土壤有机质测定5.2.1重铬酸钾容量法——外加热法5.2.1.1方法原理在外加热的条件下(油浴的温度为180,沸腾5 分钟),用一定浓度的重铬酸钾——硫酸溶液氧化土壤有机质(碳),剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁来滴定,从所消耗的重铬酸钾量,计算有机碳的含量。
本方法测得的结果,与干烧法对比,只能氧化90%的有机碳,因此将得的有机碳乘以校正系数,以计算有机碳量。
在氧化滴定过程中化学反应如下:2K2Cr2O7+8H2SO4+3C→2K2SO4+2Cr2(SO4)3+3CO2+8H2OK2Cr2O7+6FeSO4→K2SO4+Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H20在1mol·L-1H2SO4 溶液中用Fe2+滴定Cr2O72-时,其滴定曲线的突跃范围为1.22~0.85V。
从表5—4中,可以看出每种氧化还原指示剂都有自己的标准电位(E0),邻啡罗啉(E0=1.11V),2-羧基代二苯胺(E0=1.08V),以上两种氧化还原指示剂的标准电位(E0),正落在滴定曲线突跃范围之内,因此,不需加磷酸而终点容易掌握,可得到准确的结果。
例如:以邻啡罗啉亚铁溶液(邻二氮啡亚铁)为指示剂,三个邻啡罗啉(C2H8N2)分子与一个亚铁离子络合,形成红色的邻啡罗啉亚铁络合物,遇强氧化剂,则变为淡蓝色的正铁络合物,其反应如下:[(C12H8N2)3Fe]3++e [(C12H8N2)3Fe]2+淡蓝色红色滴定开始时以重铬酸钾的橙色为主,滴定过程中渐现Cr3+的绿色,快到终点变为灰绿色,如标准亚铁溶液过量半滴,即变成红色,表示终点已到。
但用邻啡罗啉的一个问题是指示剂往往被某些悬浮土粒吸附,到终点时颜色变化不清楚,所以常常在滴定前将悬浊液在玻璃滤器上过滤。
从表5-4 中也可以看出,二苯胺、二苯胺磺酸钠指示剂变色的氧化还原标准电位(E0)分别为0.76V、0.85V。
指示剂变色在重铬酸钾与亚铁滴定曲线突跃范围之外。
因此使终点后移,为此,在实际测定过程中加入NaF或H3PO4络合Fe3+,其反应如下:Fe3++2PO3-Fe(PO4)3-Fe3++6F-[FeF6]3-加入磷酸等不仅可消除Fe3+的颜色,而且能使Fe3+/Fe2+体系的电位大大降低,从而使滴定曲线的突跃电位加宽,使二苯胺等指示剂的变色电位进入突跃范围之内。
根据以上各种氧化还原指示剂的性质及滴定终点掌握的难易,推荐应用2- 羧基二苯胺。
价格便宜,性能稳定,值得推荐采用。
5.2.1.2主要仪器油浴消化装置(包括油浴锅和铁丝笼)、可调温电炉、秒表、自动控温调节器。
5.2.1.3试剂(1)0.008mol·L-1(1/6K2Cr2O7)标准溶液。
称取经130 ℃烘干的重铬酸钾(K2Cr2O7,GB642-77,分析纯)39.2245g 溶于水中,定容于1000ml 容量瓶中。
(2)H2SO4。
浓硫酸(H2SO4,GB625-77,分析纯)。
(3)0.2mol·L-1FeSO4溶液。
称取硫酸亚铁(FeSO4·7H2O,GB664-77,分析纯)56.0g 溶于水中,加浓硫酸5mL,稀释至1mL。
(4)指示剂①邻啡罗啉指示剂:称取邻啡罗啉(GB1293-77,分析纯)1.485g)与FeSO4·7H2O0.695g,溶于100mL 水中。
② 2- 羧基代二苯胺(O-phenylanthranilicacid ,又名邻苯氨基苯甲酸,C13H11O2N))指示剂:称取0.25g 试剂于小研钵中研细,然后倒入100mL 小烧杯中,加入0.18mol·L-1NaOH 溶液12mL,并用少量水将研钵中残留的试剂冲洗入100mL 小烧杯中,将烧杯放在水浴上加热使其溶解,冷却后稀释定容到250mL,放置澄清或过滤,用其清液。
(5)Ag2SO4。
硫酸银(Ag2SO4,HG3-945-76,分析纯),研成粉末。
(6)SiO2。
二氧化硅(SiO2,Q/HG22-562-76,分析纯),粉末状。
5.2.1.4操作步骤称取通过0.149mm(100目)筛孔的风干土样0.1~1g(精确到0.0001g ),放入一干燥的硬质试管中,用移液管准确加入0.8000mol·L-1(1/6K2Cr2O7)标准溶液5mL (如果土壤中含有氯化物需先加入Ag2SO40.1g),用注射器加入浓H2SO45mL 充分摇匀,管口盖上弯颈小漏斗,以冷凝蒸出之水汽。
将8~10 个试管放入自动控温的铝块管座中(试管内的液温控制在约170℃),[或将8~10 个试管盛于铁丝笼中(每笼中均有1~2 个空白试管),放入温度为185~190℃的石蜡油锅中,要求放入后油浴锅温度下降至170~180℃ 左右,以后必须控制电炉,使油浴锅内始终内维持在170~180℃],待试管内液体沸腾发生气泡时开始计时,煮沸5min,取出试管(用油浴法,稍冷,擦净试管外部油液)。
冷却后,将试管内容物倾入250mL 三角瓶中,用水洗净试管内部及小漏斗,这三角瓶内溶液总体积为60~70mL,保持混合液中(1/2H2SO4)浓度为2~3mol·L-1,然后加入2-羧基代二苯胺指示剂12~15 滴,此时溶液呈棕红色。
用标准的0.2mol·L-1硫酸亚铁滴定,滴定过程中不断摇动内容物,直至溶液的颜色由棕红色经紫色变为暗绿(灰蓝绿色),即为滴定终点。
如用邻啡罗啉指示剂,加指示剂2~3 滴,溶液的变色过程中由橙黄→蓝绿→砖红色即为终点。
记取FeSO4滴定毫升数(V)。
每一批(即上述每铁丝笼或铝块中)样品测定的同时,进行2~3 个空白试验,即取0.500g粉状二氧化硅代替土样,其他手续与试样测定相同。
记取FeSO4 滴定毫升数(V0),取其平均值。
5.2.1.5 结果计算c 5c5(V -V)10-3 3.0 1.1土壤有机碳(g·kg-1)= V01000m k式中:c——0.8000 mol·L-1(1/6K2Cr2O7)标准溶液的浓度;5 ——重铬酸钾标准溶液加入的体积(mL);V0——空白滴定用去FeSO4 体积(mL);V——样品滴定用去FeSO4 体积(mL);3.0 —— 1/4 碳原子的摩尔质量(g·mol-1);10-3——将mL 换算为L ;1.1——氧化校正系数;m——风干土样质量(g);k——将风干土样换算成烘干土的系数。
5.2.1.6 注释:注 1 .含有机质高于50g·kg-1者,称土样0.1g ,含有机质高于20 ~30g·kg-1 者,称土样0.3g,少于20g·kg-1者,称土样0.5g 以上。
由于称样量少,称样时应用减重法以减少称样误差。
注 2 .土壤中氯化物的存在可使结果偏高。
因为氯化物也能被重铬酸钾所氧化,因此,盐土中有机质的测定必须防止氯化物的干扰,少量氯可加少量Ag2SO4,使氯根沉淀下来(生成AgCl)。
Ag2SO4 的加入,不仅能沉淀氯化物,而且有促进有机质分解的作用。
据研究,当使用Ag2SO4时,校正系数为1.04,不使用Ag2SO4 时校正系数为1.1Ag2SO4的用量不能太多,约加0.1g,否则生成Ag2Cr2O7沉淀,影响滴定。
在氯离子含量较高时,可用一个氯化物近似校正系数1/12 来校正之,由于Cr2O7-1与Cl-1及 C 的反应是定量的:Cr2O72-+6Cl-1+14H+→2Cr3++3Cl2+7H2O 2Cr2O72-+3C+16H+→4Cr3+3CO2+8 H2O 由上二个反应式可知C/4Cl-1=12/4×35.5≈1/12土壤含碳量(g·kg-1)=未经校正土壤含碳量(g·kg-1)-土壤Cl含量(g kg)此校正系数在Cl:C 比为5:1 以下时适用。
注 3 .对于水稻土、沼泽土和长期渍水的土壤,由于土壤中含有较多的Fe2+、Mn2+及其它还原性物质,它们也消耗K2Cr2O7,可使结果偏高,对这些样品必须在测定前充分风干。
一般可把样品磨细后,铺成薄薄一层,在室内通风处风干10 天左右即可使Fe2+全部氧化。
长期沤水的水稻土,虽经几个月风干处理,样品中仍有亚铁反应,对这种土壤,最好采用铬酸磷酸湿烧——测定二氧化碳法(见 5.2.2)。
注4.这里为了减少0.4mol·L-1(1/6K2Cr2O7)—H2SO4 溶液的黏滞性带来的操作误差,准确加入0.800mol·L-1(1/6K2Cr2O7)水溶液5mL 及浓H2SO45mL,以代替0.4mol·L-1(1/6K2Cr2O7)溶液10mL。
在测定石灰性土壤样品时,也必须慢慢加入K2Cr2O7—H2SO4 溶液,以防止由于碳酸钙的分解而引起激烈发泡。
注5.最好不采用植物油,因为它可被重铬酸钾氧化,而可能带来误差。
而矿物油或石蜡对测定无影响。
油浴锅预热温度当气温很低时应高一些(约200℃)。
铁丝笼应该有脚,使试管不与油浴锅底部接触。
注6.用矿物油虽对测定无影响,但空气污染较为严重,最好采用铝块(有试管孔座的)加热自动控温的方法来代替油浴法。
注7 .必须在试管内溶液表面开始沸腾才开始计算时间。
掌握沸腾的标准尽量一致,然后继续消煮5min,消煮时间对分析结果有较大的影响,故应尽量记时准确。
注8 .消煮好的溶液颜色,一般应是黄色或黄中稍带绿色,如果经绿色为主,则说明重铬酸钾用量不足。
在滴定时消耗硫酸亚铁量小于空白用量的1/3 时,有氧化不完全的可能,应弃去重做。
5.2.2电砂浴加- K2Cr2O7 容量法5.2.2.1方法原理同5.2.1.15.2.2.2主要仪器电砂浴;分析天平;滴定台;25ml 酸式滴定管;150 毫升三角瓶;小漏斗(曲颈3cm);温度计200~300℃;500毫升塑料洗瓶。
5.2.2.3试剂同5.2.1.35.2.2.4操作步骤准确称取过0.25 毫米筛的风干土0.05××~0.5×××克(称样量的多少取决于土壤中有机质的含量:含有机质10~20g ·kg-1土样,取样在0.4~0.5克之间;含量达到80g ·kg-1左右则不应超过0.1 克),把土样移入150 毫升三角瓶中(如含氯化物多的土样,需加粉末状Ag2SO4 约0.1 毫克),准确缓慢地加入0.4mol·L-1(1/6K2Cr2O7)—H2SO4 溶液10mL,加液时要避免将土粒冲溅到瓶的内壁上。
瓶口处再加上一个小漏斗,把三角瓶放在已预热好(170~108℃)的电砂浴上加热,在真正沸腾时开始计算时间。
保持平缓地沸腾5±0.5分钟。