总有机碳分析仪测定土壤中有机碳含量

总有机碳分析仪测定土壤中有机碳含量
摘要：试验采用总有机碳（TOC）分析仪测定土壤中有机碳的含量，以二氧
化碳（CO2）含量得到有机碳的含量。

通过绘制有机碳标准曲线，并测定土壤国家标准物质，验证了该方法的精密度和准确度，通过本法与滴定法、紫外分光光度
法比对了土壤样品中有机碳的含量，体现了总有机碳（TOC）分析仪法操作简便，干扰小，检出限低，精密度好及准确度高，结果准确可靠，适用于测定土壤中的
有机碳。

关键词：总有机碳分析仪；土壤；有机碳
1 前言
土壤有机碳是指土壤中各种正价态的含碳有机化合物，其含量和动态在土壤
质量演变和全球碳循环中起着十分重要的作用，能够显著影响进入土壤污染物形态、迁移转化途径，还能够增加对疏水性有机污染物的截留和富集，是土壤极其
重要的组成部分。

目前，测定土壤中有机碳的方法主要有重铬酸钾分光光度法、
燃烧氧化－滴定法和总有机碳分析仪法。

传统的燃烧氧化－滴定法存在操作复杂、费工费时、污染较大、干扰因素较多等缺点从而使实验结果易产生较大的系统误差。

与常规的化学方法比较，总有机碳（TOC）分析仪法在一定程度上简化了测
量程序省工省时，节约人力，操作简便干扰小，测定结果准确、稳定，是现代土
壤有机碳分析的重要手段。

2 主要仪器设备
2.1 酸式滴定管：50.00 mL。

2.2 紫外可见分光光度计（北京谱源Ultra-3660型）：具585nm波长，并
配有10mm比色皿。

2.3 总有机碳（TOC）分析仪（上海元析TOC-2000型）：带有固体燃烧装置，可加热至680℃ 以上，温度可调节，精度 1 ℃；具有非分散红外检测器，并附
带石英杯。

3 测定方法
3.1 燃烧氧化－滴定法
风干土壤样品在燃烧炉中加热至900°C以上，样品中有机碳被氧化为二氧
化碳，产生的二氧化碳用过量的氢氧化钡溶液吸收生成碳酸钡沉淀，反应后剩余
的氢氧化钡用草酸标准溶液滴定，由空白滴定和样品滴定消耗的草酸标准溶液的
体积差计算二氧化碳产生，根据二氧化碳产生量计算土壤中的有机碳含量。

3.2 重铬酸钾氧化－分光光度法
在加热条件下，土壤样品中的有机碳被过量重铬酸钾－硫酸溶液氧化，重铬
酸钾中的六价铬（Cr6+）被还原为三价铬（Cr3+），其含量与样品中有机碳的含量成正比，于585 nm 波长处测定吸光度，根据三价铬（Cr3+）的含量计算有机碳含量。

3.3 总有机碳（TOC）分析仪法
风干土壤样品在富含氧气的载气中加热至680ºC 以上，样品中有机碳被氧
化为二氧化碳，产生的二氧化碳导入非分散红外检测器，在一定浓度范围内，二
氧化碳的红外线吸收强度与其浓度成正比，根据二氧化碳产生量计算土壤中的有
机碳含量。

4 实验结果与讨论
4.1 标准曲线绘制
4.1.1 重铬酸钾分光光度法
分别量取0.00、0.50、1.00、2.00、4.00 和6.00 mL葡萄糖标准使用液于100 mL具塞消解玻璃管中，其对应有机碳质量分别为0.00、2.00、4.00、8.00、16.0 和24.0mg。

表1 重铬酸钾分光光度法－校准曲线
4.1.2 总有机碳（TOC）分析仪法
用移液管分别准确量取0.0、0.5、1.0、2.5、5.0、10.0 mL葡萄糖溶液于10.0mL容量瓶中，用无二氧化碳水稀释至标线，配制成浓度分别为0.0、0.5、
1.0、
2.5、5.0、10.0 g/L的校准系列。

用微量注射器取200μL校准系列于垫
上少量玻璃毛的石英杯中，其对应有机碳含量分别为0.00、0.10、0.20、0.50、1.0和2.0 mg。

表2 总有机碳（TOC）分析仪法－校准曲线
上述实验结果表明使用总有机碳（TOC）分析仪法绘制的标准曲线具有良好
的相关线性，有机碳曲线的R值都达到了0.9995，从而保证了样品测试数据的真
实准确。

4.2 精密度的测试及实际样品分析
4.2.1 有证标准物质/标准样品的测定
通过连续测试6组土壤标准样品（GSS-7)，记为A1~A6，按照样品分析步骤测定有机碳，对方法有精密度高、实验室内误差低、实验数据准确等的精密度进行了验证，测试结果如表3。

表3 精密度验证：有证标准物质/标准样品测定结果
4.2.2 实际样品的测定
取0.05g（精确至0.0001g）已风干过160 目筛的实际土壤样品，重复6次，分别编号为B1~B6，按照样品分析步骤进行测试，记录样品测定结果并计算土壤
有机碳量百分数的标准偏差，结果见表4。

表4 精密度验证：实际样品的测定结果
实验数值符合标准值的范围，标准偏差和相对标准偏差均小于5%。

同时，方差越小，离散程度越小，说明数据的波动越小，越稳定。

充分体现了总有机碳（TOC）分析仪法的精密度更高，实验室内误差低，实验数据准确等优点。

5 抗干扰消除
5.1 燃烧氧化－滴定法
当样品加热至200℃以上时，所有碳酸盐均完全分解，产生二氧化碳，对本方法的测定产生正干扰，可通过加入适量盐酸去除。

空气中的二氧化碳会对测定产生相当于0.2%有机碳的正干扰，通过扣除空白去除。

5.2 重铬酸钾氧化－分光光度法
土壤中的亚铁离子 (Fe2+) 会导致有机碳的测定结果偏高，在试样制备过程中将土壤样品摊成2~3 cm厚的薄层，让其在空气中充分暴露使亚铁离子（Fe2+) 氧化成三价铁离子（Fe+) 以消除干扰。

土壤中的氯离子（Cl-）也会导致土壤有机碳的测定结果偏高，需加入适量硫酸汞以消除干扰。

6 结论
本实验的数据表明，总有机碳（TOC）分析仪测定土壤中有机碳的含量能够达到很好的效果准确度高，且精密度好。

与传统方法相比，总有机碳分析仪操作更方便简单、实用性强、干扰少，不仅能消除土壤中氯含量高时对有机碳测定产生的干扰，其测定的精密度及准确度都较高。

因此，选用该方法测定土壤中有机碳具有广泛的应用前景。

参考文献
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