石墨消解-分光光度法测定土壤有机质含量

李 雯，杨 黎，乔君喜，胡 鑫，向 攀

(四川省绵阳生态环境监测中心站，四川 绵阳 621000)

有机质虽然只占土壤组成的5%左右[1]，却是土壤中不可或缺的重要组成成分，其含量是衡量土壤肥力高低的重要指标，是土壤分析中的一项基础分析[2]。随着社会的发展以及大众环保意识的增强，土壤环境问题越来越受重视，因此对土壤有机质的测定也越来越重要。测定土壤有机质的方法主要有灼烧法、目视比色法、重铬酸钾容量法和光度比色法等[3]，目前，普遍采用的方法主要为《森林土壤有机质的测定及碳氮比的计算》(LY/T1237-1999)[4]和《土壤检测第6部分：土壤有机质的测定》(NY/T1121.6-2006)[5]，这两种方法均采用油浴加热-容量分析法，虽然测定结果准确度和精密度好，但油浴加热法升温时间长、温度不易稳定、试管外壁的油垢难清洗、油易燃易挥发，容易造成实验室空气污染，存在安全隐患，且测定范围受限。本文采用石墨高温消解仪，其升温速度快，温度波动性小，各部位加热均匀，同时对实验室环境不会产生不良影响，分光光度法操作过程简便、快捷，同时可进行多个样品测定。

1 实 验

1.1 实验原理

在加热条件下，用过量重铬酸钾氧化土壤中的有机碳，部分Cr6+被还原为绿色的Cr3+，三价铬含量与土壤中有机质含量成正比，用分光光度法测定三价铬的吸光度。以葡萄糖标准溶液中碳氧化液为标准溶液，进行比色测定，计算土壤中有机碳含量，再根据换算系数得到土壤有机质的含量。

1.2 实验设备

Ms304TS电子天平，梅特勒；STAEHD-106B石墨回流消解仪，济南盛泰电子科技有限公司；TD-6M台式低速离心机，四川蜀科仪器有限公司；V-1600可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司。

1.3 实验试剂及标准物质

90.00 g/L重铬酸钾溶液、浓硫酸、13.0000 g/L葡萄糖标准溶液、土壤有效态成分分析标准物质。其中，本文选取了3个不同浓度的标准物质，见表1。

表1 土壤有证标准物质真值及不确定度Table 1 The name of certified reference substances and the truth value

1.4 实验方法

准确称取0.5000 g土壤有证标准物质，放入100 mL玻璃消解管底部，准确加入7.00 mL重铬酸钾溶液，6.00 mL浓硫酸，轻轻摇匀[6]。插上回流管，将消解管放入已升温至180 ℃的石墨回流消解仪中，待溶液沸腾时开始计时，消解5 min。结束后取出消解管，冷却，加水至约100 mL，离心后取上清液用分光光度计于波长585 nm处，用10 mm比色皿，以纯水为参比，测定吸光度。同时，在一定条件下，配制一系列浓度的葡萄糖溶液，按以上步骤进行消解、冷却、离心，测定消解液的吸光度。以有机碳质量为横坐标，以对应的零浓度校正吸光度为纵坐标，绘制校准曲线，再根据换算系数计算得出有机质的含量。结果表明，有机碳质量在0.00～26.0 mg范围内与溶液吸光度呈良好线性关系，其线性回归方程为Y=0.0185X+0.00736，相关系数为0.9995，满足校准曲线的相关系数不小于0.999的要求。

2 结果与讨论

2.1 消解温度与消解时间的选择

胡小明等[7]利用温度175 ℃的硅油油浴建立了以重铬酸钾测定土壤中有机质的分光光度法；周伟峰等[8]通过实验发现，若消解温度控制在170～180 ℃、试样酸度约为9.2 mol/L、消解时间≥5 min时，试样中的有机碳将全部被氧化，测定结果稳定可靠；张力等[9]采用 JH-12型COD恒温加热器消解土壤样品，确定样品消解温度为175 ℃，沸腾消解时间为5 min；吉日文等[10]通过对比试验确定石墨消解炉的最佳温度为180 ℃，最佳消解时长为5 min±1 min。此外，行业标准方法[5]油浴加热-容量法的消解温度为170～180 ℃，保持溶液沸腾5 min±0.5 min，氧化率为90%～95%。同时，为方便与行业标准进行同条件对比试验，综合上述考虑，本文采用的消解温度为180 ℃，消解时间为5 min。

2.2 离心时间的选择

由于消解结束后需取上清液进行比色，为提高测定效率，本文采用离心方式分离消解后的土壤样品和消解液。选取三种不同有机质含量的土壤有证标准物质，在消解温度为180 ℃，消解时间为5 min的条件下，按5个不同的离心时间对消解液进行离心分离，其他分析步骤相同，每个离心时间进行6次平行测定。测定平均值结果对比见图1。

从图1中可以看出，不同离心时间对测定结果有影响：离心时间小于等于5 min时，三种浓度的标准物质的有机质含量均偏高，且不在标准物质不确定度允许偏差范围内，主要原因是离心时间较短，消解液中的土壤未完全沉积在离心管底部；离心时间大于等于15 min时，测定结果变化不大，除标准物质ASA-3a外，其余两种物质有机质含量均在在标准物质不确定度允许偏差范围内，说明离心时间过长，可能会使低浓度的样品测定结果产生较大偏差；离心时间为10 min时，三种浓度的标准物质测定结果均在在标准物质不确定度允许偏差范围内。因此，本文综合考虑选择离心时间为10 min较合适。

图1 不同离心时间对有机质测定结果的影响Fig.1 Influence of different centrifugation time on determination results of organic matter

2.3 准确度和精密度试验

选取上述三种标准物质，在本文选择的消解温度180 ℃、消解时间 5 min、离心时间10 min这三个条件下，分别进行6次平行测定。测定结果如表2。

表2 精密度和准确度试验Table 2 Tests of precision and accuracy

由表2数据可以看出，三种浓度的有证标准物质6次平行测定的相对标准偏差分别为1.6%、2.0%、1.0%，符合精密度要求。同时，这三种土壤有证标准物质的测定结果与真值的绝对偏差分别为0.1～0.3 g·kg-1，0.1～0.6 g·kg-1，0.1～0.8 g·kg-1，平均值均在不确定度允许偏差范围内，准确度符合检测要求。

2.4 与行业标准方法进行实际土壤样品对比试验分析

选用10个国家网例行监测土壤实际样品，采用现行标准《土壤检测第6部分：土壤有机质的测定》(NY/T1121.6—2006)和本文中的方法，在消解温度180 ℃、消解时间5 min条件下进行对比试验，每个土壤样品均进行3次平行测定，测定结果均值如表3。

表3 两种方法测定实际土壤样品有机质含量结果对比表Table 3 Comparison results of organic matter content in actual soil samples determined by two methods (g·kg-1)

从表3可以看出，采用两种方法测得的10个实际土壤样品的有机质含量基本一致，标准物质均在不确定度允许范围内，且两种方法测定结果的允许绝对相差均满足行业标准要求，说明在本文提出的消解温度和消解时间条件下，采用石墨消解仪消解-分光光度法测定土壤实际样品的有机质含量是可行的。

3 结 论

根据上述实验结果，当消解温度为180 ℃，消解时间为5 min，离心时间为10 min时，采用石墨消解仪消解-分光光度法测定土壤有机质含量结果准确性和精密性都较好，方法准确可靠。同时，与行业标准中的经典油浴法对比测量实际土壤样品结果表明，两种方法的测定结果基本一致，均具有较好的精密度。石墨消解仪消解-分光光度法具有环保、安全、温控性好、操作便捷，省时省力等优点，可用于土壤有机质含量的测定。