土壤與膠體的礦質全量分析（一）
發布時間：2017-09-01
一、分析意義
分析土壤礦質全量有助于了解土壤中的原生礦物和次生礦物的化學組成以及這些元素遷移和變化規律，以確定土壤的風化程度及其化學特性，為土壤發生、發展、分類和土壤肥力的研究提供重要依據。土壤礦質全量包括二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵、氧化錳、氧化鉀、氧化鈉、五氧化二磷等，由于全量分析的結果是以烘干土為基礎的，因而全量總和中還應包括燒失量在內。
二、方法選擇的依據
由于土壤中礦質元家的成分是以硅酸鹽或鋁酸鹽以及游離態(如石英、無定形二氧化硅、三級化二鋁、三氧化二鐵等)等形態存在。所以在分析各元素時，必須首先分解土壤制備成待液。常用的分解方法有喊熔法和酸溶法兩個系統。
堿熔法的熔劑有碳酸鈉、氫氧化鈉和偏硼酸鏗等。前兩者可用于除鉀或鈉以外的其它元素的測定。
碳酸鈉是最常用的熔劑。在高溫(9200C～9500C)和強堿的作用下，樣品中的鋁硅酸鹽遭到徹底破壞，變為簡單化合物。石英也可全部熔解。經酸處理脫硅后，即可作礦物全最系統分析的待測液和待測物(如二氧化硅)。該法為礦質全最分析常規方法和國家標準方法(中華人民共和國國家標準GB7873-87)，但存在內熔物溶解速度慢;需要用昂貴的鉑柑渦;分析操作過程冗長；且不能在同一溶液中測定鈉等缺點。
偏硼酸理(或1:1及1:2碳酸鏗和硼酸的混合物)熔融法是80年代發展起來的，它的熔融效果好、熔塊易取出，同時可用瓷柑渦代替鉑柑禍熔融樣品，在同一溶液中，還可測定鉀和鈉。
酸溶法多采用兩種或三種酸的混合溶液消煮試樣。目前硝酸-氫氟酸-高氯酸及氫氟酸-高氯酸混合溶液應用較為廣泛。該法避免了堿熔法易混人某些鹽類，影響元素測定的弊端，其制備的待測液可直接測鉀和鈉。但由于氫氟酸破壞硅鋁酸鹽并與硅生成SiF4而揮發，故此法不能測硅。需另稱試樣，制備測硅的溶液，所以測定土壤礦質全量很少應用此法。
土壤全量各元素可用容量法、質量法、分光光度法、火焰光度法、原子吸收分光光度法、及ICP法等測定。容量法、質量法、分光光度法由于靈敏度較差、試劑用量大、分析過程長、速度慢等缺點，在我國除了測定Si,A1,Ti,P有時還應用這些方法外，測定其它元素已很少應用了。在國外如美、英、法等國家已不再用這些方法了。我國自70年代以來，原子吸收光譜法(AAS)巳逐漸成為分析巖石、土壤、植物不可缺少的手段。80年代以來，電感藕合高頻等離子體發射光譜法(簡稱ICP-AES)的廣泛應用，尤其被應用于巖石、土壤礦質及膠體礦物的全量分析。用快速的偏硼酸鋰熔融土壤試樣，制備成待測液，用ICP-AES法可以同時測定土壤和膠體礦物的全量所有的組分(SiO2, Fe2O3, AI2O3, CaO, MgO, TiO2, MnO, K2O, Na2O, P2O5)。該法速度比經典法快數十倍，方法準確度、靈敏度高，基體干擾小，線性范圍廣。這些優點對于土坡種類繁多，成分復雜，各元素含最變化幅度大的我國具有更大優越性。此法除可同時測定土坡礦物的全量外，還可同時測定銅、釩、鎳、鉻、銀、鋇等多種微量元素。
三、偏硼酸鋰熔融-ICP-AES法
1、方法原理
土壤試樣用偏硼酸鋰(1:1或I:2碳酸鋰和硼酸混合物)在高溫下熔融。熔劑用量為土壤試樣質量的4倍～10倍為宜。熔塊在硝酸溶液中，借助磁攪拌器加速溶解，制備成的待側液，在儀器最佳工作參數狀態下，進行兩點標準化后，直接在ICP光譜儀上測定土壤礦質(膠體)全量的各成分，打印出分析結果。
土壤標準溶液的制備用土壤標準樣品或水系沉積物標準樣品(即由許多權威的測試單位，測定同一土壤樣品的各元素成分的含量，經數理統計處理，最后確定該樣品各元素含最的推薦值。)制備成標準溶液。標準樣品的制備方法與土壤樣品處理相同。這樣的標準溶液不僅包含各待測元素的準確含量，而且包含與待測液相匹配的基體元素成分。既簡化了配制人工標準溶液的操作手續，又比人工配制的標準樣品中加人的基體元素成分更切合待測樣品的實際。
2、儀器及設備
鉑柑禍或墊有石墨粉的瓷柑禍(將石墨粉用牛角勺裝人瓷增禍中，邊裝，邊輕輕壓緊，中間壓一凹穴，裝至柑禍4/5處備用);鉑柑鍋鉗；ICP發射光譜儀及配套設備。
3、試劑
（1）標準溶液高標采用土壤標準樣品(或水系沉積物標準樣品)制備成標準溶液，與待測樣品制備成待測溶液的操作步驟完全相同。低標為試劑空白溶液。
（2）偏硼酸鋰(LiBO2)或破酸枉(Li2CO3)硼酸(H3BO3)=1:1或1:2混合試劑，均為優級純試劑。
（3）石墨粉(光譜純)。
（4）硝酸溶液[p(HNO3)=40g?L-1)] 40mL濃硝酸[p(HNO3)=1.42g?mL-1。(HNO3)=70%，優級純〕稀釋至IL。
4、測定條件
由于所用儀器不同，待測元素不一樣，因此儀器最佳的折中工作參數，也有一定差異。以美國Jarrell - Ash公司的9000型多道ICP發射光譜儀為例，選用儀器最佳折中條件為頻率27MHz，高頻功率1.15 kW，反射功率<0.5 W，冷卻氣體流量11L/min,等離子氣氣體流量0.5L/min(點火時用)，載氣流量0.5 L/min，觀察高度15mm，樣品提升盤為1.6 mL/min,曝光時間6s,曝光兩次。
5、操作步驟
（1）試樣的熔融 稱取通過0.149 mm孔徑尼龍篩的烘干試樣0.0500g與0.2g LiBO2[或0.2g Li2CO3-H3BO3(1∶2)混合熔劑〕，置于直徑為7cm定最濾紙中，充分混勻，捏成小團，放人瓷坩堝內的石墨粉的凹穴中，將柑渦放入馬福爐中，逐漸升溫至950 0C，加熱15min后，使其溫度降至3000C左右取出增渦，防止熔球滾動出穴。冷卻后，用鑷子將熔球攝人盛有硝酸溶液(試劑5.3.3.4)的燒杯中，立即加人封閉式磁性轉子，將燒杯置于磁力攪拌器上攪動至完全溶解，將溶液轉移到50 mL容量瓶中，用硝酸溶液(試劑5.3.3.4)定容，即為待測液。試樣亦可用鉑增渦進行熔融，方法如下:
稱取經通過0.149 mm孔徑尼龍篩的烘干土0.0500g于鉑金柑鍋中，加人0.2g LiBO2〔或0.2g Li2CO3-H3BO3(1:2)混合熔劑〕，用圓頭玻璃棒混勻。將柑禍放人馬福爐中，逐漸升溫至950℃，放里15min，立即將鉑增垠取出，將柑塌底部放于去離子水中冷卻，使熔塊驟冷呈龜裂狀，以利浸取。加人少盈硝酸溶液(試劑5-3.3.4)于增鍋中，再放人封閉式磁性轉子，將柑禍放置在攪拌器上攪拌至內熔物完全溶解。再轉移到50mL容里瓶中，用硝酸溶液(試劑5.3.3-4)定容，即為待測液。
（2）儀器標準化選擇與待測樣品基休元索相匹配的土壤標準樣品(或水系沉積物標準樣品)，制備成標準溶液，以其待測成分含量的推薦值為高標，試劑空白為低標。(可兩點標準化，也可多點標準化)建立ACT(分析樣品用的分析控制表)，進行儀器標準化后，即可在ICP光譜儀上測定待測液中全量各組分的含盆(SiO2, Fe2O3, A1203, CaO, MgO, TiO2, MnO, K2O,Na2O, P2O5)。打印機直接打印出分析結果。
6、注意事項
（1）石墨粉必須充滿瓷增禍的4/5處，否則高溫下，瓷坩堝中的硅揮發，將造成硅的結果偏高。
（2）坩堝要放置在高溫爐的中部，使溫度均勻，且防止污染。
（3）分析試樣，必須是烘干土，不可用灼燒土。因灼燒土在瓷坩堝中經過灼燒，在高溫下，瓷坩堝中硅的揮發，污染了灼燒土。另外由于ICP儀器靈敏度很高。加之側定溶液濃度較低，稀釋倍數大，易造成硅的分析結果錯誤。
（4）熔融物呈球狀，最好趁熱放人硝酸溶液中，使球狀物爆裂，并必須立即不斷的攪動，才能很快溶解，否則熔融物的表層形成氧化膜就很難溶解了。
（5）每測定一批樣品.需插人2個～3個標準樣品監控。
（6）選擇標準樣品，要與測試樣品基體成分相類似；且待測元素成分含最要較高，這樣才能擴大側定的線性范圍。
（7）熔劑與試樣盆的比，因土類而異，含鐵、鋁高的磚紅壤和紅壤可加大比例。
（8）配制溶液需要用二次去離子水或亞沸水。
（9）待側液總濃度不能超過5mg?mL-1。
參考資料：土壤農業化學分析方法
