主题:【第十二届原创】令人崩溃的土壤阳离子检测

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zyl3367898
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鹤壁农检联合队发表于:2019/07/01 06:52:36 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复
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7月二等奖

令人崩溃的土壤阳离子检测

      4月,我开始了NY/T1121.5-2006《土壤检测第5部分:石灰性土壤阳离子交换量的测定》的练习,这个方法用盐酸来破坏碳酸盐,加盐酸三四次,洗至溶液中无Ca2+离子,可是每个样品洗十七八次,都洗不净钙离子。土壤破碎、土壤的pH值、试剂浓度等,全部查找一遍,也找不到原因。
      我在仪器论坛土壤固体废弃物监测版块发帖求助,得到老兵老师、顾亚南    老师的多次帮助,建议用前处理方法简单的HJ889-2017《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》。
      这个方法只有四步,加液、振荡、离心、上紫外测定。这么简单的试验,真是小菜小碟,可是做下来,网友们遇到的问题,我一样没差都遇到了。每天都做,每天都得不出数据,真是崩溃,我一度怀疑我的脑子是不是出现了问题,怀疑我二十多年的做实验的能力是不是忽然失去了。
      我又上论坛求助,这次得到了邓茂老师的帮助。前一段时间他做过相同的试验,已经总结了经验,在中文核心期刊上发表论文,经过他的点拔,在同事宋保军与孙玉国的大力协助下,历经两个月时间,终于得出准确的数据。用以下这篇原创文章感谢论坛上帮助过我的邓茂、宋保军、老兵、顾亚南老师,因为有你们的无私帮助,才能顺利的完成实验,才有这篇原创作品的诞生。谢谢你们!


三氯化六氨合钴浸提检测土壤中阳离子交换量的方法探讨


鹤壁市农产品质量安全监测检验中心 张艳丽

摘要:  检测土壤中阳离子交换量时用三氯化六氨合钴浸提-分光光度法,操作简单,分析时间短,但该方法在实际检测过程中出现了浸提液用量大、酸性土壤结果偏低、吸光度值不稳定、空白值偏低、精密度差等问题,本文分析了造成这些问题的原因,并提出有效的解决办法。

关键词土壤中阳离子交换量;浸提液用量大;酸性土壤结果偏低;空白值偏低;精密度差;慢速滤纸;0.22um滤膜

      土壤有效态阳离子交换量是指土壤胶体所能吸附的,可被浸提液交换下来的各种阳离子总量。土壤胶体可交换的各种有效态阳离子,是土壤缓冲性能的主要来源,是调节土壤溶液离子浓度,保持土壤溶液营养成分的重要因子。

      测定土壤中阳离子方法主要有以下几种,国内标准有NY/T295-1995《中性土壤阳离子交换量和交换性盐基的测定》; NY/T1121.5-2006《土壤检测 第5部分:石灰性土壤阳离子交换量的测定》;LY/T1243-1999《森林土壤阳离子交换量的测定》等;国外标准有ISO11260测定有效阳离子交换量,ISO13536测定潜在阳离子交换量的,ISO23470测定有效态阳离子交换量等。
      国内标准多以乙酸铵、乙酸钙法为主,乙酸铵法适合弱酸性及中性土壤阳离子交换量的测定,对酸性土壤,测定结果偏高,碱性土壤测定结果偏低。需要反复浸提离心后,将土壤移入蒸馏瓶中进行蒸馏,方法繁琐,样品转移过程中,容易损失,影响测定结果的平行性。乙酸钙法要用盐酸破坏碳酸盐,反复加盐酸洗净钙离子,有时需要洗十几次才能洗净,方法繁琐,如果样品量大,测定时间较长。
      HJ889-2017《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》,与ISO23470-2018都采用三氯化六氨合钴作为浸提液提取土壤,直接分光光度法测定,方法简单,省时省力省耗材,2个小时可以完成1批样。三氯化六氨合钴浸提方法在实际应用时出现的一些问题,比如浸提液用量大、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,我们对该方法进行了改进,改进后的方法用试剂量减一半、但结果更准确、稳定,精密度也很好。
1 试验部分
1.1仪器与试剂
      UV1700紫外分光光度计;HY-4调速多用振荡器;GL-21M离心机;孔径1.7mm(10目)尼龙筛;SL202N电子分析天平。
      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。
1.2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。
1.3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±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4000r/min离心10min,过慢速滤纸或过0.22um滤膜于比色皿中,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浸提液量的选择
    该方法要求称取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,只能先将样品放三角瓶内,振荡后转移到离心管中,进行离心,增加了洗刷工作量。我们称取了3.5g土壤样品加入50.0mL,同时称取2.5g土壤加50mL浸提液;称取3.0g土壤加入25.0mL浸提液,进行了浸提液量不同的对比试验,土壤样品用GBW07413标准物质来代替,试验结果见表1。
      试验证明,称取3.0g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几百元,只能配2.0L溶液,一个样品加入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。


图1 不同浸提液量的实验


表1 不同浸提液量的结果

标准号样品量浸提液量6次CEC平均值
  cmol+/kg
GBW07413CEC
  cmol+/kg
HJ889-20173.5g50.0mL12.413.0±1.1
ISO23470-20182.5g50.0mL12.513.0±1.1
本实验方法3.0g25.0mL12.813.0±1.1

2.1.2室温的选择
      该方法上样品在(20±2)℃条件下振荡(60±5)min。我们选择了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   

温度

6次CEC平均值
  cmol+/kg

GBW07413CEC
  cmol+/kg

(20±2)℃

12.6

13.0±1.1

(25±2)℃

12.5

13.0±1.1

(30±2)℃

12.8

13.0±1.1



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,加入浸提液后,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浸提液,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两三次,每次吸光度值都不一样的情况,这时可多加一个步骤,用玻璃漏斗加慢速滤纸,对上清液进行过滤后测定,过滤后的吸光值稳定性很好。
2.1.6样品精密度差
    测定土壤样品时,发现同一样品6次重复测定,精密度在10%以上,用慢速滤纸过滤滤液后测定,重现性较好,我们选择了慢速滤纸与0.22um膜滤进行测试,发现0.22um滤膜效果最好,能完全过滤土壤悬浮液中的杂质,精密度RSD小于1.0%,只是成本要比滤纸略高。试验结果出表3。
                        表3过滤纸与过滤膜的结果

 

测定次数

 

1号土壤样品

 

2号土壤样品

过慢速滤纸

 

CEC值

过0.22um滤膜

 

CEC值

过慢速滤纸

 

CEC值

过0.22um滤膜

 

CEC值

1

11.3

11.4

10.4

11.3

2

11.1

11.6

11.1

11.1

3

10.8

11.6

11.1

11.2

4

11.1

11.5

9.92

11.1

5

10.8

11.5

11.1

11.1

6

10.9

11.4

10.7

11.1

平均值(cmol+/kg)

11.0

11.5

10.7

11.1

标准偏差(cmol+/kg)

0.22

0.085

0.50

0.10

相对标准偏差RSD(%)

2.0

0.74

4.7

0.93



图2 检测全过程



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。



图3 标准曲线绘制



2.2.2检出限
      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

 第一周第二周第三周第四周
标准曲线Y=0.5659x-0.001Y=0.5767x+0.002Y=0.5583x+0.001Y=0.5606x-0.001
计算公式

MDL=0.01/b

b0.56590.57670.55830.5606
检出限0.01770.01730.01790.0178
取样量3.0g3.0g3.0g3.0g
方法检出限0.440.430.450.45
测定下限1.761.721.801.80


2.3精密度试验
    选用标准物质GBW07413进行6次测试,分别取上清液用慢速滤纸与0.22um滤膜进行过滤,相对标准偏差在2%以下,过滤膜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

测定次数

过慢速滤纸

 

CEC值

过0.22um滤膜

 

CEC值

1

12.9

13.5

2

12.7

13.7

3

12.9

13.7

4

13.1

13.8

5

12.7

13.5

6

12.5

13.7

平均值(cmol+/kg)

12.8

13.6

标准偏差(cmol+/kg)

0.21

0.11

相对标准偏差RSD(%)

1.63

0.82


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,每个样品平行测定6次,滤液均用0.22um滤膜过滤后,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

样品号
  检测次数

1号样品

2号样品

3号样品

GBW07413

1

11.4

11.3

14.5

13.5

2

11.6

11.1

14.8

13.7

3

11.6

11.2

14.6

13.7

4

11.5

11.1

14.8

13.8

5

11.5

11.1

14.6

13.5

6

11.4

11.1

14.6

13.7

平均值

11.5

11.1

14.6

13.6

RSD(%)

0.74

0.93

0.83

0.82


3.结论
      本方法是对三氯化六氨合钴浸提-分光光度法的改进,由于HJ889-2017中存在浸提液用量大、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,本方法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,还可以选择室温下振荡,节省实验用电量;用氢氧化钠调节pH值来解决酸性土壤值偏低的问题,用滤纸或滤膜解决了精密度差、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。该试验的完成得到邓茂、宋保军、老兵、顾亚南老师的大力帮助,在此表示感谢。
参考文献:
NY/T295-1995 中性土壤阳离子交换量和交换性盐基的测定 .
NY/T1121.5-2006 土壤检测 第5部分:石灰性土壤阳离子交换量的测定
LY/T1243-1999 森林土壤阳离子交换量的测定 .
ISO11260测定有效阳离子交换量:Soilquality-Determinationofeffectivecationexchangecapacityandbasesaturationlevelusingbariumchloridesolution .
ISO13536 Soil quality - Determination of the potential cation exchange capacity and exchangeable cations using barium chloride solution buffered at pH = 8,1 (ISO 13536:1995)测定潜在阳离子交换量的 .
ISO23470 Soil quality - Determination of effective cation exchange capacity (CEC) and exchangeable cations using a hexamminecobalt trichloride solution.测定有效态阳离子交换量等 .
肖艳霞.土壤中阳离子交换量分析方法的优化研究 .中国农学通报,2019,(6):1-5
李龙飞,李星,李永立.土壤阳离子交换量测定方法的优化与改进. 安徽农业科学,2019,47(6):1-2.
王玉兰.酸性土壤样品中阳离子交换量的测定. 化学工程师,2015,(12):35-37.
谭美娟.乙酸铵交换法测定酸性土壤阳离子交换量的方法改良探讨.2016,(7):148-150
张爽.吉林地区土壤阳离子交换量测定方法研究. 环境保护前沿,2018,8(4):316-320.
张彦雄.两种土壤阳离子交换量测定前处理方法的比较. 贵州林业科技2010,(5):45-47
邓茂.不同酸碱度土壤阳离子交换量的测定研究 中国环境监测 2020
童桂凤 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 1-18

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2019/7/2 18:00:04 Last edit by Insm_f06c4b79 举报
两面佛
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虽然没做过,但是通过楼主的过程,感觉现在一些新标准的条件优化不是很好,不知道是不是领导给的任务急,要急着完成任务,然后条件没优化好就出了,然后到了实际实验室里面就会一堆问题。但作为企业的实验室,如果条件不行,需要自己优化的,消耗的时间太长了,成本划不来。
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2019/7/1 11:49:44 Last edit by Ins_64c40efe
zyl3367898
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这个方法很简单,精密度差的问题,一张滤纸就能解决,说出来简单,但也做了不少试验才悟出来。
言同学
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vm88
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zyl3367898
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1243方法的文献也不少,但这几种方法比较起来,还属HY889三氯化六氨合钴方法简单快速,自问世以来,很受欢迎。
dengmao21
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原文由zyl3367898(zyl3367898)发表:这个方法很简单,精密度差的问题,一张滤纸就能解决,说出来简单,但也做了不少试验才悟出来。
对头,我们当初也是,后面团队讨论觉得应该是离心不彻底,就用了针式过滤器来做就效果好很多了。
vm88
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这个方法,一张滤纸就解决了,不过楼主做了很多实验得知这个技巧,真是有耐心。
十七
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老兵
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三氯化氯氨合钴法是现有阳离子交换量测定方法中最非常便的方法,遗憾的是其验证并不充分,编制上的回避留下了酸性土测不准、空白与样品信号倒置和吸光度不稳的漏洞。张老师三个关键点的补丁较好地解决了该标准的缺陷,真希望我们的环境标准管理部门能将文内容转化为HJ 889-2017修改单发布。
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原文由 zyl3367898(zyl3367898) 发表:
1243方法的文献也不少,但这几种方法比较起来,还属HY889三氯化六氨合钴方法简单快速,自问世以来,很受欢迎。
1243方法久经考验,各种pH标土都能测准,就是操作强度大太难做。