土壤中陽離子交換量分析方法優化思路分析

于巧銀

安徽工作環境監測有限責任公司

1 引言

土壤中陽離子交換量主要是指土壤樣品吸附陽離子的能力，其數值單位為coml/kg，它作為衡量土壤保肥能力的重要指標，能夠為土壤整治、測土配方施肥工作提供有力依據，因此，研究者要深入研究該項指標的測定分析方法，并采取優化措施，提高測定分析結果的準確度，增強該指標的效用。

2 方法優化研究意義

土壤吸附陽離子的能力主要體現在土壤膠體表面所附著的凈負荷量，因此，人們通常采用所吸附陽離子總量，來量化土壤的陽離子吸附能力，并將數值單位設置為coml/kg。一般來說，陽離子交換量數值的大小直接能夠體現出土壤保肥能力的強弱，所以在土壤檢測中，人們經常會采用土壤陽離子交換量作為評價土壤保肥能力的重要指標。為此，研究者們正在不斷地尋求陽離子交換量測定分析的高效途徑。就目前來看，工作者常用的測定方法為乙酸銨、乙酸鈣等方法，其中乙酸銨法已經成為檢測酸性、中性土壤的常規方法，但該方法具有操作過程復雜、前處理效率低、蒸餾滴定過程易受影響等特質。專家們為了提高該方法的應用效果研發了智能一體化蒸餾聯合技術等優化方法，提升了該方法的應用水平。然而在滴定部分的優化處理依然在探索中，因此，研究者借助基于全自動淋洗、蒸餾滴定裝置，基于淋洗法、蒸餾滴定一體化技術，針對傳統方法構建了優化思路，以期提高檢測工作的效率和效果。

3 方法優化研究過程

3.1 材料設施準備

在土壤中陽離交換量測定中，乙酸銨法的主要作用原理是先利用1mol/L 的中性乙酸銨溶液多次處理土壤，使其成為飽和土。其次，用乙醇溶解土中多余乙酸銨后，再將土壤水洗到凱氏瓶中，并加入固體氧化鎂蒸餾。再次，利用硼酸吸收反應生成的氨氣，之后使用鹽酸標準溶液滴定。最后，基于NH4+的量，計算出土壤中陽離子的交換量。為此，在材料設施準備上，研究者需要準備1mol/L中性乙酸銨溶液、1mol/L氯化銨溶液、無乙醇溶液、20g/L 硼酸溶液、甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑、氧化鎂、0.1mol/L 鹽酸標準溶液、土壤樣本這幾種試驗材料，同時，為了保障試驗的先進性和有效性，研究者還應根據當前陽離子交換量測定方法的發展，基于淋洗法、蒸餾滴定一體化技術，選用JE502 電子天平、ML 型可調式電熱板，如圖1 所示，K1100F 全自動凱式定氮儀，如圖2所示，CEC400陽離子交換前處理系統這幾臺試驗應用儀器設施。此外，在選擇儀器、材料的過程中，研究者皆采用了正規廠家生產的常規性產品，基本不存在儀器材料質量、性能方面的試驗結果影響因素，保障了分析結果的準確性。

圖1 ML型可調式電熱板圖

圖2 K1100F全自動凱式定氮儀

3.2 分析步驟設計

結合研究者在上述內容中提出的研究原理以及相關技術，此次試驗中的陽離子交換量測定操作被設計為以下幾個步驟。

（1）土壤處理，中、酸性土壤需要進行風干、過2mm 篩處理，而堿性土壤待風干過篩后還要經過消解處理，才能投入使用。

（2）消解處理，以2g 風干過篩土壤的消解為例，研究者要先將其放入200ml燒杯中，并加入50ml的氯化銨溶液，再將其放置在50℃的電熱板上，煮沸至無氨味為止，該煮沸階段大概耗時45min～60min。煮沸操作結束后即可認定消解環節完成。

（3）淋洗處理，待消解完成后，研究者還要用乙酸銨將土壤洗入攪拌杯中，設置參數進行乙醇淋洗試驗。

（4）蒸餾滴定處理，研究者需將布式漏斗中粘有土壤的濾紙用20～30ml的蒸餾水吸入消化管中，并向其中加入固態氧化鎂，然后利用蒸餾裝置進行蒸餾滴定處理和空白試驗。

（5）待上述試驗過程完畢后，研究者還要根據試驗所得出的

NH4

+的量，以計算的方式求解出最終的陽離子交換量。在此過程中，研究者所應用計算公式為：C*(V-V0)*100/m*k*10，其中m為土壤質量、k為土壤水分換算系數、C表示鹽酸標準溶液濃度、V為蒸餾滴定處理的溶液用量、V0空白試驗的溶液用量。

3.3 乙酸銨攪拌操作分析

乙酸銨攪拌操作主要是為了將土壤中存在的陽離子提取出來。根據物質的反應規律，研究者提出攪拌操作的時長對試驗結果可能會產生影響，因此為了得出最佳操作步驟，研究者采用同一種土壤，分別進行時長1min、5min、15min、20min、25min的乙酸銨攪拌操作，并記錄下了在上述5 種攪拌時長條件下的試驗結果。試驗結果顯示，在這5 種條件下，測定的陽離子交換量數值分別為7.0cmol/kg、8.8cmol/kg、9.9cmol/kg、9.9cmol/kg、9.9cmol/kg。其中，在攪拌時長達到15min時，所得的9.9cmol/kg測定值處于試驗標準值范圍內，而在5min、1min 兩個時長條件下，所得出的測定值小于標準值范圍，因此可以得出15min以下的攪拌時長不能將土壤中的陽離子充分交換出來。在攪拌時長在15min以上時，研究者發現，最終的測定值沒有出現明顯變化，由此可知，乙酸銨攪拌操作的最佳時長為15min，所以在全自動淋洗儀的運行參數設定中，工作者將乙酸銨攪拌時長設置為15min，即可達到最優操作效果。

3.4 乙醇淋洗次數分析

乙醇淋洗環節的設置主要是為了去除土壤中多余的NH4+離子，保障試驗結果的準確性，因此，該環節作為陽離子交換測定法中的重要組成部分，研究者需要尋求最佳的乙醇淋洗次數，來深入優化測定效率。在此過程中，工作者采用了同一類型的土壤，并分別將其淋洗2～8次，然后將測定結果分別記錄下來。在這7 種淋洗次數的條件下，研究者所得出的CEC 測定值分別為

11.1cmol/kg、10.9cmol/kg、9.9cmol/kg、9.2cmol/kg、6.5cmol/kg、7.2cmol/kg、7.8cmol/kg。其中之后四次、五次淋洗所得出的數據9.9cmol/kg、9.2cmol/kg 處于標準范圍內，由此可以看出，淋洗次數小于四次時，土壤中的多余銨離子不能被完全分離，而在乙醇淋洗次數大于五次時，土壤中的一部分膠體可能被分離，導致試驗結果值偏低。根據此次試驗，研究者從4 和5 次淋洗中，選取了4次作為乙醇淋洗處理的最佳操作次數參數，因此，在全自動淋洗儀的參數調整中，工作者需要將乙醇淋洗次數設置為4次，來保障最佳淋洗效果[1]。

3.5 蒸餾時間分析

在蒸餾滴定環節中，自動凱氏定氮儀器上的蒸餾時間參數，作為儀器最重要的運行參數，能夠直接影響到最終結果的準確性，因此，研究者提出以蒸餾時間為切入點，來實現該項環節的優化。在此過程中，工作者分別在蒸餾時間為3.5min、4min、4.5min、5min、5.5min、6min 的條件下，對同一種土壤樣品進行了陽離子交換量測定，希望得出蒸餾時間與測定結果準確性之間的關聯。經過試驗，研究者得出在上述6種蒸餾時長條件下，所測定陽離子交換量分別為7.1cmol/kg、7.9cmol/kg、8.1cmol/kg、9.8cmol/kg、9.8cmol/kg、10cmol/kg，其中僅有5min 時長條件下得出的9.8cmol/kg 處于標準值范圍內?；诖?，研究者得出，5min以下樣品中的銨離子尚未被提取完全，由此可知5min為蒸餾環節的最佳時長，因此，全自動凱氏定氮儀的調節中，工作者將蒸餾時間參數調整為5min即可實現最佳蒸餾操作[2]。

3.6 方法精密度測試

在確認上述優化步驟之后，研究者對經過優化后的淋洗法、蒸餾滴定一體化技術開展了精密度測試，意在檢驗優化行為是否對該技術的精密度產生影響。在此過程中，研究者基于行業標準《LY/T1243-199》，采用了行業標準方法來分別對三種土壤樣本開展陽離子交換測試，并將測試結果與經優化后技術下，陽離子交換結果進行對比。測試結果顯示，通過優化后的交換技術所得出的結果中存在的相對標準偏差在0.87%～1.07%，遠遠小于行業標準方法下3.87%～5.18%的相對標準偏差，因此，優化措施并沒有影響到一體化技術的精密度，而且證實了經優化后的技術具有更高的精密度。

3.7 方法準確度測試

在分析方法的優化中，該環節的設定主要是為了測試，在蒸餾5min、乙酸銨攪拌15min、乙醇淋洗4次的前提下，一體化技術的準確度是否能夠滿足陽離子交換分析工作的要求。在此過程中，研究者需要利用優化后的分析技術，對3種國家標準物質進行測定，同時，要反復測定6次，保障準確度測試效果。測試結果顯示，經過優化后的分析技術所測定的CEC均在標準范圍內，從此可以看出，上述各項優化措施并未影響分析技術的準確度，研究者可以將該技術應用到常規的土壤陽離子交換量測定中。

4 結果分析

為了驗證上述試驗結果，研究者將優化后的測定步驟應用到了水稻土、灰鈣土、黃綿土、潮土的土壤中陽離子交換量的測定中，所得出的結果均處于標準值范圍內，由此可知，應用經過優化后的測定方法所得出的結果更加準確、穩定，而且適用于多種類型的土壤，具有較為廣闊的應用范圍[3]。

5 結論

綜上所述，研究者經過上述研究過程，提出了蒸餾5分鐘、乙酸銨攪拌15 分鐘、乙醇淋洗4 次的優化措施，并經過驗證試驗，證明了該優化措施的可行性，同時，土壤中陽離子交換量分析方法經過優化后，具有較高的準確度和良好的重復性，可以用于規模的測定工作，提升了該分析方法的應用效果。