有機碳測定的幾種方法

有機質(zhì)含量的計算有機質(zhì)含量的計算土壤中有機質(zhì)含量可以用土壤中一般的有機碳比例(即換算因數(shù))乘以有機碳百分數(shù)而求得。其換算因數(shù)隨土壤有機質(zhì)的含碳率而定。各地土壤有機質(zhì)組成不同，含碳量亦不一致，因此根據(jù)含碳量計算有機質(zhì)含量時，如果都用同一換算因數(shù)，勢必造成一些誤差。VanBemmelen因數(shù)為1.724,是假定土壤有機質(zhì)含碳58%計算的。然而許多研究指出，對許多土壤此因數(shù)太低，因此低估了有機質(zhì)的含量。Broadben(1953)概括了許多早期工作，確定換算因數(shù)為1.9和2.5,將分別選用于表土和底土。其它工作者發(fā)現(xiàn)(Ponomareva&Platnikova,1967),1.9?2.0的換算因數(shù)對于表層礦物土壤是令人滿意的。盡管這樣，我國目前仍沿用“VanBenmmelen因數(shù)”1.724。在國外常用有機碳而不用有機質(zhì)含量表示。土壤有機質(zhì)測定重鉻酸鉀容量法一一外加熱法土壤有機質(zhì)測定重鉻酸鉀容量法一外加熱法方法原理 在外加熱的條件下(油浴的溫度為180,沸騰5分鐘)，用一定濃度的重銘酸鉀一一硫酸溶液氧化土壤有機質(zhì)(碳)，剩余的重銘酸鉀用硫酸亞鐵來滴定，從所消耗的重銘酸鉀量，計算有機碳的含量。本方法測得的結(jié)果，與干燒法對比，只能氧化90%的有機碳，因此將得的有機碳乘以校正系數(shù)，以計算有機碳量。在氧化滴定過程中化學反應如下：2K2Cr2O7+8H2SO4+3Cf2K2SO4+2Cr2(SO4)3+3CO2+8H2OK2C2r2(27+6FeSO4-^K2SO4+Cr22(4SO4)23+3F(42(3SO4)23+71H20在^Oi-LtH2so4溶液中用Fez+滴定Cr2O,時：其滴定曲線的突躍范圍為1.22?0.85V。 2 27表3-4滴定過和中使用的氧化還原指劑有以下四種指示劑E0本身變色氧化一還原Fe2+滴定CrO2-27時的變色氧化一還原特點二苯胺0.76V深藍一無色深藍一綠須加H3PO4；近終點須強烈搖動：較難掌握二苯胺磺酸鈉0.85V紅色一無色紅紫一藍紫一綠須加H3PO4；終點稍難掌握342-羧基代二苯胺1.08V紫紅一無色棕一紅紫一綠不必加H3PO4；終點易于掌握34鄰啡羅啉1.11V淡藍一紅色橙一灰綠一淡綠一磚紅不必加H3PO4；終點易于掌握34從表3—4中，可以看出每種氧化還原指示劑都有自己的標準電位（E）,鄰啡羅啉（E=1.11V），2-羧基代二苯胺（E=1.08V），以上兩種氧化還原指示劑的標準電位（E），正落在滴定曲線突躍范圍之內(nèi)，因此，不需加磷酸而終點容易掌握，可得到準確的結(jié)果。例如：以鄰啡羅啉亞鐵溶液（鄰二氮啡亞鐵）為指示劑，三個鄰啡羅啉（CHN）分子與一個亞鐵離子絡合，形成紅色的鄰啡羅啉亞鐵絡合物，遇強氧化劑，2則變?yōu)榈{色的正鐵絡合物，其反應如下：[（CHN）Fe]3++e [（CHN）Fe]2+28淡藍 2823色 紅色滴定開始時以重鉻酸鉀的橙色為主，滴定過程中漸現(xiàn)Cn+的綠色，快到終點變?yōu)榛揖G色，如標準亞鐵溶液過量半滴，即變成紅色，表示終點已到。但用鄰啡羅啉的一個問題是指示劑往往被某些懸浮土粒吸附，到終占時顏色變化不清楚，所以常常在滴定前將懸濁液在玻璃濾器上過濾。從表3-4中也可以看出，二苯胺、二苯胺磺酸鈉指示劑變色的氧化還原標準電位（E）分別為0.76V、0.85V。指示劑變色在重鉻酸鉀與亞鐵滴定曲線突躍范圍之外。0因此使終點后移，為此，在實際測定過程中加入NaF或H3PO4絡合Fe3+，其反應如下： 34Fe3++2PO3- Fe（PO）3-Fe3++6F- [FeF]36加入磷酸等不僅可消除Fe3+的顏色，而且能使Fe3+/Fe2+體系的電位大大降低，從而使滴定曲線的突躍電位加寬，使二苯胺等指示劑的變色電位進入突躍范圍之內(nèi)。根據(jù)以上各種氧化還原指示劑的性質(zhì)及滴定終點掌握的難易，推薦應用2-羧基二苯胺。價格便宜，性能穩(wěn)定，值得推薦采用。主要儀器油浴消化裝置（包括油浴鍋和鐵絲籠）、可調(diào)溫電爐、秒表、自動控溫調(diào)節(jié)器。試劑0.008mol-L-1（1/6K2Cr2O7）標準溶液。稱取經(jīng)130℃烘干的重鉻酸鉀（K2Cr2O7,GB642-77,分析純）39：2245g溶于水中，定容于1000ml容量瓶中。。2（2）H2sO4。濃硫酸（H2sO4,GB625-77,分析純）。（3）0：2mol?L-FesO/溶液。稱取硫酸亞鐵（FeSO4?7HO，GB664-77,分析純）56.0g溶于水中，加"濃硫酸5mL,稀釋至1mL。 4 2（4）指示劑①鄰啡羅啉指示劑：稱取鄰啡羅啉（GB1293-77,分析純）1.485g）與FeSO4?7H2O0.695g,溶于100mL水中。②2-羧基代二苯胺（O-phenylanthranilicacid,又名鄰苯氨基苯甲酸，CHON））指示劑：稱取0.25g試劑于小研缽中研細，然后倒入100mL小燒杯中71加入0.18mol-L-1NaOH溶液12mL,并用少量水將研缽中殘留的試劑沖洗入100mL小燒杯中，將燒杯放在水浴上加熱使其溶解，冷卻后稀釋定容到250mL,放置澄清或過濾，用其清液。Ag2sO4。硫酸銀（Ag2sO4,HG3-945-76,分析純），研成粉末。SiO。二氧化硅（SiO,Q/HG22-562-76,分析純），粉末狀。操作步驟 稱取通過20.149mm（100目）篩孔的風干土樣0.1?1g（精確到0.000鬼），放入一干燥的硬質(zhì)試管中，用移液管準確加入0.8000mol-L-1（1/6KCrO）標準溶液5mL（如果土壤中含有氯化物需先加入AgSO0.1g）,用注射器加入濃HSO5mL充分搖勻，管口蓋上彎頸小漏斗，以冷凝蒸出之水汽。 24將8?10個試管放入自動控溫的鋁塊管座中（試管內(nèi)的液溫控制在約170℃）,[或?qū)??10個試管盛于鐵絲籠中（每籠中均有1?2個空白試管），放入溫度為185?190℃的石蠟油鍋中，要求放入后油浴鍋溫度下降至170?180℃左右，以后必須控制電爐，使油浴鍋內(nèi)始終內(nèi)維持在170?180℃],待試管內(nèi)液體沸騰發(fā)生氣泡時開始計時，煮沸5min,取出試管（用油浴法，稍冷，擦凈試管外部油液）。冷卻后，將試管內(nèi)容物傾入250mL三角瓶中，用水洗凈試管內(nèi)部及小漏斗，這三角瓶內(nèi)溶液總體積為60?70mL,保持混合液中（1/2HSO）濃度為2?3mol-L-1,然后加入2-羧基代二苯胺指示劑12?15滴，此時溶液呈棕紅色。用標準的0.2mol?L-1硫酸亞鐵滴定，滴定過程中不斷搖動內(nèi)容物，直至溶液的顏色由棕紅色經(jīng)紫色變?yōu)榘稻G（灰藍綠色），即為滴定終點。如用鄰啡羅啉指示劑，加指示劑2?3滴，溶液的變色過程中由橙黃一藍綠一磚紅色即為終點。記取FeSO滴定毫升數(shù)（V）。每一批4（即上述每鐵絲籠或鋁塊中）樣品測定的同時，進行2?3個空白試驗，即取0.500g粉狀二氧化硅代替土樣，其他手續(xù)與試樣測定相同。記取FeSO4滴定毫升數(shù)（V），取其平均值。結(jié)果計算土壤有機碳（g?kg-1）=式中：c——0.8000mol?L-1（1/6KCrO）標準溶液的濃度；2 275——重鉻酸鉀標準溶液加入的體積（mL）；V——空白滴定用去FeSO4體積（mL）；V0——樣品滴定用去FeSO4體積（mL）；43.0——1/4碳原子的摩爾質(zhì)量（g-mol-1）；10-3——將mL換算為L;1.1——氧化校正系數(shù)；m——風干土樣質(zhì)量（g）；k——將風干土樣換算成烘干土的系數(shù)。注釋：注1.含有機質(zhì)高于50g?kg-1者，稱土樣0.1g,含有機質(zhì)高于20?30g?kg-1者，稱土樣0.3g,少于20g?kg-1者，稱土樣0.5g以上。由于稱樣量少，稱樣時應用減重法以減少稱樣誤差。注2.土壤中氯化物的存在可使結(jié)果偏高。因為氯化物也能被重鉻酸鉀所氧化，因此，鹽土中有機質(zhì)的測定必須防止氯化物的干擾，少量氯可加少量AgSO,使氯根沉淀下來（生成AgCl）。Ag2SO4的加入，不僅能沉淀氯化物，而且有促進有機質(zhì)分解的作用。據(jù)研究，當使用AgSO時，校正系數(shù)為1.04,不使用AgSO時校正系數(shù)為1.1。Ag2SO的用量不能太多，4約加0.1g，否則生成人眼呼7沉淀，4影響滴定。 2 227在氯離子含量較高時，可用一個氯化物近似校正系數(shù)1/12來校正之，由于Cr2O7-1與Cl-1及C的反應是定量的：27 CrO2-+6Cl-1+14H+f2Cn++3Cl+7HO2占O2-+3C+16H+f4Cr3+3CO+8HO由上二個反應式可知C/4Cl-1=12/4X35.5&/122土壤含碳量（g?kg-1）二未經(jīng)校正土壤含碳量（g?kg-1）-此校正系數(shù)在Cl:C比為5:1以下時適用。注3.對于水稻土、沼澤土和長期漬水的土壤，由于土壤中含有較多的Fe2+、Mn2+及其它還原性物質(zhì)，它們也消耗KCrO，可使結(jié)果偏高，對這些樣品必須在測定前充分風干。一般可把樣品磨細后,2鋪成薄薄一層，在室內(nèi)通風處風干10天左右即可使Fe2+全部氧化。長期漚水的水稻土，雖經(jīng)幾個月風干處理，樣品中仍有亞鐵反應，對這種土壤，最好采用鉻酸磷酸濕燒——測定二氧化碳法（見3.2.2）。注4.這里為了減少0.4mol-L-1（1/6K2Cr2O7）—H2sO4溶液的黏滯性帶來的操作誤差，準確加入0.800mol?L-i（1/6KCrO）水溶液5mL及濃HSO5mL,以代替0.4mol?L-1（1/6KCrO）溶液10mL。在測定石灰性土壤樣品時4,也必須慢2 27慢加入KCrO—HSO溶液，以防止由于碳酸鈣的分解而引起激烈發(fā)泡。注52.最好不采用植物油，因為它可被重鉻酸鉀氧化，而可能帶來誤差。而礦物油或石蠟對測定無影響。油浴鍋預熱溫度當氣溫很低時應高一些（約200℃）。鐵絲籠應該有腳，使試管不與油浴鍋底部接觸。注6.用礦物油雖對測定無影響，但空氣污染較為嚴重，最好采用鋁塊（有試管孔座的）加熱自動控溫的方法來代替油浴法。注7.必須在試管內(nèi)溶液表面開始沸騰才開始計算時間。掌握沸騰的標準盡量一致，然后繼續(xù)消煮5min,消煮時間對分析結(jié)果有較大的影響，故應盡量記時準確。注8.消煮好的溶液顏色，一般應是黃色或黃中稍帶綠色，如果經(jīng)綠色為主，則說明重鉻酸鉀用量不足。在滴定時消耗硫酸亞鐵量小于空白用量的1/3時，有氧化不完全的可能，應棄去重做有機物的測定重鉻酸鉀容量法一一稀釋熱法重鉻酸鉀容量法一稀釋熱法方法原理 基本原理、主要步驟與重鉻酸鉀容量法（外加熱法）相同。稀釋熱法（水合熱法）是利用濃硫酸和重鉻酸鉀迅速混合時所產(chǎn)生的熱來氧化有機質(zhì)，以代替外加熱法中的油浴加熱，操作更加方便。由于產(chǎn)生的熱，溫度較低，對有機質(zhì)氧化程度較低，只有77%。試劑1mol?L-i（1/6KCr07）溶液。準確稱取K/r2（分析純，105℃烘干）49.04g,溶于水中，稀釋至工。 2270.4mol?L-i（1/6K2Cr2O7）的基準溶液。準確稱取K2Cr2O7（分析純）（在130℃烘3h） 19.6132g于250mL烽杯中，以少量水溶解，將全部洗入1000mL容量瓶中，加入濃H2s04約70mL,冷卻后用水定容至刻度，充分搖勻備用［其中含硫酸濃度約為2.5m°l?L-1（1/2H2SO4）］。0.5mol-L-1FeSO4溶液。稱取FeSO4?7H20140g溶于水中，加入濃H2s0415mL，冷卻稀釋至1L或稱取Fe（NH4）2（SO4）2?6H2O196.1g溶解于含有200mL濃H2SO4的800mL水中，稀釋至也。此溶液的準確濃度以0.4m°l4?L-i（1/6KCrO）的基準溶液標定之。即準確分別吸取3份2 270.4mol?L-1（1/6K2Cr2O7）的基準溶液各25mL于150mL三角瓶中，加入鄰啡羅啉指示劑2?3滴（或加72羧基代二苯胺12?15滴），然后用0.5mol?L-FeSO4溶液滴定至終點，并計算出的準FeSO確濃度。硫酸亞鐵（FeSO）溶液在空氣中易被氧化，需新鮮配制或以標準的K2Cr2O7溶液每天標定之。4其他試劑同3.2.1.3中（4）、（5）、（6）。3.2.2.3操作步驟 準確稱取0.5000g土壤樣品（注1）于500mL的三角瓶中，然后準確加入1mol?L-1（1/6KCrO）溶液10mL于土壤樣品中，轉(zhuǎn)動瓶子使之混合均勻，然后加濃HSO20mL：將三角瓶緩緩轉(zhuǎn)動1min,促使混合以保證試劑與土2 4壤充分作用，并在石棉板上放置約30min,加水稀釋至250mL，加2羧基代二苯胺12?15滴，然后用0.5mol?L-1FeSO4標準溶液滴定之，其終點為灰綠色?；蚣??4滴鄰啡羅啉指示劑，用0.5mol?L-1FeSO標準溶液滴定至近終點時溶液顏色由綠變成暗綠色，逐漸加入FeSO直至生成磚紅色為止。用同樣的方法做空白測定（即不加土樣）;如果KCrO被還原的量超過75%,則須用更少的土壤重做。2 273.2.2.4結(jié)果計算土壤有機碳（g?kg-1）=土壤有機質(zhì)（g?kg-1）二土壤有機碳（g?kg-1）*1.724式中：1.33——為氧化校正系數(shù)；c——為0.5mol?L-1FeSO標準溶液的濃度;其他各代號和數(shù)字的意義同3.2.1.50注釋：注1.泥碳稱0.05g,土壤有機質(zhì)含量低于10g?kg-1者稱2.0g。土壤有機碳不同測定方法的比較和選用土壤有機碳不同測定方法的比較和選用關于土壤有機碳的測定，有關文獻中介紹很多，根據(jù)目的要求和實驗室條件可選用不同方法。經(jīng)典測定的方法有干燒法（高溫電爐灼燒）或濕燒法（重鉻酸鉀氧化），放出的CO2，一般用蘇打石灰吸收稱重，或用標準氫氧化鋇溶液吸收，再用標準酸滴定。2用上述方法測定土壤有機碳時，也包括土壤中各元素態(tài)碳及無機碳酸鹽。因此，在測定石灰性土壤有機碳時，必須先除去CaCO。除去CaCO的方法，可以在測定前用亞硫酸處理去除之，或另外測定無機碳和總碳的含量3，從全碳結(jié)果中減去無機碳。干燒法和濕燒法測定CO的方法均能使土壤有機碳全部分解，不受還原物質(zhì)的影響，可獲得準確的結(jié)果，2可以作為標準方法校核時用。由于測定時須要一些特殊的儀器設備，而且很費時間，所以一般實驗室都不用此法。近年來高溫電爐灼燒和氣相色譜裝置相結(jié)合制成碳氮自動分析儀，已應用于土壤分析中，但由于儀器的限制，所以未能被廣泛采用。目前，各國在土壤有機質(zhì)研究領域中使用得比較普遍的是容量分析法。雖然各種容量法所用的氧化劑及其濃度或具體條件有差異，但其基本原理是相同的。使用最普遍的是在過量的硫酸存在下，