土壤全氮的测定(精)

H3BO3
有机N
NH4+
NH3
NH4+ + H2BO3-
(+无机N)
H+
H3BO3 | 样品的消煮 | 消煮液中NH4+的定量(蒸馏) |
（二）测定条件：
1 样品的消煮： （1）开氏反应及其特点
开氏反应：样品用浓H2SO4高温消煮时，各种含N 有机化合物经过复杂的高温分解而转化为NH4-N 的反应。
有机质含量很低的砂土 0.03%
一般自然土壤明显高于耕作土壤。
2 华北地区土壤全N的分级指标大致是：
土壤全N水平 低
中
高Biblioteka Baidu
土壤全N % 0.05 0.05-0.08 0.08
二、 测定方法评述
（一） 干烧法： （杜马法、杜氏法）
1931年，瑞典人杜马（Dumas）创立的干烧法
基本原理：样品在CO2气流中燃烧（600C），以 Cu+CuO作催化剂，使所有的N都转变成N2，气流通 过碱液（浓KOH、NaOH）除去CO2后，测定N2的体 积，计算样品全N含量。
开氏法：凡是用开氏反应消煮的定N方法都叫开氏 法，不论采用何种加速剂、仪器及如何定量。
在开氏反应中，有机C被浓H2SO4氧化成CO2而 逸失，即：
C + 2 H2SO4（浓）= CO2 + SO2 + 2 H2O 对N而言： 有机N + H2SO4（浓） NH4+
开氏反应的特点：
① 浓H2SO4是中强氧化剂，单靠它不能很快完 成各类含N有机物的开氏反应，因此需要加入加 速剂，以缩短消煮时间。
无机态N：占1-5%，主要有NH4-N、NO3-N、 NO2-N（少量）（不包括固定态氮）， 一般小于100mg.kg-1。
（二）土壤全氮含量：
1 我国大部分耕地土壤全N含量不高，且变幅
很大，其范围大约在0.03-0.5%。其中：
东北黑土
0.15 - 0.5%
华北地区
0.05 - 0.08%
黄土高原和黄淮海平原 0.03 - 0.1%
土壤全氮的测定
本章要点： 1、了解土壤中氮素的存在形态及含量。 2、熟悉开氏法测定全氮的两大步骤 3、掌握开氏法测定土壤全氮的原理。 4、熟悉开氏反应及其特点。 5、掌握蒸馏法测定氨的原理及条件。
一、概述
（一）土壤全氮存在的形态
有机态N：占90%以上，大多数是腐殖物质态氮, 如蛋白质、氨基酸、氨基糖、腐殖质等。
Se能使有机C很快氧化成CO2，但不能加速有机N NH4-N，虽然能使消煮液很快变清亮，但有机N并未 转化完全，所以后煮时间较长。
催化过程： Se + 2 H2SO4 H2SeO3 + 2 SO2 + H2O H2SeO3 SeO2 + H2O SeO2 + C Se + CO2
CuSO4催化效率不如前两者，但毒性小，使用完全， 不易引起N素损失。 催化过程为：
既起到缩短消煮时间，又能防止N素损失的作用。
加速剂的比例为：
组成 K2SO4(或无水Na2SO4) ：CuSO4·5H2O ：Se粉
4CuSO4+3C+2H2SO42Cu2SO4+4SO2+3CO2+2H2O Cu2SO4+2H2SO42CuSO4+SO2+2H2O 即：当土壤有机质分解完毕，C被完全氧化后，消煮 液呈现清澈的兰绿色，冷却后为无色（CuSO4·5H2O 脱水），因此CuSO4不仅起催化作用，也起指示作用。
现在普遍采用Cu-Se与盐按比例配成的加速剂，它
② 开氏反应的氧化还原电位范围较窄，既须把 有机C氧化成CO2，又须防止把NH4+氧化成NO3-， 因此使用氧化剂要特别注意。
③ 高温消煮能促进有机质分解，但温度过高则 会引起NH4+盐热分解，所以温度不能超过410C。
④ 有些有机N因抗性大则转化很慢，即使有加速剂， 在消煮清亮后也必须再“后煮”一段时间。
2 用热导池测量N2和CO2的导热系数（载气用He 气），如日本C/N自动分析仪，一般多用于植物，农 药的分析，不适于含N低的土壤样品(用于土壤分析仅 有报导)。
（二）湿烧法： （开氏法） 1883年，丹麦人开道尔（J.Kjeldahl）创立。
由于仪器设备简单易得，操作也简便，准确度较 高， 因此为一般实验室所采用。
Hg的催化效率虽高，但有毒，而且Hg在测定过程
中与NH4+生成配合物，在以后加碱蒸馏时也不能 释放出来，使测值偏低。
HgO + (NH4)2SO4 = Hg
NH3 NH3
SO4 + H2O
因此，必须在蒸馏前再加还原剂（如Na2S2O3或
Na2S）处理，使Hg出来。
Hg
NH3 NH3
SO4+Na2S2O3+H2O
（2）消煮时的反应条件： ①加速剂包括三种：
I、增温剂：K2SO4或无水Na2SO4 作用：提高消煮溶液的沸点，加速高温分解过程。
消煮温度要求控制在360-410C，一般用加盐量 的多少来控制消煮液温度的高低，按每毫升浓 H2SO4中含0.3-0.8g盐。
II、催化剂： Hg、HgO、CuSO4、Se等，其中以Hg、Se催化 效率较高，而Cu次之，但使用安全，不易引起 N素损失。 现多采用Cu-Se混合使用。
Cu+CuO NaOH除去CO2
土 + CO2
N2
N2
，600C
经典的杜马法结果准确，回收率高，但仪器装置及
操作复杂、费时，在土壤N素分析中很少采用。
近几年由于仪器发展很快，此法又兴起，例如：
1 用注射管测量微量的N2体积（微升计），如氮自动 分析仪，土壤称样量最多为0.2克，燃烧温度为950－ 1050℃，测N2体积，可测准样品中0.05%N(对土壤全 N测定似乎还不够灵敏)。
三、开氏法测定土壤全N（半微量法）*
（一）原理：
含N有机物在催化剂作用下，与浓H2SO4高温共煮， 使有机N转化成NH4-N（(NH4)2SO4），然后在碱 性溶液中蒸馏出NH3，用H3BO3吸收，再用标准酸 溶液直接滴定H3BO3吸收的NH3，根据酸的用量来 计算N含量。
测定步骤：
催化剂+浓H2SO4 OH-
=
HgS+Na2SO4+(NH4)2SO4
这就造成操作上的复杂化，所以现在一般不用Hg
作催化剂。
Se的催化效率也高，也有毒，但如掌握不好，用量 过多，温度过高或时间过长，均易导致N素损失。
4NH4+ + 3SeO32- + 2H+ = 2N2 + 3Se + 9H2O 如果用量不多或与Cu按比例混合使用，也可达到较 好效果。