K1100凯氏自动定氮仪测定土壤中阳离子交换量

乔英英，杨佳

摘 要：文中采用乙酸铵处理，K1100凯氏自动定氮仪自动蒸馏法蒸馏测定土壤中阳离子交换量，并用国家标准物质进行方法试验，空白值低，测定结果稳定，重复性好，且标准偏差相对标准偏差均符合标准要求，获得了满意的结果。

关键词：凯氏自动定氮仪；土壤；阳离子交换量；

土壤阳离子交换量( Cation Exchange Capacty 简称CEC) ，是指土壤胶体所能吸附的各种阳离子的总量，是评价土壤保肥能力、缓冲性能、水稳定性等性能的重要指标，在土壤环境质量评价及环境监测重要监测项目^[5]。通过对土壤中的阳离子交换量进行测定，不仅能够充分的了解到土壤受到损害的程度，还能够对各种土壤进行优化指导，合理分类^[1]，并对土壤改善问题提供一定的依据^[3]。

在常规分析方法中，土壤阳离子的测定，蒸馏耗时较长，极易造成样品的损失使测定结果偏低，且滴定终点易受土壤样品浸出液颜色干扰，有时难于观察^［2-3］。将凯氏定氮仪用于土壤阳离子的测定，具有滴定灵敏度高、蒸馏效率高、分析速度快、实验重现性好等优点。本文着重从样品预处理、样品蒸馏时间及溶液酸度控制几个方面，对方法进行试验，确定合适的蒸馏条件，取得了较满意的结果。

1 试验部分

1.1 仪器设备及试剂

1.1.1 仪器与设备

转速3000～4000r/min 的电动离心机(50mL刻度离心管)；K1100凯氏自动定氮仪，凯氏管( 与定氮仪配套使用)，橡皮头玻璃棒；SH220F石墨消解仪（温度大于400℃）；电子天平（感量0.1mg）。

1.1.2 材料与试剂

20g/L的硼酸指示剂溶液（PH为4～5），20g硼酸溶于950mL去离子水中，加入甲基红-溴甲酚绿混合指示剂20mL，用稀酸或稀碱调节至呈现紫红色，加水定容到1L；氧化镁，500℃烘干30min，冷却后贮于密闭玻璃器皿中；1mol/L乙酸铵溶液（PH7.0），77.09g乙酸铵，用去离子水溶解并稀释至950mL，用稀乙酸或1:1氨水调至PH7.0，定容到1L；95%乙醇溶液；0.02mol/L盐酸标准溶液，用基准无水碳酸钠准确标定；PH10缓冲溶液；K-B指示剂；纳氏试剂。

1. 2 试验方法

1.2.1 方法原理

土壤中的阳离子测定主要包括样品前处理和蒸馏滴定两部分。以1mol/L乙酸铵溶液作为交换剂反复处理土壤，将NH4⁺充分浸渍在土壤中，使土壤达到铵离子饱和状态^[4]，接着利用乙醇溶液洗去过量的乙酸铵并交换出NH4⁺，将样品转入凯氏管中，加入固体氧化镁, 进行定氮蒸馏，蒸馏出的氨用硼酸溶液吸收, 并用盐酸标准溶液滴定, 根据NH4⁺的量计算土壤阳离子交换量。

1.2.2 试样处理

称取过1mm 筛孔的风干土样2.00g于离心杯中，加入60mL 1mol/L乙酸铵溶液用橡皮头玻璃棒搅拌均匀后离心（转速为3000～4000r/min），弃去上清液（若要测定交换性盐基时，将每次离心后的清液收集在250 mL容量瓶中，用1mol/L乙酸铁溶液定容后用于测定交换性盐基）。如此反复进行3～4次，直到上清液检验无钙离子。往载土的离心管中加人乙醇约60mL，也按上述步骤重复3～4次，直到用纳氏试剂检验无铵离子存在方可进行测定。将交换完成的样品，用去离子水转移到凯氏管中（控制样品体积在50mL～60ml），加入2 mL液状石蜡和1g 氧化镁于凯式定氮仪上进行蒸馏滴定。

3 结果与讨论

3.1样品洗涤次数及结果判定

在样品预处理中，须分别将试样反复用乙酸铵和乙醇溶液洗至无钙离子和无NH4⁺离子。钙离子检验方法：取离心分离后提取液5ml加入PH 10缓冲液1 ml和少许K-B指示剂，如呈蓝色即表示无钙离子；NH4⁺离子检验方法：取少量离心液于白瓷板上, 加1滴纳氏试剂,如无黄色产生表示无NH4⁺离子存在。通过多次试验得知，一般土壤中钙离子、NH4⁺离子洗涤3次即可完成, 个别样品根据实际情况需增加洗涤次数，为提高检测速率, 建议可适当减少样品称样量。

3.2 仪器蒸馏条件的选择

3.2.1 蒸馏时间的选择

试样蒸馏时间决定试样中铵离子是否蒸馏完全，直接影响测定结果。通过多次试验，当试样蒸馏时间在5min时，试样中已完成交换的铵离子基本全部从土壤中蒸馏出来，并被硼酸溶液吸收。因此，本次试验中均采用5min蒸馏时间。

3.2.2 蒸馏碱度的控制

处理完全的试样，应加入2 mL液状石蜡和1g 氧化镁并快速置于凯式定氮仪上进行蒸馏滴定，以防气态氨损失，经加热蒸馏出的氨被20mL硼酸溶液吸收后,生成硼酸二氢铵而固定，并用标准盐酸溶液准确滴定。但在蒸馏过程中只能用氧化镁，不能用氢氧化钠， 因其碱性过强, 能碱解土壤中部分有机态氮素成按态氮，使测定结果偏高。

3.3 空白试验

将乙酸铵空白溶液进行6 次空白实验的平行测定，结果如下表1 所示。

表1 空白实验数据

序 号	测定值（cmol/kg）
空白1	0.0000
空白2	0.0000
空白3	0.0000
空白4	0.0000
空白5	0.0000
空白6	0.0000

3.4 方法准确度和精密度

采用五种不同含量水平的国家标准物质进行6次平行测定。分别计算其平均值、标准偏差、相对标准偏差等各项参数。计算结果如下表2 所示：

表2 不同含量水平标准样品实验数据的精密度和准确度

测定次数	ASA1a	ASA2a	ASA4a	ASA-8	ASA-9
PH	6.80	8.15	6.08	8.61	8.50
1	21.4	12.6	18.7	13.3	9.4
2	21.4	12.4	18.3	13.5	9.2
3	21.5	12.2	19.0	13.3	9.2
4	21.2	12.5	18.8	13.6	9.4
5	21.4	12.4	18.4	13.2	9.6
6	21.2	12.4	18.3	13.4	9.2
平均值(cmol/kg)	21.4	12.4	18.6	13.4	9.3
参考值(cmol/kg)	21.6	12.8	19.0	13.8	9.6
标准偏差S（%）	0.12	0.13	0.29	0.15	0.16
相对标准偏差RSD（%）	0.57	1.07	1.58	1.10	1.75

从表中的实验数据可以看出，通过采用该方法对五种含量不同的国家标准物质进行平行试验，如上表2所示，测定结果稳定，重复性好，且标准偏差均小于0.5%，相对标准偏差也控制在2%以内，该方法具有更高的精密度。

4 结论

K1100型自动凯氏定氮仪能够用于测定土壤中阳离子交换量，适用于酸性、中性和碱性土壤的样品，通过滴定和自动蒸馏法能够快速准确地对其土壤样品中的阳离子交换量进行大量的测定和数据的分析。并且，该方法简便、快捷、精确，还能有效减少系统的误差。

参考文献：

[1] 周圆，卞世闻，张宇.凯氏定氮仪测定土壤阳离子交换量的方法改进[D]. 环境科学导刊，2015，34(06)：106-109.

[2] 窦蓓蕾，张沛，田渭花，杏艳，王舒婷.陕西地区土壤阳离子交换量(CEC) 测定方法研究[J]. 安徽农学通报，2015，21(22) ：65-66.

[3] 王黎明.土壤中阳离子交换量的快速测定-蒸馏法[J]. 宁夏农林科技，2012，53(09) ：156-160.

[4] 包农建，团良.EDTA- 铵盐快速法测定土壤中阳离子方法探讨[D]. 北方环境，2012,25（03）:0156-0158.

[5] 李艳荣，徐蕾.全自动淋洗-智能蒸馏联合技术检测土壤中阳离子交换量[D].环境监控与预警.第10 卷，第2 期.2018.03.

作者简介：

乔英英（1984-），女，陕西西安人，本科，工程师，研究方向：土壤、岩矿分析，环境保护及辐射监测。