土壤碱解氮测定方法比较(精)

201020246(1 北京师范大学学报 (自然科学版
Journal of Beijing Normal University (Natural Science 76
土壤碱解氮测定方法比较 3
王晓岚卡丽毕努尔杨文念
(北京师范大学地理学与遥感科学学院 , 100875, 北京
摘要使用德国产 GER HARD 凯氏定氮蒸馏系统测定碱解氮 , 对蒸馏条件进行了改进 , 确定蒸馏效率和蒸馏时间 , 样品可直接上机测定 , 与传统方法比较 , 碱解蒸馏法测定的结果更准确可靠 , 精密度高 , 、快速蒸馏测定方法 .
关键词土壤 ; 碱解氮 ; 测定方法
3国家基础科学人才培养基金资助项目 (J O630532 通信作者
收稿日期 :2009203210
和利用 . , 故氮素在土壤中的存在形态复杂多样 , 且与地表生物地球化学循环过程关系密切 . 土壤碱解性氮 , 通常也称土壤有效氮 , 是铵态氮、硝态氮、氨基酸、酰胺和易水解的蛋白质氮的总和 . 作为一项主要的土壤氮素分析项目 , 土壤碱解氮质量分数 w 的高低 , 能大致反映出近期内土壤氮素的供应情况 , 与作物生长和产量有一定的相关性 , 可作为土壤有效氮的指标 [122]. 因此 , 土壤碱解氮 w 值的高低也是衡量土壤肥力的重要标志 , 精确便捷地测量土壤中碱解氮的 w , 对指导农田科学施肥 , 有效控制农田土壤面源扩散污染均具有重要的意义 .
根据国家相关标准 [324], 土壤碱解性氮通常采用碱解 2扩散吸收法测量 . 南京土壤所的碱解蒸馏法 [5]虽蒸馏时间为 8min , 但加热蒸馏装置落后 , 需人为经验控
制 , 操作烦琐 . 本文采用了德国 Gerhaedf 公司产 VA P 245全自动凯氏定氮蒸馏系统 , 与扩散吸收法测定结果
比较 , 认为经改进的碱解蒸馏法简便、快速、准确 , 稳定
性好 , 实用性强 , 可作为土壤碱解氮的测定方法 .
1实验方法
111实验原理精确地称取一定量的 60目土壤样
品 , 加入一定量的还原剂 (Zn 与 FeSO 4・ 7H 2O 混合粉剂和一定浓度的 NaO H 溶液 , 土样在碱性及一定温度条件下进行还原和水解 , 使易碱解氮经碱解转化为N H 3状态 , 逸出的 N H 3被硼酸 (H 3BO 3 吸收 ; 再用标准酸滴定至终点 , 即可算出碱解氮的 w . 112仪器与试剂实验所需要的仪器有 :VAP 245全自动凯式定氮蒸馏装置 , 包含 p H/mv 滴定仪 (德国
;250mL 硬质凯氏管 ;D H G 29203A 型
电热恒温干燥箱 (上海恒科技有限公司 ; 50mL 或 100mL 的扩散皿 ;25mL 半微量滴定管 .
化学试剂有 :浓度 c 为 112、 4. 0mol ・ L -1的 NaO H 溶液 ; 质量浓度ρ为20g ・ L -1的 H 3BO 3溶液 ; 浓度 c 为 0101mol ・ L -1的 HCI 标准溶液 ; 质量比为1∶ 5的 Zn 与 FeSO 4・ 7H 2O 混合还原剂 ; 定氮混合指示
剂 ; 阿拉伯胶等 .
所用的化学试剂均为分析纯 , 实验用水均为无氨蒸馏水 . 113样品分析碱解蒸馏法的测定步骤为 :1 称取通过 0125mm 筛的土样 1g (精确到 010001g , 还原剂 112g 倒入干燥的 250mL 凯式管中 , 摇动凯式管 , 将样品混匀 , 加入 10mL 蒸馏水把粘在内壁上的样品冲洗下去 . 同时做空白对照 .
2 开启 p H/mv 滴定仪 , 接通蒸馏器电源 , 打开冷凝水 . 用蒸馏水空蒸 VA P 245凯式定氮系统 5min , 清洗系统 2次 , 将装有土壤样品的凯氏管连接在蒸馏器
上 , 旋紧接口 .
3 通过蒸馏器管路加入 4mol ・ L -1的 NaO H 溶液 10mL , 蒸馏水 20mL 使凯氏管内总体积达 40mL (加上冲洗蒸馏管内壁的 10mL 蒸馏水 , 这时 NaO H 与 Zn
2FeSO 4还原剂作用后 , 剩余碱的 c 约 1mol ・ L -1.
4 通过管路向冷凝管下的吸收池加入约 40mL 的 H 3BO 3溶液 , 使 p H 玻璃电极球置于 H 3BO 3溶液之中 .
5 开始蒸馏 , 蒸馏时间为 3min 30s , 蒸馏效率为 40%.蒸馏完毕后 , 用 0101mol ・ L -1HCl 标准液滴定
馏出液 , 由 p H/mv 滴定仪自动完成 .
6 以上步骤通过凯式蒸馏系统程序设置完成 . 程
第 1期王晓岚等 :土壤碱解氮测定方法比较 77
序设置 :NaO H 为 01, 去离子 H 2O 为 02, H 3BO 3为 04, 蒸馏效率为 40%, 蒸馏时间为 3min 30s , 排空废液时间 20s. 其土壤碱解氮 w (mg ・ kg -1 计算公式为 : w =[c ・ (V -V 0 ×1410×103]/m ,
式中 :c 为 0101mol ・ L -1HCl 标准溶液浓度 (mol ・ L -1 ; V 为样品滴定时消耗的 0101mol ・ L -1HCl 标准溶液体积 (mL ; V 0为滴定空白时消耗的 0101mol ・L -1HCl 标准溶液体积 (mL ; m 为风干试样质量 (g ; 1410为氮原子的摩尔质量 (g ・mol -1 ; 103为换算系数 .
碱解 2扩散吸收法的测定步骤为 :1 称取通过 60目筛的风干土样 1g (精确至0101g 和 1g 2
7H 2O 还原剂 , 2
内室加入 2・ L 331 , 盖上毛玻璃 , 旋转数次 , 使毛玻璃与皿边完全黏合 , 再慢慢转开毛玻璃的一边 , 使扩散皿外室露出一条狭缝 , 迅速加入 10mL 118mol ・ L -1的 NaO H 溶液 (水稻土样品用 112mol ・ L -1NaO H 溶液于扩散皿外室 , 立即用毛玻璃盖严 . 3 水平地轻轻转动扩散皿 , 使 NaO H 溶液与土样充分混合 , 然后用橡皮筋圈紧 , 使毛玻璃固定 . 放在 (40±1 ℃恒温箱中 , (24±015 h 后取出 . 4 用
0101mol ・ L -1HCl 标准溶液滴定内室中 H 3BO 3所吸收的氨量 , 由蓝色变为微红色即达终点 . 在样品测定的同时进行空白实验 .
2结果与分析
211蒸馏时间和蒸馏效率的选择选取不同时间 110、 210、 215、 310、315、 410min 测定的馏出量分别为 0、 711、 1413、 2114、 2817和 3511mL. 在原碱解蒸馏法中 , 推荐 810min 内使蒸馏体积大于 3010mL [5], 但用 Vap 245凯氏定氮蒸馏器在最小蒸馏效率为 40%的情况下 ,315min 的蒸馏体积接近 30mL. 蒸馏过程中如果蒸汽太大会使蒸馏体积太大 , 导致结果偏高 ; 蒸汽太小会使水解不完全 , 蒸馏出的体积太小 , 导致结果偏低 [5]. 所以必须用蒸馏效率调节蒸汽量 . 当蒸馏时间为 315min 时 , 选择 40%、 50%、 60%、 70%、 80%、 90%和 100%等不同蒸馏效率 , 对蒸馏体积进行测试 , 结果分别为 2910、 4313、 5610、 6818、 8312、 9615和 10911 mL. 表明随着蒸馏效率的增高馏出体积会增大 , 只有当蒸馏效率为 40%时蒸馏体积接近 30mL.
212蒸馏时间对测定结果的影响选取 4种国家标准土样 , 用 215、 310、3、 5、 410min 不同蒸馏时间分别对每个样品进行检测 , 平行测定 6次取平均值(见表 1 . 结果显示 , 当蒸馏时间为 315min , 检测结果与标准值具有很好的一致性 . 当蒸馏时间 215min 时 , 检测结果偏低 ; 当蒸馏时间 4min 时 , 检测结果偏高 . 213 NaOH 溶液浓度对测定结果的影响由于水解性氮是无机氮与易水解蛋白质的总
和 , 当 c (NaO H 过低时 , 易水解蛋白质水解不完全 , 导致检测结果偏低 ; c (NaO H 过高时 , 某些难水解蛋白质发生部分水解 , 导致结果偏高 . 根据孙又宁等 [6]实验 , 随着 c (NaO H 的增加 , 碱解氮的 w 也随之增高 . 因此碱解蒸馏法中 c (NaO H 选择对测定结果至关重要 . 本实验选择 c (H 4mol ・ L -1[5], 315min 时 , 检 1 .
( =4mol ・ L -1
蒸馏时间 w (N /(mg ・ kg -1
min
G BW07412
( 3
G BW 07413
(695
G BW 07415
(16136
G BW07416 (6714 21592158431394124011 310129116317145176116 315151186817161166617 41018715102101981510019 3括号内为标准值 .
214实验回收率在 1100g 土样中加入 5mL N H 4Cl (013820g ・ L -1 , 经碱解后滴定、计算碱解氮的 w . 结果显示 ,2种方法的回收率相差不大 , 扩散吸收法的均值为 9911%, 范围是 9817%~9915%; 碱解蒸馏法的平均值为 9917%, 范围是 9916%~9918%, 比扩散吸收法略高 . 2种方法均能定量回收 N H 4Cl. 215测定结果的比较对 2个国家标准土样及实验室自制的 5种土壤样品分别采用扩散吸收法和碱解蒸馏法测定碱解氮 w , 结果列于表 2. 对 2组数据的差异性进行了 T 检
验 , 结果显示 2种方法的测定结果无显著差异 (P <0105 , 说明扩散吸收法与碱解蒸馏法测定结果一致 , 碱解馏法可用于碱解氮的分析 .
3讨论
对于不同类型土壤中碱解氮 w 测量结果表明 :碱解蒸馏法和碱解扩散吸收法测定土壤中碱解氮具有相同的精密度和准确度 .
但扩散吸收法操作烦琐 , 检测时间较长 , 测定样品需在 40℃恒温烘箱内经 24h 的水解过程 ; 此外 , 由于不可避免的设计缺陷 , 在保温过程中容易造成扩散皿
内、外室的液体混合 , 极易发生相互污染 , 特别是在使用较高的 c (NaO H 碱液水解样品时 , 易造成测定结果偏高 ; 再则 , 涂抹阿拉伯树胶后 , 如果毛玻璃板与扩散皿未完全密封 , 则导致氨气逸出 , 造成测定结果偏低 .
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北京师范大学学报 (自然科学版第 46卷表 2不同类型土壤碱解氮质
量分数 (w 测定结果的比较
方法样品
测定值 /(mg ・ kg -1 平均值 S E 12345678mg ・ kg -1
扩散吸收法
碱解蒸馏法 GW07413691869116815681268126812681069146817017
GW07415158131611815915162101611816015162111651016114210褐土110913107161071210518105101021891141061110414516褐土
2971997159516941091158912891295149318315福建红土771775157511741274117319731276107510114紫色土761274127411731973187117691275107314212黑土316133181631515316183161831615315193141931614111
GW07413701769196818661768166913681070176911114
GW0741516018162181591116418019816119116褐土1104161051810616105122911106. 119褐土 2991898109810195919612313福建红壤77101741875147511474127510111 1731717415741276107412110 317119123171531611317123181031713111
题 . 本文通过对蒸馏条件的控制和改进 , 缩短了蒸馏时间 , 简化了测定手续 , 方法简捷实用 . 可以作为测定碱解氮的一种新的方法 , 提高工作效率 .
4参考文献
[1]李天杰 , 赵烨 , 张科利 . 土壤地理学 [M ].北京 :高等教育出版
社 ,2004:51257
[2]鲍士旦 . 土壤农化分析 [M ].北京 :中国农业出版社 ,
2002:57
[3]中国土壤学会农业化学专业委员会 . 土壤农业化学常规分析方法 [M ].北京 :科学出版社 ,1989:82284
[4]农业部全国土壤肥料总站 . 土壤分析技术规范 [M ].北京 :农业出版
社 ,1993:39240
[5]中国科学院南京土壤所 . 土壤理化分析 [M ].上海 :上海科学技术出版
社 ,1978:75
[6]孙又宁 , 保万魁 , 余梅玲 . 自动定氮仪碱解蒸馏法测定土壤中碱解氮含量[J].中国土壤与肥料 ,2007(5 :64
COMPARISON OF METH ODS FOR DETERMINING
AL KAL I 2H YD ROLYZED NITROGEN IN SOIL
WAN G Xiaolan Kalibinuer YAN G Wennian
(School of Geography and Remote Sensing Sciences , Beijing Normal University , 100875, Beijing , China
Abstract This st udy employs German p roduction GER HARD Kjeldahl distillation system to test available nit rogen and imp roved t he distillation condition in order to fix t he efficiency and time of distillation. Samples could be tested directly by machine. This st udy p rovides an accurate and quick met hod of testing distillation. Test data of t his met hod are accurate and reliable wit h high p recision. It is relevant to t he result s of t he alkali 2 hydrolyzed distilling met hod.
K ey w ords soils ; alkali 2hydrolyzed nit rogen ; determining met hods。