农化分析三章

1、第三章 土壤有机质的测定3.1 概述3.2 土壤有机质测定方法（1）土壤有机质（OM）的形态。（2）OM的含量与分布。（3）OM与土壤肥力的关系。（4）OM的环境学意义（1）OM测定方法的比较与选用（2）干烧法（3）湿烧法（4）外加热重铬酸钾容量法（5）稀释热重铬酸钾容量法1 1、分解很少，仍保持原来形态学特征的动植物残体；、分解很少，仍保持原来形态学特征的动植物残体；2 2、动植物残体的半分解产物及微生物代谢产物；、动植物残体的半分解产物及微生物代谢产物；3 3、有机质分解和合成的较稳定的高分子化合物、有机质分解和合成的较稳定的高分子化合物腐殖酸类物质。腐殖酸类物质。土壤有机质（除专门研究外

2、）指操作者借助放大镜用摄子剔除动物残体和植物细根后的土壤有机物质总量。问题： 如何降低动植物残体对测定结果的影响，提高测定结果的精密度？（1）土壤有机质（OM）的形态土壤有机质的成分中既有化学结构单一、存在时间只有几分钟的单糖或多糖, 也有结构复杂、存在时间可达几百到几千年的腐殖质类物质( Humic Substance) , 既包括主要成分为纤维素、半纤维素的正在腐解的植物残体, 也包括与土壤矿质颗粒和团聚体结合的植物残体降解产物、根系分泌物和菌丝体。有机质分组轻组有机质重组有机质比重1.7 g cm3，由轻组有机质经彻底分解后残留的或重新合成的、以芳香族物质为主体的有机物质(主要是腐殖质)

3、。占有机质总量的7080%。其结构稳定复杂，是结合在土壤粘粒之间的，或在土壤团聚体形成过程之中被包在团聚体内部的有机质，对维持团聚体的结构具有非常重要的作用,是很难被微生物利用的，是土壤的稳定碳库。有机质分组松结合态有机质与砂粒( 50 m) 、粗粉砂粒( 20 50 m) 、细粘粒（0.2 m ）土壤颗粒结合的有机质。与轻组有机质关系密切，土壤易分解的C库紧（稳）结合态有机质与细粉砂粒( 220 m) 、粗粘粒（0.22 m ）土壤颗粒结合的有机质。土壤的惰性碳库。含量：%数量级。一般农田土壤11.5%左右，水田土壤24%左右。分布：受生物气候带、质地和农耕措施的影响由北南，东西逐步降低。问

4、题：若个别样品有机质含量特别高，原因是什么？（2）OM的含量与分布中国土壤有机质含量图级别一级二级三级四级五级六级有机质 273.46 （8.95）*541.87 (17.74)1038.62 (34)795.02 (26.02)71.71 (2.35)21.39 (0.7)全氮394.56 (12.92)706.35 (23.12)1025.03 (33.55)421.53 (13.8)146.63 (4.8)47.95 (1.57)有机质分级标准： 一级40 g kg-1 二级40-30 g kg-1 三级30-20 g kg-1 四级20-10 g kg-1 五级10-6 g kg-1

5、六级6 g kg-1全国水田土壤有机质和全氮含量分级全国水田土壤有机质和全氮含量分级* *面积统计（面积统计（万公顷）万公顷）全氮分级标准： 一级2 g kg-1 二级2-1.5 g kg-1 三级1.5-1.0 g kg-1 四级1.0-0.75 g kg-1 五级0.75-0.5 g kg-1 六级0.5 g kg-1为什么？为什么？土壤全氮量（g/kg)=土壤有机质（ g/kg ）0.05(或0.06)（3）OM与土壤肥力的关系与土壤肥力关系密切提供N、P、K及多种微量元素土壤结构形成、微团聚体的稳定性方面意义重大同时带2种电荷，可吸附NO3-和H2PO4-等阴离子，也可吸附K+、NH4

6、+等阳离子，决定了土壤的保肥能力含有COOH等酸性功能基团，提高了土壤的酸碱缓冲能力促进微生物活动，提高酶活性，影响养分转化过程（3）OM与土壤肥力的关系与土壤污染净化、温室气体排放关系密切-COOH、-OH、-NH2等功能基团，对重金属具有很强的络合、螯合能力，影响重金属的迁移和稳定。与有机污染具有较强的亲和力，可刺激微生物活动，影响有机污染的活性及生物转化过程。土壤是全球最大的碳库，碳储量约为770108 t，是温室气体CH4和CO2、H2S、N2O的源。厌氧时，有机碳矿化产生CO2，CO2被还原产生CH4，S被还原产生H2S，NO3-被还原产生N2O;光照、好氧状态，有机碳矿化产生CO2

7、，CO2可被细菌光合固定，H2S也可被光合固定（4）OM的环境学意义土壤 C + 氧化剂 = CO2（气体）+ 土壤 W1W2干烧法、湿烧法重量法测定手段容量法比色法干烧法湿烧法外加热法 稀释热法重量法无机碳干扰，碳酸钙等碳酸盐，亚硫酸去除亚硫酸去除水分干扰还原性物质干扰，Fe2+、Cl-等，充充分风干，硝酸银分风干，硝酸银去除等去除等清液浑浊干扰非色散红外光谱法TOC分析仪（1）OM测定方法的比较与选用土壤+ C + 氧化剂 = CO2（气体） + 土壤 重量法原理原理：通过测定灼烧前后土壤的重量差值计算含碳量。测试条件测试条件：高温电炉1000，3h误差来源误差来源：灼烧过程中无机碳酸盐分

8、解，土壤水分挥发、其他高温条件下可以损失的元素等都会对本方法的测定结果产生影响。误差控制误差控制：干扰因素多，难于控制，本方法已退出历史舞台。（1）OM测定方法的比较与选用土壤+ C + 氧化剂 = CO2（气体） + 土壤 干烧法湿烧法测试条件：高温电炉，密闭烧管，1000，3h误差来源：无机碳酸盐消除方法：测定前用亚硫酸去除方法优点：有机碳全部分解，干扰因素少，结果准确。方法缺点：需要特殊的仪器设备，费时间，不适合大量样品分析。测试条件：铬酸、磷酸，160，3h误差来源：无机碳酸盐消除方法：测定前用亚硫酸去除方法优点：有机碳全部分解，干扰因素少，结果准确，常用。方法缺点：需要特殊的仪器设备

9、，费时间，不适合大量样品分析。CO2的产生方式碱石灰管吸收称重标准氢氧化钡溶液吸收，标准酸滴定CO2的测定方法气量法土壤+ C + 氧化剂 = CO2（气体） + 土壤 测定手段K2Cr2O7比色法容量法方法原理方法原理：利用比色的方法测试重铬酸钾颜色的变化计算氧化剂的消耗量，进而计算有机碳含量。误差来源误差来源：Fe2+、Mn2+、Cl-等氧化还原性物质，悬液浑浊。消除方法消除方法：测定前充分风干，加入AgSO4方法优点方法优点：快速简便，适合批量样品分析。方法缺点方法缺点：有机碳分解77-90%，干扰因素多，难于消除，仅用于速测。方法原理方法原理：利用过量重铬酸钾氧化有机C，剩余重铬酸钾采

10、用已知浓度硫酸亚铁滴定，据硫酸亚铁用量计算氧化剂消耗量。误差来源：误差来源： Fe2+、Mn2+、Cl-等氧化还原性物质，消除方法：消除方法：测定前充分风干，加入AgSO4方法优点：方法优点：干扰因素易于控制，结果准确，适合批量分析，常用。方法缺点：方法缺点：有机碳分解90%。原理 在一定温度（10001500 ）的电炉里高温氧化含碳物质，释放的CO2用适当的试剂吸收后用容量法、重量法、气量法、电导法，或把CO2还原为CH4用气相色谱法等方法测定。优点：准确。缺点：操作、仪器要求高，受无机碳的干扰。问题：设想如何用容量法、重量法、气量法、电导法测定CO2的量？（2）干烧法 O2纯 化 装 置

11、1 硫 酸 2 回 旋 仪 3 MgClO4 9001000 电 炉 球 形 CO2 吸 收 阱 除尘阱 O2供给调节计 MnO2阱 （除去卤素和硫） 催化炉 CO-CO2 球形CO2 吸收阱 碱石灰 （H2SO4和HClO4） 装CuO和玻璃纤维棉的电炉 气体纯化阱 （H2SO4和HClO4） 碱石灰 （H2SO4和HClO4） 流程 土壤与含有氧化剂（重铬酸钾、铬酸高锰酸钾等）、硫酸和磷酸的混合物消化，在煮沸的温度下（180210 ）可将有机物完全氧化为CO2，用适当的吸收剂吸收后用重量法、容量法等进行测定。优点：结果与干烧法相近，长期被当作测定全碳的标准方法，仪器可在常规实验室组装。缺点

12、：受无机碳干扰，操作技术要求高，费时。原理（3）湿烧法装置装置加热条件下，在磷酸、铬酸中，有机质被氧化，生成的二氧化碳被定量标准碱吸收，加入氯化钡使其生成碳酸钡沉淀，多余的碱用标准酸滴定，计算有机质的含量。原理样品加入下部的消化管中，加入氧化液铬酸、磷酸，后立即立即将消化管与截流装置B、C和防止大气CO2进入的D连接。B、C应该事先加入吸收液（KOH）样品中不能有无机碳酸盐，故而需要在测定前用稀酸处理。30分钟后无气泡冒出时加入氧化液，盖上B、C、D测定。也可直接盖上B、C、D测定无机碳量，30分钟后无气泡冒出时更换更换B、C、D测定有机碳。2K2CrO7 + 8H2SO4 + 3C 2K2S

13、O4 + 2Cr(SO4)3 + 3CO2 + 8H2O2K2CrO7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 K2SO4 + 3Cr(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 7H2O与干烧法相比，该法只能氧化90%有机碳。滴定酸度：1mol/L H2SO4 ; 突跃电位：0.851.22V。问题： 据原理说明本方法测土壤有机质的优缺点和适用范围如何？原理（4）外加热重铬酸钾容量法 用定量、过量定量、过量的重铬酸钾在强酸性条件下氧化土壤有机碳，剩余的剩余的重铬酸钾重铬酸钾采用硫酸亚铁滴定。据氧化有机碳消耗的重铬酸钾量计算有机质含量。2K2K2 2CrOCrO7 7 + 8H+ 8H2 2SOSO

14、4 4 + 3C 2K+ 3C 2K2 2SOSO4 4 + 2Cr(SO+ 2Cr(SO4 4) )3 3 + 3CO+ 3CO2 2 + 8H+ 8H2 2O O(1)(1)K K2 2CrOCrO7 7 + 6FeSO+ 6FeSO4 4 + 7H + 7H2 2SOSO4 4 K K2 2SOSO4 4 + 3Cr(SO+ 3Cr(SO4 4) )3 3 + 3Fe2(SO4)+ 3Fe2(SO4)3 3 + 7H + 7H2 2O(2)O(2)土壤C重铬酸钾重铬酸钾硫酸亚铁所以，知道还原重铬酸钾所需的Fe(II)量量及定量过量的氧化剂消耗的Fe(II)（空白试验）便可知道土壤的有机碳

15、量。然而硫酸亚铁属于无法精配的试剂，无法直接配置准确的浓度，故而需要标定标定。硫酸亚铁用量计算可采用浓度乘以体积浓度乘以体积的办法获取，体积可由滴定管直接读出。重铬酸钾重铬酸钾硫酸亚铁K K2 2CrOCrO7 7 + 6FeSO+ 6FeSO4 4 + 7H + 7H2 2SOSO4 4 K K2 2SOSO4 4 + 3Cr(SO+ 3Cr(SO4 4) )3 3 + 3Fe2(SO4)+ 3Fe2(SO4)3 3 + + 7H7H2 2O(2)O(2)硫酸亚铁标定硫酸亚铁浓度，也就是本实验的空白试验标定硫酸亚铁浓度，也就是本实验的空白试验重铬酸钾可以精配。重铬酸钾可以精配。吸取定量的已知

16、浓度的重铬酸钾。吸取定量的已知浓度的重铬酸钾。加入加入Fe(II)指示剂后直接用硫酸亚指示剂后直接用硫酸亚铁滴定，得到还原定量重铬酸钾所铁滴定，得到还原定量重铬酸钾所需硫酸亚铁的体积。需硫酸亚铁的体积。有机碳量（以Fe(II)计）=定量过量氧化剂的量-剩余氧化剂消耗的Fe(II)测定的方法是滴定，指示剂指示的是指示剂指示的是Fe(II)还还有没有有没有，得到的数据时滴定用的Fe(II)的体积的体积（ml），已知数据是Fe(II)的浓度和氧化剂的浓度。Fe(II)极易被O2氧化，故其浓度不准确。需要标定。氧化剂K2Cr2O7相对稳定，可以精确配置。V0为空白试验滴定定量过量K2Cr2O7时用的F

17、e(II)的体积，mlV为滴定氧化过有机碳剩余的K2Cr2O7时用的Fe(II)的体积，mlC为K2Cr2O7的浓度，mol/LCx为Fe(II)的浓度有机碳（以Fe(II)）计的摩尔数=CxV0 CxV=Cx（V0-V）CxCx=C=C标定时（空白试验）加入氧化剂的体标定时（空白试验）加入氧化剂的体积（书上用的是积（书上用的是5ml5ml）/V0/V0CxCx=C=C5/V05/V0所以，有机碳（以Fe(II)计）的摩尔数=CxV0 CxV =Cx（V0-V） =C5/V0（V0-V）因为，V0和V的单位是ml，而C的单位是mol/L，需要把ml换算成L，需要乘以10-3，而且1 M C相当

18、于4 M Fe(II)所以，有机碳的摩尔数=C5/V0(V0-V)10-3/4有机碳的质量（g）=C5/V0(V0-V)10-3/412 =C 5/V0(V0-V)10-33因为本方法仅可氧化样品中有机碳的90%样品中有机碳的质量（g）=C5/V0(V0-V)10-33100/90 =C 5/V0(V0-V)10-331.1样品质量m （g），风干土中含有水，水中不含碳，需要把风干土换算为烘干土，乘以换算系数k。样品中有机碳的含量（g/g）=C5/V0(V0-V)10-331.1/mk样品中有机碳的含量(g/kg)=C5/V0(V0-V)10-331.1/mk10-3因为，有机质含C量约58%

19、（经验值），所以，结果需要乘以100/58（1.724）本法是通过测定土壤C的还原能力， 来计算有机碳的含量。故而，土壤中具有还原能力的可被K2Cr2O7氧化的Fe(II)、Mn(II)、Cl及其他还原性物质会使结果偏高。因为本法仅能氧化90%的碳，需要乘以1.1的矫正系数，能氧化90%是在180条件下沸腾5分钟的结果。故而氧化的温度和时间也会对结果产生影响。需要严格控制，另外，在测定高碳酸盐土壤时，碳酸盐遇酸后放出CO2气泡，可能被误认为已经沸腾。不同土壤有机质的含碳量可能不一定都是58%，所以，现在一般用有机碳含量来表征有机质，而不再换算。有机碳的氧化校正系数有机碳的氧化校正系数有机质含量

20、的计算：Van Bemmelen Factor=1.724 (也有人用1.92.5)称100目样0.11.0000g硬质试管 K2Cr2O7标准液和浓H2SO4各5ml 180 沸5min 冷却后洗入250mL三角瓶至体积6070mL 邻啡罗啉指示剂3滴FeSO4滴定由橙黄-亮绿-砖红色。（每批消化同时做空白）4、计算：土壤有机质(g/kg)= c5(V0 - V) /V00.0031.11.7241000/m5、问题： （1）做好本实验应注意些什么？（2）干扰有哪些，如何克服？（3）本法适用于哪些样品的分析？ (4) 本法还能用于其它样品有机物含量的测定吗？步骤关于标定关于标定( (通过精配溶液的浓度计算不能精配溶液通过精配溶液的浓度计算不能精配溶液准确浓度的方法准确浓度的方法) )2K2CrO7 + 8H2SO4 + 3C 2K2SO4 + 2Cr(SO4)3 + 3CO2 + 8H2OK2CrO7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 K2SO4 + 3Cr(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 7H2O与干烧法相比，该法只能氧化77%有机碳。滴定酸度：1mol/L H2SO4 ; 突跃电位：0.851.22V。因为没有加热，故而该法的碳氧化率小于