基于小管密封法的土壤有机质测定探究

张 伟

（山西省运城生态环境监测中心，山西 运城 044000）

0 引言

在土壤环境的监测过程中，土壤有机质测定是其中的一项重要监测内容，其测定准确性直接影响到环保和农业等多个领域的工作质量，因此采用高效精准的土壤有机质测定方法就成为研究人员的一项研究重点[1-2]。以往的土壤有机质测定过程中，多采用化学氧化法，需要加热和滴定等多个步骤，不仅实验操作步骤繁琐，而且实验测试数据的准确性也难以保障[3-5]。针对上述问题，应用小管密封法进行实验测试则更具可行性，应当以此为基础展开进一步探究。

1 实验材料与仪器

本次实验的主要原材料为某地采集的土壤试样，将土壤试样放置于干燥箱内烘干后，将其过0.25 mm筛备用。除此之外，使用的其他药品则包括重铬酸钾、浓硫酸、硫酸亚铁，邻菲罗啉，以上4 种试剂均为分析纯，均采购自北京化工厂。在确定上述药品后，称取一定量的重铬酸钾和硫酸配制成0.4 mol/L 的重铬酸钾-硫酸溶液，再称取一定量的硫酸亚铁和硫酸，配置为0.1 mol/L 的硫酸亚铁标准溶液。

本次实验使用的主要仪器则如表1 所示。

表1 实验主要仪器

2 实验过程

实验主要步骤如下：首先，使用分析天平精准称取一定量的土壤样品，将土壤样品放入消解管中，并加入适量0.4 mol/L 的重铬酸钾-硫酸溶液充分混匀。其次，将消解管严密封闭，放入多孔消解器中。再次，设定好多孔消解器的消解温度与时间，进行消解作业，当消解完成后，从消解器上取下消解管进行冷却处理。最后，使用蒸馏水对消解管中的物质进行充分冲洗，将混合物倒入三角烧瓶中，加入适量的邻菲罗啉指示剂后，使用上文配制的0.1 mol/L 的硫酸亚铁标准溶液进行滴定。

滴定完成后，应用公式（1），对土壤中有机质的含量进行计算：

式中：c 为硫酸亚铁标准溶液浓度的真实值，mol/L；V为试样滴定过程中消耗的硫酸亚铁标准溶液的体积，mL；M 为称量的土壤样品质量，g；MC为碳原子的毫摩尔质量的1/4，g/mol，参考相关文献后确定其取值为0.003 g/mol；K1和K2分别表示有机碳换算为有机质的系数和氧化校正系数，无量纲，参考相关文献后确定上述两个指标的取值分别为1.724 和1.10；公式中的“乘以1 000”主要作用则是将土壤中有机质的质量分数换算为每千克的含量。在上述变量的数据均已知后，即可求得土壤中的有机质含量，单位为g/kg。

3 实验结果与讨论

为进一步探究如何提升实验结果的准确性，本次从以下两个方面对影响因素进行分析。

3.1 消解温度对实验测试结果的影响

在该环节中，对消解器的运行温度进行调整，分别设置为140、150、160、165、170、175 ℃，消解时间相同，均设置为30 min，由此进行6 组平行实验，分别测定其有机质含量，得到消解温度与有机质含量的关系如图1 所示。

图1 不同消解温度下所测定得到的有机质含量

根据图1 可见，随着温度的升高，实验测试得到的土壤有机质含量也随之提升。但温度超过165 ℃后，则逐步趋于平衡。初步推断，造成这种现象的主要原因是，当温度较低时，土壤中的大部分有机物尚未达到消解所需的温度，因此测定值也相对较低。而在温度超过165 ℃后，土壤有机物的消解基本趋于完全，因此有机质含量的测定值增长也相应趋缓。在此基础上，进一步参考NY/T 1121.6—2006 的有关要求后，确定在温度低于160 ℃时，样品测定得到的有机质含量不在要求范围内，因此应当控制温度在165 ℃或更高。

在确定温度的控制要求后，进一步将温度范围缩小至165～175 ℃之间，对土壤有机质含量进行测试，并引入第三方标准机构的测试数据，对比测试结果的相对误差，结果如图2 所示。

图2 不同温度下有机质含量测定的相对误差

根据图2 可见，当消解温度在170 ℃时，土壤有机质含量实验测定的相对误差压缩至最小，由此确定本实验消解温度设置为170 ℃最为合理。

3.2 分析消解时间对实验测试结果的影响

在本环节的各组实验中，均设置消解温度为170℃，而后分别设置消解时间为5、10、20、30、40 min，分别测定各组实验的有机质含量，得到测定结果如图3 所示。

图3 不同消解时间下土壤有机质含量的测定结果

根据图3 可见，在初始阶段，随着消解时间的延长，土壤有机质含量的测定值也快速上升，而在20 min后该数值的上升则趋缓。初步分析，其主要原因是在消解时间过短时，大部分有机物尚未达到所需消解温度而引起测定值偏低。而当消解时间在20 min 以上时，大部分有机物已经充分消解，因此有机质含量的上升也趋于缓慢。针对本环节的测定数据，进一步参考NY/T 1121.6—2006 的有关要求后，确定在消解时间20 min 以上时才能满足测试结果符合标准物质要求。

在此基础上，进一步将消解时间范围压缩至20～40 min，对土壤有机质含量进行测试，并引入第三方标准机构的测试数据，对比测试结果的相对误差，结果如图4 所示。

图4 不同消解时间下的土壤有机质测定误差

根据图4 可见，当消解时间为30 min 时，土壤有机质测定的相对误差处于最低水平，因此确定本次实验测试的最合理消解时间为30 min。

在确定以上两项参数后，应用本次设计的小管密封法实验对随机分开的几种土壤样品进行测试，并将测试结果与传统的化学氧化法（该方法的主要区别是应用油浴锅进行加热）以及第三方标准机构的检验结果进行对比分析，分析结果如表2 所示。

表2 不同实验方法的土壤有机质含量测定结果 单位：g/kg

根据表2 中的数据对比可知，本次应用的小管密封法在准确性方面优于传统的化学氧化法，表明本次实验方法具有一定的可行性，可在今后的实验中逐步推广应用。

4 结论

整体来看，本次研究中，通过对土壤样品的大量测定实验可知，当消解温度为170 ℃且消解时间为30 min 时，本次设计的小管密封法在土壤有机质测定方面相较于传统化学氧化法更具优势。同时，小管密封法所应用的消解装置更具操作便利性、安全性和可控性，能够实现对大批量土壤样品的同时处理。因此在今后的工作中，有必要对小管密封法做进一步的研究与优化，推动土壤样品有机质测定准确率的不断提升。