高頻紅外碳硫儀測定土壤和水系沉積物中的碳

劉紅(江西有色地質測試研究院，江西 南昌 330201)

0 引言

土壤和水系沉積物樣品中的碳主要以無機碳(CO2)和有機碳形式存在，二者的總和就是總碳。總碳的檢測方法有燒-非水滴定法[1]、 紅外吸收法、電導法、重量法、容量法等[2]。但是，上述方法存在檢測流程長，操作復雜，且滴定法中終點顏色判斷不準等問題，利用高頻紅外碳硫儀可以快速準確的檢測出總碳的含量；土壤和水系沉積物中的無機碳很容易被酸分解逸出，經酸處理的樣品中只剩余有機碳，通過簡單的酸前處理[3]，可以直接上高頻紅外碳硫儀測定出有機碳的含量，最后用總碳的含量減去有機碳的含量，其結果乘以轉換系數3.667即可得到無機碳(CO2)的含量。通過實驗研究，該方法可以高效準確的分析檢測出土壤和水系沉積物樣品中的總碳、有機碳、無機碳。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

儀器：HCS-KR系列高頻紅外碳硫分析儀，四川德陽科瑞儀器有限公司。

天平：梅特勒-托利多ME104E型電子天平，線性誤差0.000 2 g。

黏土坩堝：使用前應在1 000 ℃高溫下灼燒2 h，取出置于干燥器內冷卻備用。

助熔劑：C型純鐵助熔劑，w(S)%＜0.000 5%，金屬鎢粒，w(S)%＜0.000 5%。

無水碳酸鈉：PT級(工作基準)，西隴化工，使用前需在105 ℃烘干2 h。

鹽酸、硝酸：分析純，西隴化工，稀釋成(1+9)后使用。

氧氣：工業純氧，純度＞99.5%。

1.2 實驗步驟

1.2.1 校正曲線建立和國家一級標準物質選擇

使用PT級無水碳酸鈉進行校正曲線的建立，稱取5份0.030 0 g PT級無水碳酸鈉，分別加入0.4 g左右的鐵粒，再加入1.5 g左右的鎢粒，輕輕敲擊坩堝，使助熔劑平整鋪于坩堝底部，上機燃燒測定。將5次測定結果進行校正，得到一條單點校正的工作曲線。

本文選取三個水系沉積物國家一級標準物質(GBW07306、GBW07309、GBW07310)和三個土壤國家一級標準物質(GBW07401、GBW07408、GBW07424)進行實驗。

1.2.2 總碳的測定[4]

稱取0.03 g左右的樣品于黏土坩堝中，加入0.4 g左右的鐵粒，再加入1.5 g左右的鎢粒覆蓋[5]，上機測定。

1.2.3 有機碳的測定

稱取0.03 g左右的樣品于黏土坩堝中，先用超純水潤濕樣品，再少量多次加入稀酸(1+9)，于控溫電熱板上(120 ℃)加熱去除二氧化碳，并盡量將酸趕凈，加入0.4 g左右的鐵粒，再加入1.5 g左右的鎢粒覆蓋，上機測定。本實驗討論加入不同的酸(鹽酸、硝酸)對有機碳結果的影響。

1.2.4 二氧化碳結果計算

通過總碳減去有機碳，所得結果乘以轉換系數3.667即得到二氧化碳的結果。

2 結果與討論

2.1 不同酸前處理對有機碳結果的影響討論

實驗中，選取了鹽酸，硝酸用于去除樣品中的無機碳，實驗結果如表1所示。

表1 鹽酸、硝酸前處理結果比對

實驗結果表明，用鹽酸進行前處理，結果與標準值相符，但用硝酸進行前處理的結果都低于標準值，分析造成的原因是硝酸可以去除無機碳，但硝酸具有強氧化性，將部分有機碳氧化成二氧化碳逸出，造成有機碳結果偏低，因此，選用鹽酸作為前處理酸。

2.2 方法檢出限

根據實驗步驟，分別做總碳、有機碳的12次空白試驗[4]，計算得到方法的檢出限[6]，如表2所示。

表2 總碳、有機碳的空白試驗

實驗得到總碳的檢出限是0.011%，有機碳的檢出限是0.010%。

2.3 精密度和準確度

根據實驗步驟，分別測定選定的6個國家一級標準物質的總碳和有機碳含量各7次，通過總碳減去有機碳再乘以轉換系數3.667，得到二氧化碳的結果，計算總碳、有機碳、二氧化碳的平均值和對應的RSD(精密度)，匯總數據如表3所示。

表3 總碳、有機碳、二氧化碳實驗結果匯總表 單位：%

實驗結果可以得出方法中，總碳的精密度為1.60%～4.65%，有機碳的精密度為2.34%～5.60%，無機碳的精密度為1.37%～6.80%，精密度良好。總碳、有機碳、二氧化碳測定結果與國家一級標準物質標準值吻合，該方法具有較好的準確度。

3 結語

本實驗利用HCS-KR系列高頻紅外碳硫儀測定土壤和水系沉積物樣品中的總碳、有機碳、二氧化碳，通過探究確定用稀鹽酸去除樣品中的二氧化碳，通過差減再乘以轉換系數，準確的測定出土壤和水系沉積物樣品中的總碳、有機碳、二氧化碳，方法檢出限低，精密度和準確度良好，且相較于傳統分析檢測方法，簡化了操作流程，大大提高了檢測效率。