張晨芳，蔡 珊，靳 玲，胡 霜，黃玲玲，李 墨

(江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210007)

土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白質(zhì)的總和稱為土壤水解氮，其含量的高低，可反映土壤氮元素的供應(yīng)情況[1]，關(guān)系到農(nóng)作物的生長(zhǎng)和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)[2]。

LY/T 1228-2015標(biāo)準(zhǔn)采用堿解-擴(kuò)散吸收法測(cè)定土壤水解氮[3]，但是，此法操作繁瑣，測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)。孫友寧利用凱式定氮儀，堿解蒸餾測(cè)定水解氮，具有準(zhǔn)確度高、高效等優(yōu)點(diǎn)，但未進(jìn)行土壤水解氮的不確定度評(píng)定[4]。

不確定度是表征測(cè)量結(jié)果分散性的重要參數(shù)，可評(píng)判測(cè)試結(jié)果的可比性、可靠性和可接受性，從而，判斷分析測(cè)試方法的可行性和測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性[5-6]。利用凱式定氮儀，以堿解蒸餾法測(cè)定土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品的水解氮，根據(jù)不確定度評(píng)定的相關(guān)規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)[7-8]，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，分析土壤中水解氮含量的不確定度產(chǎn)生的原因，評(píng)定了分析步驟的不確定度分量，計(jì)算其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

鋅粉、七水合硫酸亞鐵，氫氧化鈉、溴甲酚綠、鹽酸和硼酸，均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。國(guó)家土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07412a(pH值=6.8)、GBW07414a(pH值=8.18)和GBW07416a(pH值=4.71)，購(gòu)自中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所。

ML204T型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。K9840自動(dòng)凱式定氮儀，濟(jì)南海能儀器股份有限公司。

1.2 分析步驟

土壤樣品經(jīng)過(guò)風(fēng)干，過(guò)0.25 mm標(biāo)準(zhǔn)篩，稱取1 g (精確到0．001 g) 土壤樣品，置于消化管中，加入l g鋅-硫酸亞鐵，加10mL水，搖勻。打開(kāi)冷凝水, 空蒸清洗管道3 min，將10 mL 4 mol/L氫氧化鈉加入到樣品中，把樣品的蒸餾管連接到凱氏定氮儀, 旋緊接口。接收瓶中加入20 mL 20 g/L硼酸，蒸餾 3～6min，用15mL水淋洗管路，取下接收瓶。用0.01 mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液顏色由淺藍(lán)突變?yōu)闇\粉色，，同時(shí)做全流程空白試驗(yàn)，水解氮含量按 式(1)計(jì)算

(1)

式中：ω(N)：水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)(mg/kg)；C：鹽酸滴定液濃度(mol/L)；m：樣品質(zhì)量(g)V：滴定消耗鹽酸體積(mL)；V0：空白消耗鹽酸體積(mL)；14為氮原子的摩爾質(zhì)量(g/moL)。

2 不確定度分量和評(píng)定

土壤中水解氮的測(cè)定不確定度分量包括：樣品制備過(guò)程引起的不確定度(u1)、消解樣品引起的不確定度(u2)、標(biāo)定鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引起的不確定度(u3)、滴定產(chǎn)生的不確定度(u4)和重復(fù)性實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的不確定度(u5)。

2.1 樣品制備過(guò)程產(chǎn)生的不確定度分量(u1)

樣品制備過(guò)程產(chǎn)生的不確定度分量包括：樣品的均勻性產(chǎn)生的不確定度(u1-1)、天平的最大允差產(chǎn)生的不確定度(u1-2) 。土壤樣品按《DZ/T 0130-2006》規(guī)定取樣[9]，經(jīng)球磨過(guò)2mm篩后混合均勻，隨機(jī)取樣，樣品是均勻的，代表性充分，樣品的均勻性產(chǎn)生的不確定度可忽略不計(jì)，(u1-1)為0。

(2)

2.2 樣品消解過(guò)程產(chǎn)生的不確定度分量(u2)

(3)

(4)

(5)

表1 樣品消解過(guò)程中玻璃儀器引入的不確定度

2.3 標(biāo)定鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度分量(u3)

采用基準(zhǔn)物質(zhì)無(wú)水碳酸鈉標(biāo)定鹽酸的濃度，計(jì)算公式如下：

(6)

式中，C: 鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度(mol/L)； m:碳酸鈉基準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)量(g)；V1:滴定基準(zhǔn)碳酸鈉所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積(mL)；V2:滴定空白所消耗的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積(mL)；52.994∶1/2碳酸鈉的摩爾質(zhì)量(g/moL)。

因此，標(biāo)定鹽酸帶來(lái)的不確定度u3包括：基準(zhǔn)物質(zhì)的純度u3-1、標(biāo)定用溶液配制u3-2、標(biāo)定體積u3-3。

2.3.1 基準(zhǔn)物質(zhì)的純度引入的不確定度u3-1

基準(zhǔn)物質(zhì)碳酸鈉的純度≥99.9%，取矩形分布，則純度引入的不確定度計(jì)算公式如下：

(7)

2.3.2 標(biāo)定用溶液配制引入的不確定度u3-2

(8)

表2 標(biāo)定用溶液配制過(guò)程中玻璃器皿引入的不確定度

2.3.3 標(biāo)定體積引入的不確定度u3-3

2. 4 滴定引入的不確定度u4

土壤樣品滴定采用25.00 mL滴定管，滴定消耗的鹽酸體積約1 mL。測(cè)滴定產(chǎn)生的不確定度按4.3.3中公式計(jì)算得u4=0.02835/1=0.02835。

2. 5 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)引入的不確定度u5

本實(shí)驗(yàn)針對(duì)酸性土、中性土和堿性土分別對(duì)3個(gè)國(guó)家土壤有效效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行6次測(cè)定，通過(guò)計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算其不確定度，見(jiàn) 表3。

表3 土壤水解氮重復(fù)測(cè)試結(jié)果

此外，轉(zhuǎn)換系數(shù)14導(dǎo)致的不確定度、空白產(chǎn)生的不確定度等很小，對(duì)合成不確的貢獻(xiàn)可以忽略。

3 合成不確定度和擴(kuò)展不確定度

3.1 相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

表4 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

3.2 擴(kuò)展不確定度

4 結(jié)論

應(yīng)用凱式定氮儀，測(cè)定土壤水解氮不確定度來(lái)源主要為：樣品制備過(guò)程引入的不確定度、堿解蒸餾消解樣品引入的不確定度、標(biāo)定鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的不確定度、滴定產(chǎn)生的不確定度、重復(fù)性實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的不確定度，經(jīng)計(jì)算，不確定度的主要貢獻(xiàn)是樣品消解和滴定。經(jīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07412a、GBW07414a和GBW07416a驗(yàn)證，測(cè)定值與認(rèn)定值一致，其擴(kuò)展不確定度分別為3.7、6.9、2.9 mg/kg，符號(hào)測(cè)試規(guī)范要求。并應(yīng)用此方法測(cè)試國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心編號(hào)為NRCGA-2016-01的水解氮，取得滿意結(jié)果。

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[8] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.JJF1135-2005化學(xué)分析測(cè)量不確定度評(píng)定[S].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2005.

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