中酸性土壤陽離子交換量的測定研究

陳亞南(華北有色(三河)燕郊中心實驗室有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

土壤是重金屬離子遷移、轉換的重要介質，土壤膠體的吸附性和離子交換性能是重金屬類污染物的重要場所。土壤陽離子交換量是生態地球化學評價及環境監測任務中一項重要的衡量指標。

土壤陽離子交換量 (CEC)是指土壤膠體所能吸附各種陽離子的總量[1]。陽離子交換量值的高低，基本上代表了土壤可能保持的養分含量，即保肥水平的高低。可以作為評價土壤保肥能力的指標。陽離子交換量是土壤緩沖能力的主要來源，是合理有效施肥和改良土壤結構的重要依據。現有的分析方法主要是乙酸銨交換法[2]、氯化銨-乙酸交換法[3]、鹽酸-乙酸鈣交換法[4]、BaCl2-三乙醇胺法[5]。

1 實驗部分

1.1 儀器與設備

離心機(LXJ-11B 上海安亭科學儀器廠)。

空氣壓縮機(利祥)。

超純水儀(RIMEpure-500 北京盛科科技有限公司)。

1.2 試劑

1 mol/L乙酸銨溶液(pH=7.0)，乙醇溶液(95%，無NH4+)，液體石蠟(化學純)，甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑，硼酸指示劑溶液(2%)，鹽酸標準溶液(0.05 mol/L),固體氧化鎂(化學純)，納氏試劑。

2 樣品制備及實驗裝置

2.1 樣品制備

稱取通過1 mm孔篩(10目)的風干土壤樣品1.00 g，放入50 mL離心管中，加入1 mol/L乙酸銨溶液(pH=7.0)30 mL,加蓋搖勻，放入離心機中離心3 min(重復離心2～5次至無鈣離子)，用K-B指示劑檢測至溶液呈藍色，證明無鈣離子。之后將樣品轉移至鋪有濾紙的玻璃砂芯漏斗中，采用少量多次淋洗的方法進行抽濾，洗去多余的乙酸銨，直至最后一次乙醇清液中無銨離子，用納氏試劑檢測銨離子。

洗去多余的銨離子后，用水將泥漿洗入凱氏瓶中，將全部樣品轉移至凱氏瓶中，洗入水的體積控制在20～30 mL。蒸餾前在凱氏瓶內加入數滴液體石蠟和大約1 g氧化鎂。立即把凱氏瓶裝在蒸餾裝置上。將盛有20 mL的20 g/L硼酸溶液和三滴甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑的接收瓶，做為接收裝置；用pH試紙檢測蒸餾出口至中性，取下接收瓶，用0.025 mol/L鹽酸標準溶液滴定，并記錄用量。

2.2 計算方法和公式

土壤陽離子交換量以cmol/kg(+)表示，按烘干土重計算：

式中：CEC為陽離子交換量(cmol(+)/kg)；C為鹽酸標準溶液的濃度(mol/L)；V為鹽酸標準溶液的消耗體積(mL)；V0為空白試驗鹽酸標準溶液的消耗體積(mL)；m為風干土樣的質量(g)；H為風干土樣的含水率。

2.3 實驗裝置

本方法采用本實驗室研發的抽濾淋洗裝置。本裝置將傳統水環式減壓蒸餾真空泵改為空氣壓縮氣泵，將主氣路接出多個分支氣路。將傳統的一臺設備抽濾兩個樣品提升為一臺設備同時抽濾8件樣品。同時在每個抽濾瓶的進氣口處加裝氣體流量控制表，準確控制氣體流量，在抽濾瓶與空氣壓縮氣泵之間加裝一個回流裝置，防止壓力過大時回流的液體反吸回氣泵。提高了工作效率，降低了成本。裝置圖如圖1所示。

圖1 抽濾裝置圖

3 結果與討論

3.1 兩種過濾方法的對比

陽離子交換量的測定方法具有分析步驟繁瑣和分析時間長的特點，為了提高了效率，減少分析時間，選取了10件質地相近的土壤樣品，分別進行了抽濾和過濾對比試驗，采用過濾方法淋洗樣品的時間在平均在36 min左右，采用抽濾淋洗樣品的時間在平均10 min左右，試驗結果表明，抽濾淋洗的時間明顯比過濾淋洗的時間短，縮短了淋洗時間，提高了工作效率。

3.2 濾紙的選擇

在滿足分析靈敏度的前提下，將濾膜改為中速濾紙，從而大大提升了抽濾的速度。選取了8件不同的樣品，分析使用慢速濾紙、中速濾紙、快速濾紙和濾膜進行實驗，將過濾的時間進行統計，慢速濾紙抽濾平均時間為11.8 min，中速濾紙平均時間為10.3 min,快速濾紙平均時間為8.5 min，濾膜平均時間為12.6 min。試驗結果表明，快速濾紙的時間最短，但是實驗過程發現選擇的濾紙的孔徑太大，容易造成樣品穿濾，中速濾紙抽濾時間適中能滿足分析結果要求，同時降低了成本。

3.3 方法的準確度和精密度

使用2.1中方法獨立處理并測定國家標準物質GBW07458、GBW07415a、GBW07416a中的陽離子交換量各12次，驗證了分析方法的準確度及精密度，12次測定結果的相對標準偏差(RSD)在1%～3%之間，不同含量的標準物質測定結果與標準值吻合。方法精密度和準確度如表1所示。

表1 方法精密度和準確度

3.4 方法比對

采用本研究分析方法和LY/T 1243—1999 《森林土壤陽離子交換量的測定》分別對某一批次樣品進行測定(結果見表2)，得出兩種分析方法的相對偏差都能滿足規范要求，均小于5%，確保了測量結果的可靠性。本研究方法流程短、操作簡單易掌握，重現性和穩定性良好，既提高了工作效率，又節約了生產成本。數據比對如表2所示。

表2 本研究方法測試結果與標準方法測試結果比對

4 結語

本研究針對傳統中酸性土壤中陽離子交換量的測定方法，解決了振蕩離心法反復處理土壤存在分析步驟復雜、分析周期長的問題，開展了運用抽濾淋洗代替振蕩離心的探索性研究。通過過濾方法的比對、濾紙的選擇、標準物質重復測定，方法的精密度準確度實驗，并和LY/T 1243—1999 《森林土壤陽離子交換量的測定》進行了比對。試驗結果表明抽濾淋洗法的測定結果的精密度、準確度均優于林業標準的方法，且測定結果穩定性好、操作流程短，有效降低成本，提高生產效率，適用于生態地球化學評價及土壤環境質量評價等大批量中酸性土壤陽離子交換量的測定，結果令人滿意。