岳中慧，岳啟建，龍壽坤，周俊驊，范鵬飛，桂婷婷

（1.核工業(yè)二三0 研究所分析測試中心，長沙 410000； 2.漣水縣疾病預(yù)防控制中心，江蘇淮安 223400）

陽離子交換量（CEC）是土壤保肥性和“生理平衡”的重要指標(biāo)，影響作物對肥料的需求［1–2］。土壤陽離子交換量在土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)﹑能量流動﹑土壤質(zhì)量及生產(chǎn)的維持和保育以及土地資源持續(xù)利用方面具有重要作用［3］。在國家土壤環(huán)境質(zhì)量加密調(diào)查和地方農(nóng)用地土壤保肥能力調(diào)查等項目中，土壤陽離子交換量都是必測指標(biāo)，其特點是樣品量大，要求測定速度快（3 個月需完成約1 萬多個土壤樣品檢測）。因此建立簡單﹑快速﹑經(jīng)濟有效的實驗方法相當(dāng)重要。

測定陽離子交換量的方法很多，比較常用的有NY/T 295–1995 《中性土壤陽離子交換量和交換性鹽基的測定》和LY/T 1243–1999 《森林土壤陽離子交換量的測定》的乙酸銨交換法，這也是如今大多實驗室的主流方法。有些分析工作者在乙酸銨交換過程中，用酒精淋洗去除多余的乙酸銨以及最后蒸餾出氨氣進行滴定的實驗過程中或多或少的用改良方法提高了實驗效率以及準(zhǔn)確度，例如旋轉(zhuǎn)混合–氣相分子吸收光譜法［4］﹑振蕩抽濾–pH 計指示電位滴定法快速測定法［5］﹑振蕩交換—蒸餾滴定法［6］﹑乙酸銨交換–全自動凱氏定氮法［7–8］等。其它方法還有用亞甲基藍法［9］﹑重鉻酸鉀–氯化鉀法［10］﹑氯化鋇交換–電感耦合等離子體發(fā)射光譜法［11–12］，國外還研究了可見–近紅外光譜–便攜式X 射線熒光和X 射線衍射技術(shù)預(yù)測土壤中陽離子交換量［13–14］，但實驗步驟普遍比較繁瑣，有的實驗儀器設(shè)備價格高。

三氯化六氨合鈷交換的方法改變了以往乙酸銨交換的原理，改用三氯化六氨合鈷作為浸提液浸提土壤，分光光度法進行測定。相比乙酸銨交換法，樣品測定結(jié)果受浸提pH 環(huán)境影響［15］。但三氯化六氨合鈷浸提法過程更加簡便快速，所用試劑單一，所用儀器也更加簡單［16］。筆者對三氯化六氨合鈷測定土壤陽離子交換量的方法和流程進行了優(yōu)化，可以測定各類土壤陽離子交換含量，實驗方法更加快速﹑穩(wěn)定可靠。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

紫外可見分光光度計：721 型，上海菁華科技儀器有限公司。

酸度計：PHS–3CpH 型，長沙市精科儀器設(shè)備有限公司。

臺式高速離心機：TG16–WS 型，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司。

雙層恒溫?fù)u床：ZWY–2102 型，常州金壇良友儀器有限公司。

電子天平：JA502 型，上海浦春計量儀器有限公司。

三氯化六氨合鈷［Co(NH3)6］Cl3：優(yōu)級純，純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為99.0%，梯希愛（上海）化成工業(yè)發(fā)展有限公司。

NaOH：分析純，含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不小于96%，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。

土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：編號分別為GBW 07414a﹑GBW 07415a﹑GBW 07416a﹑GBW 07458，中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所研制。

土壤有效態(tài)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：編號分別為HTSB–1﹑HTSB–2﹑HTSB–5，國土資源部西安礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心。

三氯化六氨合鈷溶液：16.67 mmol/L，準(zhǔn)確稱取4.458 g 三氯化六氨合鈷溶于水中，定容至1 000 mL。

實驗用水為去離子水。

1.2 實驗方法

稱取3.5 g 土壤樣品于100 mL 離心管中，準(zhǔn)確稱取0.002 1～0.005 0 g NaOH 試劑加入到離心管中，加入50 mL 三氯化六氨合鈷溶液，蓋好蓋子，在室溫下進行震蕩，適當(dāng)調(diào)節(jié)震蕩速度使土壤浸提液混合物在震蕩過程中處于懸浮狀態(tài)。震蕩后離心提取上清液于比色管中，如果懸浮液有雜質(zhì)，可以使用過濾的方法去除［17］。用10 mm 比色皿，在475 nm波長處，以水做參比，用分光光度法測定吸光度，計算陽離子交換量。若測定結(jié)果大于250 mmol/kg，則減少稱樣量重新測定。實驗空白樣品用水代替土壤，稱取3.5 g 實驗用水，按照與實驗方法相同的步驟進行空白試樣的制備。

1.3 實驗原理與結(jié)果計算

土壤膠體中可交換的陽離子被一定濃度的三氯化六氨合鈷溶液交換下來，用分光光度計直接比色，測定浸提前后溶液中六氨基合鈷離子的濃度差值，從而可計算得出土壤有效態(tài)陽離子交換含量。

交換過程可用下式表示：

Wdm——土壤樣品干物質(zhì)的含量，%；

3——［Co(NH3)6］3+的電荷數(shù)；

m2——稱取NaOH 樣品的質(zhì)量，g；

40——NaOH 的相對分子質(zhì)量；

b——標(biāo)準(zhǔn)工作曲線斜率。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤pH 的影響

2.1.1 pH 對實驗結(jié)果的影響

對6 種不同的國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進行測定，若按照國標(biāo)方法，GBW 07416a ﹑ GBW 07415a ﹑GBW07458 測定結(jié)果偏低。這是因為土壤pH 值越低，土壤中鹽基離子的交換量就越低［18］。隨著pH值增大，土壤膠體中可變負(fù)電荷量增加，CEC（陽離子交換量）測定頂結(jié)果增大。實驗證明，浸提溶液的pH 對測定結(jié)果有影響，當(dāng)溶液呈中性和堿性時，測定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，當(dāng)溶液pH 值大于8時，測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值誤差小。

表1 標(biāo)準(zhǔn)方法與改良后方法CEC 測定結(jié)果對比

2.1.2 土壤pH 值的確定

實驗調(diào)取2020 年各地土壤pH 值結(jié)果，共8 126 個，其中pH 最小值為3.8。為了確定實驗加入多少NaOH 可使酸性土壤變堿性，實驗稱取3.5 g pH 3.8 的酸性土壤，加入50 mL 三氯化六氨合鈷溶液，每加入50 μL 1.8 mol/L 的NaOH 記錄pH 值，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 NaOH 加入量與pH 結(jié)果圖

由圖1可知，加入300 μL以上濃度為1.8 mol/L的NaOH 溶液pH 可達到9 以上，溶液呈堿性。因為加入NaOH 新引入了Na+，300 μL 1.8 mol/L 的NaOH 為0.54 mmol，0.54 mmol 的NaOH 換算成NaOH 的質(zhì)量為0.002 1 g。因此，在稱量完樣品后加入超過0.002 1 g 的NaOH 即可保證溶液為堿性，但在計算最后結(jié)果時應(yīng)減去加入NaOH 所帶來的陽離子量。

2.2 稱樣質(zhì)量的確定

表2 高含量樣品減少稱樣量后結(jié)果對比

2020 年各地土壤陽離子交換量結(jié)果（共8 126個）均為乙酸銨法（LY/T 1243–1999 《森林土壤陽離子交換量的測定》）測定所得，8 126 個陽離子交換量最高448 mmol/kg，最低43 mmol/kg。其中有99 個樣品結(jié)果超過250 mmol/kg，占總樣品數(shù)的1.22%，可見高含量結(jié)果并不常見。因此筆者采用三氯化六氨合鈷方法測定陽離子交換量，當(dāng)取樣量為3.5 g，結(jié)果超過250 mmol/kg 時應(yīng)減少稱樣量進行復(fù)測，確保得到準(zhǔn)確的實驗結(jié)果。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

分別移取三氯化六氨合鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00﹑1.00﹑3.00﹑5.00﹑7.00﹑9.00 mL 于6 只10 mL 比色管中，加水稀釋至標(biāo)線，配制成三氯化六氨合鈷濃度分別為0.000﹑1.66﹑4.98﹑8.30﹑11.6﹑14.9 mmol/L的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。在波長475 nm 處，以水為參比，分別測定其吸光度，以三氯化六氨合鈷的濃度x（mmol/L）為橫坐標(biāo)，對應(yīng)吸光度Y為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算得線性方程為Y=0.586 7x+0.008 8，線性相關(guān)系數(shù)r=0.999 8，線性范圍為0～14.9 mmol/L。

2.4 方法檢出限

依據(jù)HJ 168—2020 《分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》，按照附錄A.1.2 分光光度法進行方法檢出限的測定：檢出限MDL=0.01/b（b為回歸直線斜率），MDL=0.01/0.058 67=1.7 mmol/L，當(dāng)取樣量為3.5 g，浸提液為50 mL 時，該方法檢出限為8 mmol/kg，測定下限為32 mmol/kg。

2.5 精密度與準(zhǔn)確度試驗

實驗選取7 個不同地區(qū)pH 不同CEC 含量不同的陽離子交換量土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品進行測定，測定結(jié)果如表3 所示。由表3 可知，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.7%～4.9%（n=5），表明該方法精密度較高，滿足分析要求。該方法測定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)樣品不確定度范圍內(nèi)，說明該方法準(zhǔn)確度較高。

表3 準(zhǔn)確度與精密度試驗結(jié)果

2.6 比對試驗

2.6.1 測定結(jié)果對比

選取不同區(qū)域不同pH 值的土壤樣品，分別按本方法與乙酸銨法LY/T 1243–1999 《森林土壤陽離子交換量的測定》進行測定，測定結(jié)果如表4所示。由表4 可知，兩種方法測定結(jié)果的相對偏差在0.7%～2.6%之間。對2 種方法的測定結(jié)果進行t檢驗，計算得t=0.067，查表得當(dāng)α=0.05 時，t0.05(10)=2.228，t＜t0.05(10)，表明兩種方法的測定結(jié)果無顯著性差異。

表4 比對試驗結(jié)果

2.6.2 實驗流程對比

筆者在操作步驟﹑所用試劑﹑安全性和時間效率4 個方面對三氯化六氨合鈷分光光度法與乙酸銨交換法進行比較，三氯化六氨合鈷法與乙酸銨方法實驗流程對比見表5。由表5 可知，三氯化六氨合鈷分光光度法實驗步驟簡單，操作者所用試劑單一，無刺激性氣味；而乙酸銨法所用乙酸銨氣味大，對實驗人員不太友好，且較多試劑的配制需要更多實驗前準(zhǔn)備。其次，三氯化六氨合鈷所用方法安全性高，無安全隱患，實驗效率更高。

表5 三氯化六氨合鈷法與乙酸銨方法實驗流程對比表

3 結(jié)論

（1）確定了pH 對實驗結(jié)果的影響，采用加入固體氫氧化鈉的方式調(diào)節(jié)浸提pH；對于陽離子交換量高的樣品選擇減少稱樣量的方法進行復(fù)查。

（2）三氯化六氨合鈷浸提–分光光度法相比乙酸銨方法在陽離子交換量分析流程上更簡便，效率更高，且精密度準(zhǔn)確度均滿足實驗室陽離子交換量檢測的要求。