三氯化六氨合鈷分光光度法測定土壤中陽離子交換量的探討

曲東芳 陳秀娜 姜娜 李靜 孟靜靜

（1.山東省聊城生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 山東聊城 252000；2.聊城大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院山東聊城 252000）

土壤陽離子交換量，即CEC，是指土壤膠體吸附各種陽離子的總量，其數(shù)值代表土壤的保肥能力。土壤膠體顆粒的巨大比表面積及其表面電荷具有較高的表面活性和許多獨特的化學(xué)性質(zhì)，土壤吸附和交換使得土壤具有一定的儲存和緩沖能力，土壤中的膠體絕大多數(shù)帶負電荷。因此，使土壤具有吸附性，土壤緩沖性能的主要來源是土壤膠體可交換的有效態(tài)陽離子，其對土壤溶液離子濃度的調(diào)節(jié)具有重要作用，是土壤溶液營養(yǎng)成分能長期保持的主要因素。隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，土壤環(huán)境問題呈現(xiàn)多樣化、復(fù)雜化和區(qū)域化的發(fā)展態(tài)勢。我國土壤環(huán)境容量在自然因素，尤其是人為因素的影響下，部分地區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能受到破壞，土壤退化，污染加重，研究陽離子交換量，對土壤污染治理具有重要意義。本文依據(jù)三氯化六氨合鈷浸提—分光光度法，測定土壤陽離子交換量（HJ 889-2017）。本標(biāo)準所規(guī)定的陽離子交換量是土壤膠體能吸附的各種陽離子總量，以cmol+/kg表示。

1 原理

在18～22℃的恒定溫度下，用三氯化六氨合鈷溶液作為土壤浸提液，進行浸提，三氯化六氨合鈷把土壤中的陽離子交換下來進入溶液［1］。三氯化六氨合鈷在475nm處有特征吸收，由于吸光度越高，其對應(yīng)的濃度越大，所以，根據(jù)浸提液前后的吸光度差值，就能計算土壤中陽離子交換量的值。

此標(biāo)準規(guī)定了三氯化六氨合鈷分光光度法測定土壤中的陽離子交換量。當(dāng)稱取土樣為3.5g，浸提液的體積為50.0mL，用10mm比色皿進行比色時，本方法測得的方法檢出限為0.8cmol+/kg，測定的下限為3.2cmol+/kg。

2 儀器和試劑

2.1 儀器和設(shè)備

分光光度計：帶有10mm光程石英比色皿。

振蕩器：振蕩頻率控制在150～200次/min。

離心機：轉(zhuǎn)速可達4000r/min，帶蓋的100mL 離心管。

分析天平：感量為0.001g和0.01g。

尼龍篩：孔徑1.7mm（10目）。

2.2 試劑和材料

三氯化六氨合鈷：生產(chǎn)商美國。

三氯化六氨合鈷溶液：配制濃度為1.66cmol/L。

在分析天平上準確稱取4.458g 三氯化六氨合鈷，溶于純水中，定容至1000mL，放置于冰箱冷藏保存，最好現(xiàn)用現(xiàn)配。

3 樣品

3.1 樣品采集和保存

按照HJ/T 166對土壤樣品進行采集和保存。采集土壤樣品時，可使用木片、木刀或聚乙烯等采樣工具，用塑料袋或布袋儲存土壤樣品。

3.2 試樣的制備

將風(fēng)干的樣品過10 目（孔徑1.7mm）的尼龍篩，混勻后稱取3.5g 土壤樣品置于100mL 離心管中，量取50.0mL 三氯化六氨合鈷溶液加入離心管中，擰緊蓋子，保證溶液在整個分析過程中不溢出，放于振蕩的容器中，調(diào)節(jié)振蕩器的頻率，在18～22℃的恒定條件下進行振蕩浸提。振蕩完成后，在離心機上離心10min，收集比色管中的上層澄清溶液進行比色，整個分析測試在24h內(nèi)完成。

3.3 實驗室空白

用純水代替土壤，依照試樣制備的方法，對實驗室空白樣進行制備。

3.4 干擾和消除

當(dāng)土壤試樣中含有機質(zhì)含量較多時，有機質(zhì)能夠干擾陽離子交換量的結(jié)果［1］。可同時在380nm處測量樣品的吸光值，對可溶性有機質(zhì)的干擾進行校正。

假定土壤樣品在475nm和380nm處分別測得的吸光度為A1 和A2，則校正吸光度（A）為：A=1.025A1-0.205A2。

4 結(jié)果與討論

4.1 標(biāo)準曲線的繪制

于6 個10mL 比色管中準確移取0.00mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、7.00mL、9.00mL 三氯化六氨合鈷溶液，加水至標(biāo)線位置，此時溶液的濃度為0.000cmol/L、0.166cmol/L、0.498cmol/L、0.830cmol/L、1.16cmol/L 和1.49cmol/L。用10mm 比色皿，在475nm 處分別測量其吸光度［2］，以水為參比液。以6 個不同濃度點三氯化六氨合鈷溶液的濃度（cmol/L）為橫坐標(biāo)，其相應(yīng)的吸光值為縱坐標(biāo)［3］，進行曲線的制作。標(biāo)準曲線測定結(jié)果如表1所示。

表1 標(biāo)準曲線測定結(jié)果

4.2 空白試驗

在國標(biāo)法HJ 889-2017 中，用實驗用水代替土壤，對空白樣進行測定［4］，即空白樣品瓶內(nèi)加入3.5mL 實驗用水后再加入50mL浸提溶液。但在實驗中發(fā)現(xiàn)，如果加入3.5mL的水，會使得浸提溶液的濃度變小，得出的空白吸光值偏低，測得的標(biāo)準樣品值也偏低，從而影響了結(jié)果的準確性。因此，在實驗中，空白實驗選擇直接加入50.00mL 三氯化六氨合鈷溶液，這樣操作測得空白吸光值更合理。其實驗結(jié)果如表2所示。

表2 空白結(jié)果

4.3 方法檢出限和檢出下限

根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準制修訂技術(shù)導(dǎo)則》（HJ168-2010）中附錄A.1.2分光光度法，在沒有前處理的情況下，可以采用扣除空白值后與吸光度0.01 相對應(yīng)的濃度值來表示檢出限，如表3所示。

表3 方法檢出限和檢出下限

檢出限為0.01/b×3×50/3.5=0.7（cmol+/kg），檢出下限為方法檢出限的4 倍［5］，檢出下限為0.77×4=3.09（cmol+/kg）。當(dāng)取樣量為3.5g 時，測得檢出限為0.77cmol+/kg，低于方法的檢出限0.8cmol+/kg；檢出下限為3.09cmol+/kg，低于方法檢出下限3.2cmol+/kg。

4.4 震蕩時間優(yōu)化

標(biāo)準方法上震蕩時間為（60±5）min，在對含陽離子交換量為（13.1±1.6）cmol+/kg有證標(biāo)準物質(zhì)進行6次重復(fù)測定中發(fā)現(xiàn)，震蕩時間為60min 時，測定結(jié)果偏低，適當(dāng)延長震蕩時間，可以使三氯化六氨合鈷與土壤陽離子交換更充分［6］。實驗結(jié)果表明，震蕩時間120min和180min的陽離子交換量結(jié)果基本無差別，標(biāo)準偏差為0.36，相對標(biāo)準偏差為2.7%，標(biāo)準樣品的結(jié)果更接近真值，所以，在實驗中采取震蕩時間為120min，這樣測得的實驗結(jié)果測定值更準確（見表4）。

表4 不同震蕩時間CEC測定值（cmol+/kg）

4.5 測定實際樣品

為了更好地對方法進行驗證，對含陽離子交換量的實際樣品進行6次測定［7］，實驗結(jié)果見表5。

表5 實際樣品測定結(jié)果（cmol+/kg）

測得實際樣品的標(biāo)準偏差和相對標(biāo)準偏差為0.16和1.7%。從結(jié)果可以看出，本方法的測定實際樣品的結(jié)果非常穩(wěn)定，表現(xiàn)出較好的準確度和精密度。

5 結(jié)語

實驗室對土壤陽離子交換量的測定方法（HJ889-2017）的檢出限和測定下限進行了方法的驗證，通過分析測試，當(dāng)取樣量為3.5g時，測得檢出限為0.7cmol+/kg，低于方法的檢出限0.8cmol+/kg；檢出下限為3.1cmol+/kg，低于方法檢出下限3.2cmol+/kg，因此可以滿足工作要求。同時，對方法的空白和震蕩時間進行了優(yōu)化，適當(dāng)?shù)匮娱L了震蕩時間，使其時間延長為120min，在該條件下，對含陽離子交換量為（13.1±1.6）cmol+/kg 有證標(biāo)準物質(zhì)進行6 次重復(fù)測定，測得其相對偏差和相對標(biāo)準偏差分別為0.36和2.7%，得出的陽離子交換量測定值更接近標(biāo)準樣品真值。綜上所述，本方法準確度高，且容易操作，大大提高了測定樣品的效率。