土壤全n有效n测定.ppt

土壤全氮的测定 本章要点： 1、了解土壤中氮素的存在形态及含量 2、熟悉开氏法测定全氮的两大步骤 3、掌握开氏法测定土壤全氮的原理 4、熟悉开氏反应及其特点 5、掌握蒸馏法测定氨的原理及条件 土壤全氮的测定 存在形态及含量 1、形态： 有机态N：占90%以上，如蛋白质、氨基酸、 氨基糖、腐殖质等 无机态N：占1-5%，主要有NH4-N、NO3-N、 NO2-N（少量） 2、含量： （1）我国大部分耕地土壤全N含量不高，切变幅 很大，其范围大约在0.03-0.5%其中： 东北黑土 0.15 - 0.5% 华北地区 0.05 - 0.08% 黄土高原和黄淮海平原 0.03 - 0.1% 有机质含量很低的砂土  0.03% 一般自然土壤明显高于耕作土壤 （2）华北地区土壤全N的分级指标大致是： 土壤全N水平 低 中 高 土壤全N %  0.05 0.05-0.08  0.08 测定方法评述 一、干烧法： （杜马法、杜氏法） 1831年，瑞典人杜马（Dumas）创立的干烧法 基本原理：样品在CO2气流中燃烧（600C），以 Cu+CuO作催化剂，使所有的N都转变成N2，气 流通过碱液（浓KOH、NaOH）除去CO2后，测 定N2的体积，计算样品全N含量。

Cu+CuO NaOH除去CO2 土 + CO2 N2 N2 ，600C 经典的杜马法结果准确，回收率高，但仪器装置及 操作复杂、费时，在土壤N素分析中很少采用 二、 湿烧法： （开氏法） 1883年，丹麦人开道尔（J.Kjeldahl）创立 由于仪器设备简单易得，操作也简便，准确度较高， 因此为一般实验室所采用 目前已有多种半自动及自动定N仪 开氏法测定土壤全N（半微量法） 一 、原理： 含N有机物在催化剂作用下，与浓H2SO4高温共煮， 使有机N转化成NH4-N（(NH4)2SO4），然后在碱 性溶液中蒸馏出NH3，用H3BO3吸收，再用标准酸 溶液直接滴定H3BO3吸收的NH3，根据酸的用量来 计算N含量 测定步骤： 催化剂+浓H2SO4 OH- H3BO3 有机N NH4+ NH3 NH4+ + H2BO3- (+无机N)   H+ H3BO3 | 样品的消煮 | 消煮液中NH4+的定量(蒸馏) | 二、测定条件： （一）样品的消煮： 1、开氏反应及其特点： 开氏反应：样品用浓H2SO4高温消煮时，各种含N 有机化合物经过复杂的高温分解而转化为NH4-N 的反应。

开氏法：凡是用开氏反应消煮的定N方法都叫开氏 法，不论采用何种加速剂、仪器及如何定量 在开氏反应中，有机C被浓H2SO4氧化成CO2而 逸失，即： C + 2 H2SO4（浓）= CO2 + SO2 + 2 H2O 对N而言： 有机N + H2SO4（浓） NH4+  开氏反应的特点： （1） 浓H2SO4是中强氧化剂，单靠它不能很快完 成各类含N有机物的开氏反应，因此需要加入加 速剂，以缩短消煮时间 （2） 开氏反应的氧化还原电位范围较窄，既须把 有机C氧化成CO2，又须防止把NH4+氧化成NO3-， 因此使用氧化剂要特别注意 （3） 高温消煮能促进有机质分解，但温度过高则 会引起NH4+盐热分解，所以温度不能超过410C 2、消煮时的反应条件： （1） 加速剂： I、增温剂：K2SO4或无水Na2SO4 作用：提高消煮溶液的沸点，加速高温分解过程 消煮温度要求控制在360-410C，一般用加盐量 的多少来控制消煮液温度的高低，按每毫升浓 H2SO4中含0.3-0.8g盐 II、催化剂： Hg、HgO、CuSO4、Se等，其中以Hg、Se催化 效率较高，而Cu次之，但使用安全，不易引起 N素损失。

现多采用Cu-Se混合使用 Hg的催化效率虽高，但有毒，而且Hg在测定过程 中与NH4+生成配合物，在以后加碱蒸馏时也不能 释放出来，使测值偏低 HgO + (NH4)2SO4 = Hg SO4 + H2O 因此，必须在蒸馏前再加还原剂（如Na2S2O3或 Na2S）处理，使Hg出来 Hg SO4+Na2S2O3+H2O = HgS+Na2SO4+(NH4)2SO4 这就造成操作上的复杂化，所以现在一般不用Hg 作催化剂 NH3 NH3 NH3 NH3 Se的催化效率也高，也有毒，但如掌握不好，用量 过多，温度过高或时间过长，均易导致N素损失 4NH4+ + 3SeO32- + 2H+ = 2N2 + 3Se + 9H2O 如果用量不多或与Cu按比例混合使用，也可达到较 好效果 Se能使有机C很快氧化成CO2，但不能加速有机N NH4-N，虽然能使消煮液很快变清亮，但有机N并未 转化完全，所以后煮时间较长 催化过程： Se + 2 H2SO4  H2SeO3 + 2 SO2 + H2O H2SeO3  SeO2 + H2O SeO2 + C  Se + CO2 CuSO4催化效率不如前两者，但毒性小，使用完全， 不易引起N素损失。

催化过程为： 4CuSO4+3C+2H2SO42Cu2SO4+4SO2+3CO2+2H2O Cu2SO4+2H2SO42CuSO4+SO2+2H2O 即：当土壤有机质分解完毕，C被完全氧化后，消煮 液呈现清澈的兰绿色，冷却后为无色（CuSO4·5H2O 脱水），因此CuSO4不仅起催化作用，也起指示作用 现在普遍采用Cu-Se与盐按比例配成的加速剂，它 既起到缩短消煮时间，又能防止N素损失的作用 加速剂的比例为： 组成 K2SO4(或无水Na2SO4) ：CuSO4·5H2O ：Se粉 重量比 100 ： 10 ： 1 按比例混合，研细后使用 III、氧化剂： 有HClO4、KMnO4、K2Cr2O7、H2O2等，其中以 HClO4较好，但氧还电位太高，作用很激烈，加 入量稍多，极易使N素损失，使结果偏低 K2Cr2O7、KMnO4在消煮时易暴溅，控制不好也 易引起N素损失H2O2较安全，但也要控制量(作 植株分析用) 总之，使用上述氧化剂都必须特别小心 在H2SO4-HClO4消煮中，如果对测定的要求不太 高时，可在同一试液中测N、P，但要求精度高时 不宜作N、P联合测定。

因为二者矛盾在于：为了完全回收P，HClO4用量 应多些；而为了完全回收N，则要求HClO4用量少 些，所以联合测定时只好折中处理，使回收率达到 95%即可 （2）H2SO4用量： 加入浓H2SO4的量要考虑土壤有机质类型、含量以 及加盐量的多少等因素 一般是0.5-1.5g（含N约1mg时）加5ml浓H2SO4 加酸的同时要做空白测定，以消除试剂误差 （3）加热温度与时间： 加热温度在360-410C，才能使土壤有机N化合物 分解完全，也不引起N的损失 对温度的控制：自动控温器或消煮管中H2SO4蒸汽 冷凝回流的高度 加热时间：控制适当的加热时间可以保证土样中的 有机N全部转化为NH4-N，又不致因时间过长而引 起N素损失 据全N标准化研究指出：(对半微量开氏法的要求) 当消煮液和土粒全部变为灰白并略带绿色后，再消 煮一小时，这1hr叫后煮，其作用是促使土壤中复 杂的有机N化合物分解完全，全部转化为NH4-N 后煮时间的长短取决于土壤有机质的含量、加速剂 的种类和用量 根据研究结果看，在360-410C消煮80-90min，即 可得到稳定的测值 3、消煮方式： 铝块消煮器、远红外消煮器、封管消煮器…… 4、注意： （1）在开氏反应中，有少量含杂环N、N-N键、 N-O键等有机化合物（如偶N硝基、肼、腙…）不 能完全分解，但它们在土壤中含量很少，所以开氏 N中不包括在内。

（2）开氏反应也不包括全部NO3-N、NO2-N 因为NO3-N在消煮过程中不会完全还原为NH4+，而 且易挥发，一般土壤中含量不超过全N量的1%，所 以可以忽略不计 如果某些土壤NO3-N含量较多或对全N量要求准确度 较高时，则需采用改进法，如水杨酸法，即先用水杨 酸和浓H2SO4处理土样，NO3-N与水杨酸反应，生成 硝基化合物，然后再用Na2S2O3或Zn粉把硝基化合物 还原为氨基酸，又经H2SO4消煮，转化成NH4+或者 用KMnO4-Fe粉法把NO3-N变成NH4+ （3）晶格固定态NH4+，即NH4+被固定在矿物晶格 中，一般不能被水、盐溶液所提取，因此也不包括 在开氏N中 若要包括在内，则需用HF-H2SO4处理 （二）消煮液中NH4+的测定： 1、原理： 一般用加碱蒸馏的方法从消煮液中分离出NH4+， 用滴定法（或电位滴定法）测NH4+，也有用扩 散法、比色法、氨电极法 蒸馏法： 消煮液加碱（NaOH）碱化，使NH4+NH3，逸 出的NH3可用： （1）标准酸吸收，再用标准碱滴定多余的酸，根 据净用酸量计算NH4+的量现在用的很少） （2）现在普遍采用的是用H3BO3溶液吸收NH3， 然后用标准酸滴定吸收的NH3。

NH4+ + OH- = NH3 + H2O NH3 + H3BO3 = NH4+ + H2BO3- H+ + H2BO3- = H3BO3 蒸馏装置图 H3BO3中加入混合指示剂溴甲酚绿-甲基红，指示 剂的变色范围pH4.2-4.9，酸性时红色，碱性时兰 绿色 用H3BO3吸收前，把此混合液调到pH4.5，为紫红 色（此时正好是滴定终点） 紫红色的H3BO3液收集蒸馏出的NH3后，pH升到8.6， 为兰绿色，再用标准酸滴定溶液至紫红色（pH4.5）， 此时消耗的酸量即为NH3的量 2、测定NH4+的条件： （1）H3BO3的用量： H3BO3是一元弱酸，在溶液中呈弱酸性，pKa=9.2， 吸收NH3后溶液的pH是8.6，即H3BO3（加指示剂 调节pH后的）吸收NH3后pH由4.5上升到8.6，溶液 已呈碱性，不能再吸收NH3了 1% H3BO3 约等于0.16 mol/L 1ml 1% H3BO3吸收的NH3量: 0.16  20%  14 = 0.45 mg N 1ml 2% H3BO3吸收的NH3量: 0.16  20%  14  2 = 0.90 mg N 在半微量开氏法蒸馏中，一般是1 mg N，用5ml 2% H3BO3吸收NH3足够了。

与用酸吸收比较，用H3BO3吸收NH3有以下几个优点： A、仅用一种标准酸溶液即可测出NH3含量，准确度高； B、H3BO3用量不必准确，只要足够即可，而标准酸的 用量要求准确； C、蒸馏时不怕倒吸，如倒吸可再加H3BO3，然后继续 蒸馏； D、H3BO3液中加入指示剂，可检查接受瓶是否干净、 蒸馏瓶中的碱是否足够 （2）NaOH的用量： 以保证NH4+全部蒸出为原则，主要是根据加入浓 H2SO4的量来计算的 浓H2SO4加入5mL，40%NaOH用量： 36mol/L(1/2H2SO4)  5ml = 10mol/L(NaOH)  V V = 18mL 实验中一般加20mL 10mol/LNaOH 如何判断加碱量是否合适，可以根据加碱后的几种 现象来判断： 溶液变混浊，有蓝色絮状沉淀(Cu(OH)2生成)； 溶液变为棕褐色混浊，Cu(OH)2CuO； 接收瓶中H3BO3液由紫红色蓝色 以上说明加碱适量 *加碱后，蒸馏开始，蒸馏瓶内溶液为蓝色，不变混 浊，也不变棕褐色（因为生成[Cu(OH)4]2-不沉淀出 来），此时要看接收瓶内溶液的变化，若变蓝，说 明碱够，若不变蓝，则可能是加碱不足或其它原因。