三氯化六氨合鈷浸提法測(cè)定土壤陽(yáng)離子交換量的方法驗(yàn)證

陳亞慧，黃超

（合肥市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，安徽合肥 230031）

土壤陽(yáng)離子交換量（CEC）是指土壤膠體所能吸附各種陽(yáng)離子的總量，以cmol+/kg表示。它可以表征土壤膠體顆粒吸附能力的大小，CEC大則吸附力強(qiáng)。在陽(yáng)離子交換能力強(qiáng)的土壤中，重金屬很容易被土壤吸附，其遷移能力降低，污染擴(kuò)散的可能性降低。同時(shí)，CEC 還是評(píng)價(jià)土壤保肥、供肥和緩沖能力的重要標(biāo)志，對(duì)提高肥力、改良土壤及治理土壤污染有重要作用[1]。

目前，開展土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)是國(guó)務(wù)院確定的新時(shí)期環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)重要任務(wù)。《安徽省2020年國(guó)家網(wǎng)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)工作方案》中安徽省124 個(gè)土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，土壤陽(yáng)離子交換量作為評(píng)價(jià)土壤理化性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，是每個(gè)點(diǎn)位的必測(cè)指標(biāo)。方案中指出，陽(yáng)離子交換量測(cè)定方法推薦使用《土壤陽(yáng)離子交換量的測(cè)定三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法》（HJ 889-2017），等效方法分別為《森林土壤陽(yáng)離子交換量的測(cè)定》（LY/T 1243-1999）、《中性土壤陽(yáng)離子交換量和交換性鹽基的測(cè)定》（NY/T 295-1995）、《土壤檢測(cè)第5 部分：石灰性土壤陽(yáng)離子交換量的測(cè)定》（NY/T 1121.5-2006）。本文采用方案推薦方法，即三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法，依據(jù)國(guó)標(biāo)及實(shí)驗(yàn)室方法驗(yàn)證的具體操作步驟及要求，開展實(shí)驗(yàn)室土壤陽(yáng)離子交換量的測(cè)定。通過(guò)檢出限、測(cè)定下限、準(zhǔn)確度、精密度具體指標(biāo)的測(cè)定，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室能夠正確應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)方法，開展土壤檢測(cè)；同時(shí)特別指出做樣過(guò)程中的一些注意事項(xiàng)，與各地、市監(jiān)測(cè)站同行進(jìn)行交流，為開展土壤監(jiān)測(cè)做好技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

（20±2）℃下，用三氯化六氨合鈷溶液作為浸提液浸提土壤，土壤中的陽(yáng)離子被三氯化六氨合鈷交換下來(lái)進(jìn)入溶液。三氯化六氨合鈷在475 nm 處有特征吸收，吸光度與濃度成正比。根據(jù)浸提前后浸提液吸光度差值，計(jì)算土壤陽(yáng)離子交換量。

1.2 儀器與試劑

UV-2600 分光光度計(jì)，島津；振蕩器；離心機(jī)；分析天平，梅特勒；尼龍篩；比色管；100 mL圓底離心管等。

三氯化六氨合鈷溶液：c[Co（NH3）6Cl3]=1.66 cmol/L，4℃低溫保存，三氯化六氨合鈷試劑為純度大于99%的優(yōu)級(jí)純；土壤有效成分分析質(zhì)控樣品：編號(hào)HTSB-4、HTSB-6。純水，自制，電導(dǎo)率0.07 μS/cm。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 水分的測(cè)定

測(cè)定土壤CEC 之前，依據(jù)HJ 613-2011[2]對(duì)土壤水分含量進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 CEC的測(cè)定

將風(fēng)干樣品過(guò)尼龍篩，充分混勻。稱取3.5 g 混勻后的樣品，置于100 mL 離心管中，加入50.0 mL三氯化六氨合鈷溶液，旋緊離心管密封蓋，置于振蕩器上，（20±2）℃下振蕩（60±5）min，調(diào)節(jié)振蕩頻率，使土壤浸提液混合物在振蕩過(guò)程中保持懸浮狀態(tài)。以4 000 r/min 離心10 min，收集上清液于比色管中，采用10 cm比色皿，在475 nm 處，以純水為參比，24 h 內(nèi)完成分析，并按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：A0—空白試樣吸光度；A—試樣吸光度或校正吸光度；V—浸提液體積，mL；3—[Co（NH3）6]3+的電荷數(shù)；b—標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率；m—取樣量，g；Wdm— 土壤樣品干物質(zhì)含量，%。

特別需要注意，當(dāng)土壤中溶解的有機(jī)質(zhì)含量較多時(shí)，在475 nm處也有吸收，故影響土壤陽(yáng)離子交換量的測(cè)定，可同時(shí)在試樣380 nm 處測(cè)定吸光度來(lái)校正可溶有機(jī)質(zhì)的干擾，即試樣校正吸光度為：A校正=1.025A475nm-0.205A380nm。本文對(duì)土壤試樣檢測(cè)的吸光度均為校正后的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

依次量取三氯化六氨合鈷標(biāo)準(zhǔn)使用液0 mL、1.00 mL、3.00 mL、5.00 mL、7.00 mL、9.00 mL 于 6 個(gè)10 mL 比色管中，并用純水稀釋至刻度線，搖勻，即得一條三氯化六氨合鈷濃度分別為0 cmol/L、0.166 cmol/L、0.498 cmol/L、0.830 cmol/L、1.16 cmol/L、1.49 cmol/L 的標(biāo)準(zhǔn)曲線系列。采用10 cm 比色皿，在475 nm 處，以純水為參比，依次測(cè)量各點(diǎn)的吸光度，并以三氯化六氨合鈷濃度為橫坐標(biāo)，其對(duì)應(yīng)吸光度為縱坐標(biāo)繪制曲線。本文共做了3條曲線，所得吸光度值及曲線結(jié)果如表1。

表1 三氯化六氨合鈷與吸光度的線性測(cè)量結(jié)果

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三氯化六氨合鈷濃度為0～1.49 cmol/L范圍內(nèi)與吸光度值呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系，3次曲線相關(guān)系數(shù)都高達(dá)0.999 9，滿足方法標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量保證與質(zhì)量控制中對(duì)相關(guān)系數(shù)不應(yīng)小于0.999 0 的規(guī)定，同時(shí)比較3 次曲線斜率可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)明顯差別，基本為0.570左右。

2.2 檢出限及測(cè)定下限

方法的檢出限（MDL）指的是方法的最小檢出濃度，是實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制的一個(gè)重要參數(shù)。本文采用空白標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)計(jì)算檢出限的值，根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則[3]規(guī)定，若空白試驗(yàn)中未檢測(cè)出目標(biāo)物質(zhì)，則對(duì)濃度或含量為估計(jì)方法檢出限2～5 倍樣品進(jìn)行n（n≥7）次平行測(cè)定。計(jì)算n 次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按公式（1）計(jì)算方法檢出限，并以4倍檢出限作為測(cè)定下限。

為了得到方法檢出限（0.8 cmol+/kg）2～5 倍土壤樣品，本實(shí)驗(yàn)采用陽(yáng)離子交換量為（9.30±0.39）cmol+/kg（編號(hào)HTSB-4）的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)土壤與石英砂（實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證其陽(yáng)離子交換量為0.8 L cmol+/kg）混合制備土壤樣品，混合配比為3∶4，即3.5 g土壤中含有1.5 g標(biāo)土與2 g石英砂，以保證砂土混合樣土壤陽(yáng)離子交換量為4.0 cmol+/kg 左右，平行測(cè)定 8 次，計(jì)算出樣品 CEC 的值，并通過(guò)查表可知 t（7，0.99）=2.998，計(jì)算出檢出限及測(cè)定下限，具體數(shù)值見表2。

表2 方法檢出限、測(cè)定下限測(cè)定數(shù)據(jù)

由表2 可知，通過(guò)測(cè)定8 次空白計(jì)算得出方法檢出限為0.6 cmol+/kg，測(cè)定下限為2.4 cmol+/kg ，其數(shù)值小于方法標(biāo)準(zhǔn)給出的檢出限0.8 cmol+/kg，測(cè)定下限3.2 cmol+/kg，表明本次測(cè)定結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)方法的要求。

2.3 準(zhǔn)確度與精密度的測(cè)定

對(duì)土壤有效成分分析質(zhì)控樣品（編號(hào)為HTSB-4、HTSB-6）分別進(jìn)行6 次平行測(cè)定，計(jì)算出平均值A(chǔ)VE、標(biāo)準(zhǔn)偏差SD、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差CV，考查本實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度和精密度，結(jié)果見表3。

表3 方法準(zhǔn)確度和精密度實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果

方法準(zhǔn)確度又稱為方法正確度，也指測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值之間的符合程度。本實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)兩種不同濃度的土壤樣品進(jìn)行測(cè)定，由表3 可知，HTSB-4 真值為9.30±0.39 cmol+/kg，測(cè)定結(jié)果為9.4 cmol+/kg;HTSB-6 真值為5.6±0.8 cmol+/kg，測(cè)定結(jié)果為5.3 cmol+/kg，兩個(gè)編號(hào)的土壤樣品測(cè)量結(jié)果均符合質(zhì)控要求。

方法精密度是測(cè)試人員檢測(cè)過(guò)程所獲得測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定水平，是對(duì)某種試樣反復(fù)多次測(cè)定所得數(shù)據(jù)之間的重復(fù)程度。在三氯化六氨合鈷浸提法（HJ 889-2017）中并未提及該方法具體的精密度要求，但是在等效方法《森林土壤陽(yáng)離子交換量的測(cè)定》[4]明確指出，當(dāng)CEC≤10 cmol+/kg 時(shí)，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)≤10%。由表3 可知，本實(shí)驗(yàn)對(duì)兩個(gè)編號(hào)土壤樣品進(jìn)行6 次測(cè)定，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.8%及6.8%，該結(jié)果滿足方法精密度要求，表明方法測(cè)定結(jié)果重復(fù)性良好。

2.4 測(cè)定實(shí)例

為深入了解采用三氯化六氨合鈷浸提－分光光度法測(cè)定土壤陽(yáng)離子交換量，我們選取實(shí)地采樣，供試土壤采自合肥市創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園周邊草地，將采集的0～20 cm表層土壤樣品經(jīng)風(fēng)干后過(guò)10目篩備用。其基本理化性質(zhì)為：黃棕色塊狀土壤，pH值6.85，含水率17%，有機(jī)質(zhì)含量17.53 g/kg，采用三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法測(cè)定該土壤陽(yáng)離子交換量，具體數(shù)據(jù)如表4。

表4 實(shí)際土壤測(cè)量結(jié)果

由表4可知，通過(guò)對(duì)實(shí)際土壤6次測(cè)定，其標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.37和2.1%，其數(shù)值與表3中兩種標(biāo)土的標(biāo)準(zhǔn)偏差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差無(wú)顯著性差異，說(shuō)明采用三氯化六氨合鈷浸提—分光光度法測(cè)定實(shí)際土壤陽(yáng)離子交換量非常穩(wěn)定，表現(xiàn)出較好的準(zhǔn)確度和精密度。

在采用三氯化六氨合鈷浸提—分光光度法測(cè)定土壤陽(yáng)離子交換量實(shí)驗(yàn)中，為了保質(zhì)保量完成實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中以下幾點(diǎn)需特別注意：

（1）待測(cè)土壤應(yīng)為自然風(fēng)干樣品，且粒徑小于1.7 mm（過(guò)10目尼龍篩）。

（2）保證土壤浸提液與土壤的充分振蕩：一方面振蕩時(shí)間要保證有60±5 min，另一方面離心管要采用圓底離心管，并保證振蕩過(guò)程中土壤浸提混合物保持懸浮狀態(tài)，謹(jǐn)防土壤沉積，與浸提液分層，振蕩不充分。

（3）土壤浸提液混合物振蕩結(jié)束后，離心取上清液，該上清液需在24 h內(nèi)完成比色分析。

（4）若土壤有機(jī)質(zhì)較高，比色時(shí)需采用475 nm 以及380 nm 雙波長(zhǎng)比色，并采用公式A=1.025A475-0.205A380 來(lái)校正吸光度，以此來(lái)消除土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量測(cè)定的影響。

（5）土壤浸提液，即三氯化六氨合鈷溶液儲(chǔ)存條件為4℃低溫保存。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)室對(duì)《土壤陽(yáng)離子交換量的測(cè)定三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法》（HJ 889-2017）進(jìn)行了方法驗(yàn)證，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果和方法標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)，我們發(fā)現(xiàn)：三氯化六氨合鈷在濃度為0～1.49 cmol/L范圍內(nèi)與吸光度值呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系，3次曲線相關(guān)系數(shù)都高達(dá)0.999 9。實(shí)驗(yàn)室采用標(biāo)土HTSB-4 與石英砂（比例為3∶4）均勻混合，分別測(cè)定7次，算得檢出限為0.6 cmol+/kg，小于方法標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定0.8 cmol+/kg，測(cè)定下限為2.4 cmol+/kg，小于方法標(biāo)準(zhǔn)3.2 cmol+/kg，符合要求。實(shí)驗(yàn)室對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量為9.30±0.39 cmol+/kg的有證標(biāo)準(zhǔn)樣品（編號(hào)為HTSB-4）以及5.6±0.8 cmol+/kg 的有證標(biāo)準(zhǔn)樣品（編號(hào)HTSB-6）進(jìn)行6次測(cè)定，測(cè)得均值分別為9.4 cmol+/kg和5.3 cmol+/kg，均在真值范圍內(nèi)，其相對(duì)偏差分別為2.8%及6.8%，滿足方法標(biāo)準(zhǔn)平行樣相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為±10%的規(guī)定，符合實(shí)驗(yàn)室技術(shù)指標(biāo)要求。實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)際土壤平行測(cè)定6次，相對(duì)偏差為2.1%。該方法有良好的準(zhǔn)確度和精密度，測(cè)量實(shí)際樣品穩(wěn)定性好。

綜上，實(shí)驗(yàn)室采用三氯化六氨合鈷浸提－分光光光度法開展土壤陽(yáng)離子交換量的測(cè)定，其實(shí)驗(yàn)室技術(shù)方法成熟，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到方法標(biāo)準(zhǔn)要求。本實(shí)驗(yàn)室能夠正確應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)方法開展土壤檢測(cè)。