基于小管密封法的土壤有機質測定探究

張 偉

（山西省運城生態環境監測中心，山西 運城 044000）

0 引言

在土壤環境的監測過程中，土壤有機質測定是其中的一項重要監測內容，其測定準確性直接影響到環保和農業等多個領域的工作質量，因此采用高效精準的土壤有機質測定方法就成為研究人員的一項研究重點[1-2]。以往的土壤有機質測定過程中，多采用化學氧化法，需要加熱和滴定等多個步驟，不僅實驗操作步驟繁瑣，而且實驗測試數據的準確性也難以保障[3-5]。針對上述問題，應用小管密封法進行實驗測試則更具可行性，應當以此為基礎展開進一步探究。

1 實驗材料與儀器

本次實驗的主要原材料為某地采集的土壤試樣，將土壤試樣放置于干燥箱內烘干后，將其過0.25 mm篩備用。除此之外，使用的其他藥品則包括重鉻酸鉀、濃硫酸、硫酸亞鐵，鄰菲羅啉，以上4 種試劑均為分析純，均采購自北京化工廠。在確定上述藥品后，稱取一定量的重鉻酸鉀和硫酸配制成0.4 mol/L 的重鉻酸鉀-硫酸溶液，再稱取一定量的硫酸亞鐵和硫酸，配置為0.1 mol/L 的硫酸亞鐵標準溶液。

本次實驗使用的主要儀器則如表1 所示。

表1 實驗主要儀器

2 實驗過程

實驗主要步驟如下：首先，使用分析天平精準稱取一定量的土壤樣品，將土壤樣品放入消解管中，并加入適量0.4 mol/L 的重鉻酸鉀-硫酸溶液充分混勻。其次，將消解管嚴密封閉，放入多孔消解器中。再次，設定好多孔消解器的消解溫度與時間，進行消解作業，當消解完成后，從消解器上取下消解管進行冷卻處理。最后，使用蒸餾水對消解管中的物質進行充分沖洗，將混合物倒入三角燒瓶中，加入適量的鄰菲羅啉指示劑后，使用上文配制的0.1 mol/L 的硫酸亞鐵標準溶液進行滴定。

滴定完成后，應用公式（1），對土壤中有機質的含量進行計算：

式中：c 為硫酸亞鐵標準溶液濃度的真實值，mol/L；V為試樣滴定過程中消耗的硫酸亞鐵標準溶液的體積，mL；M 為稱量的土壤樣品質量，g；MC為碳原子的毫摩爾質量的1/4，g/mol，參考相關文獻后確定其取值為0.003 g/mol；K1和K2分別表示有機碳換算為有機質的系數和氧化校正系數，無量綱，參考相關文獻后確定上述兩個指標的取值分別為1.724 和1.10；公式中的“乘以1 000”主要作用則是將土壤中有機質的質量分數換算為每千克的含量。在上述變量的數據均已知后，即可求得土壤中的有機質含量，單位為g/kg。

3 實驗結果與討論

為進一步探究如何提升實驗結果的準確性，本次從以下兩個方面對影響因素進行分析。

3.1 消解溫度對實驗測試結果的影響

在該環節中，對消解器的運行溫度進行調整，分別設置為140、150、160、165、170、175 ℃，消解時間相同，均設置為30 min，由此進行6 組平行實驗，分別測定其有機質含量，得到消解溫度與有機質含量的關系如圖1 所示。

圖1 不同消解溫度下所測定得到的有機質含量

根據圖1 可見，隨著溫度的升高，實驗測試得到的土壤有機質含量也隨之提升。但溫度超過165 ℃后，則逐步趨于平衡。初步推斷，造成這種現象的主要原因是，當溫度較低時，土壤中的大部分有機物尚未達到消解所需的溫度，因此測定值也相對較低。而在溫度超過165 ℃后，土壤有機物的消解基本趨于完全，因此有機質含量的測定值增長也相應趨緩。在此基礎上，進一步參考NY/T 1121.6—2006 的有關要求后，確定在溫度低于160 ℃時，樣品測定得到的有機質含量不在要求范圍內，因此應當控制溫度在165 ℃或更高。

在確定溫度的控制要求后，進一步將溫度范圍縮小至165～175 ℃之間，對土壤有機質含量進行測試，并引入第三方標準機構的測試數據，對比測試結果的相對誤差，結果如圖2 所示。

圖2 不同溫度下有機質含量測定的相對誤差

根據圖2 可見，當消解溫度在170 ℃時，土壤有機質含量實驗測定的相對誤差壓縮至最小，由此確定本實驗消解溫度設置為170 ℃最為合理。

3.2 分析消解時間對實驗測試結果的影響

在本環節的各組實驗中，均設置消解溫度為170℃，而后分別設置消解時間為5、10、20、30、40 min，分別測定各組實驗的有機質含量，得到測定結果如圖3 所示。

圖3 不同消解時間下土壤有機質含量的測定結果

根據圖3 可見，在初始階段，隨著消解時間的延長，土壤有機質含量的測定值也快速上升，而在20 min后該數值的上升則趨緩。初步分析，其主要原因是在消解時間過短時，大部分有機物尚未達到所需消解溫度而引起測定值偏低。而當消解時間在20 min 以上時，大部分有機物已經充分消解，因此有機質含量的上升也趨于緩慢。針對本環節的測定數據，進一步參考NY/T 1121.6—2006 的有關要求后，確定在消解時間20 min 以上時才能滿足測試結果符合標準物質要求。

在此基礎上，進一步將消解時間范圍壓縮至20～40 min，對土壤有機質含量進行測試，并引入第三方標準機構的測試數據，對比測試結果的相對誤差，結果如圖4 所示。

圖4 不同消解時間下的土壤有機質測定誤差

根據圖4 可見，當消解時間為30 min 時，土壤有機質測定的相對誤差處于最低水平，因此確定本次實驗測試的最合理消解時間為30 min。

在確定以上兩項參數后，應用本次設計的小管密封法實驗對隨機分開的幾種土壤樣品進行測試，并將測試結果與傳統的化學氧化法（該方法的主要區別是應用油浴鍋進行加熱）以及第三方標準機構的檢驗結果進行對比分析，分析結果如表2 所示。

表2 不同實驗方法的土壤有機質含量測定結果 單位：g/kg

根據表2 中的數據對比可知，本次應用的小管密封法在準確性方面優于傳統的化學氧化法，表明本次實驗方法具有一定的可行性，可在今后的實驗中逐步推廣應用。

4 結論

整體來看，本次研究中，通過對土壤樣品的大量測定實驗可知，當消解溫度為170 ℃且消解時間為30 min 時，本次設計的小管密封法在土壤有機質測定方面相較于傳統化學氧化法更具優勢。同時，小管密封法所應用的消解裝置更具操作便利性、安全性和可控性，能夠實現對大批量土壤樣品的同時處理。因此在今后的工作中，有必要對小管密封法做進一步的研究與優化，推動土壤樣品有機質測定準確率的不斷提升。