元素分析仪同时测定土壤中碳、氮、硫含量的方法研究

2022-03-09刘向东

湖南有色金属 2022年1期

刘向东

（吉林省有色金属地质勘查局研究所，吉林长春 130012）

土壤中碳、氮含量是评估土壤质量的重要指标，它们含量的高低影响其它元素的迁移和转化过程，而硫是植物生长不可缺少的养分之一，是农作物高产、稳产的重要因素［1］。因此，对土壤的碳、氮、硫含量的测定具有非常重要的意义。目前测定氮采用的是凯氏定氮法，碳和硫一般采用红外碳硫仪进行测定。但都存在一些缺点，重要的是不能同时测定，检测周期长，人工成本高。因此，建立元素分析仪测定土壤中碳、氮、硫含量的检测方法，用于解决常规检测方法的弊端，并且数据精密度好、准确度高、方法快速简便、大大降低分析成本，适用于土壤样品的批量检测。

德国Elementar公司生产的元素分析仪，它由燃烧部分、热导检测系统和数据采集分析系统组成。样品在1 150℃高温下充分燃烧分解，样品中的各元素分别转化为氧化物的形式，通过吸附和解吸附作用将混合气体组分分离开，分离后的气体随载气一起进入热导池检测器（TCD）进行检测，通过计算机中保存的标准样品的校正曲线自动转化为待测样品中碳、氮、硫的含量。元素分析仪测定样品中碳、氮等元素的含量已有学者做了研究［2～6］，对土壤非匀质性材料的碳、氮等元素含量测定的可靠性已有一些报道［7～8］。元素分析仪由于具有操作简便、稳定、速度快等优点，已被许多科研院所应用［9～12］。

1 试验部分

1.1 试验仪器

元素分析仪：UNICUBE，德国元素公司制。

电子天平：WXTS3DU（百万分之一），梅特勒公司制。

包样器：德国元素公司制。

1.2 试剂与材料

磺胺（Sulfanilamid）：德国元素公司产。

锡舟：德国元素公司产。

土壤成分分析标准物质（GBW07448、GBW07455、GBW07456、GBW07457）：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所产。

1.3 试验方法

1.3.1 试样制备

样品采集后进行干燥、研磨过筛（粒度大于0.104 mm）。用百万分之一天平称取2～5 mg样品于专用锡舟中，记录称样量后，包样机包好后待测。

1.3.2 标准曲线的校正

用百万分之一天平称取2～5 mg磺胺于专用锡舟中，记录称样量后，在选定的仪器条件下进行测定。以峰面积和碳、氮、硫百分质量制作标准曲线，此标准曲线可保存在仪器操作软件中，日常测试时只需用标准作为日校正因子对样品数据进行校正即可。

1.3.3 仪器参数

燃烧管温度：1 150℃；还原管温度：850℃；通氧量：40 mL／min；其它参数使用仪器默认值。

2 结果与讨论

2.1 样品粒度

由于土壤属于非均质性样品，所以为保证样品具有代表性，样品粒度是十分重要的。该研究设计了5个粒度梯度0.175 mm、0.147 mm、0.104 mm、0.088 mm、0.074 mm来探讨粒度对测定结果的影响。研究结果表明：元素分析仪测定氮、碳、硫含量时，当样品粒度大于0.104 mm时，数据的稳定性及重现性良好，因此，试验选择样品加工粒度为大于0.104 mm。具体数据详见表1。

表1 粒度对应的检测数据

2.2 仪器通氧量

仪器的通氧量是保证样品完全燃烧的一个重要指标，对试验数据的质量起着至关重要的作用。该方法拟定20 mL／min、30 mL／min、40 mL／min、50 mL／min四个通氧量，选择国家标准物质GBW07448进行试验，得到的结论是：当通氧量为20 mL／min、30 mL／min时，样品燃烧不充分造成结果偏低，数据与推荐值吻合不好；当通氧量为40 mL／min、50 mL／min时，数据与推荐值吻合好，但当通氧量50 mL／min时，用于除去过量氧气的还原剂损耗严重，增加检测成本。因此，试验通氧量设定为40 mL／min。具体数据详见表2。