土壤微量元素的测定.ppt

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1、第七章 土壤微量元素的测定,B、Mo、Cu、Zn、Mn、Fe,第七章 土壤微量元素的测定,第一节 概述 第二节 土壤硼的测定 第三节 土壤钼的测定 第四节 土壤铁、锰、铜、锌的测定,第一节 概述,一、必需微量元素对植物生长发育的意义,缺硼,缺钼,缺锌,缺锰,锰过量,第一节 概述,二、土壤中微量元素的含量 （一）全量 土壤微量元素全量主要由母质和土壤类型决定。 土壤微量元素含量变幅可达一百至上千倍，而常量元素变幅很少超过5倍。,第一节 概述,二、土壤中微量元素的含量 （一）全量 我国土壤微量元素全量的含量(mg.kg-1),第一节 概述,二、土壤中微量元素的含量 （二）有效养分含量 我国土壤微量

2、元素有效态含量(mg.kg-1),土壤有效态微量元素的分级和评价指标（mg/kg),注：* 适用于酸性土；* 适用于石灰性土壤,第一节 概述,二、土壤中微量元素的含量 （二）有效养分含量 影响有效养分含量的因素 土壤酸碱度：影响最大 土壤氧化还原电位 土壤通气性 土壤水分状况,第一节 概述,二、土壤中微量元素的含量 （三）我国土壤微量元素含量分布,第一节 概述,二、土壤中微量元素的含量 （三）我国土壤微量元素含量分布 我国缺锌、缺锰土壤主要分布于北方（包括长江中下游中性和石灰性土、水稻土） 缺硼和缺钼土壤主要分布于东半部； 大多土壤铜供应适中,第一节 概述,三、土壤微量元素的形态 水溶态：存在

3、土壤溶液中 交换态：吸附于固相表面 有效态 螯合态：与有机质结合在一起 矿物态：存在于原生和次生矿物,第一节 概述,四、土壤微量元素常见测定方法 原子吸收分光光度法 可见光分光光度法 极谱分析法 ICP X光荧光分析 中子活化分析,五、测试上的特殊要求： 特点：含量低、组成复杂。要求分析方法灵敏度 高，操作上要防止污染。 要求： （1）方法灵敏度高：仪器分析、比色法 （2）防止污染：含量少，易污染 A、 环境：最好有专用实验室 B、 试剂：优级纯或分析纯 C、 水：重蒸馏水、高纯水,D、器皿： 玻璃仪器：配方不同，成分不一 硬质玻璃：硼硅酸玻璃，常含B、Zn 软质玻璃：含B少 石英玻璃：SiO

4、2含量大于99.8%，不含其它元素， 耐高温（1050C），膨胀系数小，但贵！ 塑料：试剂瓶、烧杯、漏斗等 聚乙烯：耐酸碱，但不抗高温 聚四氟乙烯（塑料王）：抗温达240C,E、洗涤要求： 一般需用1mol L-1HCl或HNO3浸泡，然后洗净酸 液，以除去被吸附的离子。也有用EDTA螯合剂 洗涤的。,污染控制是微量元素分析成败的关键因素之一,第二节 土壤硼的测定,一、土壤硼的含量 全硼：痕量500mg.kg-1，平均64mg.kg-1 不同母质类型土壤由较大差别。 有效硼：0.055.0mg.kg-1 不同土壤差别很大,二、样品的预处理 1、全硼：碳酸钠熔融法 2、有效硼：热水浸提 热水回流

5、浸提法： 1：2土水比在回流情况下煮沸5min，加入Ca2+使分散于水中的胶体快速沉淀、澄清，过滤后测定溶液中硼。该方法提取的有效硼与作物生长相关性好。 提取硼的形态：溶液中的B，吸附B，可溶B盐 浸提条件：土液比1:2，沸腾5min 澄清：CaCl2、MgSO4等,三、溶液中硼的测定 （一）方法类型 光谱分析法：ICP-AES、ICPMS 离子选择电极法 比色分析法： 蒸干显色法 浓硫酸溶液中显色 三元络合物萃取比色法 水溶液中显色法,Inductively-Coupled-Plasma Atomic Emission Spectrophotometer Mass Spectrophotom

6、eter,（一）硼测定方法类型 比色分析法 蒸干显色法：姜黄素显色法 浓硫酸溶液中显色：胭脂红酸显色法、醌-茜素显色法 三元络合物萃取比色法：次甲基蓝孔雀绿显色法 水溶液中显色法：甲亚胺法、茜素-S法 目前国内外应用最普遍的方法： 姜黄素显色法 甲亚胺法,（二）甲亚胺比色法,1、方法原理： 在微酸性介质中，甲亚胺与H3BO3形成黄色络合物，其水溶液的黄色强度与B浓度成正比，可用吸光光度法定量（415nm）。,（二）甲亚胺比色法,2、显色条件： （1）酸度： 要求微酸性，用缓冲液NH4OAc-HAc或NH4H2PO4-(NH4)2HPO4控制，但具体酸度说法不一。 pH低(5.5), 一般pH

7、5.1-5.8, 显色慢, 稳定时间长。 pH高(6.5), 一般pH 6.0-6.7, 显色快, 稳定时间短 （2） 显色和稳定时间： pH低（5.5） 显色2h 稳定4h pH低（6.5） 显色0.3-1h 稳定2-3h（实验中显色30min）,（二）甲亚胺比色法,2、显色条件： （3） 显色剂浓度： 甲亚胺为黄色，与络合物相同，因此要准确加入。 甲亚胺浓度高，灵敏度也高，最高0.27%，我国常用0.18%。过高时易线性不好。 （4） 温度： 一般认为灵敏度随温度上升而下降，通常是在室温下反应，样品应与工作曲线在相同温度下测定。,2、显色条件： （5） 干扰物： A、Al3+、Fe3+、C

8、a2+等：用EDTA掩蔽，但对Fe3+不好；也可加氨三乙醇（NTA）。 B、NH4+：可使结果偏高。NH4+少时有正干扰，多时干扰固定, 因此加入氨缓冲液, 使其干扰恒定。,（二）甲亚胺比色法,2、显色条件： （5） 干扰物： C、有机质黄色的干扰： a活性C脱色：有时会吸附一部分B bKMnO4氧化：加入KMnO4氧化有机质，多余的 KMnO4可用Vc除去。 c灼烧除去（碱化后灼烧） d扣除本底,（三）姜黄素比色法,1. 方法原理： 酸性介质中硼酸与姜黄素的配合物玫瑰花青苷，呈玫瑰红色，550nm有最大吸收峰。 硼酸与姜黄素形成配合物需在无水条件下进行，否则配合物颜色强度降低。所以显色过程是

9、一个蒸干脱水过程。 蒸干显色后的产物不稳定，遇热迅速分解，溶于乙醇后室温下1-2h内稳定。,（三）姜黄素比色法,2、显色条件： （1）水分：脱水过程中形成络合物 残余水 颜色 0.3%（V/V） 正常 0.5%（V/V） 下降20% 1.0%（V/V） 下降70%,（三）姜黄素比色法,2、显色条件： （2）脱水方法：络合物是在脱水过程中形成的，因 此脱水的温度、蒸发速度都会影响显色。 （3）反应介质：酸性介质中显色（草酸） （4）干扰离子： 氧化剂：可使姜黄素氧化，显棕色。土壤中主要为NO3-，大于20 mg L-1有干扰，可碱化后灼烧除去。 （5）稳定时间：95%酒精中稳定3小时,（四）姜黄

10、素比色法与甲亚胺比色法的对比,甲亚胺法： 优点：快速、简便，在水溶液中显色，适用于自动化分析。 缺点：灵敏度不太高。 姜黄素法：土壤有效B测定的国家标准方法 优点：灵敏度高，比甲亚胺法约高20倍。 缺点：要求蒸干，反应条件严格，不易自动化 。,第二节 土壤硼的测定,四、我国土壤有效硼诊断分级 mg.kg-1,第三节 土壤钼的测定,一、我国土壤钼的含量和形态 （一）土壤全钼 1、含量：0.1-7.0 mg.kg-1，平均1.7 mg.kg-1 不同地区、不同类型土壤钼含量有较大差异。 2、形态： （1）有机态Mo （2）无机态Mo 矿物态:Ca-Mo, Fe-Mo, Al-Mo(部分有效) 交换

11、Mo:有效 水溶Mo:有效,（二）土壤有效钼 形态： 水溶性钼 交换态钼 含量： 目前常用提取剂Tamm溶液(pH3.3草酸-草酸铵溶液）提取土壤有效钼， 其含量一般为0.02-0.14 mg.kg-1， 缺钼临界值为0.15mg.kg-1,二、土壤样品预处理,1、全钼 （1）碱熔法：碳酸钠熔融法 （2）酸溶法：HFHClO4HNO3 两种方法均可同时测定多种元素：Fe、Mn、Cu、Zn、Mo 2、有效钼 提取剂：Tamm溶液（pH3.3草酸-草酸铵溶液） 具备弱酸性、还原性、阴离子代换作用、配合作用 能提取土壤中水溶性、交换态和相当数量铁铝氧化物中钼。,三、土壤钼的测定方法 比色法 经典方法

12、 极谱法 灵敏度高 ICP-AES AAS,常用方法,（一）催化极谱 1、方法原理 在极谱仪的阴极，有氯酸盐、羟基酸存在时，钼与羟基酸形成配合物被吸附于电极表面，产生电极反应，Mo6+被还原为Mo5+，与此同时，在溶液Mo5+被氯酸根氧化为Mo6+， Mo6+苦杏仁酸e Mo5+苦杏仁酸 Mo5+苦杏仁酸ClO3-6H+ 6Mo6+苦杏仁酸Cl-3H2O 上述两反应反复进行，溶液中Mo6+浓度不变，其相当于催化剂,使溶液中ClO3-被消耗，同时消耗电极上的电子，产生电流，电流大小与溶液中钼含量呈正比。,（一）催化极谱 2、方法特点： 催化电流远大于一般的扩散电流，使测定方法很灵敏。 催化极谱法

13、是目前测钼灵敏度最高的方法，检测下限可达0.06g.L-1， 该方法干扰元素少 应用最广泛的测定钼的方法,（二） NH4SCN比色法 1、方法原理： 在SnCl2作用下， Mo6+被还原为Mo5+, Mo5+与SCN-反应形成琥珀色配合物，有机溶剂萃取浓缩，470nm比色。,（二） NH4SCN比色法 2. 显色条件 （1）酸度： 盐酸体系：酸度应在0.8-1.7mol L-1 H+ 硫酸体系，酸度应在1.0-2.5mol.L-1 H+ 酸度过低显色慢 酸度过高使颜色不稳定。 （2）浓度 Mo5+与SCN-的配合物有三种： Mo(SCN)32+（吸光度低） Mo(SCN)5（琥珀色，吸光度最大

14、，最稳定） Mo(SCN)6-。 反应体系中应加入过量的NH4SCN，使生成Mo(SCN)5,第三节 土壤钼的测定,四、土壤钼测定注意事项 样品中钼含量一般非常低，特别注意操作过程中防止污染 所用测钼器皿一般专用； 器皿使用前先用盐酸浸泡，自来水、蒸馏水、二次水洗涤，并测定最后洗涤水电导率不得超过1s.cm-1； 所用水为重蒸水或二次水，必须经检查，水电导率不得超过1s.cm-1,第四节 土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn的测定,一、土壤中Fe、Mn、Cu、Zn的含量和形态 含量 Fe Mn Cu Zn 全量： 0.7-4.2% 42-5000mg/kg 3-300 3-719 平均： 3% 71

15、0 22 100,有效形态： 水溶态 交换态 少部分矿物态 少部分有机态 注意： 不同价态铁Fe2+、Fe3+，以Fe2+有效 不同价态锰：Mn2+、Mn3+、Mn4+，以Mn2+有效,有效形态： 土壤全锰含量只代表锰的贮备，不能作为供锰能力指标，常用活性锰表示土壤锰有效性。 活性锰水溶态锰交换态锰易还原态锰,二、有效养分提取方法 1、中性盐（交换态）： Fe、Mn - 1 mol L-1 NH4OAc（Fe：pH 4.8； Mn：pH 7.0） Zn - 1 mol L-1 KCl Cu - 交换态不易解吸（有机吸附） 2、稀HCl（0.1 mol L-1）： 1：5，90min（常用） C

16、u、Zn - 中性、酸性土壤适用,二、有效养分提取方法 3、还原剂：对Mn（常用） 易还原性Mn：指高价Mn中易还原的部分 浸提剂：NH4OAc中加入对苯二酚 石灰性土壤中活性Mn主要为易还原性Mn。,二、有效养分提取方法 4、DTPA法 （1）提取剂成分：0.005mol.L-1二乙基三胺五乙酸（DTPA）、0.01mol.L-1CaCl2、0.1mol.L-1三乙醇胺（TEA），pH值7.30。 （2）适用对象：提取中性和石灰性土壤有效Cu、Zn、Fe、Mn等。 （3）工作原理 A. 金属螯合剂DTPA减少溶液中金属离子浓度，使土壤固相表面吸附金属离子释放到溶液中，该提取剂可提取水溶态和交

17、换态养分，即有效养分。 B. pH7.3时TEA被质子化为TEAH+,可与固相吸附离子进行交换。 C. 提取剂中的CaCl2抑制石灰性土壤CaCO3的溶解，防止其包蔽的非有效态微量元素释放。,三、测定方法 AAS法：最常用方法 Atomic Absorption Spectrophotometer 比色法：若没有AAS时用 ICP-AES：多种金属元素同时测定 Inductively-Coupled-Plasma Atomic Emission Spectrophotometer,第四节 土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn的测定,原子吸收分光光度计基本原理示意图,光源 检测器 燃气 分光系统 检测

18、系统 试液 稳压电源 助燃气 原子化系统 废液,单色器,放大器,比色法,Fe - 邻菲罗啉法 Mn - KMnO4比色法 Cu - DDTC比色法（铜试剂：二乙基二硫代氨 基甲酸钠） Zn - 双硫腙比色法,复习思考题,有哪些影响土壤微量元素生物有效性的因子？土壤pH对硼、钼、锌、铁、锰、铜的有效性影响有何不同？ 为尽可能减少污染，在样品采集到测定的全过程中土壤微量元素分析应该注意哪些问题？ 姜黄素法和甲亚胺法测定溶液中硼的工作范围、测定条件。怎样看待它们各自的优缺点？ DTPA-TEA提取溶液中各种试剂成分、浓度、pH的主要作用。DTPA-TEA和DTPA-AB两种提取剂在组分和用途上有何不同？ 催化极谱法测定土壤微量钼的原理是什么？有哪些主要干涉因子？怎样消除？ 土壤中有效铁、锰、铜、锌的测定方法是什么？简述其方法原理。 简述原子吸收分光光度计的工作原理。,再见！,