无定形铁、铝、硅的测定方法

无定形铁、铝、锰、硅的测定
1 原理
无定形（非晶质）氧化物是指不产生X射线的胶体氧化物。

由于酸性H2C2O4-(NH4)2C2O4溶液具有pH缓冲性能极强的特点，对于酸性和中性土壤浸出液的酸度可稳定在pH3.2左右，即使碱土(土壤pH达10)，经测定证实，pH仍能稳定在3.3～3.4。

草酸-草酸铵缓冲也中草酸根可将土壤中非晶质氧化铁中的铁、非晶质氧化铝中的铝以及非晶质氧化硅中的硅络合成水溶性的络合物进入提取液。

因此一般用于浸提活性较大的Fe、Al、Mn、Si等氧化物。

2 试验
2.1 样品待测液的制备
用H2C2O4-(NH4)2C2O4溶液，一次性振荡提取土壤，使Fe、Al、Mn和Si 等无定形水合氧化物提取到溶液中，然后用同一特测液分别测定。

2.1.1 主要仪器
振荡机、三角瓶（250ml）、胶塞、布袋、离心机（最大转速5000r/min，附100ml 离心管）、烧杯（200ml）
2.1.2 试剂
(1) 酸性H2C2O4-(NH4)2C2O4提取剂：称取25.20g草酸(H2C2O4，分析纯)和49.68g草酸铵（(NH4)2C2O4，分析纯），加水后加热溶解，用水定容到2升(pH 应为3.2，必要时可在pH计上用稀H2C2O4和NH4OH调节)。

(2) H2SO4：硫酸(H2SO4，分析纯)；
(3) H2O2：过氧化氢(H2O2，分析纯)；
2.1.3 操作步骤
(1) 样品待测液的提取
称取通过0.25mm的风干土样2.00g，置于250 ml三角瓶中，在20-25℃时，按1:50土液比加入l00 ml H2C2O4-(NH4)2C2O4提取液，加塞，将三角瓶放入布袋中，在振荡机上遮光振荡2小时，然后将混合液转入100ml离心管中，于3000-4000r/min的离心机中离心，离心后的上清液可直接转入塑料瓶或三角瓶中，加塞备用，若上清液中仍有浑浊，则可用干的定性滤纸过滤，滤液作为活性Fe和Si的待测液。

在加入H2C2O4-(NH4)2C2O4提取液前即将布袋套上，直到离心时将布袋取下。

(2) 样品待测液的预处理
吸取(1)中样品待测液20-50 ml，置于200 ml烧杯中，低温蒸至近干，取下冷却，加入3 ml浓H2SO4和l0ml H2O2，继续加热消化，开始温度不宜过高（100℃左右即可），不能使溶液沸腾，使C2O42-充分氧化、有机物同时氧化成无色或黄绿色状，中间可适当补加适量H2O2，便于氧化彻底，最后适当提高消化温度，使H2SO4冒烟，直到回流为止，最后用1：9 H2SO4加热溶解，将内溶物全部移入50ml量瓶中定容。

作为活性Al、Mn的待测液。

2.1.4 注意事项
（1）原先的方法(中国科学院南京土壤所，1978)，是将土样以1:50的土液
比例，分二次振荡各2小时进行提取的，后经试验(熊毅等，1985)改用一次性振荡2小时提取，表明能充分地活性氧化物都能充分提取出来，这样便于操作。

但应注意，每批提取的式样不宜过多，否则第一个试样与草酸铵溶液接触的时间与最后一个试样相差很大，致使先后的重复性较差或不宜再现。

（2）由于光化学作用的影响，会增加弱品质氧化物的溶解度，使结果偏高，因此，必须在遮光条件下振荡提取；待提取液转入离心管后再将布袋取下；
（3）提取时宜在25℃恒温环境中进行，不固定室温条件，测定结果是很难重现的；
（3）由于样品待测液中的草酸盐极易发生沉淀，会引起待测元素浓度的改变，因此，必须在二天内吸取完毕。

2.2 铁的测定——邻啡罗啉比色法
无定形氧化铁（Fe o）是游离氧化铁中活性较高的一部分，又叫活性铁，具有很大的表面积，对土壤的各项理化性质尤其是对阴、阳离子的专性吸附以及稳定土壤结构起着十分重要的作用。

它与游离氧化铁（Fe d）的比值（Fe o/Fe d）或百分比称为氧化铁的活化度，[1-（Fe o/Fe d）]则表示老化的程度，可以作为鉴别灰化土B层或土壤发生特征的指标，此外，它还能反映某些成土环境对土壤产生的影响。

因此，该项分析对于了解土壤的基本理化性质及成土条件和环境有着重要意义。

土壤中的活性铁一般在在1-5 g/kg(Fe2O3)，某些土壤的铁锰沉积层可高达l0 g/kg (Fe2O3)左右。

通常采用邻啡罗啉比色法和原子吸收光谱法测定，所得结果是一致的，可根据条件选用，本实验采用邻啡罗啉比色法测定。

2.2.1 主要仪器
分光光度计、容量瓶（50ml）等
2.2.2 试剂
(l) l00g/LNH2OH·HC1溶液：称取10g盐酸羟胺(NH2OH·HC1，分析纯)，溶于100ml水中：
(2) l00g/LNaOAc溶液：称取l00g醋酸钠(CH3COONa，分析纯)，溶于l升水中；
(3) l.0g/L邻啡罗啉指示剂：称取l.0g邻啡罗林（分析纯），加热溶于1升水中；
(4) Fe标准溶液：铁标准溶液液：称取纯铁丝（先用稀盐酸洗去表面氧化物）或纯金属铁粉0.1000g（精确至0.0001g）置于250mL烧杯中，加入20mL盐酸(1+1)，加热溶解后，冷却，移入100mL容量瓶中，再加水稀释至刻度，摇匀。

此溶液1mL含50μg铁。

2.2.3 操作步骤
(1) 吸取2.1（1）样品待测液2-5ml（使含Fe 50-300μg）置于50ml量瓶中，加入1ml l00g/LNH2OH·HC1溶液，摇匀，放置5min，再加入5ml l00g/LNaOAc 溶液，摇匀后加入10ml邻啡罗啉指示剂，定容后放置24h，于分光光度计上530nm 处比色测定吸光度。

(2) Fe标准曲线的绘制：分别取0,1,2,3,4,5,6ml50mg/L的铁标准溶液置于50mL容量瓶中，按上述操作步骤进行显色处理，绘制工作曲线。

2.2.4 结果计算
W（Fe
2o
3
）=c×50×t×1.43×1000/m/106
式中：
W（Fe
2o
3
）—无定形氧化铁含量，g/kg；
c—在工作曲线上查得铁的浓度，mg/L；
50—显色体积，ml；
t —分取倍数（待测液体积250mL或100/吸取待测液体积mL）；
m —风干土样质量；
1.43—铁换算成三氧化二铁的系数；
1000—g与kg的换算系数；
106—μg与g的换算系数。

2.2.5 注意事项
(1) 如遇到颜色较深的样品待测液时，可在测定范围内尽量减少吸取量，以增大稀释倍数来减少颜色干扰。

(2) 由于H2C2O4-(NH4)2C2O4提取液的酸度(pH为3.2)正在邻啡罗林显色酸度(pH 2-9)范围内，故显色时也可以省去加NaOAc溶液这一步，也可改加5mlNaOAc 已足够。

(3) 待测液中的C2O42-，在邻啡罗林比色条件下对测定结果无影响，但会减缓Fe2+与显色剂的络合速度，可将显色后的有色溶液放置24小时，再进行比色，使显色完全。

而且，显色时间为24h时，只有当稀释倍数小于8.3倍，铁良大于4mg/L时，草酸盐才有干扰。

显然在实际操作中，稀释倍数总在10倍以上，因此，仅测定无定形铁时可省去破坏草酸盐这一步。

2.3 铝的测定——铝试剂比色法
土壤中常见的无定形氧化铝是羟基铝及其聚合物（[Al m(OH)n]3(m-n)+），存在于粘土矿物表面的吸附点上及膨胀性粘土矿物的层间，是土壤可变电荷的主要载体之一，此外，与有机质结合的铝亦为无定形物质。

无定形氧化铝具有巨大的活性表面积，因而对土壤的各项理化性质有深远的影响，尤其是对阴、阳离子的专性吸附性能，同时，也在一定程度上反映了成土条件和成土环境，因此，有时也可作为土壤发生分类的一项指标。

通常用氟化钾取代-EDTA滴定法或铝试剂比色法和二甲酚橙比色法测定。

比色法的测定范围在0～2μg/ml(Al2O3)，而滴定法的测定范围在0.38～3.8mg Al2O3。

可根据具体条件选用，本实验选用铝试剂比色法。

2.3.1 主要仪器
分光光度计、容量瓶（50ml）等
2.3.2 试剂
(1) 铝试剂显色剂：量取120ml冰醋酸(CH3COOH，分析纯)，用水稀释至800ml左右，加入24g氢氧化钠(NaOH，分析纯)，溶解后再溶入0.350g铝试剂（分析纯），全部移入1000ml量瓶中，用水定容（此液pH为4.0）；
(2) l.0g/L对硝基酚指示剂：称取0.lg对硝基酚溶于l00ml水中；
(3) Al标准溶液：称取金属铝片（表面氧化物用刀刮去）0.5000g，加入15mlHCl（1:1）溶解，稀释至1L，铝的浓度为500mg/L。

再稀释成10mg/L，备用。

(4) 10g/L抗坏血酸溶液：称取lg抗坏血酸（维生素C，分析纯），溶于l00ml 水中（现用现配，不能加热）；
(5) 1:4 NH4OH溶液：20ml浓氨水（化学纯）与80ml水混合；
(6) 0.1mol/LH2SO4溶液：3ml1:9 H2SO4溶液用水稀释至l00ml。

2.3.3 操作步骤
(1) 吸取2.1(2)经消化预处理的样品待测液5-l0ml（使含Al2O31.25-l00μg），置于50ml量瓶中，加2滴对稍基酚指示剂，滴加1:4NH4OH溶液中和至微黄色，再用稀H2SO4溶液调至无色（pH为5.6），再加入0.5ml抗坏血酸溶液，放在105℃烘箱中保温30分钟，取出后再用水稀释至35ml左右，准确加入10ml铝试剂进行显色，用水定容，放置2小时后在分光光度计上用530nm波长（用1cm 比色皿）比色，读取透光度。

同时用预处理后的空白溶液做空白试验。

(2) Al标准曲线的绘制：分别吸取10μg/ml的Al标准溶液0、1、2、3、4、5、6、7、8ml于50ml容量瓶中，与待测液同样显色，于分光光度计上比色测定，并绘制标准曲线。

2.3.4 结果计算
W（Al
2O
3
）=c×50×t×1.1.8895×1000/m/106
式中：
W（Al
2O
3
）—无定形氧化铝含量，g/kg；
c—在工作曲线上查得铁的浓度，μg/ml；
50—显色体积，ml；
t —分取倍数（待测液体积100/吸取待测液体积mL）；
m —风干土样质量；
1.8895—铁换算成三氧化二铁的系数；
1000—g与kg的换算系数；
106—μg与g的换算系数。

2.3.5 注意事项
（1）由于提取液中的C2O42-会阻止Al3+离子与铝试剂形成红色络合物（起封闭作用）。

有机物的颜色也会影响比色测定，故必须用H2SO4和H2O2消化预处理的待测液。

（2）提取液中铝盒硅测定应在提取结束后尽快进行，以免放置过久后形成硅酸铝而使测定结果偏低。

（3）由于铝试剂显色剂具有颜色，因此，必须用吸管准确加入，以免产生测定误差。

（4）用铝试剂比色法测定铝的要求比较严格，应掌握好酸度和显色时间。

标准溶液显色应与待测液保持一致，以便内消测定误差。

2.4 硅的测定——硫酸亚铁铵比色法
土壤中无定形氧化硅以蛋白石为主，也包括氧化硅的水凝胶和干凝胶等，广泛存在于各种土壤中。

无定形氧化硅活性较高，具有一定的羟基化表面，在pH>3.5时，可以吸附阳离子和极性物质，也能接受带氢键的基和带正电荷的溶胶。

此外，它能明显影响土壤的物理性质，改善土壤持水性能，因此，该项分析对于了解土壤的理化性状具有重要的意义。

在适宜酸度的条件下，提取液中的Si与钼酸铵生成可溶性的黄色硅钼杂多酸络合物，被硫酸亚铁铵还原为硅钼蓝色，在一定范围内比色测定活性硅的含量。

2.4.1主要仪器
分光光度计、容量瓶（50ml ）等。

2.4.2 试剂
(1) SiO 2标准溶液：准确称取经900℃灼烧过的SiO 2（分析纯）0.1000g 于铂坩埚中，加入0.8g 无水Na 2CO 3（分析纯）．搅匀后表面再盖上0.2g 无水Na 2CO 3，置于920℃高温电炉中，熔融30分钟，使内熔物呈均匀的凹形面，取出冷却．小心捏动坩埚四壁使熔块分离，将熔块倒入250ml 烧杯中，用稀HC1和热水洗净坩埚，用HCl 将杯中熔块充分溶解后，全部移入500ml 量瓶中，冷却后用水定容，此液即为200μgml -1 SiO 2标准溶液．再用水稀释4倍得50μg /mlSiO 2标准溶液（标准溶液均须贮于塑料瓶中）。

（未做标准溶液，而是购买的硅标准溶液）
(2) 50g/L 钼酸铵溶液：5g 钼酸铵[(NH 4)6MO 7O 24·4H 2O ，分析纯]，溶于82ml 60℃水中，冷却后慢慢加入l8ml6/mol1/2H 2SO 4溶液（酸度为6mol/L 1/2H 2SO 4）；
(3) 40g/LH 2C 2O 4溶液：4g 草酸(H 2C 2O 4·2 H 2O ，分析纯)，加水溶解后定容到100m1；
(4) 50g/LKMnO 4溶液：5g 高锰酸钾（KMnO 4，分析纯），加热溶于l00ml 水中；
(5) l0 g/L H 2C 2O 4溶液：lg 草酸(H 2C 2O 4，分析纯)溶于l00ml 水中；
(6) 30g/L(NH 4)2SO 4·FeSO 4原剂：3g 硫酸亚铁铵[(NH 4)2SO 4·FeSO 4·6H 2O ，分析纯]，用6mol/L1/2H 2SO 4溶液溶解后再用其定容到l00ml ，过滤后备用（此液不能加热，现用现配）；
(7) 6 mol/L/2H 2SO 4溶液：量取l00ml 浓硫酸（H 2SO 4，分析纯），慢慢倒入400 ml 水中，冷却后在量筒中加水定容到600ml ；
(8) 2，6-二硝基酚指示剂：0.2g2，6-二硝基酚，溶于100ml 热水中；
(9) l00g/LNa 2CO 3溶液：l0g 无水碳酸钠(Na 2CO 3，分析纯)，溶于l00 ml 水中。

2.4.3 操作步骤
(1) 吸取2.1(1)待测液2-5ml (使含SiO 225～300μg)，置于50ml 量瓶中，加6 mol/LH 2SO 41.0ml 在水浴加热条件下，滴加KMnO 4溶液，直至出现棕色沉淀，再滴加l0 g/L H 2C 2O 4溶液，使沉淀刚消失，再滴加稀KMnO 4溶液，使溶液呈微红色(3秒钟不褪）。

加2滴2,6-二硝基酚指示剂，用Na 2CO 3溶液调至微黄色，准确加入50g/L 钼酸铵溶液 2.5 ml ，摇匀，放置5-20分钟，再补加6mol/L1/2H 2SO 42ml ，然后加40g/L H 2C 2O 4溶液5ml ，摇匀，再立即准确加入30g/L 硫酸亚铁铵显色剂5 ml ，用水定容。

10-15分钟后在分光光度计上用660nm 波长比色，读取透光度-再在标准曲线上查得SiO 2的浓度（或用回归统计法求得）。

(2) SiO 2标准曲线的绘制：分别吸取50μg /mlSiO 2标准溶液0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0ml 于50ml 量瓶中，再按上述与待测液相同的操作方法显色，即制得0～6μg /ml SiO 2标准系列色阶，相同条件比色，分别读取透光度，并绘制标准曲线。

2.4.4 结果计算
10001050,6112⨯⨯⨯⨯=--样品重分取倍数gml gkg SiO μ
式中μg/ml——待测液中SiO2的浓度；
50——比色时体积(ml)；
分取倍数——样品待测液总体积与比色时吸取体积之比值；
2.143——硅换算成二氧化硅的系数；
106——将SiO2μg换算成g；
1000——换算成每kg含量。

2.4.5 注意事项
(1) 提取液中存在的C2O42-；一会阻止Si与钼酸铵形成硅钼黄络合物，致使显不出蓝色，因此，必须在酸性条件下用KMnO4氧化破坏C2O42-后测定。

(2) 温度对硅钼黄络合物的稳定性影响极大，放置时间适当，一般来说，室温15℃以下时放置15～20分钟，20℃左右时放置10分钟，30℃以上时不得超过5分钟。

因此，加钼酸铵后，必须适时加入显色剂，时间不能过长，否则会使后来加的H2C2O4。

重新夺取硅钼黄络合物中的Si，至使显现昀蓝色不够完全，甚至显不出蓝色。

由此可知，若来不及当天比色时，可将溶液调至微黄色这一步，这样就可以隔天测定。

(3) 在加钼酸铵与加显色剂前，加入H2C2O4的作用，是掩蔽PO43-，当Si 与钼酸铵形成稳定的络合物后，在适当时间内加入H2C2O4就不会妨碍显色。

(4) 由于原方法(中国科学院南京土壤所，1978)的显色酸度为0.65mol/L1/2H2SO4，正好是钼锑抗比色测定磷时的显色酸度，补加H2SO4的作用是将显色酸度提高到0.89mol/L1/2H2SO4，更好地避免磷的干扰。

(5) 因显色酸度很严格，故必须准确加入钼酸铵和显色剂。

(6) 由于硅钼蓝色的稳定性较差，一般要求在4小时内比色完毕，以免蓝色减褪。

（7）本法对器皿的清洁度要求很高，否则会增大空白值。

因此，可预先将量瓶用1:l NH4OH洗涤；选择空白值小的试剂和蒸馏水；全部试剂必须用塑料瓶保存。

主要参考文献
[1]熊毅等编著，1985。

土壤胶体研究法（第二册），252-260页，科学出版社。

[2]中国科学院南京土壤所编著，1978。

土壤理化分析，上海科技出版社。

[3]许祖诒、陈家坊，1980。

土壤中无定形氧化铁的测定，土壤通报，第6期，32-35页。

[4]朱韵芬、王振权，1986。

土壤中硅的比色法测定中若干问题。

土壤，第18卷第5期，267-270页。

[5]方肇伦主编，1983。

原子吸收光谱分析。

于：仪器分析在土壤学和生物学中的应用，科学出版社，1-22页。

[6] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法.。