燃燒氧化-非分散紅外法測定土壤有機碳

趙莉

（天津市環境監測中心，天津300191）

1 引言

土壤有機碳是指植物、動物及微生物遺體、排泄物、分泌物及其部分分解產物和土壤腐殖質。土壤有機碳量是進入土壤的植物殘體量以及在土壤微生物作用下分解損失的平衡結果。土壤有機碳是土壤肥力的重要指數，是植物礦物質營養和有機營養的來源，是土壤微生物的能源物質。同時，土壤有機碳的含量和性質會顯著影響到土壤中的污染物，尤其是重金屬和有機污染物的含量、遷移、轉化等環境行為。因此，測定土壤中的有機碳含量對于定量評價分析區域的自然性質、土壤污染程度，對于農作物生長環境的控制具有重要作用［1～3］。

有機碳的測定主要分為氧化法和燃燒法［4］。氧化法中最為常用的是重鉻酸鉀-外加熱氧化法，該方法測定成本低，且不受土壤中碳酸鹽的影響，但土壤中含氯化物或低價鐵、錳時會影響測定結果，而且實驗中使用大量的硫酸、重鉻酸鉀，易對環境造成污染。另外，受消解條件的限制，不利于大量樣品的快速測定［4］。而燃燒法測定土壤有機碳，操作簡單快捷，精密度、準確度高［5，6］，本文對燃燒氧化-非分散紅外法測定土壤有機碳進行方法驗證，并與重鉻酸鉀-外加熱氧化法的測定結果進行對比分析，力圖尋找簡便、準確、易操作、環境友好的土壤有機碳的測定方法。

2 試驗

2.1 方法原理

風干土壤樣品在富含氧氣的載氣中加熱至680℃以上，樣品中的有機碳被氧化為CO2，產生的CO2導入非分散紅外檢測器，在一定濃度范圍內，CO2的紅外線吸收與其濃度成正比，根據CO2產生量計算土壤中的有機碳含量。

2.2 主要試劑及儀器

試劑：磷酸，分析純；葡萄糖，優級純，75℃下烘干1 h，干燥器內冷卻后備用；碳酸鈣，優級純，在280～290℃下干燥約1h，干燥器內冷卻后備用。儀器：CPA225D電子分析天平；耶拿 MultiN/C2100s總有機碳測定儀。

2.3 實驗方法

按照總有機碳測定儀說明書設定條件參數進行調試，將爐溫調節為900℃。標準曲線的繪制：準確稱量0、1、2、5、10、20mg碳酸鈣分別放入樣品舟，將樣品舟放入燃燒爐，記錄響應值，繪制標準曲線。

樣品測定：稱取0.050 0g土壤樣品，放入樣品舟中，平鋪，并緩慢滴加磷酸溶液，至試樣無氣泡冒出。將樣品舟放入燃燒爐，記錄響應值。

空白試驗：將空的樣品舟放入燃燒爐，記錄響應值。

3 結果討論

3.1 標準物質的選擇

《土壤有機碳的測定 干式燃燒法》（ISO 10694-1995）［7］中所提供的有機碳測定的標準物質為N-乙酰苯胺、阿托品、光譜純碳粉、碳酸鈣、鄰苯二甲酸氫鉀。前三種物質屬于藥品，難以買到。鄰苯二甲酸氫鉀燃燒后會在樣品舟內留下殘留物，污染樣品舟。《土壤 有機碳的測定 燃燒氧化-非分散紅外法》（HJ 695-2014）［8］中提出采用蔗糖或葡萄糖作為標準物質，但是本實驗所采用的耶拿MultiN/C2100s總有機碳測定儀其燃燒爐為開放式，蔗糖或葡萄糖進入高溫爐后劇烈反應，導致標準曲線線性較差。因此本實驗采用碳酸鈣作為標準物質，通過標準曲線的建立（結果見表1，r=0.9995）和土壤標準物質的測定（結果見表3），實驗結果滿足要求。

表1 標準曲線測試數據

3.2 方法檢出限、測定下限的測定

根據《環境監測分析方法標準制修訂技術導則》（HJ168-2010）［9］確定檢出限的方法，重復測定7次空白樣品舟的有機碳含量，分別計算7次平行測定的標準偏差，計算檢出限，測試數據見表2。

表2 方法檢出限測試數據

由表2可見，當樣品量為0.005 0g時，本方法測定土壤有機碳的檢出限為0.005%，測定下限為0.020%。

3.3 方法精密度和準確度的測定

對有機碳含量分別為（1.80±0.16）%、（.97±0.12）%、（.54±0.07）%的標準土壤樣品進行6次平行測定，測定結果見表3。可見，該方法測定標準樣品的結果均在其保證值的規定范圍內，測定結果合格，相對標準偏差為3.2%～5.2%，相對誤差分別為1.7%～2.1%。

表3 標準土壤樣品測定結果 %

表4 實際土壤樣品測定結果 %

3.4 與重鉻酸鉀氧化法的比較

對3個有代表性的土壤樣品的有機碳含量，分別用本方法和經典的重鉻酸鉀氧化法進行測定，結果見表5。

對本方法和重鉻酸鹽氧化法的測定結果進行t檢驗，可得出兩組數據無顯著差異的結論（p＜0.05）。從表5可以看出，燃燒法測量結果的相對標準偏差（1.7%～9.2%）明顯小于重鉻酸鉀氧化法（3.9%～18.3%），說明燃燒法的測量結果重復性好、精密度高。造成重鉻酸鉀氧化法測量結果偏差較大的原因可能是：氧化過程中樣品受熱難以均勻，導致土壤中的有機碳分解程度不同，測量結果偏差較大；而在燃燒法測量過程中，在900℃的高溫下，樣品中的有機碳能徹底分解，因而測量結果更接近實際值。

表5 本方法和重鉻酸鉀氧化法的測定結果比較 %

4 結語

本文采用燃燒氧化-非分散紅外法測定土壤樣品有機碳的標準曲線、檢出限、精密度、準確度等均滿足方法測定要求。當樣品量為0.005 0g時，本方法的檢出限為0.005%。3個標準樣品的測定結果均在保證值范圍內，相對標準偏差為3.2%～5.2%。實際樣品6次平行測定的相對標準偏差為1.1%～9.2%。燃燒法具有操作過程簡單、分析速度快、測定結果準確度好、精密度高等優點，且減少了汞鹽、鉻鹽帶來的二次污染問題，從環保、經濟的角度考慮，燃燒氧化-非分散紅外法在土壤樣品有機碳測定中值得推廣應用。

［1］任 軍，郭金瑞，邊秀芝，等 .土壤有機碳研究進展［J］.中國土壤與肥料，2009（6）：1～7.

［2］朱連奇，朱小立，李秀霞 .土壤有機碳研究進展［J］.河南大學學報：自然科學版，2006，36（3）：72～75.

［3］方華軍，楊學明，張曉平 .農田土壤有機碳動態研究進展［J］.土壤通報，2003，34（6）：562～568.

［4］謝 娟，張心昱，王秋鳳.燃燒法與化學氧化法測定不同pH值土壤有機碳之比較［J］.土壤通報，2013，44（2）：333～337.

［5］龐獎勵，張 健，黃春長.High TOCⅡ分析儀快速測定土壤和黃土樣品中的有機碳［J］.分析儀器，2003（1）：34～38.

［6］Bisutti I，Hilke I，Schumacher J，et al.A novel single-run dual temperature combustion（SRDTC）method for the determination of organic，in-organic and total carbon in soil samples［J］.Talanta，2007（71）：521～528.

［7］International Organization for Standardization.Soil quality-Determination of organic and total carbon after dry combustion（elementary analysis），ISO 10694-1995［S］.Genera：International Organization for Standardion，1995.

［8］環境保護部 .土壤有機碳的測定 燃燒氧化-非分散紅外法.HJ 695-2014［S］.北京：中國標準出版社，2014.

［9］環境保護部 .環境監測分析方法標準制修訂技術導則.HJ 168-2010［S］.北京：中國標準出版社，2014.