土壤中氮的測(cè)定

土壤中氮的測(cè)定

0土壤理化性質(zhì)的測(cè)定土壤是土壤氮素營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源。土壤氮含量是評(píng)價(jià)土壤肥力水平的重要指標(biāo)，是植物有效氮素的來(lái)源和庫(kù)。土壤全氮包括無(wú)機(jī)態(tài)氮和有機(jī)態(tài)氮兩大類,其中95%以上為有機(jī)態(tài)氮,主要包括腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)、氨基酸等,無(wú)機(jī)態(tài)氮含量不到5%,主要是銨和硝酸鹽,有機(jī)態(tài)氮是土壤氮素的主要存在形式,是礦質(zhì)態(tài)氮的源和庫(kù)。近百年來(lái),測(cè)定土壤全氮量一般都沿用凱氏法,此法操作繁瑣,消化時(shí)間長(zhǎng),耗電量大,需使用大量強(qiáng)酸強(qiáng)堿,產(chǎn)生廢棄的催化劑不僅對(duì)人體有害也對(duì)環(huán)境造成了污染,而且所測(cè)的氮未能將亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮包括在內(nèi),所以不適合對(duì)固定態(tài)氮和硝態(tài)氮含量較高的土壤進(jìn)行測(cè)定。Koroleff提出以堿性過(guò)硫酸鉀為氧化劑,在一定溫度下將溶液中的有機(jī)態(tài)氮及氨態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮,然后測(cè)定溶液中的硝態(tài)氮含量以確定全氮含量。本文選擇了2種不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)含氮試劑硫脲和乙酸銨進(jìn)行研究,試圖考察堿性過(guò)硫酸鉀—離子色譜法測(cè)定含有機(jī)態(tài)氮樣品全氮分析的可行性,從過(guò)硫酸鉀氧化劑加入量、氫氧化鈉加入量、氧化時(shí)間3個(gè)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)條件的初步優(yōu)化,建立了堿性過(guò)硫酸鉀—離子色譜法測(cè)定含有機(jī)態(tài)氮樣品全氮分析的方法,研究發(fā)現(xiàn),該法操作簡(jiǎn)便,回收率達(dá)到97%～100%,準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性好。為了用該法測(cè)定土壤中的總氮量,我們選擇了有代表性的3種標(biāo)準(zhǔn)土壤:即黑龍江西林鉛鋅礦區(qū)的暗棕壤(GBW07401GSS-1)、內(nèi)蒙四子王旗和白云鄂博栗鈣土(GBW07402GSS-2)、廣東徐聞玄武巖磚紅壤(GBW07407GSS-7)進(jìn)行研究,采用100℃水浴加熱,堿性過(guò)硫酸鉀消化,將土壤中不同形態(tài)的氮元素全部氧化為硝酸根離子,用離子色譜法測(cè)定硝酸根離子含量,間接測(cè)得土壤中的總氮量。該法具有操作簡(jiǎn)單、適合批量及自動(dòng)化分析等優(yōu)點(diǎn)。1實(shí)驗(yàn)部分1.1主要設(shè)備和試劑1.1.1測(cè)定儀器和儀器美國(guó)Dionex公司DX-600型離子色譜系統(tǒng)包括IonPac-AS11(4mm×250mm)型陰離子分離柱,IonPac-AG11(4mm×50mm)陰離子保護(hù)柱、ASRS-ULTRA陰離子自動(dòng)再生抑制器、ED50電導(dǎo)檢測(cè)器、GP50梯度泵,LC20色譜箱,PeakNet6色譜工作站。Barnstead純水儀。Startorius2004MP型萬(wàn)分之一電子天平(瑞士startorius公司),Pipetman可調(diào)式移液器(法國(guó)Gilson公司),25mL具塞玻璃磨口比色管,電子恒溫不銹鋼水浴鍋(上海試驗(yàn)儀器廠制造),1mL聚丙烯無(wú)菌注射器(山東威高集團(tuán)醫(yī)用高分子制品股份有限公司)。1.1.2gss-7氮含量(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):GBW07401GSS-1氮含量(1870±67)μg/g;GBW07402GSS-2氮含量(630±59)μg/g;GBW07407GSS-7氮含量(660±62)μg/g,1000mg/LNO-3標(biāo)準(zhǔn)溶液(GBW(E)080264)。分析純?cè)噭?NaOH、硫脲(北京化工廠)、乙酸銨(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、過(guò)硫酸鉀(天津市福晨化學(xué)試劑廠)、Ba(OH)2(廣東汕頭市西隴化工廠),試劑用水均為電阻率為18.3MΩ/cm的高純水。1.1.3飽和的baoh2溶液準(zhǔn)確稱取0.03070g硫脲和0.06217g乙酸銨,分別用高純水完全溶解后準(zhǔn)確定容到100mL,換算為硝酸根的質(zhì)量濃度均為500.0mg/L。準(zhǔn)確稱取0.34842g過(guò)硫酸鉀,用高純水完全溶解后準(zhǔn)確定容到100mL,則過(guò)硫酸鉀的質(zhì)量濃度為3484mg/L。取飽和NaOH溶液1mL稀釋100倍,則NaOH的濃度約為0.2mol/L。準(zhǔn)確稱取17.5421gBa(OH)2·8H2O,用高純水完全溶解后準(zhǔn)確定容到250mL,得到飽和的Ba(OH)2溶液。這里由于Ba(OH)2的溶解度為3.81g。1.2加入naoh有利于氧化K2S2O8氧化液在100℃水浴加熱條件下會(huì)發(fā)生如下反應(yīng):K2S2O8+H2O→KHSO4+[O],在氧化液中加入NaOH可以中和KHSO4,有利于氧化。以K2S2O8氧化乙酸銨為例,其綜合反應(yīng)式如下:CH3COONH4+K2S2O8+NaOH→Na2CO3+NaNO3+K2SO4+Na2SO4+H2O由反應(yīng)原理可知,氧化反應(yīng)完全的關(guān)鍵因素有:氧化劑和NaOH用量、氧化溫度、時(shí)間。消解好的樣品中的硫酸根用Ba(OH)2溶液滴定除去。1.2.1離子色譜法測(cè)定總硫酸根的降低取換算為硝酸根的質(zhì)量濃度為500.0mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液硫脲或乙酸銨1～25mL具塞玻璃磨口比色管中,加入濃度為0.2mol/LNaOH0.5mL,改變K2S2O8氧化劑的加入量,即取理論需要量的1.0倍(2.5mL)、2.0倍(5mL)、3.0倍(7.5mL)、4.0倍(10mL)、5.0倍(12.5mL),經(jīng)水浴加熱150min(其中達(dá)到100℃后保溫60min),冷卻后用Ba(OH)2溶液滴定除去樣品中的硫酸根離子,定容至刻度,考慮到離子的質(zhì)量濃度較大時(shí)離子色譜峰會(huì)相互干擾,所以待沉淀完全后取1mL上清液稀釋10倍,用離子色譜法測(cè)定有機(jī)含氮溶液硫脲或乙酸銨中的硝酸根,其轉(zhuǎn)化率如表1所示。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)氧化劑用量達(dá)到10mL時(shí),其轉(zhuǎn)化率已經(jīng)沒有明顯的提高,有機(jī)含氮物質(zhì)仍然不能完全轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮,因此推測(cè)是NaOH的用量不夠。1.2.2熱反應(yīng)過(guò)程中有機(jī)含氮物質(zhì)的降解同樣,取1mL硫脲或1mL乙酸銨,加入10mLK2S2O8氧化劑,改變NaOH的加入量,即取理論需要量的1.5倍(0.5mL),3倍(1mL),4.5倍(1.5mL),6倍(2mL)加入到氧化液中,經(jīng)水浴消解150min后,實(shí)驗(yàn)測(cè)得轉(zhuǎn)化率如表2所示:數(shù)據(jù)表明加入2mLNaOH溶液時(shí),有機(jī)含氮物質(zhì)基本轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。2結(jié)果與討論2.1色譜質(zhì)譜條件色譜柱:IonPac-AS11(4mm×250mm),淋洗液:B:50mmol/LNaOH,D:高純水,梯度淋洗,淋洗液濃度變化:0～1.5min:2%B+98%D,3.5min:10%B+90%D,8min:50%B+50%D,8.1～10.9min:2%B+98%D,流速:1.5mL/min,進(jìn)樣量:200μl,抑制器電流:100mA,運(yùn)行時(shí)間:10.9min,樣品色譜圖如下:由圖可知,NO-3色譜峰位于4.3min處,得到很好地分離,常見的Cl-、SO2?442-離子不干擾測(cè)定,因此,可以準(zhǔn)確定量。2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢測(cè)限制(1)標(biāo)準(zhǔn)曲線及線性范圍選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心的1000mg/LNO-3標(biāo)準(zhǔn)貯備液,逐級(jí)稀釋配制系列NO-3的標(biāo)準(zhǔn)溶液:0.1,1,10,100mg/L,在選定的色譜條件下分別進(jìn)樣測(cè)定,結(jié)果表明:NO-3在濃度為0.1～100mg/L之間呈線性關(guān)系,線性回歸系數(shù)r=0.9997,線性方程為:y=0.982x。(2)檢測(cè)限制根據(jù)基線噪音峰高的三倍計(jì)算,由d=3nc/a計(jì)算得NO-3的檢測(cè)限為0.03mg/L。2.3精密度在選定的色譜條件下,對(duì)樣品溶液連續(xù)7次進(jìn)樣,測(cè)得NO-3峰面積相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為2.4%,保留時(shí)間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為0.7%。2.4土壤的稱樣量對(duì)樣品回收率的影響本實(shí)驗(yàn)用3種標(biāo)準(zhǔn)土壤,即GBW07401GSS-1、GBW07402GSS-2、GBW07407GSS-7,在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下,即選擇10mLK2S2O8溶液和2mLNaOH溶液作為氧化液,水浴加熱150min(其中達(dá)到100℃后保溫60min)消化樣品,消解好的樣品中的SO2?442-離子用Ba(OH)2溶液滴定除去。取10、30、50、100mg的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品按實(shí)驗(yàn)設(shè)定程序進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果如表3所示。由表可知,當(dāng)土壤的稱樣量為10mg時(shí),回收率均很高,可能是因?yàn)槔碚撝递^小,誤差較大,當(dāng)土壤的稱樣量為30～100mg,理論值在0.5～1之間時(shí),其回收率較為合理。由于三種土壤的含氮量分別為(1870±67)μg/g(GBW07401)、(630±59)μg/g(GBW07402)、(660±62)μg/g(GBW07407),而且類型分別是GBW07401GSS-1、GBW07402GSS-2和GBW07407GSS-7,其土壤的理化特性有一定的差別。2.5土壤中硝化性質(zhì)的測(cè)定分別取1mL換算為硝酸根的質(zhì)量濃度為500mg/L硫脲和乙酸銨各5份,準(zhǔn)確稱量5份含氮量最高的GBW07401標(biāo)準(zhǔn)土壤0.05g至25mL具塞玻璃磨口比色管中,各加入0.2mol/LNaOH2mL