红外碳硫仪测定土壤中碳含量的探讨

摘要： 目前，传统土壤中碳的测定常采用重量法、容量法、气量法等手段，这些方法存在装置复杂、操作繁琐、效率低下、不易掌握等诸多问题，不能满足大批量地质土壤样品的分析。本文探讨通过采用高频红外碳硫分析仪代替传统手段对土壤中碳、有机碳和无机碳进行测定的可行性及优越性，并分析测定过程中进一步提高测定准确度、提升操作效率、提升实验室经济效益的方法手段。

Abstract： Currently， gravimetric method， volumetric method， Volume method are three mainly methods used in traditional soil carbon measure. Complicated device， tedious operation， low efficiency and complex operation still hindered the large range application of traditional methods for massive soil samples analysis. Instead of traditional methods， CS analysis are more simple operation and have more advantages. The method has high accuracy， efficiency and the result has good reproducibility. Meantime it also promote the economic benefits of laboratory.

关键词： 高频红外碳硫分析仪；土壤；碳

Key words： high frequency infrared ray carbon sulphur analyser；soil；carbon

中图分类号：TH83 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）11-0181-02

0 引言

土壤中含碳量（总含碳量、有机碳含量、无机碳含量）的鉴定是土壤化学性质鉴定的一个重要环节，对分析土壤常规特性、了解土壤矿物元素的含量、确定盐渍化土壤碱化程度等都存在重要意义。

同时，碳含量的测定结果可为其他检测项目提供详细参考数据，因此地质土壤样品碳的检测环节越来越受到重视。

目前土壤无机碳的检测的传统手段是重量法、容量法、气量法等。这些方法手段虽然检测结果相对更为精确，但由于检测装置庞大复杂，操作过程繁琐效率低下，不利于大批量地质土壤样品的快速检测。

随着科技发展，高频红外碳硫分析仪出现，并以其操作简便、快捷的特点，为快速、大批量土样样品碳含量的测定提供了可能性。

如通过合理的实验方法手段，解决将该仪器应用于土壤样品中的一些问题，将其应用于地质样品测定中，就可大幅提高土壤试样的分析效率并维持与传统方法相近的分析准确度。

1 红外吸收法仪测定碳的原理及问题

高频红外碳硫分析仪对土样试样在富氧条件下利用高频感应进行加热，将释放出的碳转化为CO2气体，并在4.26μm吸收带，即利用红外来检测出样品中的碳。测定总含碳量后，使用盐酸对土样样品进行处理、烘干后测定有机碳的含量，总碳与有机碳的差值为无机碳的含量。

该方法避免了传统方法中的试样液体转化环节，很好地解决了传统方法中的不足，可有效提升检测效率降低测定成本。

但大部分土壤样品都是低电磁物质，在燃烧过程中产生的电磁感应涡流不能满足实验碳的释放的需求。

同时，土壤样品中大量的还原物质会对碳的充分氧化产生不良影响，影响到测定结果的准确性。

下面就针对以上的问题对高频红外碳硫分析仪测定土壤样品中碳含量的方法进行深入的分析。

2 实验材料与试验方法

2.1 仪器及主要试剂

仪器：HX2-GP2型红外碳硫仪（南京华欣仪器公司）；马弗炉。

试剂及要求：试验所用的助熔剂（钨粒、锡粒及纯铁）要求X（c）<0.0005%，氧气（纯度＼99.5%）；陶瓷坩埚（在马弗炉内1000摄氏度左右灼烧4h后冷却放入干燥器内保存）；盐酸（1+1）。

2.2 试验方法

按仪器工作条件（表1）准备好仪器，清洗仪器，完成仪器检漏，使仪器处于正常工作状态，首先测定7～11个废样来预热仪器，使处在稳定状态，接着分别进行样品空白，矫正空白值，用国家标准样品的检测，然后进行仪器校准，用单点校正即可。

同一个样品测定两次，第一测定总碳（Tc），第二次测定的样品要经过盐酸（1+1）打湿，在140℃ 的电热板加热蒸干后同总碳测定方法相同测定其值为有机碳，总碳减去有机碳即为无机碳。

3 提升测定准确度的方法

3.1 称样量的选择方式

称样量的多少会影响助熔剂的加入量，试样计量太高或太低样品均不能达到充分燃烧、转化的需求。

随着称样量的增加，加入的助溶剂量也随之增大，造成样品与助溶剂不能充分接触或反应过于激烈，均会受到影响测定的结果。

根据笔者大量试验结果统计，称样量控制在30-130mg中，测定结果最接近标准值。

3.2 助溶剂的选择方式

助溶剂直接影响着样品在燃烧过程中能否充分的将碳释放，下面就从助溶剂种类、次序与添加量几个方面进行分析。

3.2.1 助溶剂的种类与添加次序

本次试验选择的助溶剂为铁屑、钨粒、锡粒三种。

纯铁屑具有高电磁感应线的特性与锡配合可以有效提升样品的导磁性并显著提升土壤电磁感应度，钨是金属中熔点最高物质，可增加热容量。添加过程中，首先加入铁屑，然后加入试样，可使铁屑于试样充分混合包裹，然后加入钨粒、锡粒。这样的添加顺序更利于试样充分燃烧，彻底转化。

3.2.2 助溶剂加入量分析

为保证试样快速分解，钨粒的加入量不宜过小在30-130mg的样品中，添加1.65g钨粒最为适宜。

同时，铁屑的加入量与样品量应成一定比例，避免铁屑加入量的高低影响到试样测定结果。

笔者大量实验对比分析确定，在30-130mg的样品中，纯铁屑的量以0.4-0.5g为宜。

3.3 仪器的校正

土壤样品特别是含还原性物质较多的土壤样品，会对仪器的校正系数产生一些不良的影响，所以在进行仪器的校正时，所选择的标样应与待测样品的物理、化学属性尽量接近，这样有利于控制好测定中的上限、下限，保证分析结果准确性。

3.4 样品的充分燃烧

测定过程中燃烧后坩埚表面光滑，则表示样品完全燃烧，碳已完全释放；若燃烧后坩埚表面凹凸不平或起泡，则表示样品燃烧不完全，样品中的碳肯定未完全释放，这时碳的测定结果显然会偏低，需要重新进行测定工作。

4 精密度与准确度结果

仪器经校准后，采用土壤样品两个标准样品，分别测定总碳和经盐酸处理后的有机碳含量12次，测定结果见表2。

5 结论

经过实际对比试验，使用测定土壤中总碳、有机碳、无机碳的含量相对于传统方法在测定效率上有明显提高的同时可保证测定结果准确率。

表3显示，高频红外碳硫仪测定法在测定过程中选择正确的试验方法步骤、选择合适的试剂、测定结果完全可代替传统方法。其测定结果准确，精密度高，可缩短分析辅助时间20%左右，在降低实验人员工作强度的同时可有效提高实验室的经济效益，具有实践意义。

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