采用重金属消解仪加热法测定土壤中有机质含量的研究

谢黄琼，丘 能

（1.广西民生中检联检测有限公司，广西 南宁 530006；2.宜昌邦普宜化新材料有限公司，湖北 宜昌 443000）

根据相关研究，当植物残体经过土壤环境中微生物一系列复杂分解或合成过程后形成有机质[1]。其与土壤环境的理化特性、生物活性等因素密切相关[2-4]。现有土壤中有机质的测定方法包括重铬酸钾容量法、烧失量法、比色法、TOC 分析仪法等[5-9]。加热的方法主要有油浴法[10-11]、电沙浴法[12]、石墨炉加热法[6]等。其中，土壤有机质分析通常采用油浴加热重铬酸钾氧化-容量法[13-14]，采用油浴锅来控制加热温度难度比较大，通常需要在油浴中加入温度计并进行肉眼观察，再调节加热开关大小，效率相对不高[15]；电沙浴法需要把冷凝管安装就位，并且加热过程不易控制；而如果采用石墨炉加热，受热不均，易产生二次污染，因此，对重铬酸钾氧化法测定土壤有机质来说，寻求一种高精密度、环境友好、操作简便、安全可控的加热方法十分重要。本文通过采用重金属消解仪加热法测定土壤有机质含量，操作简便、安全，同时考察方法精密度和准确度，得到最佳加热温度及时间，为重铬酸钾氧化法测定土壤有机质中加热方法提供理论指导和技术支撑。

1 实验原理与仪器设备

1.1 实验原理

在实验室采用重金属消解仪加热方法中，重金属消解仪中产生高温，并对样品消解,重金属消解仪可以实现自动控温，并维持温度稳定，持续加热样品，加热模块升温速率高、加热均匀、效率高，可有效避免加热不均匀的问题。

1.2 仪器与设备

分析天平：感量0.000 1 g，型号ML204，梅特勒-多利托；重金属消解仪：型号SH230N，上海庆开实验设备有限公司；数显恒温油浴锅：型号HH-S，常州金坛精达仪器制造有限公司；消化管：玻璃刻度50 mL（满容量100 mL）；滴定管：10.00、25.00 mL。

1.3 试剂

98%硫酸，分析纯；重铬酸钾，分析纯、优级纯；硫酸亚铁铵，AR 分析纯；邻菲罗啉，分析纯。

1.4 试剂的配制

1.4.1 0.4 mol/L 重铬酸钾-硫酸溶液

准确称取40.00 g 重铬酸钾溶于水中预先溶解，用滤纸过滤至量筒中，并加水至1 L，得到溶液A（注意需要用水多次洗涤滤纸），将A 转移入3 L 大烧杯中。另取1 L 98%的浓硫酸，缓慢倒入装有A 溶液的大烧杯中，连续搅拌均匀。期间注意温度上升过快，可用冷水冷却烧杯，直到加完98%浓硫酸为止[9-10]。

1.4.2 0.1 mol/L FeSO4标准溶液

称取28.0 g FeSO4溶解于600～800 mL 水中，加98%浓硫酸20 mL 搅拌均匀，静止片刻后用滤纸过滤到1 L 容量瓶内，再用水洗涤滤纸并加水至1 L，得到溶液B，B 溶液易氧化导致浓度变化，每次使用前需要重新标定其准确浓度[10]。

1.4.3 重铬酸钾标准溶液

将重铬酸钾（优级纯）在130 ℃条件下烘2～3 h，并准确称取4.904 g，先用少量水溶解，然后无损地移入1 000 mL 容量瓶中，加水定容，此标准溶液浓度为0.100 0 mol/L[9-10]。

1.4.4 邻菲啰啉指示剂

在含有0.70 g FeSO4·7H2O 或1.00 g（NH4）2SO4·FeSO4·6H2O 的100 mL 水溶液中加入邻菲啰啉1.49 g，溶解后密闭保存于棕色瓶中[9-10]。

2 重金属消解仪加热法

2.1 分析步骤

准确称取108 个通过0.25 mm 孔径筛风干试样0.15～0.20 g（精确到0.000 1 g），分批放入108 个消解管中。记录下相对应的编号（TY01—TY108）然后使用滴定管准确加入10.00 mL 0.4 mol/L 重铬酸钾-硫酸溶液，摇匀后插入一玻璃漏斗。将6 组土壤及空白样品分成6 批放入已加热至190℃的消解仪孔内，等消解管中的溶液沸腾时开始计时，分别保持5、6、7、8、9、10 min 后取下样品。将消解仪温度调至200 ℃，然后将6 组土壤样品及空白样品分成6 批放至消解仪孔内，等消解管中的溶液沸腾时开始计时，分别保持5、6、7、8、9、10 min 后取下样品。再将消解仪温度调至210 ℃，将剩下的6 组土壤及空白样品分成6 批放入消解仪中消解，等消解管中的溶液沸腾时开始计时，分别保持5、6、7、8、9、10 min 后取下样品。消解完成并冷却一段时间，将消解管中的消煮液及土壤残渣无损地转入三角瓶（250 mL）中，并将洗液洗入三角瓶中，并将三角瓶的体积控制在60～80 mL。加3 滴邻菲啰啉作为指示剂，用FeSO4标准溶液滴定剩余的K2Cr2O7溶液，期间观察变色过程，分别是橙黄、蓝绿和棕红。记录下每个样品消耗的体积。

空白样品用石英砂代替，每批样品分析同时做2 个空白样品。

有机质含量计算公式[9]见式（1）：

式中：V0为空白试验FeSO4标准溶液消耗体积，mL；V为试样FeSO4标准溶液消耗体积，mL；c 为FeSO4标准溶液的浓度，mol/L；m 为烘干试样的质量，g。

2.2 结果与讨论

通过重金属消解仪加热法，测定6 组不同温度、不同加热时间的土壤中有机质含量，其结果见表1—表3。

表1 190 ℃下不同消解时间的有机质含量

由表1—表3 可知，有机质含量的测定结果随着消解时间的增加而增加，每组样品的6 次平行实验结果RSD＜5%，符合要求。由表1 可以看出，在190 ℃时，消解时间至10 min 时，有机质消解未完全，有机质含量继续升高；由表2 可以看出，在200 ℃时，消解时间8～9 min 时，有机质消解完全，且数值较稳定，与真值重合；由表3 可以看出，在210 ℃时，消解时间在7～8 min，有机质完全消解，但数值不稳定，说明温度过高，发生过氧化反应，导致直线上升，不利于控制消解时间，难取稳定值。不同温度，不同消解时间的测定结果对比曲线图如图1。

图1 土壤有机质含量与消解时间关系对比

表2 200 ℃下不同消解时间的有机质含量

表3 210 ℃下不同消解时间的有机质含量

由图1 可以看出，使用重金属消解仪加热法在温度200 ℃，消解8 min，测定土壤有机质的含量最准确，可作为实验的最佳条件。

2.3 准确度验证

根据实验方法，选择不同土壤有机质含量的标准样品，使用重金属消解仪在200 ℃、消解时间8 min条件下进行测定，结果见表4。

表4 测定结果与标准值的对照

由表4 的数据可见，本方法测定结果与标准值基本相符，说明该方法准确度可靠。

3 结论

通过实验，使用重金属消解仪消解土壤中有机质，在3 种不同温度、6 个不同消解时段，得到的测定结果，结果显示都是随着温度和时间的增加，有机质含量增加。测定结果RSD 均小于5%。同时，按照农业标准NY/T 1121.6—2006 测定同一批土壤中有机质含量，得到土壤有机质含量的真值41.2 g/kg。通过与3 种不同条件对比，得到使用重金属消解仪消解土壤中有机质最佳条件为消解温度200 ℃、消解时间8 min。

根据实验最佳条件，测定3 种不同土壤有机质含量的有证标准物质，测定结果均在标准范围内，说明这个方法准确度高。

通过实验对比，在不降低检测准确度的前提下，重金属消解仪在消解土壤有机质方面，具有操作简便，方便清洗消解管，加热均匀，易于控制温度，批量分析以及减少对空气的污染等优点。而且消解土壤操作更安全、更简单。