張 哲　李育霖中化礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州 072754

土壤樣品中碳的測(cè)定

張 哲*李育霖
中化礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州 072754

提 要 紅外碳硫分析儀測(cè)定碳含量，直接固體進(jìn)樣，經(jīng)過(guò)高溫燃燒，紅外檢測(cè)，直接得到碳含量。通過(guò)非水滴定法、紅外碳硫分析儀兩種方法比較，得出紅外碳硫分析儀測(cè)定方法應(yīng)用廣泛，還能同時(shí)測(cè)定兩種元素，高低含量碳都可以測(cè)定。方法簡(jiǎn)便快速、測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確、靈敏度高。

關(guān)鍵詞碳 非水滴定 CS-3000 紅外碳硫分析儀

碳是自然界分布很廣的元素，是試樣分析中常規(guī)項(xiàng)目。測(cè)定碳多用傳統(tǒng)的非水滴定法【1】、燃燒-容量法、重量法等，操作繁雜、速度慢，不能滿足大批量樣品快速分析。

HY-2A型非水滴定儀測(cè)定碳，是試樣經(jīng)過(guò)管式高溫爐于1150℃分解，產(chǎn)生的二氧化碳為全碳量。采用三乙烯二胺-乙醇胺-茜黃素-百里香酚酞非水滴定體系，終點(diǎn)由綠至藍(lán)，由滴定液的體積換算得出碳含量。

高頻燃燒—紅外碳硫分析儀測(cè)定碳的原理【2】是在富氧的條件下高頻感應(yīng)加熱燃燒,釋放出的碳被氧化為二氧化碳?xì)怏w, 該氣體經(jīng)處理后進(jìn)入相應(yīng)的吸收池，對(duì)相應(yīng)的紅外輻射進(jìn)行吸收，由探測(cè)器轉(zhuǎn)發(fā)為信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理輸出結(jié)果。此方法可直接固體進(jìn)樣，經(jīng)紅外檢測(cè)，直接測(cè)定碳含量，減少了分析過(guò)程中碳的損失，又簡(jiǎn)化了操作程序。

由于大多數(shù)土壤是低電磁性的物質(zhì)，試樣在燃燒過(guò)程中難于產(chǎn)生較大的電磁感應(yīng)渦流，碳釋放困難，再則土壤中的還原物質(zhì)較多，影響測(cè)定結(jié)果。本文針對(duì)采樣時(shí)間、助熔劑的添加等問(wèn)題來(lái)進(jìn)行討論。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器、試劑及材料

CS-3000紅外碳硫分析儀 高純氧氣 高純氬氣 天平 瓷坩堝（950℃馬弗爐灼燒2～4h，冷卻后存干燥器內(nèi)）

鎢粒（C%≤0.0008，S%≤0.0015）純鐵（C%≤0.0015，S %≤0.0015）

1.2 儀器參數(shù)

氧氣壓力：0.2～0.4MPa 氬氣壓力：0.2～0.4MPa 切換電壓：9.99V 加熱時(shí)間：30s 采樣時(shí)間：30～50s 沖洗時(shí)間：10～15s

1.3 操作步驟

打開(kāi)儀器電源、天平和電腦，打開(kāi)氧氣、氬氣氣瓶閥門，調(diào)節(jié)減壓閥，是輸出壓力為0.2～0.4MPa；啟動(dòng)操作軟件，進(jìn)行預(yù)熱；選用合適的分析方法，用坩堝鉗夾取處理好的坩堝放到天平上（自動(dòng)去皮），先在坩堝內(nèi)加入定量的純鐵，再稱取0.2～0.5g樣品于坩堝內(nèi)，搖勻，最后加入1.5～2.0g鎢粒，樣品及鎢粒的重量軟件自動(dòng)讀取。將坩堝夾到儀器的坩堝托上，點(diǎn)擊儀器開(kāi)始自動(dòng)分析，分析加熱開(kāi)始后，數(shù)據(jù)顯示區(qū)開(kāi)始顯示樣品的碳釋放曲線。加熱完成后，自動(dòng)顯示碳的測(cè)定結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1采樣時(shí)間

采樣時(shí)間是設(shè)定的最大分析時(shí)間，也需要根據(jù)樣品的品種、燃燒情況、曲線來(lái)確定，以保證采樣、積分面積有好的代表性。通常采樣時(shí)間為40s。在樣品含量低、燃燒快時(shí)，一旦信號(hào)小于設(shè)定的時(shí)間，分析就會(huì)提前結(jié)束；樣品含量過(guò)高時(shí)，如果采樣時(shí)間不夠，會(huì)使得樣品燃燒不完全，從而導(dǎo)致結(jié)果偏低。

2.2 助溶劑的影響【3】

一般高頻燃燒爐使用的助溶劑是鎢粒，但土壤樣品導(dǎo)磁、導(dǎo)電性能差，測(cè)定結(jié)果有偏差，應(yīng)采用多元助溶劑【4】。加入純鐵、純銅可以增加感應(yīng)強(qiáng)度，提高燃燒溫度，使得測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確。本文中選用添加純鐵為例，對(duì)同一樣品進(jìn)行多次試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　助溶劑對(duì)測(cè)定值的影響Table 1 Cosolvent influence on testing value

由表1可見(jiàn)，加入純鐵對(duì)測(cè)定碳的影響。加入鐵粉使得樣品的燃燒溫度增高，碳的釋放更加完全，測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2.3基線調(diào)整的影響

紅外基線信號(hào)的大小對(duì)測(cè)量結(jié)果又相當(dāng)大的影響，它需要穩(wěn)定在比較小的范圍內(nèi)（－0.10～0.10V），如果在分析樣品之前，紅外基線信號(hào)偏離了正常范圍，必須要進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整使其在范圍內(nèi)。否則樣品的測(cè)量結(jié)果會(huì)超出誤差范圍。

2.4 方法的精密度

按照本文的分析步驟，分別做5個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSS14、GSD4、GSD22平行樣各12份，并對(duì)其進(jìn)行分析，測(cè)得的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的基本一致。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差低，滿足分析測(cè)定的要求。結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　精確度測(cè)定值Table 2 Precision testing value

2.5 方法準(zhǔn)確度

按分析步驟做一個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSD22，在儀器最佳條件下，對(duì)這一樣品中 碳的含量進(jìn)行6次測(cè)定，結(jié)果表明測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值基本吻合，說(shuō)明方法的準(zhǔn)確度較高，分析結(jié)果可靠。結(jié)果見(jiàn)表3。

2.6方法檢出限

依照文中操作步驟，做12組空白試驗(yàn)，用CS-3000 紅外碳硫分析儀測(cè)定，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3S計(jì)算方法檢出限，結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可見(jiàn)儀器在最佳條件下，按方法步驟操作，檢出限低。

表3　準(zhǔn)確度測(cè)定值Table 3 Accuracy testing value

表4　空白測(cè)定值Table 4 Vacant testing value

3 結(jié)論

依照文中的操作步驟，對(duì)外檢樣品1～6進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果都能達(dá)到要求（下表中為同一樣品5次測(cè)定值的均值），與非水滴定法的測(cè)定值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果誤差較小。結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　紅外碳硫分析儀與非水滴定法測(cè)定值的比較Table 5 Testing value comparison between infrared carbon and sulfur analyzer and non-aqueous titration method

由表5可見(jiàn)高溫灼燒-非水滴定法與紅外碳硫分析儀兩種方法都比較成熟，但前者的操作繁瑣，使用試劑多，這樣在碳吸收液、硫吸收液和非水滴定液的配制過(guò)程中可能出現(xiàn)問(wèn)題的幾率大。而且非水滴定液受溫度的影響，每次用之前要進(jìn)行多次標(biāo)定。如遇到樣品中突然出現(xiàn)高低不等時(shí)，還要重新配制所需滴定液。而后者不存在試劑配制、標(biāo)定的問(wèn)題，操作簡(jiǎn)單、方便、省時(shí)，結(jié)果準(zhǔn)確，大大提高工作效率。

參 考 文 獻(xiàn)

1 張躍春.巖石礦物分析編委會(huì).巖石礦物分析（第二分冊(cè)）[M ].第四版.北京:地質(zhì)出版社，2011

2 張長(zhǎng)均.影響高頻紅外碳硫儀分析結(jié)果穩(wěn)定性因素的探討[J] . 冶金分析.2006，6（6）

3 黃云華.高頻紅外碳硫儀用瓷坩堝的重復(fù)使用及助熔劑加入量研究[J] . 福建分析測(cè)試.2009，18（2）

4 向云斌.高頻紅外碳硫儀在成分分析中的應(yīng)用[J] . 理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè).2003，39（4）

CARBON MENSURATE IN SOIL SAMPLE

Zhang Zhe Li Yulin Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau , Zhuozhou, Hebei, 072754

Abstract

Compared with non-aqueous titration method, we found a better and wided used carbon content testing method that is burning solid samples in infrared carbon and sulfur analyzer and then testing by infrared ray. The method is easy to test two elements at the same time with the exact result and high sensitivity.

Keywords:Carbon non-aqueous titration CS-3000 infrared carbon and sulfur analyzer

收稿日期：2015-04-20；改回日期：2015-05-05

* 第一作者簡(jiǎn)介：張哲（1983～），女，環(huán)境科學(xué)專業(yè)，工程師

中圖分類號(hào)：O657.33

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006–5296（2015）02–0119–04