三氯化六氨合钴浸提法测定土壤阳离子交换量的方法验证

陈亚慧，黄超

（合肥市环境监测中心站，安徽合肥 230031）

土壤阳离子交换量（CEC）是指土壤胶体所能吸附各种阳离子的总量，以cmol+/kg表示。它可以表征土壤胶体颗粒吸附能力的大小，CEC大则吸附力强。在阳离子交换能力强的土壤中，重金属很容易被土壤吸附，其迁移能力降低，污染扩散的可能性降低。同时，CEC 还是评价土壤保肥、供肥和缓冲能力的重要标志，对提高肥力、改良土壤及治理土壤污染有重要作用[1]。

目前，开展土壤环境质量监测是国务院确定的新时期环境保护的一项重要任务。《安徽省2020年国家网土壤环境监测工作方案》中安徽省124 个土壤监测点位，土壤阳离子交换量作为评价土壤理化性质的重要指标之一，是每个点位的必测指标。方案中指出，阳离子交换量测定方法推荐使用《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），等效方法分别为《森林土壤阳离子交换量的测定》（LY/T 1243-1999）、《中性土壤阳离子交换量和交换性盐基的测定》（NY/T 295-1995）、《土壤检测第5 部分：石灰性土壤阳离子交换量的测定》（NY/T 1121.5-2006）。本文采用方案推荐方法，即三氯化六氨合钴浸提-分光光度法，依据国标及实验室方法验证的具体操作步骤及要求，开展实验室土壤阳离子交换量的测定。通过检出限、测定下限、准确度、精密度具体指标的测定，以验证实验室能够正确应用该标准方法，开展土壤检测；同时特别指出做样过程中的一些注意事项，与各地、市监测站同行进行交流，为开展土壤监测做好技术支撑。

1 实验部分

1.1 实验原理

（20±2）℃下，用三氯化六氨合钴溶液作为浸提液浸提土壤，土壤中的阳离子被三氯化六氨合钴交换下来进入溶液。三氯化六氨合钴在475 nm 处有特征吸收，吸光度与浓度成正比。根据浸提前后浸提液吸光度差值，计算土壤阳离子交换量。

1.2 仪器与试剂

UV-2600 分光光度计，岛津；振荡器；离心机；分析天平，梅特勒；尼龙筛；比色管；100 mL圆底离心管等。

三氯化六氨合钴溶液：c[Co（NH3）6Cl3]=1.66 cmol/L，4℃低温保存，三氯化六氨合钴试剂为纯度大于99%的优级纯；土壤有效成分分析质控样品：编号HTSB-4、HTSB-6。纯水，自制，电导率0.07 μS/cm。

1.3 试验方法

1.3.1 水分的测定

测定土壤CEC 之前，依据HJ 613-2011[2]对土壤水分含量进行测定。

1.3.2 CEC的测定

将风干样品过尼龙筛，充分混匀。称取3.5 g 混匀后的样品，置于100 mL 离心管中，加入50.0 mL三氯化六氨合钴溶液，旋紧离心管密封盖，置于振荡器上，（20±2）℃下振荡（60±5）min，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4 000 r/min 离心10 min，收集上清液于比色管中，采用10 cm比色皿，在475 nm 处，以纯水为参比，24 h 内完成分析，并按照以下公式进行计算：

式中：A0—空白试样吸光度；A—试样吸光度或校正吸光度；V—浸提液体积，mL；3—[Co（NH3）6]3+的电荷数；b—标准曲线斜率；m—取样量，g；Wdm— 土壤样品干物质含量，%。

特别需要注意，当土壤中溶解的有机质含量较多时，在475 nm处也有吸收，故影响土壤阳离子交换量的测定，可同时在试样380 nm 处测定吸光度来校正可溶有机质的干扰，即试样校正吸光度为：A校正=1.025A475nm-0.205A380nm。本文对土壤试样检测的吸光度均为校正后的吸光度。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线

依次量取三氯化六氨合钴标准使用液0 mL、1.00 mL、3.00 mL、5.00 mL、7.00 mL、9.00 mL 于 6 个10 mL 比色管中，并用纯水稀释至刻度线，摇匀，即得一条三氯化六氨合钴浓度分别为0 cmol/L、0.166 cmol/L、0.498 cmol/L、0.830 cmol/L、1.16 cmol/L、1.49 cmol/L 的标准曲线系列。采用10 cm 比色皿，在475 nm 处，以纯水为参比，依次测量各点的吸光度，并以三氯化六氨合钴浓度为横坐标，其对应吸光度为纵坐标绘制曲线。本文共做了3条曲线，所得吸光度值及曲线结果如表1。

表1 三氯化六氨合钴与吸光度的线性测量结果

上述实验结果表明，三氯化六氨合钴浓度为0～1.49 cmol/L范围内与吸光度值呈现出较好的线性关系，3次曲线相关系数都高达0.999 9，满足方法标准质量保证与质量控制中对相关系数不应小于0.999 0 的规定，同时比较3 次曲线斜率可以发现，无明显差别，基本为0.570左右。

2.2 检出限及测定下限

方法的检出限（MDL）指的是方法的最小检出浓度，是实验室质量控制的一个重要参数。本文采用空白标准差来计算检出限的值，根据环境监测技术导则[3]规定，若空白试验中未检测出目标物质，则对浓度或含量为估计方法检出限2～5 倍样品进行n（n≥7）次平行测定。计算n 次平行测定的标准偏差，按公式（1）计算方法检出限，并以4倍检出限作为测定下限。

为了得到方法检出限（0.8 cmol+/kg）2～5 倍土壤样品，本实验采用阳离子交换量为（9.30±0.39）cmol+/kg（编号HTSB-4）的有证标准物质土壤与石英砂（实验室验证其阳离子交换量为0.8 L cmol+/kg）混合制备土壤样品，混合配比为3∶4，即3.5 g土壤中含有1.5 g标土与2 g石英砂，以保证砂土混合样土壤阳离子交换量为4.0 cmol+/kg 左右，平行测定 8 次，计算出样品 CEC 的值，并通过查表可知 t（7，0.99）=2.998，计算出检出限及测定下限，具体数值见表2。

表2 方法检出限、测定下限测定数据

由表2 可知，通过测定8 次空白计算得出方法检出限为0.6 cmol+/kg，测定下限为2.4 cmol+/kg ，其数值小于方法标准给出的检出限0.8 cmol+/kg，测定下限3.2 cmol+/kg，表明本次测定结果符合标准方法的要求。

2.3 准确度与精密度的测定

对土壤有效成分分析质控样品（编号为HTSB-4、HTSB-6）分别进行6 次平行测定，计算出平均值AVE、标准偏差SD、相对标准偏差CV，考查本实验的准确度和精密度，结果见表3。

表3 方法准确度和精密度实验测量结果

方法准确度又称为方法正确度，也指测量结果与真实值之间的符合程度。本实验室通过对两种不同浓度的土壤样品进行测定，由表3 可知，HTSB-4 真值为9.30±0.39 cmol+/kg，测定结果为9.4 cmol+/kg;HTSB-6 真值为5.6±0.8 cmol+/kg，测定结果为5.3 cmol+/kg，两个编号的土壤样品测量结果均符合质控要求。

方法精密度是测试人员检测过程所获得测试结果的稳定水平，是对某种试样反复多次测定所得数据之间的重复程度。在三氯化六氨合钴浸提法（HJ 889-2017）中并未提及该方法具体的精密度要求，但是在等效方法《森林土壤阳离子交换量的测定》[4]明确指出，当CEC≤10 cmol+/kg 时，其相对标准偏差应≤10%。由表3 可知，本实验对两个编号土壤样品进行6 次测定，其相对标准偏差分别为2.8%及6.8%，该结果满足方法精密度要求，表明方法测定结果重复性良好。

2.4 测定实例

为深入了解采用三氯化六氨合钴浸提－分光光度法测定土壤阳离子交换量，我们选取实地采样，供试土壤采自合肥市创新产业园周边草地，将采集的0～20 cm表层土壤样品经风干后过10目筛备用。其基本理化性质为：黄棕色块状土壤，pH值6.85，含水率17%，有机质含量17.53 g/kg，采用三氯化六氨合钴浸提-分光光度法测定该土壤阳离子交换量，具体数据如表4。

表4 实际土壤测量结果

由表4可知，通过对实际土壤6次测定，其标准偏差和相对标准偏差分别为0.37和2.1%，其数值与表3中两种标土的标准偏差及相对标准偏差无显著性差异，说明采用三氯化六氨合钴浸提—分光光度法测定实际土壤阳离子交换量非常稳定，表现出较好的准确度和精密度。

在采用三氯化六氨合钴浸提—分光光度法测定土壤阳离子交换量实验中，为了保质保量完成实验，笔者认为实验过程中以下几点需特别注意：

（1）待测土壤应为自然风干样品，且粒径小于1.7 mm（过10目尼龙筛）。

（2）保证土壤浸提液与土壤的充分振荡：一方面振荡时间要保证有60±5 min，另一方面离心管要采用圆底离心管，并保证振荡过程中土壤浸提混合物保持悬浮状态，谨防土壤沉积，与浸提液分层，振荡不充分。

（3）土壤浸提液混合物振荡结束后，离心取上清液，该上清液需在24 h内完成比色分析。

（4）若土壤有机质较高，比色时需采用475 nm 以及380 nm 双波长比色，并采用公式A=1.025A475-0.205A380 来校正吸光度，以此来消除土壤有机质对土壤阳离子交换量测定的影响。

（5）土壤浸提液，即三氯化六氨合钴溶液储存条件为4℃低温保存。

3 结论

实验室对《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）进行了方法验证，通过检测结果和方法标准比对，我们发现：三氯化六氨合钴在浓度为0～1.49 cmol/L范围内与吸光度值呈现出较好的线性关系，3次曲线相关系数都高达0.999 9。实验室采用标土HTSB-4 与石英砂（比例为3∶4）均匀混合，分别测定7次，算得检出限为0.6 cmol+/kg，小于方法标准中规定0.8 cmol+/kg，测定下限为2.4 cmol+/kg，小于方法标准3.2 cmol+/kg，符合要求。实验室对土壤阳离子交换量为9.30±0.39 cmol+/kg的有证标准样品（编号为HTSB-4）以及5.6±0.8 cmol+/kg 的有证标准样品（编号HTSB-6）进行6次测定，测得均值分别为9.4 cmol+/kg和5.3 cmol+/kg，均在真值范围内，其相对偏差分别为2.8%及6.8%，满足方法标准平行样相对标准偏差为±10%的规定，符合实验室技术指标要求。实验室对实际土壤平行测定6次，相对偏差为2.1%。该方法有良好的准确度和精密度，测量实际样品稳定性好。

综上，实验室采用三氯化六氨合钴浸提－分光光光度法开展土壤阳离子交换量的测定，其实验室技术方法成熟，各项参数均达到方法标准要求。本实验室能够正确应用该标准方法开展土壤检测。