，按照步驟1.5的分析步驟分別做6次平行實驗，用兩臺設備pH計(FE28)、pH計(PHSJ-4F)分別測定，記錄所有測定結果，并分別計算平均值，將所有測定結果與標準值比較。土壤酸堿度標準物質詳細信息見表1。

表1 土壤酸堿度標準物質信息

2 結果與分析

2.1 精密度測定結果

3個樣品的6次平行測定結果如表2所示。

表2 精密度測試數據

根據HJ 168-2020《環境監測分析方法標準制訂技術導則》附錄A可算出3個試樣6次測定結果的平均值分別為7.80、4.09、5.20。標準偏差分別為0.0264、0.0608、0.0242；標準偏差都較小，說明測試數據集中性好，偏離平均值較小。變異系數(CV值)分別為0.34%、075%、0.47%，變異系數均小于1%，根據GB/T 27417—2017《合格評定 化學分析方法確認和驗證指南》[9]中附錄B表B.1可以看出，本次實驗滿足要求。最大絕對差值分別為0.07、0.08、0.06；最大絕對差值均小于0.3，根據HJ 962-2018《土壤pH值的測定 電位法》中第10條：兩次平行測定結果的允許差值為0.3個pH單位，可以得出，本次實驗滿足標準要求。

2.2 準確度測定結果

準確度測定結果如表3所示。

由表3可以看出，有證標準物質GBW07989(GpH-3)、GBW07995(GpH-9)兩臺設備的單次測定結果與平均值均在標準值不確定度范圍內，兩臺設備結果重復性較好，準確度均能達到要求。

3 結論

在現有設備及設施條件下，通過精密度、準確度和儀器比對幾個方面對土壤中pH的測定進行方法驗證。結果表明，精密度的變異系數(CV值)分別為0.34%、075%、0.47%，變異系數均小于1%，低于GB/T 27417—2017的要求；2個有證標準物質的測定結果均在證書示值誤差范圍內，滿足要求。本實驗室能力滿足HJ 962-2018《土壤pH值的測定 電位法》的要求。