检测土壤中阳离子交换量的方法研讨

张艳丽 宋保军 孟新立

(鹤壁市农产品检验检测中心，鹤壁 458030)

测定土壤中阳离子方法，国内标准及相关发表的论文介绍有3种方法，分别是中性土壤阳离子交换量和交换性盐基的测定法[1]、石灰性土壤阳离子交换量的测定法[2]和森林土壤阳离子交换量的测定法[3]。2017年颁布的环境保护行业标准《土壤 阳离子交换量的测定 三氯化六氨合钴浸提-分光光度法》(HJ 889-2017)采用了三氯化六氨合钴作为浸提剂提取土壤阳离子，直接分光光度法测定法，这个方法简单，2个小时可以完成1批样[4]，省时、省力、省耗材，方法优势很多。就这个方法，近期也有一些论证论文发表[4-6]，但是，这个方法在实际应用时也发现了的一些问题，比如浸提剂用量大、酸性样品结果值低一半、样品吸光度值比空白值高、精密度差、吸光度值不稳定等，本试验对该方法进行了优化，优化后的方法用试剂量减一半，更为重要的是结果更准确、稳定，精密度也很好。

1 试验部分

1.1 仪器

紫外分光光度计(UV1700，日本岛津)；调速多用振荡器(HY-4，金坛市杰瑞尔)；离心机(GB-21M，湖南湘仪)；孔径1.7mm(10目)尼龙筛；电子分析天平(LE104E，上海梅特勒-托利多)。

1.2 试剂

优级纯三氯化六氨合钴，准确称取4.458g三氯化六氨合钴溶于水中，定容至1000mL，4℃低温保存。

实验用水为电导率小于0.5μS/cm的去离子水。

1.3 仪器工作条件

紫外分光光计配备10mm光程比色皿，波长475nm测量试样吸光度值。

1.4 试验方法

将风干样品过10目尼龙筛，充分混匀。称取3.0g混匀后的样品，置于50mL离心管中，加入25.0mL三氯六氨合钴溶液，稍微振荡后测试pH值，如果是酸性土，用1mol/L氢氧化钠溶液调节样品溶液为pH7-8，旋紧离心管密封盖，置于振荡器上，在20±2℃条件下振荡60±5min，调节振荡频率，使土壤浸提液混合物在振荡过程中保持悬浮状态。以4000r/min离心10min，过慢速滤纸或过0.22μm针式滤器于比色皿中，24h内完成分析。

2 结果与讨论

2.1 前处理条件的优化

2.1.1浸提剂量的选择

称取3.5g土壤样品加入50.0mL三氯化六氨合钴溶液，很多实验室的离心机只能放50mL离心管，加入50mL三氯化六氨合钴溶液后，无法振荡，只能先放到三角瓶内，振荡后转移到离心管中，进行离心，增加了洗刷工作量。分别称取2.5g土壤加50mL浸提液；与3.0g土壤，加入25.0mL浸提液，进行了浸提液量的试验，土壤样品用GBW07413、GBW07414标准物质来代替，试验结果见表1。

表1 不同浸提剂量的结果

试验证明，称取3.0g[5]土壤加入25.0mL浸提液，结果符合标准要求。10g三氯化六氨合钴价格千元1瓶，只能配2.0L溶液，1个样品加入50mL浸提溶液，能做400个样品，改进后只需要加25.0mL浸提液, 可以做800个样品，浸提液的用量减少一半，试剂成本降了一半。还可以直接振荡离心，无需转移，节省玻璃器皿的使用。

2.1.2室温的选择

标准上规定在振荡器上振荡时，在20±2℃条件下振荡60±5min。选择了3种不同温度下振荡，试验结果见表2，发现室温下振荡不会影响结果，不用开设空调等降温设备，节省试验用电量。

表2 不同温度下振荡的试验结果

2.1.3酸性土壤质控样值低一半

试验过程中出现酸性土壤质控样低一半，这是因为土壤胶体微粒表面的羟基(OH)的解离受介质pH值的影响，当介质pH值降低时，土壤胶体微粒表面所负电荷也减少，其有效态阳离子交换量也降低。由于三氯化六氨合钴土壤悬浮液的pH值与水悬浮液的pH值接近，所以称取土壤样品，加入浸提剂后，可以用pH试纸或pH计测试pH值，如果是酸性土，用1mol/L氢氧化钠溶液调节样品溶液为pH7～8，然后按1.3试验方法来进行，所测的CEC值是准确的。

2.1.4空白值低

用实验用水代替土壤做空白试样制备时，加3.5g纯水再加50mL浸提剂，吸光度值较低，这样计算出来的质控样偏低，有时空白试样的吸光度值比样品吸光度值还要低，结果出现负值；这是因为三氯化六氨合钴的浓度被稀释，吸光度值降低。参照ISO23470与《土壤 阳离子交换量的测定 三氯化六氨合钴浸提-分光光度法》(征求意见稿)应该直接用三氯化六氨合钴溶液当空白，记录吸光度值。

2.1.5吸光度值不稳定

离心后，收集上清液于比色管中，上紫外分光光度测定。当离心液中有悬浮杂质时，吸光度值会不稳定，无法记录吸光度值，还会出现同一上清液测2～3次，每次都不一样的情况，可用玻璃漏斗加慢速滤纸，进行过滤后测定。

2.1.6样品精密度差

测定土壤样品时，发现同一样品测定6次，精密度在10%以上，用慢速滤纸过滤滤液后测定，重现性较好，试验选择了慢速滤纸与0.22μm针式滤器进行测试，发现0.22μm针式滤器效果最好，能完全过滤土壤悬浮液中的杂质，精密度RSD小于1.0%，只是成本要比滤纸高。试验结果见表3。

表3 过滤纸与针式滤器的结果

2.2 标准曲线和检出限

2.2.1标准曲线

分别移取1.66cmol/L三氯化六氨合钴溶液0.00mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、7.00mL、9.00mL于6个10mL容量瓶中，分别用水稀释至标线，三氯化六氨合钴的浓度为0.000cmol/L、0.166cmol/L、0.498cmol/L、0.830cmol/L、1.16cmol/L、1.49cmol/L。用10mm比色皿在波长475nm处，以水为参比，分别测量吸光度。以标准系列溶液中三氯化六氨合钴溶液的浓度(cmol/L)横坐标，以其对应吸光度为纵坐标，建立标准曲线。

2.2.2检出限[6]

测试检出限按照《环境监测 分析方法标准制修订技术导则》(HJ168-2010)中，附录A.1.2分光光度法进行测试。在没有前处理的情况下，以扣除空白值后的与0.01吸光度相对应的浓度值为检出限。

用下方法计算：

MDL=0.01/b

式中：b——回归直线斜率。

2.2.3方法检出限

方法检出限(cmol/L/kg)=检出限×3×V÷m，若称样量3.0g，加入浸提液25.0mL，那么该方法检出限=检出限×3×25.0÷3.0。

2.2.4方法测定下限

方法测定下限：以4倍方法检出限为测定下限，检出限和测定下限见表4。

表4 检出限和测定下限

2.3 精密度试验

选用标准物质GBW07413、GBW07414进行6次测试，分别取上清液用慢速滤纸与0.22um针式滤器进行过滤，相对标准偏差在2%以下，过针式滤器后的相对相差能控制在1%以下，结果见表5

表5 精密度试验结果

2.4 实际样品测定

按试验方法测定1、2、3号土壤，同时做质控样GBW07413、GB07414，每个样品平行测定6次，滤液均用0.22μm针式滤器后，上机测定，结果及相对标准偏差见表6。

表6 样品分析结果及质控样

3 结论

本方法针对测试过程中出现的浸提液用量大；酸性土壤CEC值偏低一半；空白吸光度值低、稳定性差、精密度差等问题，在保证数据结果准确的前提下，减少浸提液的用量，试剂的成本降低一半，用氢氧化钠调节pH值来解决酸性土壤值偏低的问题，用滤纸或针式滤器解决了精密度差，稳定性差的问题，成本低，方法快速简单，实用性强，极大提高了检测数据的准确性与重现性。