專利名稱：一種測定土壤中碳氮的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤碳氮含量的測定，具體地說是一種采用TruSpec CN元素分析儀測 定土壤碳氮含量的方法。
背景技術(shù)：
在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，土壤有機碳是土壤有機質(zhì)的重要組成部分，不僅為植物生長 提供無機養(yǎng)分，而且對土壤肥力、環(huán)境保護和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著重要的作用。土壤有機 碳的含量和特性不僅影響土壤物理和化學(xué)性質(zhì)，而且與土壤的生物學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，是土 壤微生物活動的主要能源[1’2] (Zech et al. 1997. Factors controlling humification and mineralization of soil organic matter in the tropics. Geoderma,79 :117_161 ； Spaccini et al. 2004. Carbohydrates and aggregation in lowland soils of Nigeria as influenced by organic inputs. Soil and Tillage Research，75 :161—172)。 土 壤有機碳的含量和特性已成為土壤學(xué)研究中的一項重要指標。在土壤中，氮素在土壤肥力 中起著相當重要的作用，是植物生長的重要營養(yǎng)元素之一。國內(nèi)外大量研究業(yè)已證實，即使 在施用大量氮肥的情況下，作物吸收的氮素至少有50%以上來自土壤[3](魯彩艷等.2007. 不同施肥制度培育土壤氮礦化勢與供氮潛力.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，26 (5) :773-775)。 因此分析土壤全氮含量是評價土壤肥力，擬定合理施用氮肥的主要依據(jù)Μ (魯如坤.2000. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法.北京中國農(nóng)業(yè)科技出版社，146)。目前，在土壤學(xué)研究中，碳、氮 含量已經(jīng)是土壤學(xué)實驗室的常規(guī)必測項目。土壤學(xué)中測定有機碳和全氮含量的常規(guī)方法分別是重鉻酸鉀容量法和開式消煮 法，但是這兩種方法操作繁瑣，不利于大量樣本的快速測定[4’5](魯如坤.2000. 土壤農(nóng)業(yè)化 學(xué)分析方法.北京中國農(nóng)業(yè)科技出版社，146;文啟孝.1984. 土壤有機質(zhì)研究法.北京 農(nóng)業(yè)出版社，19-47)。隨著儀器分析的發(fā)展，CN元素分析儀越來越多地應(yīng)用于土壤碳氮含 量的測定，常見的儀器為德國Elementar公司Vario EL III元素分析儀。TruSpec CN元素 分析儀是美國Leco公司2006年生產(chǎn)的元素分析儀，該分析儀與德國Elemental·公司的元 素分析儀相比具有價格低的優(yōu)點，在市場上更具有普遍的適用性，但是目前國內(nèi)還未見有 用該儀器測定土壤碳、氮含量的報道。本文采用Leco公司TruSpec CN元素分析儀測定土 壤中碳、氮含量，對測定方法進行了優(yōu)化，建立了測定土壤碳、氮含量的最優(yōu)化方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用TruSpec CN元素分析儀測定土壤中碳氮含量的 方法，并找出適合于測定土壤碳氮含量的最優(yōu)化條件。本發(fā)明靈敏度高、精密度和準確度好 且操作快速，適合于日常分析和檢測。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種采用TruSpec CN元素分析儀測定土壤碳氮含量的方法，具體步驟如下，(1)稱取一定量(0. 1-0. 5g)的土壤樣品于錫箔杯中，緊密包裹后放入自動進樣盤中，在氮氣為動力氣的條件下自動進樣；(2)樣品進入燃燒爐，于948-952°C在氧氣流中(02流量3. 9_4. lL/min燃燒 14-16s，再以 0. 9-1. lL/min 燃燒 250-350s，最后以 3. 9-4. lL/min 燃燒 4_6s)燃燒后，燃燒 產(chǎn)物(C02和N0X (x = 1或2，即N0X為NO和/或N02))通過次級爐并于848_852°C進一步被 氧化；(3)燃燒產(chǎn)物進入混溶缸，同時向混溶缸中充入氧氣，燃燒產(chǎn)物和氧氣在混溶缸中 充分混合后，一部分氣體進入C02紅外檢測器以測定碳素含量，另一部分氣體進入3-10ml 取樣管；進入取樣管中的氣體在氦氣為載氣的條件下經(jīng)過熱銅管(700°C )和氮催化劑 (Leco公司502-049)以除去氧氣，并使N0x(x = 1或2)轉(zhuǎn)化為N2，然后通過堿石棉和高氯 酸鎂以除去C02和水；最后氣體進入熱導(dǎo)池檢測器以測定氮素含量。(4)氮素的最小分析時間為35-45S。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.重現(xiàn)性好。由于土壤樣品中氮素含量較低，采用增加取樣量的方法可以獲得較 高的精密度。土壤碳氮的相對標準偏差(RSD)變化范圍分別為0. 997 2. 143%和0. 214 3. 115%。2.靈敏度高，線性范圍寬。碳氮的線性范圍分別為1.269 24. 647mg(R> 0.999) 和 0. 121 5. 754mg(R > 0. 999)，檢出限(3S/N)分別為 0. 0022 和 0. 0032mg。3.回收率高，操作快速。土壤樣品碳氮的回收率分別為99. 2 100. 9%和98. 2 99. 2%。
具體實施例方式下面列舉一個實施例，對本發(fā)明加以進一步說明。實施例1:按如下步驟測定土壤中碳氮含量。1.1儀器與材料美國Leco公司TruSpec CN元素分析儀，其包括氣路系統(tǒng)、自動進樣系統(tǒng)、燃燒系 統(tǒng)(燃燒爐和次級爐)、混溶缸收集系統(tǒng)、取樣管、催化系統(tǒng)以及碳氮檢測系統(tǒng)(紅外檢測器 和熱導(dǎo)池檢測器)等。十萬分之一天平，錫箔杯(Leco公司502-186)等。1.2分析條件氧氣、氦氣和氮氣壓力分別為0. 24MPa、0. 24MPa和0. 28MPa。燃燒溫度為950°C， 次級爐溫度為850°C。燃燒條件為02流量4.0L/min燃燒15s，再以1. OL/min燃燒300s， 最后以4. 0L/min燃燒5s。氮素最小分析時間為40s。1. 3 供試土壤土壤標樣為Leco公司標樣502-062。其它土壤樣品分別采自江西省紅壤研究試驗 站(紅壤)，遼寧省沈陽生態(tài)試驗站(棕壤)，吉林省公主嶺(黑土 1)，黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué) 院(黑土 2)和黑龍江省海倫生態(tài)試驗站(黑土 3)。土壤樣品采樣深度為0 20cm，風(fēng)干 后過100目篩，用于土壤碳、氮含量的測定。1. 4操作步驟
稱取一定量(0. 2g)的土壤樣品于錫箔杯中，緊密包裹后放入自動進樣盤中，在氮 氣為動力氣的條件下自動進樣；樣品進入燃燒爐，于950°C在氧氣流中(02流量4. OL/min燃 燒15s，再以1. OL/min燃燒300s，最后以4. OL/min燃燒5s)燃燒后，燃燒產(chǎn)物(C0jN0x(X =1或2，即而!￡為而和/或而2))通過次級爐并于850°C進一步被氧化；然后燃燒產(chǎn)物進 入混溶缸，同時向混溶缸中充入氧氣，燃燒產(chǎn)物和氧氣在混溶缸中充分混合后，一部分氣體 進入C02紅外檢測器以測定碳素含量，另一部分氣體進入10ml取樣管；進入取樣管中的氣 體在氦氣為載氣的條件下經(jīng)過熱銅管(700°C )和氮催化劑(Leco公司502-049)以除去氧 氣，并使N0x(x= 1或2)轉(zhuǎn)化為N2，然后通過堿石棉和高氯酸鎂以除去0)2和水；最后氣體 進入熱導(dǎo)池檢測器以測定氮素含量。氮素的最小分析時間為40s。1.5線性范圍和回收率按照操作步驟1. 4稱取Leco公司標準土樣(產(chǎn)品編號502-062) 0. 10074，
0.20086,0. 30068,0. 40051,0. 50000g,及 Leco 公司標準樣品 EDTA(產(chǎn)品編號 502-092)0. 01504,0. 03027,0. 06013g,碳含量依次分別為 1. 269，2. 531，3. 789，5. 046， 6. 300,6. 165，12. 408,24. 647mg ；氮含量依次分別為 0. 121,0. 241,0. 361,0. 481,0. 600，
1.439,2. 897,5. 754mg，進行方法線性范圍的評價?；厥章什捎门c已知含量的土壤樣品之間 的比較進行評價。2結(jié)果與討論2. 1方法的線性范圍和回收率碳素和氮素的線性范圍分別為1. 269 24. 647mg(R > 0. 999)和0. 121 5. 754mg(R > 0. 999)，檢出限(3S/N)分別為0. 0022和0. 0032mg。采用兩種已知含量土壤 樣品對土壤碳氮的回收率進行測定(表1)，結(jié)果表明碳氮的回收率分別在99. 2 100. 9% 和98. 2 99. 2%之間。表1 土壤樣品碳氮的回收率(n = 5) 2. 2方法的應(yīng)用采用上述方法測得不同類型土壤碳氮含量的結(jié)果如表2所示。從表中可以看出，5 種土壤碳素含量變化范圍為0. 98 3. 41 %，氮素含量變化范圍為0. 0910 0. 233%。相對 標準偏差(RSD)變化范圍分別為0. 997 2. 143%和0. 214 3. 115%。與德國Elementar 公司Vario EL III元素分析儀測定結(jié)果比較可以看出，兩種儀器碳素和氮素測定結(jié)果比較 一致，統(tǒng)計學(xué)分析表明各數(shù)據(jù)間差異不顯著(P < 0. 05)。表2不同土壤中碳氮含量(n = 3)
5 3 結(jié)論總之，本發(fā)明涉及一種采用TruSpec CN元素分析儀測定土壤中碳氮含量的分析方 法，具有靈敏度高，線性范圍寬，重現(xiàn)性好，回收率高，操作快速等優(yōu)點，可以滿足日常分析 的需求。
權(quán)利要求
一種測定土壤中碳氮的方法，其特征在于采用TruSpec CN元素分析儀進行檢測操作，其具體流程如下，(1)稱取土壤樣品于錫箔杯中，緊密包裹后放入TruSpec CN元素分析儀的自動進樣盤中，在氮氣為動力氣的條件下自動進樣；(2)樣品進入燃燒爐，于948-952℃在氧氣流中燃燒后，燃燒產(chǎn)物通過次級爐并于848-852℃進一步被氧化；(3)燃燒產(chǎn)物進入混溶缸，同時向混溶缸中充入氧氣，燃燒產(chǎn)物和氧氣在混溶缸中充分混合后，一部分氣體進入CO2紅外檢測器以測定碳素含量，另一部分氣體進入3-10ml取樣管；進入取樣管中的氣體在氦氣為載氣的條件下經(jīng)過熱銅管698-702℃和氮催化劑以除去氧氣，并使NOx，x＝1或2轉(zhuǎn)化為N2，然后通過堿石棉和高氯酸鎂以除去CO2和水；最后氣體進入熱導(dǎo)池檢測器以測定氮素含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于土壤樣品的稱樣量為0.1-0. 5g。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用3-10ml的取樣管進行取樣測定土壤 氮素含量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于氮素的最小分析時間為35-45S。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟2)氧氣流中燃燒過程為02流量 3. 9-4. lL/min 燃燒 14_16s，再以 0. 9-1. lL/min 燃燒 250_350s，最后以 3. 9-4. lL/min 燃燒 4-6 So
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟2)中所述燃燒產(chǎn)物為C02和N0X，x =1 或2。
全文摘要
本發(fā)明涉及土壤碳氮含量的測定，具體地說是一種采用TruSpec CN元素分析儀測定土壤碳氮含量的方法，具體操作流程如下，稱取一定量(0.1-0.5g)的土壤樣品于錫箔杯中，緊密包裹后放入自動進樣盤中，在氮氣為動力氣的條件下自動進樣；樣品進入燃燒爐，于948-952℃在氧氣流中燃燒250-350s后，燃燒產(chǎn)物通過次級爐并于848-852℃進一步被氧化；然后燃燒產(chǎn)物進入混溶缸，同時向混溶缸中充入氧氣，燃燒產(chǎn)物和氧氣在混溶缸中充分混合后，一部分氣體進入CO2紅外檢測器以測定碳素含量，另一部分氣體進入3-10ml取樣管；進入取樣管中的氣體在氦氣為載氣的條件下經(jīng)過熱銅管(700℃)和氮催化劑以除去氧氣，并使NOx(x＝1或2)轉(zhuǎn)化為N2，然后通過堿石棉和高氯酸鎂以除去CO2和水；最后氣體進入熱導(dǎo)池檢測器以測定氮素含量。氮素的最小分析時間為35-45s。本發(fā)明優(yōu)點是靈敏度高、精密度和準確度好且操作快速，適合于日常分析和檢測。
文檔編號G01N27/18GK101876632SQ20091001133
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者張威, 張旭東 申請人:中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所