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第8章 大气降尘的性质及时空分布规律(1)

第一节样品采集及测定方法

一、采样方法

足分析和研究的需要,共设置三个高度的集尘缸,置于地面2.0cm、10cm、20m高度处。各高度设置三个重复。每月最后一天收集一次。由于供试区极端干燥,蒸发量很大,故采用干法收集。

二、样品测定方法

1.样品有机质的测定(重铬酸钾容量法——外加热法)

(1)方法原理

在外加热的条件下(油浴的温度为180℃,沸腾5分钟),用一定浓度的重铬酸钾——硫酸溶液氧化样品中的有机质(碳),剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁来滴定,从所消耗的重铬酸钾量,计算有机碳的含量。本方法测得的结果,与干烧法对比,只能氧化90%的有机碳,因此将得的有机碳乘以校正系数,以计算有机碳量。

以邻啡罗啉亚铁溶液(邻二氮啡亚铁)为指示剂,三个邻啡罗啉(C2H8N2)分子与一个亚铁离子络合,形成红色的邻啡罗啉亚铁络合物,遇强氧化剂,则变为淡蓝色的正铁络合物。

滴定开始时以重铬酸钾的橙色为主,滴定过程中渐现Cr3+的绿色,快到终点变为灰绿色,标准亚铁溶液过量半滴,即变成红色,表示终点已到。

但用邻啡罗啉的一个问题是指示剂往往被某些悬浮土粒吸附,到终点时颜色变化不清楚,所以常常在滴定前将悬浊液在玻璃滤器上过滤。

(2)主要仪器

油浴消化装置(包括油浴锅和铁丝笼)、可调温电炉、秒表、自动控温调节器、温度计。

(3)试剂

①0.8mol·L-1(1/6K2Cr2O7)标准溶液:称取经130℃烘干的重铬酸钾(K2Cr2O7,分析纯)39.2245g溶于水中,定容于1000ml容量瓶中。

②浓H2SO4:比重1.84,分析纯。

③0.2mol·L-1FeSO4溶液。称取硫酸亚铁(FeSO4·7H2O,分析纯)56.0g溶于水中,加浓硫酸5mL,稀释至1mL。

(6)注意事项

①含有机质高于50g·kg-1的土壤,称土样0.1g,含有机质在20~30g·kg-1之间的土壤,称土样0.3g,含有机质少于20g·kg-1的土壤,称土样0.5g以上。由于称样量少,称样时应用减重法以减少称样误差。

②土壤中氯化物的存在可使结果偏高。因为氯化物也能被重铬酸钾所氧化,因此,盐土中有机质的测定必须防止氯化物的干扰,少量氯可加少量Ag2SO4,使氯根沉淀下来(生成AgCl)。Ag2SO4的加入,不仅能沉淀氯化物,而且有促进有机质分解的作用。据研究,当使用Ag2SO4时,校正系数为1.04,不使用Ag2SO4时校正系数为1.1。Ag2SO的用量不能太多,约加0.1g,否则生成Ag2Cr2O7沉淀,影响滴定。

③对于水稻土、沼泽土和长期渍水的土壤,由于土壤中含有较多的Fe2+、Mn2+及其它还原性物质,它们也消耗K2Cr2O7,可使结果偏高,对这些样品必须在测定前充分风干。一般可把样品磨细后,铺成薄薄一层,在室内通风处风干10天左右即可使Fe2+全部氧化。长期沤水的水稻土,虽经几个月风干处理,样品中仍有亚铁反应,对这种土壤,最好采用铬酸磷酸湿烧测定二氧化碳法。

④这里为了减少0.4mol·L-1(1/6K2Cr2O7)-H2SO4溶液的黏滞性带来的操作误差,准确加入0.800mol·L-1(1/6K2Cr2O7)溶液5ml以及浓H2SO45ml,以代替0.4mol·L-1(1/6K2Cr2O7)溶液10mL。在测定石灰性土壤样品时,也必须慢慢加入K2Cr2O7-H2SO4溶液,以防止由于碳酸钙的分解而引起激烈发泡。

⑤最好不采用植物油,因为它可被重铬酸钾氧化,而可能带来误差。而矿物油或石蜡对测定无影响。油浴锅预热温度当气温很低时应高一些(约200℃)。铁丝笼应该有脚,使试管不与油浴锅底部接触。

⑥用矿物油虽对测定无影响,但空气污染较为严重,最好采用铝块(有试管孔座的)加热自动控温的方法来代替油浴法。

⑦必须在试管内溶液表面开始沸腾才开始计算时间。掌握沸腾的标准尽量一致,然后继续消煮5min,消煮时间对分析结果有较大的影响,故应尽量记时准确。

⑧消煮好的溶液颜色,一般应是黄色或黄中稍带绿色,如果经绿色为主,则说明重铬酸钾用量不足。在滴定时消耗硫酸亚铁量小于空白用量的1/3时,有氧化不完全的可能,应弃去重做。

2.样品碱解氮的测定(碱解扩散法)

(1)原理

在密封的扩散皿中,用氢氧化钠水解土壤样品。在恒温条件下,使有效氮碱解转化为氨气状态,并不断的扩散溢出,由硼酸吸收,再用标准酸滴定,计算出水解性氮的含量。如在旱地土壤中硝态氮含量较高,需加入硫酸亚铁还原成铵态氮后再测定之(如旱地土壤中硝态氮含量较高,而水稻土壤硝态氮含量极微,可省去硫酸亚铁,直接用1.8mol/L氢氧化钠水解)。

(2)主要仪器

百分之一天平、扩散皿、恒温干燥箱、半微量酸式滴定管。

(3)试剂

①1.8mol/L NaOH溶液:称取化学纯氢氧化钠72g,用蒸馏水溶解,冷却后定容至1升(适合于旱地土壤)。

②1.2mol/L NaOH溶液:称取化学纯氢氧化钠48g,用蒸馏水溶解,冷却后定容至1升。

③甲基红-溴甲酚绿混合指示剂:0.5g溴甲酚绿和0.1g甲基红溶于100ml乙醇中。

④2%硼酸指示剂溶液:称取20g硼酸(化学纯)用热蒸馏水(约60℃)溶解,冷却后稀释至1000ml。每升硼酸溶液中加入5ml甲基红-溴甲酚绿混合指示剂,并用稀酸或稀碱调节至紫红色,此溶液的pH约为4.8。指示剂用以前与硼酸混合,此试剂宜鲜配,不宜久放。

⑤0.02mol/L(1/2H2SO4)标准溶液:量取H2SO4(化学纯,比重1.84)2.83ml,加水稀释至5000ml,然后用标准碱或硼砂标定之。

⑥0.005mol/L(1/2H2SO4)标准溶液:将0.02mol/L(1/2H2SO4)标准溶液用水稀释4倍。

⑦碱性胶液:阿拉伯胶40.0g和水50ml在烧杯中加热至70~80℃,搅拌促溶。加入甘油20mL和饱和碳酸钠水溶液20mL,搅拌,放冷。离心除去泡沫和不溶物,清液贮于具塞玻璃瓶中备用。

⑧硫酸亚铁(粉状):将硫酸亚铁(化学纯)磨细,装入密闭瓶中,存于阴凉干燥处。

⑨硫酸银饱和溶液:存于避光处。

(4)操作步骤

①称取通过1mm筛的风干土样2.00g(精确到0.01g),1g硫酸亚铁粉剂,均匀铺在扩散皿的外室,轻轻水平旋转扩散皿,使样品均匀铺平。

②在扩散皿内室加入2mL 2%的硼酸混合指示剂溶液,在扩散皿的外室边缘涂上碱性胶液,盖上盖玻片,并旋转几次,使盖玻片与皿边完全密闭,在慢慢转开盖玻片的一边,使扩散皿露出一条狭缝,(盐碱土需加入0.5mlAgSO4)再迅速加入10mL1.8mol/L NaOH溶液于扩散皿的外室中,立即用盖玻片盖严。水平旋转扩散皿,使溶液与土壤样品充分混匀。再用橡皮圈紧,使毛玻璃固定。随后放入40±1℃的恒温箱中,碱解扩散24±0.5小时。

③取出后(可以观察到内室为蓝色)内室吸收液中的氨可以用0.005mol/L或0.01mol/L(1/2H2SO4)标准液滴定(由蓝色滴定到微红色)。

在样品测定的同时,用石英砂做空白实验,校正试剂及滴定误差。

(5)结果

(6)注意事项

①为加速氮的扩散吸收,可提高温度,最高温度不得超过45℃。

②滴定时应用玻璃棒小心搅拌内室溶液(切不可摇动扩散皿),同时逐渐加入硫酸标准溶液,接近终点时,用玻璃棒在滴定管尖端沾取标准液后搅拌内室,以防滴过终点。

③碱性胶液由于用强碱制成,绝不能沾污内室溶液,否则结果偏高。

④在扩散过程中,扩散皿必须盖严,以防漏气。

3、样品速效磷的测定(碳酸氢钠浸提-钼蓝比色法)

3.1原理

测定土壤速效磷的方法选择,酸性土壤一般采用盐酸氟化铵或氢氧化钠一草酸钠法来提取,石灰性土壤或中性土壤采用碳酸氢钠来提取。用碳酸氢钠溶液(pH=8.5)提取土壤速效磷,在石灰性土壤中提取液中的HCO3-可和土壤溶液中的Ca2+形成CaCO3沉淀,从而降低了Ca2+的活度而使某些活性较大的Ca-P被提取出来。在酸性土壤中因pH提高而使Fe-P,A1-P水解而部分被提取。在浸提液中由于a、Fe、Al浓度较低,不会产生磷的再沉淀。

3.2主要仪器

百分之一天平、振荡机、分光光度计。

3.3试剂

(1)0.5mol/L碳酸氢钠溶液:称取NaHCO3(化学纯)42.0g于800ml水中,以0.5mol/LNaOH溶液调节浸提液的pH至8.5。此溶液暴于空气中可因失去CO2而使pH增高,可于液面加一层矿物油保存之。此溶液贮存于塑料瓶中比。

(2)无磷活性炭:活性炭常含有磷,应做空白实验,检查有无磷存在。如含磷较多,须先用2mol/LHCl浸泡过夜,用蒸馏水冲洗多次后,再用0.5mol/L碳酸氢钠浸泡过夜,在平瓷漏斗上抽气过滤,每次用少量蒸馏水淋洗多次,并检查到无磷为止。若含磷较少,则直接用碳酸氢钠处理即可。

(3)钼锑抗试剂:

①称取酒石酸锑钾[K(SbO)C4H4O6]0.5g溶于100ml水中,制成0.5%的溶液。

②称取钼酸铵[(NH4)6Mo7O24·4H2O]10g溶于450ml水中,徐徐加入153ml浓硫酸,边加边搅拌。再将0.5%酒石酸锑钾溶液100ml加入到钼酸铵溶液中,最后加水至1升。充分摇匀,贮于棕色瓶中,此为钼锑混合液。

③临用前(当天),称取1.5g左旋抗坏血酸(C6H8O5,即维生素C,化学纯),溶于100ml钼锑混合液中,此为钼锑抗试剂。有效期24小时,如藏于冰箱中则有效期长。

(4)50μg/mL磷的标准溶液:准确称取在105℃烘箱中烘干的KH2PO4(分析纯)0.2195g,溶解在400ml水中,加浓硫酸5ml,转入1L容量瓶中,加水至刻度。

(5)5μg/mL磷的标准溶液:吸取50mg/L磷的标准溶液25ml,稀释到250ml,即为5μg/mL磷的标准溶液(此溶液不宜久存)。

3.4操作步骤

(1)土样浸提:称取通过1mm筛孔(20目筛)的风干土2.50g于150ml三角瓶中,加入0.5mol/L碳酸氢钠溶液50ml,再加一勺无磷活性炭,塞紧瓶塞,在振荡机上振荡30分钟,立即用无磷滤纸过滤,滤液承接于100ml三角瓶中。

(2)测定:吸取滤液10ml(含磷量高时吸取2.5~5.0ml,同时应补加0.5mg/L碳酸氢钠溶液至10ml)于50ml容量瓶中,然后用移液管加入钼锑抗试剂5ml,充分摇匀,排出二氧化碳后加蒸馏水定容。放置30分钟后,用分光光度计(波长700nm或880nm)比色测定。颜色稳定时间为24小时,比色测定的同时作空白实验(即用0.5mol/L碳酸氢钠溶液代替待测液,其他步骤与上相同)。以空白溶液调零。对照标准曲线(或通过回归方程计算)确定待测液中磷的含量,然后计算出土壤中速效磷的含量。

(3)标准曲线的制作:分别准确吸取5μg/mL磷标准溶液0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ml于50ml容量瓶中,再分别加入0.5mol/L碳酸氢钠溶液10ml,最后加入钼锑抗试剂5ml,充分摇匀,排出二氧化碳后加蒸馏水定容。放置30分钟后,同待测液一样进行比色测定,此系列溶液中磷的浓度分别为0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5μg/mL。以浓度为横坐标(X),以吸光度为纵坐标(Y),在方格纸上绘制标准曲线或者计算出二者的回归方程。

3.5结果计算

3.6注意事项

(1)活性炭一定要洗到无磷为之,否则不能应用。

(2)显色时,加入钼锑抗试剂5ml,量取一定要准确,除了中和10ml 0.5mol/L碳酸氢钠溶液外,最后酸度为0.65mol/L。

(3)本法浸提温度对测定结果的影响很大,因此,必须严格控制浸提时的温度条件,一般要在20~25℃的室温下进行。

(4)室温低于20℃时,显色后的钼蓝则有沉淀产生(0.4mg/kg磷以上),此时将容量瓶放入40~50℃的恒温箱中或热水中保温20分钟,稍冷,30分钟后比色。

4、样品速效钾的测定(醋酸铵浸提-火焰光度法)

4.1原理

土壤中的交换性钾和水溶性钾用醋酸铵溶液浸提,铵离子可与土壤胶体上吸附的阳离子置换,使交换性钾和水溶性钾进入土壤溶液。

在醋酸铵溶液中的钾可用火焰光度计直接测定。为了抵消醋酸铵溶液的影响,标准钾溶液也需用1mol/L的醋酸铵溶液配制。

4.2主要仪器

百分之一天平、振荡机、火焰光度计。

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