中国地质学会岩矿测试技术专业委员会、国家地质实验测试中心主办

自动滴定仪测定土壤有机碳及其组分的方法优化

李朝英, 郑路, 郑之卓, 李华, 王亚南, 明安刚. 自动滴定仪测定土壤有机碳及其组分的方法优化[J]. 岩矿测试, 2024, 43(4): 632-640. doi: 10.15898/j.ykcs.202404210092
引用本文: 李朝英, 郑路, 郑之卓, 李华, 王亚南, 明安刚. 自动滴定仪测定土壤有机碳及其组分的方法优化[J]. 岩矿测试, 2024, 43(4): 632-640. doi: 10.15898/j.ykcs.202404210092
LI Zhaoying, ZHENG Lu, ZHENG Zhizhuo, LI Hua, WANG Yanan, MING Angang. Method Optimization for the Determination of Soil Organic Carbon and Its Components by Automatic Titrator[J]. Rock and Mineral Analysis, 2024, 43(4): 632-640. doi: 10.15898/j.ykcs.202404210092
Citation: LI Zhaoying, ZHENG Lu, ZHENG Zhizhuo, LI Hua, WANG Yanan, MING Angang. Method Optimization for the Determination of Soil Organic Carbon and Its Components by Automatic Titrator[J]. Rock and Mineral Analysis, 2024, 43(4): 632-640. doi: 10.15898/j.ykcs.202404210092

自动滴定仪测定土壤有机碳及其组分的方法优化

  • 基金项目: 崇左凭祥友谊关森林生态系统广西野外科学观测研究站科研能力建设项目(桂科22-035-130-03);广西林业科技推广示范项目(桂林科研[2022]第27号,2023GXLK45)
详细信息
    作者简介: 李朝英,高级实验师,从事实验室检测分析工作。E-mail:lzying1877@sina.com
    通讯作者: 郑路,高级工程师,主要研究方向为森林生态学。E-mail:zhengluli@163.com
  • 中图分类号: P595.2;S151.93

Method Optimization for the Determination of Soil Organic Carbon and Its Components by Automatic Titrator

More Information
  • 土壤有机碳及其组分(颗粒有机碳、矿物结合态有机碳等)是反映土壤质量的关键性指标,开展准确高效地测定这些指标对相关研究具有重要意义。自动滴定仪与传统人工滴定相比,人员工作强度低,检测准确,但检测效率不及人工滴定的30%。为解决此问题,本文探讨了4种氧化剂加入量对测定有机碳的影响,研究了提前预加滴定液对检测效率提高的效果。最终优选氧化剂加入量为2mL,预加滴定液量以空白样滴定量的1/3计,建立了用于测定土壤有机碳的自动滴定仪法。采用有机碳不同水平的土壤样品和标准物质对方法进行验证,并与人工滴定进行比较,结果表明,自动滴定仪法与人工滴定法无显著性差异,方法的相对标准偏差(RSD,n=6)在2.10%~12.96%,加标回收率在93.37%~98.06%,标准物质相对误差为4.31%~4.79%;优化后的自动滴定法单个试样滴定用时由11min缩短到3.5min,整体检测效率高于人工滴定,而试剂耗用量仅是人工滴定法的40%。自动滴定仪法显著提升了有机碳的检测能力。

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  • 表 1  氧化剂不同加入量的比较(n=10)

    Table 1.  Comparison of different addition amounts of oxidants (n=10)

    氧化剂加入量 有机碳含量(g/kg) 空白耗用硫酸亚铁量
    (mL)
    滴定用时
    (min)
    终点颜色稳定性
    显著性 含量范围
    5+5 0.054 3.65~48.91 20 10 稳定
    3+3 3.78~47.17 12 6 稳定
    2+2 3.61~48.56 8 3.5 稳定
    1+1 3.44~48.98 4 2.5 不稳定
    注:显著性为有机碳含量主体间效应检验结果。
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    表 2  不同称样量的可测有机碳含量比较

    Table 2.  Comparison of measurable organic carbon content with different sample weighing amounts

    称样量
    (g)
    可测有机碳
    含量最高值
    (g/kg)
    称样量
    (g)
    可测有机碳
    含量最高值
    (g/kg)
    0.0200 176.00 0.1000 35.20
    0.0400 88.00 0.2000 17.60
    0.0600 58.67 0.3000 11.73
    0.0800 44.00 0.4000 8.80

    注:以上可测有机碳含量最高值均按空白样滴定量8.40mL、最小滴定量2.8mL进行计算。

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    表 3  两种检测方法的配对样本t检验结果

    Table 3.  Paired sample t-test of the two detection methods

    测定方法 有机碳含量测定平均值
    (g/kg)
    样本数量
    N
    标准差 成对样本相关性
    (双侧p)
    t 显著性
    (双侧p)
    自动滴定仪法 16.56 57 14.59 r=0.997 −1.780 0.081
    人工滴定法 16.83 57 14.48
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    表 4  两种方法的精密度

    Table 4.  Precision of the two methods

    测定方法 土壤样品
    编号
    有机碳含量6次测定值(g/kg) 有机碳含量平均值
    (g/kg)
    RSD
    (%)
    1 2 3 4 5 6
    自动滴定仪法 12 13.01 12.62 12.85 12.94 12.88 12.29 12.76±0.27 2.10
    15 8.48 8.75 8.36 8.08 9.18 8.96 8.63±0.41 4.70
    24 46.61 47.75 49.85 46.63 49.04 50.27 48.36±1.60 3.30
    52 4.96 3.66 3.58 3.86 4.25 4.50 4.13±0.54 12.96
    人工滴定法 12 13.19 14.10 11.17 13.18 13.70 12.40 12.96±1.13 8.72
    15 8.50 8.58 6.79 8.81 9.67 8.79 8.52±1.05 12.29
    24 48.41 52.27 48.21 50.72 50.78 48.67 49.84±1.65 3.31
    52 3.87 3.54 3.29 4.46 4.40 3.94 3.92±0.52 13.20
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    表 5  两种方法的加标回收率

    Table 5.  Recovery of standard addition for the two methods

    测定方法 土壤样品
    编号
    称样量
    (g)
    碳含量本底值
    (mg)
    加标量
    (mg)
    加标测定值(mg) 加标回收率(%) 加标回收率
    平均值(%)
    1 2 3 1 2 3
    自动
    滴定仪法
    12 0.2053 2.62 2 4.49 4.45 4.55 93.67 91.38 96.54 93.37±1.85
    0.2053 2.62 4 6.38 6.33 6.3 94.05 92.68 91.93
    15 0.2640 2.28 2 4.12 4.15 4.14 92.00 93.50 93.00 94.29±1.78
    0.2640 2.28 4 6.15 6.11 6.07 96.75 95.75 94.75
    24 0.0448 2.17 2 4.03 4.11 4.16 93.00 96.80 99.55 94.92±2.72
    0.0448 2.17 4 5.94 5.89 5.88 94.34 93.00 92.85
    52 0.3559 1.47 2 3.53 3.4 3.37 102.78 96.29 94.79 98.06±2.72
    0.3559 1.47 4 5.37 5.42 5.4 97.45 98.83 98.20
    人工
    滴定法
     
    12 0.2022 2.62 2 4.48 4.39 4.5 92.97 88.74 93.75 92.56±2.05
    0.2022 2.62 4 6.36 6.3 6.4 93.55 91.93 94.43
    15 0.2679 2.28 2 4.06 3.98 4.1 89.00 85.00 91.00 91.88±4.46
    0.2679 2.28 4 6.17 6.08 6.04 97.25 95.00 94.00
    24 0.0435 2.17 2 3.99 4.11 4.18 90.81 96.80 100.55 93.72±4.32
    0.0435 2.17 4 5.93 5.74 5.8 94.09 89.23 90.85
    52 0.3742 1.47 2 3.51 3.38 3.35 101.78 95.29 93.79 97.63±2.81
    0.3742 1.47 4 5.39 5.43 5.39 97.95 99.03 97.95
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    表 6  自动滴定仪方法测定土壤中有机碳含量的准确度

    Table 6.  Accuracy for the determination of organic carbon content by the automatic titrator

    标准物质编号 有机碳含量标准值
    (g/kg)
    有机碳含量测定结果(g/kg) 有机碳含量平均值
    (g/kg)
    相对误差
    (%)
    1 2 3 4
    GBW07493 9.05±0.99 8.48 8.75 8.36 8.96 8.64±0.27 4.53
    GBW07415 19.32±0.58 19.16 18.39 18.03 18.00 18.40±0.54 4.79
    GBW07412b 27.15±1.10 28.84 28.72 27.93 27.77 28.32±0.47 4.31
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    表 7  两种方法检测效率及试剂耗用量的比较

    Table 7.  Comparison of detection efficiency and reagent consumption with the two methods

    工效参数人工滴定法自动滴定仪法
    称样和消煮用时10h10h(有9h工作与滴定同步)
    滴定用时10h18h(9h的滴定与称样和消煮同步进行)
    器皿清洁用时4h4h(4h的清洗工作与滴定同步进行)
    人工操作用时24h14
    检测总用时24h19
    人员工作特点连续操作非连续操作
    人员工作强度
    重铬酸钾+硫酸用量5mL+5mL2mL+2mL
    0.2mol/L硫酸亚铁溶液用量2400~7500mL800~2400mL
    邻菲啰啉用量30mL0
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出版历程
收稿日期:  2024-04-21
修回日期:  2024-07-09
录用日期:  2024-07-17
刊出日期:  2024-07-31

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