土壤样品中碳的测定

张 哲　李育霖中化矿山总局地质研究院，河北涿州 072754

土壤样品中碳的测定

张 哲*李育霖
中化矿山总局地质研究院，河北涿州 072754

提 要 红外碳硫分析仪测定碳含量，直接固体进样，经过高温燃烧，红外检测，直接得到碳含量。通过非水滴定法、红外碳硫分析仪两种方法比较，得出红外碳硫分析仪测定方法应用广泛，还能同时测定两种元素，高低含量碳都可以测定。方法简便快速、测定结果准确、灵敏度高。

关键词碳 非水滴定 CS-3000 红外碳硫分析仪

碳是自然界分布很广的元素，是试样分析中常规项目。测定碳多用传统的非水滴定法【1】、燃烧-容量法、重量法等，操作繁杂、速度慢，不能满足大批量样品快速分析。

HY-2A型非水滴定仪测定碳，是试样经过管式高温炉于1150℃分解，产生的二氧化碳为全碳量。采用三乙烯二胺-乙醇胺-茜黄素-百里香酚酞非水滴定体系，终点由绿至蓝，由滴定液的体积换算得出碳含量。

高频燃烧—红外碳硫分析仪测定碳的原理【2】是在富氧的条件下高频感应加热燃烧,释放出的碳被氧化为二氧化碳气体, 该气体经处理后进入相应的吸收池，对相应的红外辐射进行吸收，由探测器转发为信号，经计算机处理输出结果。此方法可直接固体进样，经红外检测，直接测定碳含量，减少了分析过程中碳的损失，又简化了操作程序。

由于大多数土壤是低电磁性的物质，试样在燃烧过程中难于产生较大的电磁感应涡流，碳释放困难，再则土壤中的还原物质较多，影响测定结果。本文针对采样时间、助熔剂的添加等问题来进行讨论。

1 实验部分

1.1 实验仪器、试剂及材料

CS-3000红外碳硫分析仪 高纯氧气 高纯氩气 天平 瓷坩埚（950℃马弗炉灼烧2～4h，冷却后存干燥器内）

钨粒（C%≤0.0008，S%≤0.0015）纯铁（C%≤0.0015，S %≤0.0015）

1.2 仪器参数

氧气压力：0.2～0.4MPa 氩气压力：0.2～0.4MPa 切换电压：9.99V 加热时间：30s 采样时间：30～50s 冲洗时间：10～15s

1.3 操作步骤

打开仪器电源、天平和电脑，打开氧气、氩气气瓶阀门，调节减压阀，是输出压力为0.2～0.4MPa；启动操作软件，进行预热；选用合适的分析方法，用坩埚钳夹取处理好的坩埚放到天平上（自动去皮），先在坩埚内加入定量的纯铁，再称取0.2～0.5g样品于坩埚内，摇匀，最后加入1.5～2.0g钨粒，样品及钨粒的重量软件自动读取。将坩埚夹到仪器的坩埚托上，点击仪器开始自动分析，分析加热开始后，数据显示区开始显示样品的碳释放曲线。加热完成后，自动显示碳的测定结果。

2 结果与讨论

2.1采样时间

采样时间是设定的最大分析时间，也需要根据样品的品种、燃烧情况、曲线来确定，以保证采样、积分面积有好的代表性。通常采样时间为40s。在样品含量低、燃烧快时，一旦信号小于设定的时间，分析就会提前结束；样品含量过高时，如果采样时间不够，会使得样品燃烧不完全，从而导致结果偏低。

2.2 助溶剂的影响【3】

一般高频燃烧炉使用的助溶剂是钨粒，但土壤样品导磁、导电性能差，测定结果有偏差，应采用多元助溶剂【4】。加入纯铁、纯铜可以增加感应强度，提高燃烧温度，使得测定结果更加准确。本文中选用添加纯铁为例，对同一样品进行多次试验，结果见表1。

表1　助溶剂对测定值的影响Table 1 Cosolvent influence on testing value

由表1可见，加入纯铁对测定碳的影响。加入铁粉使得样品的燃烧温度增高，碳的释放更加完全，测定结果更加准确。

2.3基线调整的影响

红外基线信号的大小对测量结果又相当大的影响，它需要稳定在比较小的范围内（－0.10～0.10V），如果在分析样品之前，红外基线信号偏离了正常范围，必须要进行自动调整使其在范围内。否则样品的测量结果会超出误差范围。

2.4 方法的精密度

按照本文的分析步骤，分别做5个国家标准物质GSS14、GSD4、GSD22平行样各12份，并对其进行分析，测得的结果与标准值的基本一致。相对标准偏差低，满足分析测定的要求。结果见表2。

表2　精确度测定值Table 2 Precision testing value

2.5 方法准确度

按分析步骤做一个国家标准物质GSD22，在仪器最佳条件下，对这一样品中 碳的含量进行6次测定，结果表明测定值与标准值基本吻合，说明方法的准确度较高，分析结果可靠。结果见表3。

2.6方法检出限

依照文中操作步骤，做12组空白试验，用CS-3000 红外碳硫分析仪测定，计算标准偏差，以3S计算方法检出限，结果见表4。

由表4可见仪器在最佳条件下，按方法步骤操作，检出限低。

表3　准确度测定值Table 3 Accuracy testing value

表4　空白测定值Table 4 Vacant testing value

3 结论

依照文中的操作步骤，对外检样品1～6进行测定，结果都能达到要求（下表中为同一样品5次测定值的均值），与非水滴定法的测定值进行对比，结果误差较小。结果见表5。

表5　红外碳硫分析仪与非水滴定法测定值的比较Table 5 Testing value comparison between infrared carbon and sulfur analyzer and non-aqueous titration method

由表5可见高温灼烧-非水滴定法与红外碳硫分析仪两种方法都比较成熟，但前者的操作繁琐，使用试剂多，这样在碳吸收液、硫吸收液和非水滴定液的配制过程中可能出现问题的几率大。而且非水滴定液受温度的影响，每次用之前要进行多次标定。如遇到样品中突然出现高低不等时，还要重新配制所需滴定液。而后者不存在试剂配制、标定的问题，操作简单、方便、省时，结果准确，大大提高工作效率。

参 考 文 献

1 张跃春.岩石矿物分析编委会.岩石矿物分析（第二分册）[M ].第四版.北京:地质出版社，2011

2 张长均.影响高频红外碳硫仪分析结果稳定性因素的探讨[J] . 冶金分析.2006，6（6）

3 黄云华.高频红外碳硫仪用瓷坩埚的重复使用及助熔剂加入量研究[J] . 福建分析测试.2009，18（2）

4 向云斌.高频红外碳硫仪在成分分析中的应用[J] . 理化检验-化学分册.2003，39（4）

CARBON MENSURATE IN SOIL SAMPLE

Zhang Zhe Li Yulin Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau , Zhuozhou, Hebei, 072754

Abstract

Compared with non-aqueous titration method, we found a better and wided used carbon content testing method that is burning solid samples in infrared carbon and sulfur analyzer and then testing by infrared ray. The method is easy to test two elements at the same time with the exact result and high sensitivity.

Keywords:Carbon non-aqueous titration CS-3000 infrared carbon and sulfur analyzer

收稿日期：2015-04-20；改回日期：2015-05-05

* 第一作者简介：张哲（1983～），女，环境科学专业，工程师

中图分类号：O657.33

文献标识码：A

文章编号：1006–5296（2015）02–0119–04