劉紅(江西有色地質(zhì)測試研究院,江西 南昌 330201)
土壤和水系沉積物樣品中的碳主要以無機碳(CO2)和有機碳形式存在,二者的總和就是總碳。總碳的檢測方法有燒-非水滴定法[1]、 紅外吸收法、電導法、重量法、容量法等[2]。但是,上述方法存在檢測流程長,操作復雜,且滴定法中終點顏色判斷不準等問題,利用高頻紅外碳硫儀可以快速準確的檢測出總碳的含量;土壤和水系沉積物中的無機碳很容易被酸分解逸出,經(jīng)酸處理的樣品中只剩余有機碳,通過簡單的酸前處理[3],可以直接上高頻紅外碳硫儀測定出有機碳的含量,最后用總碳的含量減去有機碳的含量,其結(jié)果乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)3.667即可得到無機碳(CO2)的含量。通過實驗研究,該方法可以高效準確的分析檢測出土壤和水系沉積物樣品中的總碳、有機碳、無機碳。
儀器:HCS-KR系列高頻紅外碳硫分析儀,四川德陽科瑞儀器有限公司。
天平:梅特勒-托利多ME104E型電子天平,線性誤差0.000 2 g。
黏土坩堝:使用前應在1 000 ℃高溫下灼燒2 h,取出置于干燥器內(nèi)冷卻備用。
助熔劑:C型純鐵助熔劑,w(S)%<0.000 5%,金屬鎢粒,w(S)%<0.000 5%。
無水碳酸鈉:PT級(工作基準),西隴化工,使用前需在105 ℃烘干2 h。
鹽酸、硝酸:分析純,西隴化工,稀釋成(1+9)后使用。
氧氣:工業(yè)純氧,純度>99.5%。
1.2.1 校正曲線建立和國家一級標準物質(zhì)選擇
使用PT級無水碳酸鈉進行校正曲線的建立,稱取5份0.030 0 g PT級無水碳酸鈉,分別加入0.4 g左右的鐵粒,再加入1.5 g左右的鎢粒,輕輕敲擊坩堝,使助熔劑平整鋪于坩堝底部,上機燃燒測定。將5次測定結(jié)果進行校正,得到一條單點校正的工作曲線。
本文選取三個水系沉積物國家一級標準物質(zhì)(GBW07306、GBW07309、GBW07310)和三個土壤國家一級標準物質(zhì)(GBW07401、GBW07408、GBW07424)進行實驗。
1.2.2 總碳的測定[4]
稱取0.03 g左右的樣品于黏土坩堝中,加入0.4 g左右的鐵粒,再加入1.5 g左右的鎢粒覆蓋[5],上機測定。
1.2.3 有機碳的測定
稱取0.03 g左右的樣品于黏土坩堝中,先用超純水潤濕樣品,再少量多次加入稀酸(1+9),于控溫電熱板上(120 ℃)加熱去除二氧化碳,并盡量將酸趕凈,加入0.4 g左右的鐵粒,再加入1.5 g左右的鎢粒覆蓋,上機測定。本實驗討論加入不同的酸(鹽酸、硝酸)對有機碳結(jié)果的影響。
1.2.4 二氧化碳結(jié)果計算
通過總碳減去有機碳,所得結(jié)果乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)3.667即得到二氧化碳的結(jié)果。
實驗中,選取了鹽酸,硝酸用于去除樣品中的無機碳,實驗結(jié)果如表1所示。
表1 鹽酸、硝酸前處理結(jié)果比對
實驗結(jié)果表明,用鹽酸進行前處理,結(jié)果與標準值相符,但用硝酸進行前處理的結(jié)果都低于標準值,分析造成的原因是硝酸可以去除無機碳,但硝酸具有強氧化性,將部分有機碳氧化成二氧化碳逸出,造成有機碳結(jié)果偏低,因此,選用鹽酸作為前處理酸。
根據(jù)實驗步驟,分別做總碳、有機碳的12次空白試驗[4],計算得到方法的檢出限[6],如表2所示。
表2 總碳、有機碳的空白試驗
實驗得到總碳的檢出限是0.011%,有機碳的檢出限是0.010%。
根據(jù)實驗步驟,分別測定選定的6個國家一級標準物質(zhì)的總碳和有機碳含量各7次,通過總碳減去有機碳再乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)3.667,得到二氧化碳的結(jié)果,計算總碳、有機碳、二氧化碳的平均值和對應的RSD(精密度),匯總數(shù)據(jù)如表3所示。
表3 總碳、有機碳、二氧化碳實驗結(jié)果匯總表 單位:%
實驗結(jié)果可以得出方法中,總碳的精密度為1.60%~4.65%,有機碳的精密度為2.34%~5.60%,無機碳的精密度為1.37%~6.80%,精密度良好??偺?、有機碳、二氧化碳測定結(jié)果與國家一級標準物質(zhì)標準值吻合,該方法具有較好的準確度。
本實驗利用HCS-KR系列高頻紅外碳硫儀測定土壤和水系沉積物樣品中的總碳、有機碳、二氧化碳,通過探究確定用稀鹽酸去除樣品中的二氧化碳,通過差減再乘以轉(zhuǎn)換系數(shù),準確的測定出土壤和水系沉積物樣品中的總碳、有機碳、二氧化碳,方法檢出限低,精密度和準確度良好,且相較于傳統(tǒng)分析檢測方法,簡化了操作流程,大大提高了檢測效率。