凱氏定氮儀測定土壤陽離子交換量方法優(yōu)化

張力平 張臺凡魏 斌 陳富民

（1渭南市環(huán)境保護監(jiān)測站 陜西渭南 714000 2渭南市臨渭區(qū)環(huán)境保護監(jiān)測站 陜西渭南 714000）

引言

陽離子交換量是土壤緩沖性能的重要來源，可作為改良土壤和指導(dǎo)施肥的重要參考依據(jù)[1]。本研究是針對LY/T1243-1999森林土壤陽離子交換量的測定進行的方法優(yōu)化。在測定土壤陽離子交換量的過程中。此測定方法存在效率較低的問題，且容易受到諸多因素的干擾，需要的樣品量多少不好確定，在實驗操作過程中帶來諸多的不便，采用凱氏定氮儀測定土壤陽離子交換量的方法進行方法優(yōu)化，對有效改善上述問題具有重要的意義。

1 凱氏定氮儀測定土壤陽離子交換量優(yōu)勢

在當(dāng)前測定土壤陽離子交換量的國家標(biāo)準(zhǔn)方法中，需要用乙酸銨反復(fù)處理土壤使土壤成為銨飽和土，然后通過凱氏蒸餾裝置對土壤樣品進行相應(yīng)的蒸餾處理，最后用鹽酸滴定硼酸吸收液來實現(xiàn)土壤陽離子交換量的測定。但由于該方法蒸餾效率較低，蒸餾裝置安全性以及密封性都有所欠缺，并且很容易受到土壤樣品浸出液顏色的干擾，從而導(dǎo)致有時很難實現(xiàn)蒸餾終點的觀察，基于此可選擇用凱氏定氮儀代替?zhèn)鹘y(tǒng)的玻璃蒸餾裝置進行土壤陽離子的測定，可以有效改善上述問題。凱氏定氮儀靈敏度更高，并且有著很好的蒸餾效率，不會發(fā)生樣品暴露或者密封性導(dǎo)致的一些問題，分析速度較快，同時在操作方面更加簡單，與傳統(tǒng)方法比有著較為明顯的優(yōu)勢[2]。

2 實驗

2.1 儀器

實驗需要的儀器主要包括磁力攪拌器、離心機、凱氏定氮儀、凱氏管、BUCHI（K370）等，其中凱氏管需要與凱氏定氮儀配套使用。

2.2 試劑

實驗需要的試劑包括20g/L硼酸吸收液、氧化鎂、PH為7的1mol/L乙酸銨溶液、95%乙醇溶液、0.05mol/L的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液、PH為10的緩沖溶液、K-B指示劑、納氏試劑等。

2.3 樣品預(yù)處理

第一步稱取2g風(fēng)干土樣，并保證土樣細(xì)度需要過1mm篩孔檢驗，然后將土樣倒入離心管中，并加入乙酸銨溶液60ml，其中乙酸溶液濃度為1mol/L，浸泡2min，然后利用磁力攪拌器進行攪拌操作，一般持續(xù)時間為3min左右。

第二步，進行土壤樣品的離心處理，將兩個離心管在天平上平衡后放入離心機，離心時間控在3min即可，與此同時，將轉(zhuǎn)速控制在3500r/min。經(jīng)多次實驗結(jié)果此處利用乙酸銨反復(fù)處理土壤二到三次即可使土壤成為銨飽和土?？赏ㄟ^向離心后的土壤樣品上清液中添加1ml緩沖液與少量的K-B指示劑來測定是否含有鈣離子。觀察反應(yīng)，如果上清液呈現(xiàn)為藍色，說明不存在鈣離子，若上清液為紫紅色，說明存在鈣離子，需要繼續(xù)添加適量的乙酸銨溶液處理土樣，直至上清液由紫紅色變?yōu)樗{色為止。

第三步，用乙醇處理土樣洗去多余的乙酸銨，在處理好的土壤樣品中加入乙醇60ml,攪充分震蕩混勻,然后進行離心處理，洗去乙酸銨。值得注意的是，這一步驟應(yīng)需要反復(fù)執(zhí)行，最少三次，并在完成第三次的離心之后，需要檢測一下是否充分洗去了多余的乙酸銨，檢測試劑可用納氏試劑，只有充分的洗去多余的乙酸銨，才能夠進行下一步的測定，否則需要繼續(xù)用乙醇反復(fù)清洗。若未清洗干凈將會導(dǎo)致測定結(jié)果偏高。

第四步，將處理好的土壤樣品轉(zhuǎn)移到凱氏瓶中，將適量去離子水加入處理好的土壤樣品中，用橡皮頭玻璃棒攪拌，從而保證土壤與水充分混合均勻，然后將其轉(zhuǎn)移到凱氏定氮儀裝置中，將玻璃棒和離心管沖洗兩到三次，確保全部土樣全部轉(zhuǎn)移入，洗入水的體積應(yīng)該控制在50～80ml，加入2ml的液體石蠟和1g的氧化鎂后進行蒸餾操作。

2.4 確定儀器蒸餾條件

在進行凱氏定氮儀參數(shù)設(shè)置[2]時，應(yīng)圍繞土壤的具體性質(zhì)，并完成相應(yīng)確定，通過查看不同土壤在蒸餾過程中PH與時間變化關(guān)系，完成蒸餾時間的確定。在蒸餾進行到40s時，此時的PH仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，未發(fā)生明顯改變，當(dāng)?shù)竭_60s時，PH迅速增大，從土壤中蒸餾出來大量銨離子，并且這些銨離子迅速被硼酸溶液吸收，在120s之后，此時的PH再無明顯變化，基本完成了蒸餾過程。通過反復(fù)實驗證明，蒸餾時間最終可確定為160s，此時餾出液的PH為8左右（接近于8）。在滴定標(biāo)準(zhǔn)溶液的選擇上，可以選擇硫酸或者鹽酸，進行正式滴定前，需要對其濃度加以標(biāo)定。完成樣品測定后，需要等待滴定管冷卻后將其取下，將土壤溶液棄掉，并用5ml硫酸與200ml蒸餾水對系統(tǒng)加以清理，最后再用去離子水對系統(tǒng)進行清理，實現(xiàn)殘留酸液的有效去除。

3 實驗結(jié)果

土壤陽離子計算公式如下[3]：土壤陽離子交換量

上式中，C：表示鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（mol/L）

V：鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗體積用V表示（ml）

V0：表示空白樣品鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗體積（ml）

m：風(fēng)干土質(zhì)量（g）

H：表示風(fēng)干水的含水率(%)

結(jié)語

綜上所述，在土壤陽離子交換中測定中應(yīng)用凱氏定氮儀，其具有廣泛的適應(yīng)性，在森林土壤陽離子交換量的測定中應(yīng)用具有蒸餾快速準(zhǔn)確的優(yōu)勢，大大減少了實驗的風(fēng)險性，一方面可以有效減少轉(zhuǎn)移次數(shù)，另一方面還能夠還能夠避免土壤樣品外露，能夠在全封閉的環(huán)境下完成土壤樣品的滴定與蒸餾的過程，避免了外在環(huán)境的干擾，有效減少了系統(tǒng)的誤差。