采用重金屬消解儀加熱法測定土壤中有機質含量的研究

謝黃瓊，丘 能

（1.廣西民生中檢聯檢測有限公司，廣西 南寧 530006；2.宜昌邦普宜化新材料有限公司，湖北 宜昌 443000）

根據相關研究，當植物殘體經過土壤環境中微生物一系列復雜分解或合成過程后形成有機質[1]。其與土壤環境的理化特性、生物活性等因素密切相關[2-4]。現有土壤中有機質的測定方法包括重鉻酸鉀容量法、燒失量法、比色法、TOC 分析儀法等[5-9]。加熱的方法主要有油浴法[10-11]、電沙浴法[12]、石墨爐加熱法[6]等。其中，土壤有機質分析通常采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化-容量法[13-14]，采用油浴鍋來控制加熱溫度難度比較大，通常需要在油浴中加入溫度計并進行肉眼觀察，再調節加熱開關大小，效率相對不高[15]；電沙浴法需要把冷凝管安裝就位，并且加熱過程不易控制；而如果采用石墨爐加熱，受熱不均，易產生二次污染，因此，對重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機質來說，尋求一種高精密度、環境友好、操作簡便、安全可控的加熱方法十分重要。本文通過采用重金屬消解儀加熱法測定土壤有機質含量，操作簡便、安全，同時考察方法精密度和準確度，得到最佳加熱溫度及時間，為重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機質中加熱方法提供理論指導和技術支撐。

1 實驗原理與儀器設備

1.1 實驗原理

在實驗室采用重金屬消解儀加熱方法中，重金屬消解儀中產生高溫，并對樣品消解,重金屬消解儀可以實現自動控溫，并維持溫度穩定，持續加熱樣品，加熱模塊升溫速率高、加熱均勻、效率高，可有效避免加熱不均勻的問題。

1.2 儀器與設備

分析天平：感量0.000 1 g，型號ML204，梅特勒-多利托；重金屬消解儀：型號SH230N，上海慶開實驗設備有限公司；數顯恒溫油浴鍋：型號HH-S，常州金壇精達儀器制造有限公司；消化管：玻璃刻度50 mL（滿容量100 mL）；滴定管：10.00、25.00 mL。

1.3 試劑

98%硫酸，分析純；重鉻酸鉀，分析純、優級純；硫酸亞鐵銨，AR 分析純；鄰菲羅啉，分析純。

1.4 試劑的配制

1.4.1 0.4 mol/L 重鉻酸鉀-硫酸溶液

準確稱取40.00 g 重鉻酸鉀溶于水中預先溶解，用濾紙過濾至量筒中，并加水至1 L，得到溶液A（注意需要用水多次洗滌濾紙），將A 轉移入3 L 大燒杯中。另取1 L 98%的濃硫酸，緩慢倒入裝有A 溶液的大燒杯中，連續攪拌均勻。期間注意溫度上升過快，可用冷水冷卻燒杯，直到加完98%濃硫酸為止[9-10]。

1.4.2 0.1 mol/L FeSO4標準溶液

稱取28.0 g FeSO4溶解于600～800 mL 水中，加98%濃硫酸20 mL 攪拌均勻，靜止片刻后用濾紙過濾到1 L 容量瓶內，再用水洗滌濾紙并加水至1 L，得到溶液B，B 溶液易氧化導致濃度變化，每次使用前需要重新標定其準確濃度[10]。

1.4.3 重鉻酸鉀標準溶液

將重鉻酸鉀（優級純）在130 ℃條件下烘2～3 h，并準確稱取4.904 g，先用少量水溶解，然后無損地移入1 000 mL 容量瓶中，加水定容，此標準溶液濃度為0.100 0 mol/L[9-10]。

1.4.4 鄰菲啰啉指示劑

在含有0.70 g FeSO4·7H2O 或1.00 g（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O 的100 mL 水溶液中加入鄰菲啰啉1.49 g，溶解后密閉保存于棕色瓶中[9-10]。

2 重金屬消解儀加熱法

2.1 分析步驟

準確稱取108 個通過0.25 mm 孔徑篩風干試樣0.15～0.20 g（精確到0.000 1 g），分批放入108 個消解管中。記錄下相對應的編號（TY01—TY108）然后使用滴定管準確加入10.00 mL 0.4 mol/L 重鉻酸鉀-硫酸溶液，搖勻后插入一玻璃漏斗。將6 組土壤及空白樣品分成6 批放入已加熱至190℃的消解儀孔內，等消解管中的溶液沸騰時開始計時，分別保持5、6、7、8、9、10 min 后取下樣品。將消解儀溫度調至200 ℃，然后將6 組土壤樣品及空白樣品分成6 批放至消解儀孔內，等消解管中的溶液沸騰時開始計時，分別保持5、6、7、8、9、10 min 后取下樣品。再將消解儀溫度調至210 ℃，將剩下的6 組土壤及空白樣品分成6 批放入消解儀中消解，等消解管中的溶液沸騰時開始計時，分別保持5、6、7、8、9、10 min 后取下樣品。消解完成并冷卻一段時間，將消解管中的消煮液及土壤殘渣無損地轉入三角瓶（250 mL）中，并將洗液洗入三角瓶中，并將三角瓶的體積控制在60～80 mL。加3 滴鄰菲啰啉作為指示劑，用FeSO4標準溶液滴定剩余的K2Cr2O7溶液，期間觀察變色過程，分別是橙黃、藍綠和棕紅。記錄下每個樣品消耗的體積。

空白樣品用石英砂代替，每批樣品分析同時做2 個空白樣品。

有機質含量計算公式[9]見式（1）：

式中：V0為空白試驗FeSO4標準溶液消耗體積，mL；V為試樣FeSO4標準溶液消耗體積，mL；c 為FeSO4標準溶液的濃度，mol/L；m 為烘干試樣的質量，g。

2.2 結果與討論

通過重金屬消解儀加熱法，測定6 組不同溫度、不同加熱時間的土壤中有機質含量，其結果見表1—表3。

表1 190 ℃下不同消解時間的有機質含量

由表1—表3 可知，有機質含量的測定結果隨著消解時間的增加而增加，每組樣品的6 次平行實驗結果RSD＜5%，符合要求。由表1 可以看出，在190 ℃時，消解時間至10 min 時，有機質消解未完全，有機質含量繼續升高；由表2 可以看出，在200 ℃時，消解時間8～9 min 時，有機質消解完全，且數值較穩定，與真值重合；由表3 可以看出，在210 ℃時，消解時間在7～8 min，有機質完全消解，但數值不穩定，說明溫度過高，發生過氧化反應，導致直線上升，不利于控制消解時間，難取穩定值。不同溫度，不同消解時間的測定結果對比曲線圖如圖1。

圖1 土壤有機質含量與消解時間關系對比

表2 200 ℃下不同消解時間的有機質含量

表3 210 ℃下不同消解時間的有機質含量

由圖1 可以看出，使用重金屬消解儀加熱法在溫度200 ℃，消解8 min，測定土壤有機質的含量最準確，可作為實驗的最佳條件。

2.3 準確度驗證

根據實驗方法，選擇不同土壤有機質含量的標準樣品，使用重金屬消解儀在200 ℃、消解時間8 min條件下進行測定，結果見表4。

表4 測定結果與標準值的對照

由表4 的數據可見，本方法測定結果與標準值基本相符，說明該方法準確度可靠。

3 結論

通過實驗，使用重金屬消解儀消解土壤中有機質，在3 種不同溫度、6 個不同消解時段，得到的測定結果，結果顯示都是隨著溫度和時間的增加，有機質含量增加。測定結果RSD 均小于5%。同時，按照農業標準NY/T 1121.6—2006 測定同一批土壤中有機質含量，得到土壤有機質含量的真值41.2 g/kg。通過與3 種不同條件對比，得到使用重金屬消解儀消解土壤中有機質最佳條件為消解溫度200 ℃、消解時間8 min。

根據實驗最佳條件，測定3 種不同土壤有機質含量的有證標準物質，測定結果均在標準范圍內，說明這個方法準確度高。

通過實驗對比，在不降低檢測準確度的前提下，重金屬消解儀在消解土壤有機質方面，具有操作簡便，方便清洗消解管，加熱均勻，易于控制溫度，批量分析以及減少對空氣的污染等優點。而且消解土壤操作更安全、更簡單。