专利名称：一种测定土壤中碳氮的方法
技术领域：
本发明涉及土壤碳氮含量的测定，具体地说是一种采用TruSpec CN元素分析仪测 定土壤碳氮含量的方法。
背景技术：
在陆地生态系统中，土壤有机碳是土壤有机质的重要组成部分，不仅为植物生长 提供无机养分，而且对土壤肥力、环境保护和农业可持续发展起着重要的作用。土壤有机 碳的含量和特性不仅影响土壤物理和化学性质，而且与土壤的生物学性质密切相关，是土 壤微生物活动的主要能源[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 壤有机碳的含量和特性已成为土壤学研究中的一项重要指标。在土壤中，氮素在土壤肥力 中起着相当重要的作用，是植物生长的重要营养元素之一。国内外大量研究业已证实，即使 在施用大量氮肥的情况下，作物吸收的氮素至少有50%以上来自土壤[3](鲁彩艳等.2007. 不同施肥制度培育土壤氮矿化势与供氮潜力.辽宁工程技术大学学报，26 (5) :773-775)。 因此分析土壤全氮含量是评价土壤肥力，拟定合理施用氮肥的主要依据Μ (鲁如坤.2000. 土壤农业化学分析方法.北京中国农业科技出版社，146)。目前，在土壤学研究中，碳、氮 含量已经是土壤学实验室的常规必测项目。土壤学中测定有机碳和全氮含量的常规方法分别是重铬酸钾容量法和开式消煮 法，但是这两种方法操作繁琐，不利于大量样本的快速测定[4’5](鲁如坤.2000. 土壤农业化 学分析方法.北京中国农业科技出版社，146;文启孝.1984. 土壤有机质研究法.北京 农业出版社，19-47)。随着仪器分析的发展，CN元素分析仪越来越多地应用于土壤碳氮含 量的测定，常见的仪器为德国Elementar公司Vario EL III元素分析仪。TruSpec CN元素 分析仪是美国Leco公司2006年生产的元素分析仪，该分析仪与德国Elemental·公司的元 素分析仪相比具有价格低的优点，在市场上更具有普遍的适用性，但是目前国内还未见有 用该仪器测定土壤碳、氮含量的报道。本文采用Leco公司TruSpec CN元素分析仪测定土 壤中碳、氮含量，对测定方法进行了优化，建立了测定土壤碳、氮含量的最优化方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用TruSpec CN元素分析仪测定土壤中碳氮含量的 方法，并找出适合于测定土壤碳氮含量的最优化条件。本发明灵敏度高、精密度和准确度好 且操作快速，适合于日常分析和检测。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种采用TruSpec CN元素分析仪测定土壤碳氮含量的方法，具体步骤如下，(1)称取一定量(0. 1-0. 5g)的土壤样品于锡箔杯中，紧密包裹后放入自动进样盘中，在氮气为动力气的条件下自动进样；(2)样品进入燃烧炉，于948-952°C在氧气流中(02流量3. 9_4. lL/min燃烧 14-16s，再以 0. 9-1. lL/min 燃烧 250-350s，最后以 3. 9-4. lL/min 燃烧 4_6s)燃烧后，燃烧 产物(C02和N0X (x = 1或2，即N0X为NO和/或N02))通过次级炉并于848_852°C进一步被 氧化；(3)燃烧产物进入混溶缸，同时向混溶缸中充入氧气，燃烧产物和氧气在混溶缸中 充分混合后，一部分气体进入C02红外检测器以测定碳素含量，另一部分气体进入3-10ml 取样管；进入取样管中的气体在氦气为载气的条件下经过热铜管(700°C )和氮催化剂 (Leco公司502-049)以除去氧气，并使N0x(x = 1或2)转化为N2，然后通过碱石棉和高氯 酸镁以除去C02和水；最后气体进入热导池检测器以测定氮素含量。(4)氮素的最小分析时间为35-45S。本发明具有如下优点1.重现性好。由于土壤样品中氮素含量较低，采用增加取样量的方法可以获得较 高的精密度。土壤碳氮的相对标准偏差(RSD)变化范围分别为0. 997 2. 143%和0. 214 3. 115%。2.灵敏度高，线性范围宽。碳氮的线性范围分别为1.269 24. 647mg(R> 0.999) 和 0. 121 5. 754mg(R > 0. 999)，检出限(3S/N)分别为 0. 0022 和 0. 0032mg。3.回收率高，操作快速。土壤样品碳氮的回收率分别为99. 2 100. 9%和98. 2 99. 2%。
具体实施例方式下面列举一个实施例，对本发明加以进一步说明。实施例1:按如下步骤测定土壤中碳氮含量。1.1仪器与材料美国Leco公司TruSpec CN元素分析仪，其包括气路系统、自动进样系统、燃烧系 统(燃烧炉和次级炉)、混溶缸收集系统、取样管、催化系统以及碳氮检测系统(红外检测器 和热导池检测器)等。十万分之一天平，锡箔杯(Leco公司502-186)等。1.2分析条件氧气、氦气和氮气压力分别为0. 24MPa、0. 24MPa和0. 28MPa。燃烧温度为950°C， 次级炉温度为850°C。燃烧条件为02流量4.0L/min燃烧15s，再以1. OL/min燃烧300s， 最后以4. 0L/min燃烧5s。氮素最小分析时间为40s。1. 3 供试土壤土壤标样为Leco公司标样502-062。其它土壤样品分别采自江西省红壤研究试验 站(红壤)，辽宁省沈阳生态试验站(棕壤)，吉林省公主岭(黑土 1)，黑龙江省农业科学 院(黑土 2)和黑龙江省海伦生态试验站(黑土 3)。土壤样品采样深度为0 20cm，风干 后过100目筛，用于土壤碳、氮含量的测定。1. 4操作步骤
称取一定量(0. 2g)的土壤样品于锡箔杯中，紧密包裹后放入自动进样盘中，在氮 气为动力气的条件下自动进样；样品进入燃烧炉，于950°C在氧气流中(02流量4. OL/min燃 烧15s，再以1. OL/min燃烧300s，最后以4. OL/min燃烧5s)燃烧后，燃烧产物(C0jN0x(X =1或2，即而!￡为而和/或而2))通过次级炉并于850°C进一步被氧化；然后燃烧产物进 入混溶缸，同时向混溶缸中充入氧气，燃烧产物和氧气在混溶缸中充分混合后，一部分气体 进入C02红外检测器以测定碳素含量，另一部分气体进入10ml取样管；进入取样管中的气 体在氦气为载气的条件下经过热铜管(700°C )和氮催化剂(Leco公司502-049)以除去氧 气，并使N0x(x= 1或2)转化为N2，然后通过碱石棉和高氯酸镁以除去0)2和水；最后气体 进入热导池检测器以测定氮素含量。氮素的最小分析时间为40s。1.5线性范围和回收率按照操作步骤1. 4称取Leco公司标准土样(产品编号502-062) 0. 10074，
0.20086,0. 30068,0. 40051,0. 50000g,及 Leco 公司标准样品 EDTA(产品编号 502-092)0. 01504,0. 03027,0. 06013g,碳含量依次分别为 1. 269，2. 531，3. 789，5. 046， 6. 300,6. 165，12. 408,24. 647mg ；氮含量依次分别为 0. 121,0. 241,0. 361,0. 481,0. 600，
1.439,2. 897,5. 754mg，进行方法线性范围的评价。回收率采用与已知含量的土壤样品之间 的比较进行评价。2结果与讨论2. 1方法的线性范围和回收率碳素和氮素的线性范围分别为1. 269 24. 647mg(R > 0. 999)和0. 121 5. 754mg(R > 0. 999)，检出限(3S/N)分别为0. 0022和0. 0032mg。采用两种已知含量土壤 样品对土壤碳氮的回收率进行测定(表1)，结果表明碳氮的回收率分别在99. 2 100. 9% 和98. 2 99. 2%之间。表1 土壤样品碳氮的回收率(n = 5) 2. 2方法的应用采用上述方法测得不同类型土壤碳氮含量的结果如表2所示。从表中可以看出，5 种土壤碳素含量变化范围为0. 98 3. 41 %，氮素含量变化范围为0. 0910 0. 233%。相对 标准偏差(RSD)变化范围分别为0. 997 2. 143%和0. 214 3. 115%。与德国Elementar 公司Vario EL III元素分析仪测定结果比较可以看出，两种仪器碳素和氮素测定结果比较 一致，统计学分析表明各数据间差异不显著(P < 0. 05)。表2不同土壤中碳氮含量(n = 3)
5 3 结论总之，本发明涉及一种采用TruSpec CN元素分析仪测定土壤中碳氮含量的分析方 法，具有灵敏度高，线性范围宽，重现性好，回收率高，操作快速等优点，可以满足日常分析 的需求。
权利要求
一种测定土壤中碳氮的方法，其特征在于采用TruSpec CN元素分析仪进行检测操作，其具体流程如下，(1)称取土壤样品于锡箔杯中，紧密包裹后放入TruSpec CN元素分析仪的自动进样盘中，在氮气为动力气的条件下自动进样；(2)样品进入燃烧炉，于948-952℃在氧气流中燃烧后，燃烧产物通过次级炉并于848-852℃进一步被氧化；(3)燃烧产物进入混溶缸，同时向混溶缸中充入氧气，燃烧产物和氧气在混溶缸中充分混合后，一部分气体进入CO2红外检测器以测定碳素含量，另一部分气体进入3-10ml取样管；进入取样管中的气体在氦气为载气的条件下经过热铜管698-702℃和氮催化剂以除去氧气，并使NOx，x＝1或2转化为N2，然后通过碱石棉和高氯酸镁以除去CO2和水；最后气体进入热导池检测器以测定氮素含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于土壤样品的称样量为0.1-0. 5g。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用3-10ml的取样管进行取样测定土壤 氮素含量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于氮素的最小分析时间为35-45S。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2)氧气流中燃烧过程为02流量 3. 9-4. lL/min 燃烧 14_16s，再以 0. 9-1. lL/min 燃烧 250_350s，最后以 3. 9-4. lL/min 燃烧 4-6 So
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2)中所述燃烧产物为C02和N0X，x =1 或2。
全文摘要
本发明涉及土壤碳氮含量的测定，具体地说是一种采用TruSpec CN元素分析仪测定土壤碳氮含量的方法，具体操作流程如下，称取一定量(0.1-0.5g)的土壤样品于锡箔杯中，紧密包裹后放入自动进样盘中，在氮气为动力气的条件下自动进样；样品进入燃烧炉，于948-952℃在氧气流中燃烧250-350s后，燃烧产物通过次级炉并于848-852℃进一步被氧化；然后燃烧产物进入混溶缸，同时向混溶缸中充入氧气，燃烧产物和氧气在混溶缸中充分混合后，一部分气体进入CO2红外检测器以测定碳素含量，另一部分气体进入3-10ml取样管；进入取样管中的气体在氦气为载气的条件下经过热铜管(700℃)和氮催化剂以除去氧气，并使NOx(x＝1或2)转化为N2，然后通过碱石棉和高氯酸镁以除去CO2和水；最后气体进入热导池检测器以测定氮素含量。氮素的最小分析时间为35-45s。本发明优点是灵敏度高、精密度和准确度好且操作快速，适合于日常分析和检测。
文档编号G01N27/18GK101876632SQ20091001133
公开日2010年11月3日 申请日期2009年4月28日 优先权日2009年4月28日
发明者张威, 张旭东 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所