高頻紅外碳硫儀測(cè)定土壤和水系沉積物中的碳

劉紅(江西有色地質(zhì)測(cè)試研究院，江西 南昌 330201)

0 引言

土壤和水系沉積物樣品中的碳主要以無機(jī)碳(CO2)和有機(jī)碳形式存在，二者的總和就是總碳?？偺嫉臋z測(cè)方法有燒-非水滴定法[1]、 紅外吸收法、電導(dǎo)法、重量法、容量法等[2]。但是，上述方法存在檢測(cè)流程長，操作復(fù)雜，且滴定法中終點(diǎn)顏色判斷不準(zhǔn)等問題，利用高頻紅外碳硫儀可以快速準(zhǔn)確的檢測(cè)出總碳的含量；土壤和水系沉積物中的無機(jī)碳很容易被酸分解逸出，經(jīng)酸處理的樣品中只剩余有機(jī)碳，通過簡單的酸前處理[3]，可以直接上高頻紅外碳硫儀測(cè)定出有機(jī)碳的含量，最后用總碳的含量減去有機(jī)碳的含量，其結(jié)果乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)3.667即可得到無機(jī)碳(CO2)的含量。通過實(shí)驗(yàn)研究，該方法可以高效準(zhǔn)確的分析檢測(cè)出土壤和水系沉積物樣品中的總碳、有機(jī)碳、無機(jī)碳。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

儀器：HCS-KR系列高頻紅外碳硫分析儀，四川德陽科瑞儀器有限公司。

天平：梅特勒-托利多ME104E型電子天平，線性誤差0.000 2 g。

黏土坩堝：使用前應(yīng)在1 000 ℃高溫下灼燒2 h，取出置于干燥器內(nèi)冷卻備用。

助熔劑：C型純鐵助熔劑，w(S)%＜0.000 5%，金屬鎢粒，w(S)%＜0.000 5%。

無水碳酸鈉：PT級(jí)(工作基準(zhǔn))，西隴化工，使用前需在105 ℃烘干2 h。

鹽酸、硝酸：分析純，西隴化工，稀釋成(1+9)后使用。

氧氣：工業(yè)純氧，純度＞99.5%。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 校正曲線建立和國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)選擇

使用PT級(jí)無水碳酸鈉進(jìn)行校正曲線的建立，稱取5份0.030 0 g PT級(jí)無水碳酸鈉，分別加入0.4 g左右的鐵粒，再加入1.5 g左右的鎢粒，輕輕敲擊坩堝，使助熔劑平整鋪于坩堝底部，上機(jī)燃燒測(cè)定。將5次測(cè)定結(jié)果進(jìn)行校正，得到一條單點(diǎn)校正的工作曲線。

本文選取三個(gè)水系沉積物國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07306、GBW07309、GBW07310)和三個(gè)土壤國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07401、GBW07408、GBW07424)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 總碳的測(cè)定[4]

稱取0.03 g左右的樣品于黏土坩堝中，加入0.4 g左右的鐵粒，再加入1.5 g左右的鎢粒覆蓋[5]，上機(jī)測(cè)定。

1.2.3 有機(jī)碳的測(cè)定

稱取0.03 g左右的樣品于黏土坩堝中，先用超純水潤濕樣品，再少量多次加入稀酸(1+9)，于控溫電熱板上(120 ℃)加熱去除二氧化碳，并盡量將酸趕凈，加入0.4 g左右的鐵粒，再加入1.5 g左右的鎢粒覆蓋，上機(jī)測(cè)定。本實(shí)驗(yàn)討論加入不同的酸(鹽酸、硝酸)對(duì)有機(jī)碳結(jié)果的影響。

1.2.4 二氧化碳結(jié)果計(jì)算

通過總碳減去有機(jī)碳，所得結(jié)果乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)3.667即得到二氧化碳的結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同酸前處理對(duì)有機(jī)碳結(jié)果的影響討論

實(shí)驗(yàn)中，選取了鹽酸，硝酸用于去除樣品中的無機(jī)碳，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 鹽酸、硝酸前處理結(jié)果比對(duì)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用鹽酸進(jìn)行前處理，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相符，但用硝酸進(jìn)行前處理的結(jié)果都低于標(biāo)準(zhǔn)值，分析造成的原因是硝酸可以去除無機(jī)碳，但硝酸具有強(qiáng)氧化性，將部分有機(jī)碳氧化成二氧化碳逸出，造成有機(jī)碳結(jié)果偏低，因此，選用鹽酸作為前處理酸。

2.2 方法檢出限

根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，分別做總碳、有機(jī)碳的12次空白試驗(yàn)[4]，計(jì)算得到方法的檢出限[6]，如表2所示。

表2 總碳、有機(jī)碳的空白試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)得到總碳的檢出限是0.011%，有機(jī)碳的檢出限是0.010%。

2.3 精密度和準(zhǔn)確度

根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，分別測(cè)定選定的6個(gè)國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的總碳和有機(jī)碳含量各7次，通過總碳減去有機(jī)碳再乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)3.667，得到二氧化碳的結(jié)果，計(jì)算總碳、有機(jī)碳、二氧化碳的平均值和對(duì)應(yīng)的RSD(精密度)，匯總數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 總碳、有機(jī)碳、二氧化碳實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總表 單位：%

實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出方法中，總碳的精密度為1.60%～4.65%，有機(jī)碳的精密度為2.34%～5.60%，無機(jī)碳的精密度為1.37%～6.80%，精密度良好?？偺?、有機(jī)碳、二氧化碳測(cè)定結(jié)果與國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值吻合，該方法具有較好的準(zhǔn)確度。

3 結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)利用HCS-KR系列高頻紅外碳硫儀測(cè)定土壤和水系沉積物樣品中的總碳、有機(jī)碳、二氧化碳，通過探究確定用稀鹽酸去除樣品中的二氧化碳，通過差減再乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)，準(zhǔn)確的測(cè)定出土壤和水系沉積物樣品中的總碳、有機(jī)碳、二氧化碳，方法檢出限低，精密度和準(zhǔn)確度良好，且相較于傳統(tǒng)分析檢測(cè)方法，簡化了操作流程，大大提高了檢測(cè)效率。