元素分析儀同時測定土壤中碳、氮、硫含量的方法研究

劉向東

（吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局研究所，吉林 長春 130012）

土壤中碳、氮含量是評估土壤質(zhì)量的重要指標，它們含量的高低影響其它元素的遷移和轉(zhuǎn)化過程，而硫是植物生長不可缺少的養(yǎng)分之一，是農(nóng)作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要因素［1］。因此，對土壤的碳、氮、硫含量的測定具有非常重要的意義。目前測定氮采用的是凱氏定氮法，碳和硫一般采用紅外碳硫儀進行測定。但都存在一些缺點，重要的是不能同時測定，檢測周期長，人工成本高。因此，建立元素分析儀測定土壤中碳、氮、硫含量的檢測方法，用于解決常規(guī)檢測方法的弊端，并且數(shù)據(jù)精密度好、準確度高、方法快速簡便、大大降低分析成本，適用于土壤樣品的批量檢測。

德國Elementar公司生產(chǎn)的元素分析儀，它由燃燒部分、熱導檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)組成。樣品在1 150℃高溫下充分燃燒分解，樣品中的各元素分別轉(zhuǎn)化為氧化物的形式，通過吸附和解吸附作用將混合氣體組分分離開，分離后的氣體隨載氣一起進入熱導池檢測器（TCD）進行檢測，通過計算機中保存的標準樣品的校正曲線自動轉(zhuǎn)化為待測樣品中碳、氮、硫的含量。元素分析儀測定樣品中碳、氮等元素的含量已有學者做了研究［2～6］，對土壤非勻質(zhì)性材料的碳、氮等元素含量測定的可靠性已有一些報道［7～8］。元素分析儀由于具有操作簡便、穩(wěn)定、速度快等優(yōu)點，已被許多科研院所應用［9～12］。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器

元素分析儀：UNICUBE，德國元素公司制。

電子天平：WXTS3DU（百萬分之一），梅特勒公司制。

包樣器：德國元素公司制。

1.2 試劑與材料

磺胺（Sulfanilamid）：德國元素公司產(chǎn)。

錫舟：德國元素公司產(chǎn)。

土壤成分分析標準物質(zhì)（GBW07448、GBW07455、GBW07456、GBW07457）：中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所產(chǎn)。

1.3 試驗方法

1.3.1 試樣制備

樣品采集后進行干燥、研磨過篩（粒度大于0.104 mm）。用百萬分之一天平稱取2～5 mg樣品于專用錫舟中，記錄稱樣量后，包樣機包好后待測。

1.3.2 標準曲線的校正

用百萬分之一天平稱取2～5 mg磺胺于專用錫舟中，記錄稱樣量后，在選定的儀器條件下進行測定。以峰面積和碳、氮、硫百分質(zhì)量制作標準曲線，此標準曲線可保存在儀器操作軟件中，日常測試時只需用標準作為日校正因子對樣品數(shù)據(jù)進行校正即可。

1.3.3 儀器參數(shù)

燃燒管溫度：1 150℃；還原管溫度：850℃；通氧量：40 mL／min；其它參數(shù)使用儀器默認值。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品粒度

由于土壤屬于非均質(zhì)性樣品，所以為保證樣品具有代表性，樣品粒度是十分重要的。該研究設(shè)計了5個粒度梯度0.175 mm、0.147 mm、0.104 mm、0.088 mm、0.074 mm來探討粒度對測定結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明：元素分析儀測定氮、碳、硫含量時，當樣品粒度大于0.104 mm時，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及重現(xiàn)性良好，因此，試驗選擇樣品加工粒度為大于0.104 mm。具體數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 粒度對應的檢測數(shù)據(jù)

2.2 儀器通氧量

儀器的通氧量是保證樣品完全燃燒的一個重要指標，對試驗數(shù)據(jù)的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。該方法擬定20 mL／min、30 mL／min、40 mL／min、50 mL／min四個通氧量，選擇國家標準物質(zhì)GBW07448進行試驗，得到的結(jié)論是：當通氧量為20 mL／min、30 mL／min時，樣品燃燒不充分造成結(jié)果偏低，數(shù)據(jù)與推薦值吻合不好；當通氧量為40 mL／min、50 mL／min時，數(shù)據(jù)與推薦值吻合好，但當通氧量50 mL／min時，用于除去過量氧氣的還原劑損耗嚴重，增加檢測成本。因此，試驗通氧量設(shè)定為40 mL／min。具體數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 通氧量對應的檢測數(shù)據(jù)

2.3 方法精密度與準確度

采用該方法對4件土壤成分分析標準物質(zhì)（GBW07448、GBW07455、GBW07456、GBW07457）進行分析，檢測結(jié)果見表3。

采用該方法對5件土壤樣品進行分析，并與常規(guī)檢測法進行比對，檢測結(jié)果見表4。

由表3、表4結(jié)果可以看出：該試驗方法的分析結(jié)果與常規(guī)檢測方法結(jié)果吻合良好。

表3 土壤標準物質(zhì)檢測結(jié)果對照表

表4 土壤樣品檢測結(jié)果對照表

取土壤成分分析標準物質(zhì)（GBW07448）按該試驗方法測定11次，相對標準偏差（RSD）分別在0.94%～3.15%，均滿足要求，數(shù)據(jù)見表5。

表5 方法精密度

3 結(jié) 語

通過試驗可以說明，元素分析儀測定土壤中碳、氮、硫含量的檢測方法，可實現(xiàn)三個元素的同時測定，規(guī)避了凱氏定氮法和紅外碳硫儀法聯(lián)合檢測的弊端，并且方法快速簡便、降低檢測成本，數(shù)據(jù)的精密度、準確度好，適用于土壤樣品的批量檢測。