有机碳测定的几种方法

有机质含量的计算有机质含量的计算土壤中有机质含量可以用土壤中一般的有机碳比例(即换算因数)乘以有机碳百分数而求得。其换算因数随土壤有机质的含碳率而定。各地土壤有机质组成不同，含碳量亦不一致，因此根据含碳量计算有机质含量时，如果都用同一换算因数，势必造成一些误差。VanBemmelen因数为1.724,是假定土壤有机质含碳58%计算的。然而许多研究指出，对许多土壤此因数太低，因此低估了有机质的含量。Broadben(1953)概括了许多早期工作，确定换算因数为1.9和2.5,将分别选用于表土和底土。其它工作者发现(Ponomareva&Platnikova,1967),1.9〜2.0的换算因数对于表层矿物土壤是令人满意的。尽管这样，我国目前仍沿用“VanBenmmelen因数”1.724。在国外常用有机碳而不用有机质含量表示。土壤有机质测定重铬酸钾容量法一一外加热法土壤有机质测定重铬酸钾容量法一外加热法方法原理 在外加热的条件下(油浴的温度为180,沸腾5分钟)，用一定浓度的重铭酸钾一一硫酸溶液氧化土壤有机质(碳)，剩余的重铭酸钾用硫酸亚铁来滴定，从所消耗的重铭酸钾量，计算有机碳的含量。本方法测得的结果，与干烧法对比，只能氧化90%的有机碳，因此将得的有机碳乘以校正系数，以计算有机碳量。在氧化滴定过程中化学反应如下：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,时：其滴定曲线的突跃范围为1.22〜0.85V。 2 27表3-4滴定过和中使用的氧化还原指剂有以下四种指示剂E0本身变色氧化一还原Fe2+滴定CrO2-27时的变色氧化一还原特点二苯胺0.76V深蓝一无色深蓝一绿须加H3PO4；近终点须强烈摇动：较难掌握二苯胺磺酸钠0.85V红色一无色红紫一蓝紫一绿须加H3PO4；终点稍难掌握342-羧基代二苯胺1.08V紫红一无色棕一红紫一绿不必加H3PO4；终点易于掌握34邻啡罗啉1.11V淡蓝一红色橙一灰绿一淡绿一砖红不必加H3PO4；终点易于掌握34从表3—4中，可以看出每种氧化还原指示剂都有自己的标准电位（E）,邻啡罗啉（E=1.11V），2-羧基代二苯胺（E=1.08V），以上两种氧化还原指示剂的标准电位（E），正落在滴定曲线突跃范围之内，因此，不需加磷酸而终点容易掌握，可得到准确的结果。例如：以邻啡罗啉亚铁溶液（邻二氮啡亚铁）为指示剂，三个邻啡罗啉（CHN）分子与一个亚铁离子络合，形成红色的邻啡罗啉亚铁络合物，遇强氧化剂，2则变为淡蓝色的正铁络合物，其反应如下：[（CHN）Fe]3++e [（CHN）Fe]2+28淡蓝 2823色 红色滴定开始时以重铬酸钾的橙色为主，滴定过程中渐现Cn+的绿色，快到终点变为灰绿色，如标准亚铁溶液过量半滴，即变成红色，表示终点已到。但用邻啡罗啉的一个问题是指示剂往往被某些悬浮土粒吸附，到终占时颜色变化不清楚，所以常常在滴定前将悬浊液在玻璃滤器上过滤。从表3-4中也可以看出，二苯胺、二苯胺磺酸钠指示剂变色的氧化还原标准电位（E）分别为0.76V、0.85V。指示剂变色在重铬酸钾与亚铁滴定曲线突跃范围之外。0因此使终点后移，为此，在实际测定过程中加入NaF或H3PO4络合Fe3+，其反应如下： 34Fe3++2PO3- Fe（PO）3-Fe3++6F- [FeF]36加入磷酸等不仅可消除Fe3+的颜色，而且能使Fe3+/Fe2+体系的电位大大降低，从而使滴定曲线的突跃电位加宽，使二苯胺等指示剂的变色电位进入突跃范围之内。根据以上各种氧化还原指示剂的性质及滴定终点掌握的难易，推荐应用2-羧基二苯胺。价格便宜，性能稳定，值得推荐采用。主要仪器油浴消化装置（包括油浴锅和铁丝笼）、可调温电炉、秒表、自动控温调节器。试剂0.008mol-L-1（1/6K2Cr2O7）标准溶液。称取经130℃烘干的重铬酸钾（K2Cr2O7,GB642-77,分析纯）39：2245g溶于水中，定容于1000ml容量瓶中。。2（2）H2sO4。浓硫酸（H2sO4,GB625-77,分析纯）。（3）0：2mol・L-FesO/溶液。称取硫酸亚铁（FeSO4•7HO，GB664-77,分析纯）56.0g溶于水中，加"浓硫酸5mL,稀释至1mL。 4 2（4）指示剂①邻啡罗啉指示剂：称取邻啡罗啉（GB1293-77,分析纯）1.485g）与FeSO4•7H2O0.695g,溶于100mL水中。②2-羧基代二苯胺（O-phenylanthranilicacid,又名邻苯氨基苯甲酸，CHON））指示剂：称取0.25g试剂于小研钵中研细，然后倒入100mL小烧杯中71加入0.18mol-L-1NaOH溶液12mL,并用少量水将研钵中残留的试剂冲洗入100mL小烧杯中，将烧杯放在水浴上加热使其溶解，冷却后稀释定容到250mL,放置澄清或过滤，用其清液。Ag2sO4。硫酸银（Ag2sO4,HG3-945-76,分析纯），研成粉末。SiO。二氧化硅（SiO,Q/HG22-562-76,分析纯），粉末状。操作步骤 称取通过20.149mm（100目）筛孔的风干土样0.1〜1g（精确到0.000鬼），放入一干燥的硬质试管中，用移液管准确加入0.8000mol-L-1（1/6KCrO）标准溶液5mL（如果土壤中含有氯化物需先加入AgSO0.1g）,用注射器加入浓HSO5mL充分摇匀，管口盖上弯颈小漏斗，以冷凝蒸出之水汽。 24将8〜10个试管放入自动控温的铝块管座中（试管内的液温控制在约170℃）,[或将8〜10个试管盛于铁丝笼中（每笼中均有1〜2个空白试管），放入温度为185〜190℃的石蜡油锅中，要求放入后油浴锅温度下降至170〜180℃左右，以后必须控制电炉，使油浴锅内始终内维持在170〜180℃],待试管内液体沸腾发生气泡时开始计时，煮沸5min,取出试管（用油浴法，稍冷，擦净试管外部油液）。冷却后，将试管内容物倾入250mL三角瓶中，用水洗净试管内部及小漏斗，这三角瓶内溶液总体积为60〜70mL,保持混合液中（1/2HSO）浓度为2〜3mol-L-1,然后加入2-羧基代二苯胺指示剂12〜15滴，此时溶液呈棕红色。用标准的0.2mol•L-1硫酸亚铁滴定，滴定过程中不断摇动内容物，直至溶液的颜色由棕红色经紫色变为暗绿（灰蓝绿色），即为滴定终点。如用邻啡罗啉指示剂，加指示剂2〜3滴，溶液的变色过程中由橙黄一蓝绿一砖红色即为终点。记取FeSO滴定毫升数（V）。每一批4（即上述每铁丝笼或铝块中）样品测定的同时，进行2〜3个空白试验，即取0.500g粉状二氧化硅代替土样，其他手续与试样测定相同。记取FeSO4滴定毫升数（V），取其平均值。结果计算土壤有机碳（g•kg-1）=式中：c——0.8000mol•L-1（1/6KCrO）标准溶液的浓度；2 275——重铬酸钾标准溶液加入的体积（mL）；V——空白滴定用去FeSO4体积（mL）；V0——样品滴定用去FeSO4体积（mL）；43.0——1/4碳原子的摩尔质量（g-mol-1）；10-3——将mL换算为L;1.1——氧化校正系数；m——风干土样质量（g）；k——将风干土样换算成烘干土的系数。注释：注1.含有机质高于50g・kg-1者，称土样0.1g,含有机质高于20〜30g•kg-1者，称土样0.3g,少于20g•kg-1者，称土样0.5g以上。由于称样量少，称样时应用减重法以减少称样误差。注2.土壤中氯化物的存在可使结果偏高。因为氯化物也能被重铬酸钾所氧化，因此，盐土中有机质的测定必须防止氯化物的干扰，少量氯可加少量AgSO,使氯根沉淀下来（生成AgCl）。Ag2SO4的加入，不仅能沉淀氯化物，而且有促进有机质分解的作用。据研究，当使用AgSO时，校正系数为1.04,不使用AgSO时校正系数为1.1。Ag2SO的用量不能太多，4约加0.1g，否则生成人眼呼7沉淀，4影响滴定。 2 227在氯离子含量较高时，可用一个氯化物近似校正系数1/12来校正之，由于Cr2O7-1与Cl-1及C的反应是定量的：27 CrO2-+6Cl-1+14H+f2Cn++3Cl+7HO2占O2-+3C+16H+f4Cr3+3CO+8HO由上二个反应式可知C/4Cl-1=12/4X35.5&/122土壤含碳量（g・kg-1）二未经校正土壤含碳量（g・kg-1）-此校正系数在Cl:C比为5:1以下时适用。注3.对于水稻土、沼泽土和长期渍水的土壤，由于土壤中含有较多的Fe2+、Mn2+及其它还原性物质，它们也消耗KCrO，可使结果偏高，对这些样品必须在测定前充分风干。一般可把样品磨细后,2铺成薄薄一层，在室内通风处风干10天左右即可使Fe2+全部氧化。长期沤水的水稻土，虽经几个月风干处理，样品中仍有亚铁反应，对这种土壤，最好采用铬酸磷酸湿烧——测定二氧化碳法（见3.2.2）。注4.这里为了减少0.4mol-L-1（1/6K2Cr2O7）—H2sO4溶液的黏滞性带来的操作误差，准确加入0.800mol•L-i（1/6KCrO）水溶液5mL及浓HSO5mL,以代替0.4mol・L-1（1/6KCrO）溶液10mL。在测定石灰性土壤样品时4,也必须慢2 27慢加入KCrO—HSO溶液，以防止由于碳酸钙的分解而引起激烈发泡。注52.最好不采用植物油，因为它可被重铬酸钾氧化，而可能带来误差。而矿物油或石蜡对测定无影响。油浴锅预热温度当气温很低时应高一些（约200℃）。铁丝笼应该有脚，使试管不与油浴锅底部接触。注6.用矿物油虽对测定无影响，但空气污染较为严重，最好采用铝块（有试管孔座的）加热自动控温的方法来代替油浴法。注7.必须在试管内溶液表面开始沸腾才开始计算时间。掌握沸腾的标准尽量一致，然后继续消煮5min,消煮时间对分析结果有较大的影响，故应尽量记时准确。注8.消煮好的溶液颜色，一般应是黄色或黄中稍带绿色，如果经绿色为主，则说明重铬酸钾用量不足。在滴定时消耗硫酸亚铁量小于空白用量的1/3时，有氧化不完全的可能，应弃去重做有机物的测定重铬酸钾容量法一一稀释热法重铬酸钾容量法一稀释热法方法原理 基本原理、主要步骤与重铬酸钾容量法（外加热法）相同。稀释热法（水合热法）是利用浓硫酸和重铬酸钾迅速混合时所产生的热来氧化有机质，以代替外加热法中的油浴加热，操作更加方便。由于产生的热，温度较低，对有机质氧化程度较低，只有77%。试剂1mol•L-i（1/6KCr07）溶液。准确称取K/r2（分析纯，105℃烘干）49.04g,溶于水中，稀释至工。 2270.4mol•L-i（1/6K2Cr2O7）的基准溶液。准确称取K2Cr2O7（分析纯）（在130℃烘3h） 19.6132g于250mL烽杯中，以少量水溶解，将全部洗入1000mL容量瓶中，加入浓H2s04约70mL,冷却后用水定容至刻度，充分摇匀备用［其中含硫酸浓度约为2.5m°l•L-1（1/2H2SO4）］。0.5mol-L-1FeSO4溶液。称取FeSO4•7H20140g溶于水中，加入浓H2s0415mL，冷却稀释至1L或称取Fe（NH4）2（SO4）2•6H2O196.1g溶解于含有200mL浓H2SO4的800mL水中，稀释至也。此溶液的准确浓度以0.4m°l4・L-i（1/6KCrO）的基准溶液标定之。即准确分别吸取3份2 270.4mol•L-1（1/6K2Cr2O7）的基准溶液各25mL于150mL三角瓶中，加入邻啡罗啉指示剂2〜3滴（或加72羧基代二苯胺12〜15滴），然后用0.5mol•L-FeSO4溶液滴定至终点，并计算出的准FeSO确浓度。硫酸亚铁（FeSO）溶液在空气中易被氧化，需新鲜配制或以标准的K2Cr2O7溶液每天标定之。4其他试剂同3.2.1.3中（4）、（5）、（6）。3.2.2.3操作步骤 准确称取0.5000g土壤样品（注1）于500mL的三角瓶中，然后准确加入1mol•L-1（1/6KCrO）溶液10mL于土壤样品中，转动瓶子使之混合均匀，然后加浓HSO20mL：将三角瓶缓缓转动1min,促使混合以保证试剂与土2 4壤充分作用，并在石棉板上放置约30min,加水稀释至250mL，加2羧基代二苯胺12〜15滴，然后用0.5mol•L-1FeSO4标准溶液滴定之，其终点为灰绿色。或加3〜4滴邻啡罗啉指示剂，用0.5mol•L-1FeSO标准溶液滴定至近终点时溶液颜色由绿变成暗绿色，逐渐加入FeSO直至生成砖红色为止。用同样的方法做空白测定（即不加土样）;如果KCrO被还原的量超过75%,则须用更少的土壤重做。2 273.2.2.4结果计算土壤有机碳（g•kg-1）=土壤有机质（g•kg-1）二土壤有机碳（g•kg-1）*1.724式中：1.33——为氧化校正系数；c——为0.5mol•L-1FeSO标准溶液的浓度;其他各代号和数字的意义同3.2.1.50注释：注1.泥碳称0.05g,土壤有机质含量低于10g•kg-1者称2.0g。土壤有机碳不同测定方法的比较和选用土壤有机碳不同测定方法的比较和选用关于土壤有机碳的测定，有关文献中介绍很多，根据目的要求和实验室条件可选用不同方法。经典测定的方法有干烧法（高温电炉灼烧）或湿烧法（重铬酸钾氧化），放出的CO2，一般用苏打石灰吸收称重，或用标准氢氧化钡溶液吸收，再用标准酸滴定。2用上述方法测定土壤有机碳时，也包括土壤中各元素态碳及无机碳酸盐。因此，在测定石灰性土壤有机碳时，必须先除去CaCO。除去CaCO的方法，可以在测定前用亚硫酸处理去除之，或另外测定无机碳和总碳的含量3，从全碳结果中减去无机碳。干烧法和湿烧法测定CO的方法均能使土壤有机碳全部分解，不受还原物质的影响，可获得准确的结果，2可以作为标准方法校核时用。由于测定时须要一些特殊的仪器设备，而且很费时间，所以一般实验室都不用此法。近年来高温电炉灼烧和气相色谱装置相结合制成碳氮自动分析仪，已应用于土壤分析中，但由于仪器的限制，所以未能被广泛采用。目前，各国在土壤有机质研究领域中使用得比较普遍的是容量分析法。虽然各种容量法所用的氧化剂及其浓度或具体条件有差异，但其基本原理是相同的。使用最普遍的是在过量的硫酸存在下，