土壤与胶体的矿质全量分析（一）
发布时间：2017-09-01
一、分析意义
分析土壤矿质全量有助于了解土壤中的原生矿物和次生矿物的化学组成以及这些元素迁移和变化规律，以确定土壤的风化程度及其化学特性，为土壤发生、发展、分类和土壤肥力的研究提供重要依据。土壤矿质全量包括二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化锰、氧化钾、氧化钠、五氧化二磷等，由于全量分析的结果是以烘干土为基础的，因而全量总和中还应包括烧失量在内。
二、方法选择的依据
由于土壤中矿质元家的成分是以硅酸盐或铝酸盐以及游离态(如石英、无定形二氧化硅、三级化二铝、三氧化二铁等)等形态存在。所以在分析各元素时，必须首先分解土壤制备成待液。常用的分解方法有喊熔法和酸溶法两个系统。
碱熔法的熔剂有碳酸钠、氢氧化钠和偏硼酸铿等。前两者可用于除钾或钠以外的其它元素的测定。
碳酸钠是最常用的熔剂。在高温(9200C～9500C)和强碱的作用下，样品中的铝硅酸盐遭到彻底破坏，变为简单化合物。石英也可全部熔解。经酸处理脱硅后，即可作矿物全最系统分析的待测液和待测物(如二氧化硅)。该法为矿质全最分析常规方法和国家标准方法(中华人民共和国国家标准GB7873-87)，但存在内熔物溶解速度慢;需要用昂贵的铂柑涡;分析操作过程冗长；且不能在同一溶液中测定钠等缺点。
偏硼酸理(或1:1及1:2碳酸铿和硼酸的混合物)熔融法是80年代发展起来的，它的熔融效果好、熔块易取出，同时可用瓷柑涡代替铂柑祸熔融样品，在同一溶液中，还可测定钾和钠。
酸溶法多采用两种或三种酸的混合溶液消煮试样。目前硝酸-氢氟酸-高氯酸及氢氟酸-高氯酸混合溶液应用较为广泛。该法避免了碱熔法易混人某些盐类，影响元素测定的弊端，其制备的待测液可直接测钾和钠。但由于氢氟酸破坏硅铝酸盐并与硅生成SiF4而挥发，故此法不能测硅。需另称试样，制备测硅的溶液，所以测定土壤矿质全量很少应用此法。
土壤全量各元素可用容量法、质量法、分光光度法、火焰光度法、原子吸收分光光度法、及ICP法等测定。容量法、质量法、分光光度法由于灵敏度较差、试剂用量大、分析过程长、速度慢等缺点，在我国除了测定Si,A1,Ti,P有时还应用这些方法外，测定其它元素已很少应用了。在国外如美、英、法等国家已不再用这些方法了。我国自70年代以来，原子吸收光谱法(AAS)巳逐渐成为分析岩石、土壤、植物不可缺少的手段。80年代以来，电感藕合高频等离子体发射光谱法(简称ICP-AES)的广泛应用，尤其被应用于岩石、土壤矿质及胶体矿物的全量分析。用快速的偏硼酸锂熔融土壤试样，制备成待测液，用ICP-AES法可以同时测定土壤和胶体矿物的全量所有的组分(SiO2, Fe2O3, AI2O3, CaO, MgO, TiO2, MnO, K2O, Na2O, P2O5)。该法速度比经典法快数十倍，方法准确度、灵敏度高，基体干扰小，线性范围广。这些优点对于土坡种类繁多，成分复杂，各元素含最变化幅度大的我国具有更大优越性。此法除可同时测定土坡矿物的全量外，还可同时测定铜、钒、镍、铬、银、钡等多种微量元素。
三、偏硼酸锂熔融-ICP-AES法
1、方法原理
土壤试样用偏硼酸锂(1:1或I:2碳酸锂和硼酸混合物)在高温下熔融。熔剂用量为土壤试样质量的4倍～10倍为宜。熔块在硝酸溶液中，借助磁搅拌器加速溶解，制备成的待侧液，在仪器最佳工作参数状态下，进行两点标准化后，直接在ICP光谱仪上测定土壤矿质(胶体)全量的各成分，打印出分析结果。
土壤标准溶液的制备用土壤标准样品或水系沉积物标准样品(即由许多权威的测试单位，测定同一土壤样品的各元素成分的含量，经数理统计处理，最后确定该样品各元素含最的推荐值。)制备成标准溶液。标准样品的制备方法与土壤样品处理相同。这样的标准溶液不仅包含各待测元素的准确含量，而且包含与待测液相匹配的基体元素成分。既简化了配制人工标准溶液的操作手续，又比人工配制的标准样品中加人的基体元素成分更切合待测样品的实际。
2、仪器及设备
铂柑祸或垫有石墨粉的瓷柑祸(将石墨粉用牛角勺装人瓷增祸中，边装，边轻轻压紧，中间压一凹穴，装至柑祸4/5处备用);铂柑锅钳；ICP发射光谱仪及配套设备。
3、试剂
（1）标准溶液高标采用土壤标准样品(或水系沉积物标准样品)制备成标准溶液，与待测样品制备成待测溶液的操作步骤完全相同。低标为试剂空白溶液。
（2）偏硼酸锂(LiBO2)或破酸枉(Li2CO3)硼酸(H3BO3)=1:1或1:2混合试剂，均为优级纯试剂。
（3）石墨粉(光谱纯)。
（4）硝酸溶液[p(HNO3)=40g・L-1)] 40mL浓硝酸[p(HNO3)=1.42g・mL-1。(HNO3)=70%，优级纯〕稀释至IL。
4、测定条件
由于所用仪器不同，待测元素不一样，因此仪器最佳的折中工作参数，也有一定差异。以美国Jarrell - Ash公司的9000型多道ICP发射光谱仪为例，选用仪器最佳折中条件为频率27MHz，高频功率1.15 kW，反射功率<0.5 W，冷却气体流量11L/min,等离子气气体流量0.5L/min(点火时用)，载气流量0.5 L/min，观察高度15mm，样品提升盘为1.6 mL/min,曝光时间6s,曝光两次。
5、操作步骤
（1）试样的熔融 称取通过0.149 mm孔径尼龙筛的烘干试样0.0500g与0.2g LiBO2[或0.2g Li2CO3-H3BO3(1∶2)混合熔剂〕，置于直径为7cm定最滤纸中，充分混匀，捏成小团，放人瓷坩埚内的石墨粉的凹穴中，将柑涡放入马福炉中，逐渐升温至950 0C，加热15min后，使其温度降至3000C左右取出增涡，防止熔球滚动出穴。冷却后，用镊子将熔球摄人盛有硝酸溶液(试剂5.3.3.4)的烧杯中，立即加人封闭式磁性转子，将烧杯置于磁力搅拌器上搅动至完全溶解，将溶液转移到50 mL容量瓶中，用硝酸溶液(试剂5.3.3.4)定容，即为待测液。试样亦可用铂增涡进行熔融，方法如下:
称取经通过0.149 mm孔径尼龙筛的烘干土0.0500g于铂金柑锅中，加人0.2g LiBO2〔或0.2g Li2CO3-H3BO3(1:2)混合熔剂〕，用圆头玻璃棒混匀。将柑祸放人马福炉中，逐渐升温至950℃，放里15min，立即将铂增垠取出，将柑塌底部放于去离子水中冷却，使熔块骤冷呈龟裂状，以利浸取。加人少盈硝酸溶液(试剂5-3.3.4)于增锅中，再放人封闭式磁性转子，将柑祸放置在搅拌器上搅拌至内熔物完全溶解。再转移到50mL容里瓶中，用硝酸溶液(试剂5.3.3-4)定容，即为待测液。
（2）仪器标准化选择与待测样品基休元索相匹配的土壤标准样品(或水系沉积物标准样品)，制备成标准溶液，以其待测成分含量的推荐值为高标，试剂空白为低标。(可两点标准化，也可多点标准化)建立ACT(分析样品用的分析控制表)，进行仪器标准化后，即可在ICP光谱仪上测定待测液中全量各组分的含盆(SiO2, Fe2O3, A1203, CaO, MgO, TiO2, MnO, K2O,Na2O, P2O5)。打印机直接打印出分析结果。
6、注意事项
（1）石墨粉必须充满瓷增祸的4/5处，否则高温下，瓷坩埚中的硅挥发，将造成硅的结果偏高。
（2）坩埚要放置在高温炉的中部，使温度均匀，且防止污染。
（3）分析试样，必须是烘干土，不可用灼烧土。因灼烧土在瓷坩埚中经过灼烧，在高温下，瓷坩埚中硅的挥发，污染了灼烧土。另外由于ICP仪器灵敏度很高。加之侧定溶液浓度较低，稀释倍数大，易造成硅的分析结果错误。
（4）熔融物呈球状，最好趁热放人硝酸溶液中，使球状物爆裂，并必须立即不断的搅动，才能很快溶解，否则熔融物的表层形成氧化膜就很难溶解了。
（5）每测定一批样品.需插人2个～3个标准样品监控。
（6）选择标准样品，要与测试样品基体成分相类似；且待测元素成分含最要较高，这样才能扩大侧定的线性范围。
（7）熔剂与试样盆的比，因土类而异，含铁、铝高的砖红壤和红壤可加大比例。
（8）配制溶液需要用二次去离子水或亚沸水。
（9）待侧液总浓度不能超过5mg・mL-1。
参考资料：土壤农业化学分析方法
