总有机碳测定仪在农业检测中的应用研究

罗彦莉，郭 蕊，张大亮，朱止利，张 红

(1.河南心连心化肥检测有限公司 河南新乡 453731；2.河南省产品质量监督检验院 河南郑州 450047)

0 前言

在农业和环保上测定有机质总量的经典方法是重铬酸钾氧化法，其测定原理是在强酸性加热条件下用过量的重铬酸钾将试样中的有机物氧化成二氧化碳，同时重铬酸钾中的六价铬被还原成三价铬，剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁(或硫酸亚铁铵)标准滴定溶液滴定得出有机碳含量(称为重铬酸钾容量法)，或用比色法测定反应生成的三价铬来计算有机碳含量(称为重铬酸钾比色法)，最后将有机碳含量乘以碳系数即可得出试样中有机质含量；另一个经典方法是灼烧残渣重量法，即在高温富氧条件下，有机物燃烧生成二氧化碳和蒸汽，根据其失去的质量即可得出试样中有机物的含量。

重铬酸钾容量法可用于测定有机肥料中的有机质含量[1-2]，也可用于测定含腐殖酸肥料及其原料中的腐殖酸含量[3-7]，还可应用于土壤中有机质含量的检测[8]及环保上应用于COD的测定[9]；重铬酸钾比色法可应用于土壤中有机质含量的检测[10]，也可应用于含腐殖酸尿素中腐殖酸含量的检测[11]；灼烧残渣重量法一般用于测定农业用腐殖酸钠的可溶性[6]。无论是重铬酸钾容量法还是重铬酸钾比色法，都有假设性的前提，即只有有机物中的碳元素被氧化成二氧化碳，有机物中其他元素组成只有氢和氧，并且氢和氧的物质的量比为2∶1，在氧化过程中氢与氧结合成水存在于体系内而不参与其他氧化还原反应。但事实上样品中都会有少量的低价金属离子、氯离子参与到氧化还原反应中，造成检测结果不可靠。另外，反应温度、反应时间稍有不同就会对检测结果造成极大的误差。而灼烧残渣重量法失去的质量可能包括一部分无机盐的结晶水，也可能包括部分无机盐分解而失去的质量，因此，检测结果并不能完全准确代表有机物含量。总而言之，上述测定方法的结果重复性差、检测周期长，且检测过程中会产生含铬、汞的废液，对环境不友好。

总有机碳测定仪的工作原理：试样经酸化加热驱除无机碳后，有机碳被氧化或遇氧燃烧生成二氧化碳，除水、除杂净化后的二氧化碳经专用的二氧化碳检测器检测，得到试样中有机碳的含量，将有机碳含量乘以有机碳换算为有机质的系数1.724即可得出有机质含量。总有机碳测定仪可以根据检测对象的不同而选择不同的仪器配置并采用不同的氧化方法，如：液体试样可采用湿法过硫酸盐氧化装置，利用过硫酸盐的强氧化性将试样中的有机碳氧化成二氧化碳；也可以用紫外催化氧化装置，样品在紫外光照射下产生O-，并在钛化合物催化下将有机物氧化为二氧化碳；还可用超临界水氧化法将水样温度和压力提升至高于水的临界点时，有机物迅速被水中的氧化剂彻底氧化为二氧化碳；固体试样则大多采用高温燃烧氧化装置，试样中的有机物在高纯氧气、高温条件下燃烧生成二氧化碳。检测二氧化碳的检测器有电导检测器和非色散红外检测器，电导检测器是将净化后的二氧化碳导入检测池，根据检测池中电导率的升高幅度计算有机碳含量；非色散红外检测器是二氧化碳的专用检测器，在二氧化碳经过检测器时，对二氧化碳信号进行积分，根据积分面积计算有机碳含量。试验采用高温燃烧非色散红外检测法，其具有检测周期短、对环境友好、精密度高等特点，并且能实现自动进样。有些仪器还可加上总氮测定模块，实现一次进样同时测定C和N的含量，便于在企业、研究院、院校等场所进行有机-无机复混肥料、有机肥料、含腐殖酸有机肥料以及腐殖酸中有机物含量的测定。

1 材料与方法

1.1 主要材料和仪器

主要材料：有机-无机复混肥料、有机肥料、含腐殖酸有机肥料、腐殖酸，市场采购；邻苯二甲酸氢钾，基准试剂，国药集团化学试剂有限公司。

主要仪器：multi N/C 3100总有机碳/总氮分析仪(配备高温催化燃烧炉、自动进样装置、非色散红外检测器、紫外检测器)，德国耶拿公司；AB135S电子天平，梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司。

1.2 测定方法

(1)标准曲线的绘制

分别称取于105～110 ℃干燥箱中干燥至恒重的基准试剂邻苯二甲酸氢钾10.0、20.0、25.0、50.0、75.0和100.0 mg于磁舟中，放入总有机碳/总氮分析仪中，记录碳质量分别相当于4.70、9.40、11.75、23.50、35.25和47.00 mg有机碳的峰面积，仪器自动绘制标准曲线。

(2)样品的测定

称取过Ф 1.0 mm筛的风干试样(碳质量为20～30 mg)于磁舟中，放入总有机碳/总氮分析仪中，选择有机碳模式，测定有机碳含量。仪器可自动加酸除去无机碳，只记录有机碳数据。

(3)结果计算

试样中有机质质量分数按式(1)计算：

(1)

式中：w——试样中有机质质量分数，%；

x——仪器所测得的有机碳质量分数，%；

1.724——碳系数；

x0——风干试样含水质量分数，%。

2 结果与分析

2.1 标准曲线

分别根据各系列基准物质的有机碳分析结果，以峰面积(积分)为纵坐标，各基准物质碳质量为横坐标绘制标准曲线(图1)，相关数据如表1所示，该曲线线性回归方程为Y=110 968X-45 505，相关系数R2=0.999 8。

图1 标准曲线

表1 标准曲线绘制相关数据

2.2 重现性试验

分别选取不同的样品，每个样品按照上述方法进行预处理和分析，同时进行6个平行试验，计算相对标准偏差(RSD)，考察方法的重现性，试验结果如表2所示。

表2 重现性试验结果 %

2.3 加标回收率试验

称取含有机碳质量分数为12.86%的有机肥0.2 g(精确至0.000 02 g)于瓷舟中，分别加入邻苯二钾酸氢钾10、20和30 mg，放入总有机碳/总氮分析仪中，选择有机碳模式，测定有机碳含量。试验结果(表3)表明，加标回收率在97.9%～102.6%之间。

2.4 方法对比试验

采用重铬酸钾氧化法和总有机碳/总氮分析仪分别对试样进行检测，测定结果(表4)表明仪器法的标准偏差低于重铬酸钾氧化法。

3 结语

采用总有机碳/总氮分析仪测定肥料中有机质含量的标准偏差在0.12%～0.30%之间，加标回收率在97.9%～102.6%，而重铬酸钾氧化法的标准偏差在1.48%～1.97%，因此，该仪器法具有准确度高、精密度好等优点。由于仪器法是用非色散红外检测器测定生成的二氧化碳分子的特征信号，同时仪器配备消除干扰的装置，有可选的标准物质校正仪器，所以其测定结果更可靠。

表3 加标回收率试验结果

表4 方法对比试验结果 %

由于不同的有机肥其原料来源不同，会影响重铬酸钾氧化还原反应程度，无法确定氧化还原反应是否完全。此外，氧化校正系数和碳系数统一为1.5和1.724，会带来较大误差，如果直接用有机碳含量表征有机质含量将更具有直观意义。

仪器法具有快速简便、对环境友好、准确度高、精密度好等优点，可应用于有机-无机复混肥、有机肥、含腐殖酸有机肥、腐殖酸等有机质含量的测定。