土壤全氮的测定精.ppt
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1、土壤全氮的测定第1页,本讲稿共44页一、概述一、概述(一)土壤全氮存在的形态(一)土壤全氮存在的形态 有机态有机态N:占占90%以上,大多数是腐殖物质态氮以上,大多数是腐殖物质态氮,如蛋白质、氨基酸、氨基糖、腐殖质等。如蛋白质、氨基酸、氨基糖、腐殖质等。无机态无机态N:占占1-5%,主要有,主要有NH4-N、NO3-N、NO2-N(少量)(不包括固定态氮),(少量)(不包括固定态氮),一般小于一般小于100mg.kg-1。第2页,本讲稿共44页(二)土壤全氮含量:(二)土壤全氮含量:1 我国大部分耕地土壤全我国大部分耕地土壤全N含量不高,且变幅含量不高,且变幅 很大,其范围大约在很大,其范围大
2、约在0.03-0.5%。其中:其中:东北黑土东北黑土 0.15-0.5%华北地区华北地区 0.05-0.08%黄土高原和黄淮海平原黄土高原和黄淮海平原 0.03-0.1%有机质含量很低的砂土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。一般自然土壤明显高于耕作土壤。第3页,本讲稿共44页2 华北地区土壤全华北地区土壤全N的分级指标大致是:的分级指标大致是:土壤全土壤全N水平水平 低低 中中 高高 土壤全土壤全N%0.05 0.05-0.08 0.08第4页,本讲稿共44页二、二、测定方法评述测定方法评述(一)(一)干烧法:干烧法:(杜马法、杜氏法)(杜马法、杜氏法)1931年,
3、瑞典人杜马(年,瑞典人杜马(Dumas)创立的干烧法)创立的干烧法基本原理:基本原理:样品在样品在CO2气流中燃烧(气流中燃烧(600 C),以),以 Cu+CuO作催化剂,使所有的作催化剂,使所有的N都转变成都转变成N2,气流通过碱,气流通过碱液(浓液(浓KOH、NaOH)除去)除去CO2后,测定后,测定N2的体积,计的体积,计算样品全算样品全N含量。含量。Cu+CuO NaOH除去除去CO2 土土+CO2 N2 N2 ,600 C 经典的杜马法结果准确,回收率高,但仪器装置及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,在土壤操作复杂、费时,在土壤N素分析中很少采用。素分析
4、中很少采用。第5页,本讲稿共44页近几年由于仪器发展很快,此法又兴起,例如: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用注射管测量微量的N2体积体积(微升计),如氮自动分(微升计),如氮自动分析仪,土壤称样量最多为析仪,土壤称样量最多为0.2克,燃烧温度为克,燃烧温度为9501050,测,测N2体积,可测准样品中体积,可测准样品中0.05%N(对土壤全对土壤全N测定似乎还不测定似乎还不够灵敏够灵敏)。2 用热导池测量用热导池测量N2和和CO2的导热系数的导热系数(载气用(载气用He气),如气),如日本日本C/N自动分析仪,一般多用于植物,农药的分析,不自动分析仪,一般多用
5、于植物,农药的分析,不适于含适于含N低的土壤样品低的土壤样品(用于土壤分析仅有报导用于土壤分析仅有报导)。第6页,本讲稿共44页(二)(二)湿烧法:湿烧法:(开氏法)(开氏法)1883年,丹麦人开道尔(年,丹麦人开道尔(J.Kjeldahl)创立。)创立。由于仪器设备简单易得,操作也简便,准确度较高,由于仪器设备简单易得,操作也简便,准确度较高,因因此为一般实验室所采用。此为一般实验室所采用。第7页,本讲稿共44页三、开氏法测定土壤全三、开氏法测定土壤全N N(半微量法)(半微量法)*(一)原理:(一)原理:含含N有机物在催化剂作用下,与浓有机物在催化剂作用下,与浓H2SO4高温共煮,高温共煮
6、,使有机使有机N转化成转化成NH4-N((NH4)2SO4),然后在碱),然后在碱性溶液中蒸馏出性溶液中蒸馏出NH3,用,用H3BO3吸收,再用标准酸吸收,再用标准酸溶液直接滴定溶液直接滴定H3BO3吸收的吸收的NH3,根据酸的用量来,根据酸的用量来计算计算N含量。含量。第8页,本讲稿共44页测定步骤:测定步骤:催化剂催化剂+浓浓H2SO4 OH-H3BO3 有机有机N NH4+NH3 NH4+H2BO3-(+无机无机N)H+H3BO3|样品的消煮样品的消煮|消煮液中消煮液中NH4+的定量的定量(蒸馏蒸馏)|第9页,本讲稿共44页(二)测定条件:(二)测定条件:1 样品的消煮:样品的消煮:(1
7、)开氏反应及其特点)开氏反应及其特点 开氏反应:开氏反应:样品用浓样品用浓H2SO4高温消煮时,各种含高温消煮时,各种含N 有机化合物经过复杂的高温分解而转化为有机化合物经过复杂的高温分解而转化为NH4-N 的反应。的反应。开氏法:开氏法:凡是用开氏反应消煮的定凡是用开氏反应消煮的定N方法都叫开氏方法都叫开氏 法,不论采用何种加速剂、仪器及如何定量。法,不论采用何种加速剂、仪器及如何定量。第10页,本讲稿共44页在开氏反应中,在开氏反应中,有机有机C被浓被浓H2SO4氧化成氧化成CO2 而而逸失,即:逸失,即:C+2 H2SO4(浓)(浓)=CO2 +SO2 +2 H2O对对N而言:而言:有机
8、有机N+H2SO4(浓)(浓)NH4+第11页,本讲稿共44页 开氏反应的特点:开氏反应的特点:浓浓H2SO4是中强氧化剂,单靠它不能很快完是中强氧化剂,单靠它不能很快完 成各类含成各类含N有机物的开氏反应,因此需要加入加有机物的开氏反应,因此需要加入加 速剂,以缩短消煮时间。速剂,以缩短消煮时间。开氏反应的氧化还原电位范围较窄,既须把开氏反应的氧化还原电位范围较窄,既须把 有机有机C氧化成氧化成CO2,又须防止把,又须防止把NH4+氧化成氧化成NO3-,因此使用氧化剂要特别注意。因此使用氧化剂要特别注意。高温消煮能促进有机质分解,但温度过高则高温消煮能促进有机质分解,但温度过高则 会引起会引
9、起NH4+盐热分解,所以温度不能超过盐热分解,所以温度不能超过410 C。有些有机有些有机N因抗性大则转化很慢,即使有加速剂,在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消煮清亮后也必须再“后煮后煮”一段时间。一段时间。第12页,本讲稿共44页 (2)消煮时的反应条件:)消煮时的反应条件:加速剂包括三种:加速剂包括三种:I、增温剂:、增温剂:K2SO4或无水或无水Na2SO4 作用:作用:提高消煮溶液的沸点,加速高温分解过程。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消煮温度要求控制在360-410 C,一般用加盐量,一般用加盐量 的多少来控制消煮液温度的高低,按每毫
10、升浓的多少来控制消煮液温度的高低,按每毫升浓 H2SO4中含中含0.3-0.8g盐。盐。第13页,本讲稿共44页 II、催化剂:、催化剂:Hg、HgO、CuSO4、Se等,其中以等,其中以Hg、Se催化催化 效率较高,而效率较高,而Cu次之,但使用安全,不易引起次之,但使用安全,不易引起 N素损失。素损失。现多采用现多采用Cu-Se混合使用。混合使用。第14页,本讲稿共44页Hg的催化效率虽高,但有毒,而且的催化效率虽高,但有毒,而且Hg在测定过程在测定过程中与中与NH4+生成配合物,在以后加碱蒸馏时也不能生成配合物,在以后加碱蒸馏时也不能释放出来,使测值释放出来,使测值偏低偏低。HgO+(N
11、H4)2SO4=Hg SO4+H2O因此,必须在蒸馏前再加还原剂(如因此,必须在蒸馏前再加还原剂(如Na2S2O3或或Na2S)处理,使)处理,使Hg 出来。出来。Hg SO4+Na2S2O3+H2O=HgS+Na2SO4+(NH4)2SO4这就造成操作上的复杂化,所以现在一般不用这就造成操作上的复杂化,所以现在一般不用Hg作催化剂。作催化剂。NH3NH3NH3NH3第15页,本讲稿共44页Se的催化效率也高,也有毒,但如掌握不好,用量的催化效率也高,也有毒,但如掌握不好,用量过多,温度过高或时间过长,均易导致过多,温度过高或时间过长,均易导致N素损失。素损失。4NH4+3SeO32-+2H+
12、=2N2 +3Se+9H2O如果用量不多或与如果用量不多或与Cu按比例混合使用,也可达到较按比例混合使用,也可达到较好效果。好效果。Se能使有机能使有机C很快氧化成很快氧化成CO2,但不能加速有机,但不能加速有机NNH4-N,虽然能使消煮液很快变清亮,但有机,虽然能使消煮液很快变清亮,但有机N并未并未转化完全,所以转化完全,所以后煮时间较长后煮时间较长。催化过程:催化过程:Se+2 H2SO4 H2SeO3+2 SO2+H2O H2SeO3 SeO2+H2O SeO2+C Se+CO2第16页,本讲稿共44页CuSO4催化效率不如前两者,但毒性小,使用完全,催化效率不如前两者,但毒性小,使用完
13、全,不易引起不易引起N素损失。素损失。催化过程为:催化过程为:4CuSO4+3C+2H2SO42Cu2SO4+4SO2+3CO2+2H2OCu2SO4+2H2SO42CuSO4+SO2+2H2O即:即:当土壤有机质分解完毕,当土壤有机质分解完毕,C被完全氧化后,消煮被完全氧化后,消煮液呈现液呈现清澈的兰绿色清澈的兰绿色,冷却后为无色冷却后为无色(CuSO45H2O脱水),因此脱水),因此CuSO4不仅起催化作用,也起指示作用。不仅起催化作用,也起指示作用。第17页,本讲稿共44页现在普遍采用现在普遍采用Cu-Se与盐按比例配成的加速剂,它与盐按比例配成的加速剂,它既起到缩短消煮时间,又能防止既
14、起到缩短消煮时间,又能防止N素损失的作用。素损失的作用。加速剂的比例为:加速剂的比例为:组成组成 K2SO4(或无水或无水Na2SO4):CuSO45H2O:Se粉粉重量比重量比 100 :10 :1按比例混合,研细后使用。按比例混合,研细后使用。第18页,本讲稿共44页III、氧化剂:、氧化剂:有有HClO4、KMnO4、K2Cr2O7、H2O2等,其中以等,其中以HClO4较好,但氧还电位太高,作用很激烈,加较好,但氧还电位太高,作用很激烈,加入量稍多,极易使入量稍多,极易使N素损失素损失,使结果,使结果偏低偏低。K2Cr2O7、KMnO4在消煮时易暴溅,控制不好也在消煮时易暴溅,控制不好
15、也易引起易引起N素损失。素损失。H2O2较安全,但也要控制量较安全,但也要控制量(作作植株分析用植株分析用)。总之,使用上述氧化剂都必须特别小心。总之,使用上述氧化剂都必须特别小心。第19页,本讲稿共44页在在H2SO4-HClO4消煮中,如果对测定的要求不太消煮中,如果对测定的要求不太高时,可在同一试液中测高时,可在同一试液中测N、P,但要求精度高时,但要求精度高时不宜作不宜作N、P联合测定。联合测定。因为二者矛盾在于:因为二者矛盾在于:为了完全回收为了完全回收P,HClO4用量应多些;用量应多些;而为了完全回收而为了完全回收N,则要求,则要求HClO4用量少些,用量少些,所以联合测定时只好
16、折中处理,使回收率达到所以联合测定时只好折中处理,使回收率达到95%即可。即可。第20页,本讲稿共44页 在在N、P、K联测联测中,土壤中,土壤K只是近似于全只是近似于全K,因许多粘土矿物硅酸盐晶格上的因许多粘土矿物硅酸盐晶格上的K在开氏消煮中不会在开氏消煮中不会被释放出来,而被释放出来,而P容易释放,而植物中容易释放,而植物中K本来成离子本来成离子态,所以,植物中的态,所以,植物中的K可以完全被转到溶液中。可以完全被转到溶液中。第21页,本讲稿共44页 H2SO4用量:用量:加入浓加入浓H2SO4的量要考虑土壤有机质类型、含量以的量要考虑土壤有机质类型、含量以 及加盐量的多少等因素。及加盐量
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- 土壤 测定
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