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        高頻紅外碳硫儀測(cè)定土壤和沉積物中有機(jī)質(zhì)

        2020-11-24 04:13:28李源尹肖堯常鐘元
        化學(xué)分析計(jì)量 2020年6期
        關(guān)鍵詞:純鐵樣量坩堝

        李源,尹肖堯,常鐘元

        (核工業(yè)二三〇研究所,長(zhǎng)沙 410007)

        土壤有機(jī)質(zhì)雖然僅占土壤總量的很小一部分,但其含量與土壤肥力密切相關(guān),是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一[1–4]。土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)全球碳平衡起著至關(guān)重要的作用,被認(rèn)為是影響全球溫室效應(yīng)的主要因素[5–8]。目前,在土壤有機(jī)質(zhì)研究中普遍采用的是重鉻酸鉀氧化分析法,通過測(cè)定消耗的重鉻酸鉀量計(jì)算土壤中有機(jī)碳含量,再換算成土壤有機(jī)質(zhì)含量。該法油浴后油污不易清理,使用大量高濃度的硫酸溶液和重鉻酸鉀溶液,成本高,危險(xiǎn)性大,對(duì)操作者要求高,不適用于大批量樣品的檢測(cè)[9–13]。高頻紅外碳硫儀是一種能快速測(cè)量巖石、土壤中碳、硫的分析儀器。該儀器操作簡(jiǎn)單,分析速度快,測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定,能極大地提高樣品的檢測(cè)效率[14–17]。顧濤、王迪民等[18]研究證明了采用高頻紅外碳硫儀測(cè)定有機(jī)質(zhì)的可行性,其采用抽濾的方式去除多余的鹽酸,由于抽濾單次只能處理一個(gè)樣品,不適合大批量樣品的測(cè)量。筆者用低濃度鹽酸預(yù)處理樣品,去除土壤和沉積物中的無(wú)機(jī)碳,利用鹽酸極易溶于水、易揮發(fā)的特性去除殘留的鹽酸,建立了高頻紅外碳硫儀測(cè)定土壤和沉積物中有機(jī)質(zhì)的分析方法。該方法能同時(shí)處理幾十甚至上百個(gè)樣品,適用于大批量樣品的測(cè)定。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 主要儀器與試劑

        高頻紅外碳硫儀:HCS878A 型,四川旌科儀器制造有限公司;

        硫碳分析專用透水坩堝:醴陵市茶山萬(wàn)財(cái)坩堝瓷業(yè)有限公司;

        電子天平:LE84E/02 型,感量為0.1 mg,梅特勒–托利多儀器(上海)有限公司;

        鹽酸:優(yōu)級(jí)純,500 mL/瓶,成都市科隆化學(xué)品有限公司;

        鹽酸溶液:由鹽酸和去離子水按體積比為1∶5配制而成,現(xiàn)用現(xiàn)配;

        高純鎢粒助溶劑:鎢含量大于99.99%,碳含量不大于0.000 1%,硫含量不大于0.000 1%,南京眾誠(chéng)分析儀器有限公司;

        純鐵助溶劑:鐵含量大于99.8%,碳含量小于0.000 5%,硫含量小于0.000 5%;太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司鋼鐵研究所;

        土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):編號(hào)分別為GBW 07416a,GBW 07458,中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所;

        水系沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):編號(hào)分別為GBW 07360,GBW 07361,中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所;

        土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):編號(hào)分別為GBW 07402,GBW 07403,GBW 07408,GBW0 7427,GBW 07446,中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所;

        泛濫平原沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):編號(hào)分別為GBW 07390、GBW 07391,中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所;

        實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

        1.2 儀器工作條件

        儀器工作參數(shù)見表1。

        表1 儀器工作參數(shù)

        1.3 實(shí)驗(yàn)方法

        1.3.1 坩堝處理

        將透水坩堝置于1 000℃馬弗爐中灼燒2 h 以上,去除坩堝自身所含硫、碳,坩堝溫度稍降后,置于干燥器中冷卻備用。

        1.3.2 樣品前處理

        用透水坩堝稱取0.05 g 樣品,并記錄稱量值,滴加10~15 滴(約0.25 mL)鹽酸溶液,保證鹽酸溶液覆蓋過樣品即可,若有大量氣泡產(chǎn)生,待反應(yīng)減弱后再補(bǔ)加適量鹽酸溶液,使樣品反應(yīng)完全。將透水坩堝置于90℃電熱板上加熱蒸干,取下稍冷后加入蒸餾水,蒸餾水加入量需超過之前鹽酸溶液的位置,繼續(xù)于105℃加熱蒸干,如此反復(fù)兩次以便去除樣品中的無(wú)機(jī)碳和多余的鹽酸。將蒸干后的樣品置于干燥器中待測(cè)。

        1.3.3 樣品測(cè)定

        開啟高頻紅外碳硫儀并預(yù)熱0.5 h,按照儀器操作規(guī)程檢測(cè)儀器氣密性,設(shè)定相應(yīng)參數(shù)。先測(cè)量4~5個(gè)廢樣,待碳測(cè)定值完全穩(wěn)定后,從干燥器中取出樣品,在儀器操作軟件中輸入稱量值,然后在樣品上覆蓋一層鐵助溶劑(約0.3 g),再覆蓋一層鎢粒(約1.5 g),將坩堝置于儀器進(jìn)樣口的升降臺(tái)上,送入爐內(nèi)開始測(cè)量。測(cè)量完成后升降臺(tái)下降,取出已測(cè)坩堝,置于廢棄坩堝收集桶內(nèi)集中處理。操作軟件上顯示出有機(jī)碳測(cè)定值,按NY/T 1121.6–2006 規(guī)定用有機(jī)碳測(cè)定值乘以常數(shù)1.724,即為有機(jī)質(zhì)含量。

        1.4 儀器校正曲線

        儀器的工作曲線參數(shù)在儀器出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)置好,選用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 07360,GBW 07361,GBW 07402,GBW 07403,GBW 07408,按1.2 儀器工作條件分別進(jìn)行測(cè)定,對(duì)碳的工作曲線進(jìn)行多點(diǎn)校正,得到碳校正線性方程為y=1.097 110x+0.000 278,相關(guān)系數(shù)大于0.999,滿足測(cè)定要求。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 樣品稱樣量選擇

        高頻紅外碳硫儀的最大加熱質(zhì)量為3 g(樣品+助溶劑),針對(duì)土壤和沉積物類樣品,儀器給出的參考稱樣量為不超過0.25 g。稱樣量太小會(huì)使測(cè)定結(jié)果不穩(wěn)定,偏差大;稱樣量太大,會(huì)在加熱過程中出現(xiàn)包裹現(xiàn)象,使測(cè)定結(jié)果偏低。分別稱取0.020 0,0.050 0,0.100 0,0.120 0 g 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 07427 和GBW 07446,按1.3 實(shí)驗(yàn)方法,在1.2 儀器工作條件下進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見表2。由表2 可知,當(dāng)稱樣量為0.020 0 g 時(shí),測(cè)定結(jié)果偏高,且相對(duì)偏差較大;當(dāng)稱樣量為0.050 0~0.150 0 g 時(shí),測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定,且相對(duì)偏差小,為了使助溶劑能更好的覆蓋住樣品,選擇稱樣量為0.050 0 g。

        表2 稱樣量試驗(yàn)結(jié)果

        2.2 純鐵助溶劑、鎢粒加入量選擇

        高頻紅外碳硫儀測(cè)量碳、硫時(shí)需要加入助溶劑。純鐵助溶劑能夠提高爐溫,使樣品燃燒更完全。鎢粒的加入能使燃燒更平穩(wěn),不易飛濺,同時(shí)能夠降低碳、硫的釋放速度,使碳、硫的分析結(jié)果更穩(wěn)定。樣品分析時(shí)必須使助溶劑完全嚴(yán)密地覆蓋住樣品,防止突然加熱燃燒使樣品飛濺,而完全覆蓋樣品需1.1~1.6 g 鎢粒助溶劑,為防止偶爾操作誤差導(dǎo)致的助溶劑覆蓋不完全,選擇加入鎢粒1.5 g。在確定鎢粒的加入量后,以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 07360 為待測(cè)樣品,分別考察純鐵助溶劑加入量為0.2,0.3,0.4,0.5 g時(shí)的測(cè)定結(jié)果,結(jié)果見表3。

        表3 純鐵助溶劑不同加入量時(shí)的測(cè)定結(jié)果

        由表3 可知,當(dāng)純鐵助溶劑加入量為0.3~0.5 g時(shí),測(cè)定結(jié)果更接近標(biāo)準(zhǔn)值。為降低成本,避免浪費(fèi),選擇加入0.3 g 純鐵助溶劑。

        2.3 方法檢出限

        按照樣品前處理步驟,去除透水坩堝中的余酸,防止多余的鹽酸加熱揮發(fā)對(duì)儀器造成損害。向坩堝中加入0.3 g 鐵助溶劑和1.5 g 鎢粒后置于儀器中,在1.2 儀器工作條件下進(jìn)行測(cè)定。8 個(gè)空白樣品測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.013%,以3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為檢出限,計(jì)算得該方法檢出限為0.039%。

        2.4 精密度試驗(yàn)

        選取3 份土壤樣品,按照1.3 實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行前處理,在1.2 儀器工作條件下分別平行測(cè)定6 次,結(jié)果見表4。由表4 可知,測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.27%~5.76%,表明該方法精密度良好,滿足檢測(cè)的要求。

        表4 精密度試驗(yàn)結(jié)果

        2.5 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

        按照實(shí)驗(yàn)方法,分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 07416a,GBW 07458,GBW 07390,GBW 07391 進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見表5。

        表5 準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果

        由表5 可知,測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)值不確定度范圍內(nèi),測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)偏差為0.29%~2.00%。表明該方法準(zhǔn)確度良好,滿足檢測(cè)要求。

        2.6 比對(duì)試驗(yàn)

        采用所建方法和傳統(tǒng)重鉻酸鉀容量法分別對(duì)9個(gè)未知土壤樣品進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見表6。

        表6 比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果

        由表6 可知,該方法測(cè)定結(jié)果與傳統(tǒng)重鉻酸鉀容量法測(cè)定結(jié)果基本一致,相對(duì)偏差為0.769%~5.83%,滿足分析要求。

        3 結(jié)語(yǔ)

        以鹽酸去除土壤和沉積物中的無(wú)機(jī)碳,建立了高頻紅外碳硫儀測(cè)定有機(jī)質(zhì)的方法。該方法穩(wěn)定性好,準(zhǔn)確度和精密度高,且儀器操作簡(jiǎn)單快捷,效率高,滿足大批量樣品的測(cè)定要求。

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