碱溶分光光度法测定植硅体碳含量.pdf

'第42卷分析化学(FENXIHUAXUE)来稿摘登第9期2014年9月ChineseJournalofAn~yticalChemistry1389～1390DOI：10．11895／j．issn．0253·3820．131190碱溶分光光度法测定植硅体碳含量杨杰李永夫黄张婷姜培坤项婷婷应雨骐。(浙江农林大学，临安311300)(浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室，临安311300)1引言近年来，植硅体碳作为一种了解全球气候变化潜力的稳定型有机碳已被科学工作者广泛研究_】0]。为进一步对植硅体碳进行深入研究，开发出快速准确检验植硅体中有机碳含量的新方法变得尤为迫切。目前，植硅体碳的测定方法主要有ElementarVafioMAXCNS分析仪法和酸溶法l3．4]，前者需要高温条件及特定仪器，难于适应大批样品低损耗、快速经济检测的需求：后者存在环境污染的风险．同时也对操作人员具有一定的安全隐患．本实验建立了强碱快速溶解植硅体，重铬酸钾一硫酸溶液氧化分光光度法定量测定植硅体碳的方法，扩大了检测限度，降低了分析成本。2实验部分2．1仪器与试剂722可见分光光度计(上海菁华科技仪器有限公司)：万分之一电子天平(上海民桥精密科学仪器有限公司)；微波消解仪(美国CEM公司)；E]ementarVarioMAXCN(德国)分析仪；低速离心机(中科中佳科学仪器有限公司)。HNO，HSO，HC1，H0：，NaOH，cH：0·2H0(优级纯，上海凌峰化学试剂有限公司)；K：Cr：0，(分析纯，无锡海硕生物有限公司)；FeSO·(NH)SO·6H0(分析纯，湖州湖试化学试剂有限公司)；(~I-I4)6Mo7O·4H：0(分析纯，合肥科华精细化工研究所)；si标准物质(国家有色金属及电子材料分析测试中心)；土壤标准样(2013年5月以国家标准物质GBW．07405校准)；CH：0·H：0(国药准字H31021728；上海信谊金朱药业有限公司)。2．2植硅体．植硅体碳样本的制备植硅体的提取采用微波消解法[5]，确保有机质完全除去后干燥确保足量。2．3实验原理及方法在外加热(98oC)的条件下，用一定浓度的重铬酸钾．硫酸溶液氧化有机碳_6]，生成cr“，在590nm下比色，根据K，cr"0的消耗量，计算有机碳含量。化学反应如下：2K2Ch07+8H2SO4+3C：2K2SO4+2Cr2(SO4)3+3CO2+8H2O(1)分别称取0．0100g植硅体样品于10mL塑料离心管中，加入10mol／LNaOH0．5mL，摇匀，静置碱溶12h。转移人30mL玻璃离心管中，用超纯水清洗塑料离心管两次，每次0．7mL，一并转入玻璃离心管。加入0．800mol／LK2cr20溶液1．0mL，浓H，SO4．6mL，轻轻摇匀。98℃沸水浴1h，冷却，定容至25mL，轻轻摇匀，2500r／min低速离心10rain，取上清液．于590nm比色测定。2．4数据处理数据的处理在Microso~Excel2003中进行，数据的统计与检验在SPSS18．0中进行。利用单因素方差分析，Dantan新复极差法检验不同处理方法的差异显著性(=0．01，=0．05)。Orin8．5软件作图。3结果与讨论3．1称样量及碱溶时间的确定不同的植硅体样品中有机碳的含量不同]。根据植硅体种类的不同，称取约0．01013g植硅体样品待实验测定。为确保方法适用于更广泛的植硅体碳的测定，此步骤以纯净的SiO：代替植硅体，在不同的时间条件下进行碱溶，测定溶出的浓度。结果表明，碱浓度为10mol／L、碱溶体积为0．5mL的前提下，碱溶12h是使植硅体外层SiO，溶解的最佳时间。3．2氧化条件及水浴温度的选择本实验选择3种植硅体样品，在5个氧化梯度(浓硫酸与植硅体碱溶液比例分别为0．5：1．1：1，1．5：1，2：1和2．5：1)和5个水浴温度(3O，60，90，95和98℃)，设计正交试验，过程中加入土壤标准样品及有机碳标准溶液进行回收实验。结果表明，植硅体碳氧化的最佳条件是：浓硫酸与植硅体碱溶液体积比为1．5：1，水浴温度98℃。此条件下，土壤标准样品及有机碳标准溶液中有机碳的回收率分别为100．1％一103．0％和104．8％一107．0％。3．3标准曲线的绘制准确吸取有机碳标准溶液(O．90909g／L)o，0．5，1．0，1．5和2．0mL于比色管中，以超纯水分别定容至2．0mL，准确加入浓度为0．800mol／LK：Cr：O，标准溶液1．0mL，其余条件与样品处理条件相同，定容至25mL，此时含有机碳浓度分别为0，18．2，36．4，54．5和72．7mg／L。用1cm光程比色皿于590nm下比色，记录吸光度。绘制标准曲线，建立回归方程。2013—11．29收稿：2014-03—22接受本文系国家自然科学基金项目(No．3127O667)；浙江省自然科学基金重点项目(No．LZ12C16003)和浙江省林业碳汇与计量科技创新团队(No．2010150030)共同资助E-marl：jiangpeikun@zafu．edu．cn l390分析化学第42卷3．4实验样品的分析及方法可行性检验按照以上确25定的步骤及方法对采自12个地方的20个土壤及植物样2O品所提取的植硅体样品进行分析。测定结果同目前常用雕的ElementarVarioMAXCNS分析仪的测定结果比较(图15$1)。结果表明。两种方法测定的植硅体样品的植硅体碳lO含量在数值上完全可以相互比对，不存在明显的系统差弓5异。将两种方法的测定结果进行t检验t=-0．65，而当自由度=19时，在5％水平下t：2．09，⋯<；在1％水平下00510152Ot=2．86．ItI<￡：说明两种方法测定的结果在1％和5％水本方~Thismethod(％)平上进行检验均不存在显著性差异。对2O个植硅体样品图1两种方法测定结果的线性关系在两种方法下的测定结果进行线性相关分析，Fig．1Linearrelationshipofdeterminationresultsbytwome~ods=0．9895(图1)，结果呈显著线性相关关系，说明本方法能够可靠、准确地测定不同植硅体的有机碳含量。Rererences1WildingLP．Science，1967，156(3771)：66—67一一日0IIl0g∽Zu2ParrJ，SullivanL，ChenB，YeGF，ZhengWP．GlobalChangeBiology，2010，16(10)：2661—26673ParrJF。SullivanLA．PlantandSoil．，2014，374(1—2)：45-534SongZ，Wang，H，Strong，P．J，Li，Z．andJiang，P．Earth—ScienceReviews．，2012，115(4)：319—3315ParrJF，DolicV，LancasterG，BoydWE．ReviewofPalaeobotanyandPalynology，2001，116(3)：203—2126Soil—DeterminationofOrganwCarbon—PotassiumDichromateOxidationSpectrophotometricMethod．ThepeoplesRepublicofChinanationalstandardofenvironmentalprotection．HJ615—2011土壤有机碳的测定重铬酸钾氧化一分光光度法．中华人民共和国国家环境保护标准．Ⅲ615—20117ParrJF，DolicV，LancasterG，BoydWE．ReviewofPalaeobotanyandPalynology，2001，116(3)：203—212DeterminationofPhytolith-occludedCarbonContentUsingAlkaliDissolution-SpectrophotometryYANGJie，LIYong—Fu。--，HUANGZhang—Ting。，JIANGPei．Kunr，XIANGTing—Ting，YINGYu-Qi。(SchoolofEnvironmentalandResourceSciences，ZhejiangAricuhureandForestryUniversity，Linan311300，China)。(ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofCarbonCyainginForestEcosystemsandCarbonSequestration，ZhejiangAricuhureandForestryUniversity，Linan311300，China)AbstractAmethodtodeterminephytolith—occludedcarbon(PhytOC)wasexplored．Sodiumhydroxidesolutionwasusedtodissolvethesiliconcompound(SiO2·nH2O)whichoccludingonthecarbon，andthenpotassiumdichromate—sulphuricacidsolutionwasusedtooxidizethereleasedorganiccarbon．TheconcentrationofGrproducedfromthereactionwasmeasuredbyspectrophotometrywithitsabsorbanceat590nmwavelength．Theorganiccarbonconcentrationwascalculatedbasedontheamountsofpotassiumdichromateconsumed．Thisanalyticalmethodwasverifiedwellaccuracyandrepeatabilitybyrunningstandardadditionandrecoveryexperiments．Ithastheadvantagesoflowcarbonloss，easytooperate，lowcost；andhardlyanyinfluencetobodyhealth，ascomparedwithaciddissolution—ElementarVarioMAXCNmethod．TheresultsobtainedfromthismethodhaveagoodcorrelationwiththesedeterminedbyElementarVarioMAXCN(Germany)．KeywordsPhytolith；Phytolith—occludedcarbon；Alkalidissolution；Spectrophotometry(Received29November2013；accepted22March2014)ThisworkwassuppofledbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(N0．31270667)'