Ｖａｌｕｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ・１８１・ 红外碳硫仪测定土壤中碳含量的探讨 Ｎｅｗ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｙ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｕｌｐｈｕｒ Ａｎａｌｙｓｅｒ 廖漓文ＬＩＡＯ Ｌｉ—ｗｅｎ；董震垄ＤＯＮＧ Ｚｈｅｎ—ｋｕｎ （天津华北地质勘查局核Ｔ业二四七大队，天津３０１８００） （Ｔｉａｎｊｉｎ ＮｏＡｈ Ｃｈｉｎａ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｄｕｓｔｙｒ Ｔｈｅ Ｂｒｉｇａｄｅ ２４７，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０１８００，Ｃｈｉｎａ） 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：Ｃｕ￣ｅｎｆｌｙ，ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ，ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ，Ｖｏｌｕｍｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｔｈｒｅｅ ｍａｉｎｌｙ ｍｅｔｈｏｄｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｏｉｌ ｃａｒ１）ｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ．Ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｄｅｖｉｃｅ，ｔｅｄｉｏｕｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｌｏｗ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ 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，ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ 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 Ｏ引言 大幅提高土壤试样的分析效率并维持与传统方法相近的 土壤中含碳量（总含碳量、有机碳含量、无机碳含量） 分析准确度。 的鉴定是土壤化学性质鉴定的一个重要环节，对分析土壤 １红外吸收法仪测定碳的原理及问题 常规特性、了解土壤矿物元素的含量、确定盐渍化土壤碱 高频红外碳硫分析仪对土样试样在富氧条件下利用 化程度等都存在重要意义。 高频感应进行加热，将释放出的碳转化为ＣＯ：气体，并在 同时，碳含量的测定结果可为其他检测项目提供详 ４．２６１ｘｍ吸收带，即利用红外来检测出样品中的碳。测定总 细参考数据，因此地质土壤样品碳的检测环节越来越受 含碳量后，使用盐酸对土样样品进行处理、烘干后测定有 到重视。 机碳的含量，总碳与有机碳的差值为无机碳的含量。 目前土壤无机碳的检测的传统手段是重量法、容量 该方法避免了传统方法中的试样液体转化环节，很好 法、气量法等。这些方法手段虽然检测结果相对更为精确， 地解决了传统方法中的不足，可有效提升检测效率降低测 但由于检测装置庞大复杂，操作过程繁琐效率低下，不利 定成本。 于大批量地质土壤样品的快速检测。 但大部分土壤样品都是低电磁物质，在燃烧过程中产 随着科技发展，高频红外碳硫分析仪出现，并以其操 生的电磁感应涡流不能满足实验碳的释放的需求。 作简便、快捷的特点，为快速、大批量土样样品碳含量的测 同时，土壤样品中大量的还原物质会对碳的充分氧化 定提供了可能性。 产生不良影Ⅱ向，影响到测定结果的准确性。 如通过合理的实验方法手段，解决将该仪器应用于土 下面就针对以上的问题对高频红外碳硫分析仪测定 壤样品中的一些问题，将其应用于地质样品测定中，就可 土壤样品中碳含量的方法进行深入的分析。 作者简介：廖漓文（１９８８一），女，四川达州人，毕业于四川农业大 ２实验材料与试验方法 学，助理工程师，现从事岩矿检测工作。 ２．１仪器及主要试剂 两侧引桥采用预应力连续箱梁，东西引桥长均为４× 架结构，使工程安全、保质、按照合同工期顺利竣工通车， ３３＝１３２ｍｏ 我们的成果和精神受到内蒙古各级领导以及当地百 西侧桥梁引道长１３６ｍ：东侧桥梁引道长１９２ｍ，连线 姓的赞扬，展现了我们建筑人的豪情。发扬了我们敢打、敢 道路长度为１０６．４２ｍ：工程全长９４６．４２ｍ。 拼、迎难而上、不断创造新业绩的铁军精神。 本工程合同工期为２００８年４月１日一２００９年１０月 参考文献： ３０日，实际工期为２００８年４月１日一２００９年９月８日。 【１】齐敬．碗扣式钢管支撑体系施工质量控制探讨【Ｊ］．福建建 哈萨尔大桥工程为内蒙古自治区第一座斜拉桥，本工 材，２０１１（０２） 程得到当地区、市、以及自治区三级的高度重视。由于 【２】任永安．碗扣式满堂脚手架立杆稳定性计算【Ｊ］．山西建筑， 海拉尔地处我国东北方高寒地区，一年的混凝土浇注期间 ２０１０（２５）． 只有每年的５月一９月中旬４个半月的混凝土可浇注期， 【３】黄瑜．碗扣式钢管支撑架施工细节问题分析［Ｊ］．福建建材， 考虑到本工程的工程量以及工期要求，该施工单位根据往 ２０１４（０６）＿ ． 常的施工经验与建设单位协商后，果断把挂篮施工改成满 Ｉ４Ｊ余孙文．浅谈满堂支架施工技术要点［Ｊ］．山西建筑，２０１１ 堂支架法施工，并将一般的满堂支架改成塔梁固结满堂支 （０２）． ・１８２・ 价值工程 仪器：ＨＸ２一ＧＰ２型红外碳硫仪（南京华欣仪器公司）； 仪器的校正系数产生一些不良的影响，所以在进行仪器的 马弗炉。 校正时，所选择的标样应与待测样品的物理、化学属性尽 试剂及要求：试验所用的助熔剂（钨粒、锡粒及纯铁）要 量接近，这样有利于控制好测定中的上限、下限，保证分析 求Ｘ（ｃ）＜０．０００５％，氧气（纯度＼９９．５％）；陶瓷坩埚（在马弗 结果准确性。 炉内１０００摄氏度左右灼烧４ｈ后冷却放入干燥器内保 ３．４样品的充分燃烧 存）：盐酸（１＋１）。 测定过程中燃烧后坩埚表面光滑，则表示样品完全燃 ２．２试验方法 烧，碳已完全释放；若燃烧后坩埚表面凹凸不平或起泡，则 按仪器工作条件（表１）准备好仪器，清洗仪器，完成 表示样品燃烧不完全，样品中的碳肯定未完全释放，这时 仪器检漏，使仪器处于正常工作状态，首先测定７－１１个废 碳的测定结果显然会偏低，需要重新进行测定工作。 样来预热仪器，使处在稳定状态，接着分别进行样品空白， ４精密度与准确度结果 矫正空白值，用国家标准样品的检测，然后进行仪器校准， 仪器经校；隹后，采用土壤样品两个标准样品，分别测 用单点校正即可。 表１仪器工作条件 参数 指标 最短分析时间 ３Ｏｓ 吹氧时间 １５ｓ 顶氧流量 １．２Ｌ／ｍｉｎ 分析气流量 ３－８Ｌ／ｍｉｎ 载氧压力 ０．０５－０．１ＭＰａ 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莫值为有机碳，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 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。 表２精密度和准确度试验 ＷＢ／１０－２ 项目 ＧＢＷ０７４０１（ＧＳＳ－１） ＧＢＷ０７４０２（ＧＳＳ－２） ＴＣ Ｃｏｒｇ ＴＣ Ｃｏｒｇ ｌ １．９８ １．６６ ０．７５ ０．４５ ２．０１ １．７１ ０．７４ ０．４６ ２．１２ １．６９ ０．７５ ０．４４ ４ １．９９ １．６４ ０．７６ ０．４６ ） ２．１６ １．６８ ０．７４ ０．４７ ６ ２－２３ １．９ｌ Ｏ．８１ ０．５１ ２．１６ １．９２ ０．７０ ０．４９ ８ ２．１４ １．９１ Ｏ．７１ ０．４８ ９ ２．１１ １．９５ ０Ｉ８２ ０．４７ １０ １．９５ １．８４ ０．７５ ０．４６ １ｌ ２．０２ １．９０ Ｏ．７６ ０．４７ １２ ２．１３ １．８ｌ ０．７６ ０．５０ 平均值 ２．０８ １．８Ｏ Ｏ．７５ ０．４７ 标准偏差 ０．０８９ Ｏ．１ｌ８ ０．０３２ Ｏ．０２ｌ ＲＳＤ，％ ０．０４２ ０．０６５ ０，０４２ ０．０４４ 标准值 ２．１１ １．８Ｏ ０．７５ ０．４９ 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。 表３两种测定方法对比 测试方法 仪器调试时间 样品平均测定时间 试样标准偏差 高频红外碳硫仪 ３ｍｍ ２２ｒａｉｎ ０．０８５ 传统测定法 １５ｍｉｎ ３５ｍｉｎ ０．Ｏ８１ 参考文献： ［１】史世云，温宏利，李冰，何红蓼，吕彩芬．高频燃烧～红外碳 硫仪测定地质样品中的碳和硫 岩矿测试，２００１（１２）． 『２１Ｐ李洁，曹俊杰，周晓东，黄凤莉．高频燃烧一红外线吸收法 测定稀土金属中的碳和硫【Ａ］．中国稀土学会第四届学术年会论文 集【Ｃ】． 【３】宋君武，王虹，杨建光，李桂荣．高频燃烧一红外吸收法测定 大气粉尘中碳硫『Ｊ］．分析测试技术与仪器，２００２（０３）． 『４１蔡东方，袁爱萍，覃然，唐艳霞，汪静玲．高频红外吸收法测 定锑精矿中的硫含量［Ｊ］．广西科学院学报，２００６，２２（Ｓ）．
