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专利名称：土壤全量氮磷钾联合消解方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明为土壤、植物全量氮磷钾三元素分析的前道工序-消解处理建立一种简便方法及为这种消解方法研制了一套专用的联合消解仪。
十九世纪末Djedahl，J.lawrencl Smlth等相继提出了土壤全量N.K.P的分析方法，百余年来，其分析方法，检测手段虽有很大发展，但是试样的消解，熔融仍然基本未能改进。经典的土壤三元素分析须分三次单独高温消解N-350℃～450℃用H2SO4消解;P-920℃在铂皿中用Na2CO3熔融试样;K-720℃在银皿中用NaOH熔融试样，采用这种经典的方法不但分析过程长(耗时、低效)，分析误差较大，而且需要价昂的铂和银坩锅。同时这种分析方法对环境污染较严重，工作人员操作时劳动强度大。目前虽然国内、外已有土壤消解仪生产，但其功能只能消解一种元素，而且价格昂贵，无法普及推广应用。因此长期以来，由于土壤全量氮磷钾分析中，消解方法未得到解决，严重的影响了分析速度，影响了有关土壤科学，农业科学的发展。
本发明的目的是建立一种进行土壤全量氮磷钾，分析前试样快速、低温消解的方法及专用的设备消解仪。利用这套专用消解仪及按本发明提供的消解方法可在80～270℃条件下完成土壤全量氮磷钾试样一次性联合消解。
本发明土壤全量氮磷钾联合消解方法的基本原理是，试样与消解液共热消解，使土壤中全量N、P、K各元素99%以上可转化为(NH4)2SO4，HaPO4及K2SO4等供测化合物，即实现土壤试样的消解过程，然后对上述三种元素进行分析和检测，得出相应N、P、K的含量。上述方法中所述的消解液为硫酸、氢氟酸和高氯酸。具体说本发明的土壤全量N、P、K试样联合消解方法其步骤如下1、试样的予处理，按常规试样处理方法，将试样烘干、粉碎和过筛得予处理试样称取一定量备用;
2、试样中加入消解液，称一定量试样于消解管中，分别加入一定量的消解液硫酸、氢氟酸和高氯酸，每加入一种消解液后充分摇混;
3、将试样与消解液共热进行消解，反应温度由常温(室温)采取梯度升温法，最后消解温度为270℃，待试样消解反应后(试液由黑色变为灰白色，冷却后显微兰绿色)，将消解管温度降至室温;
4、将上述消解反应后试液全部洗入溶量瓶，并稀至标线。
在上述消解过程中所用的消解液应使用浓度为96～98%的浓硫酸，氢氟酸浓度为35～40%及高氯酸浓度50～70%。当使用的消解液浓度过低时，不但消解液使用量要加大，且消解效果不佳，影响分析的准确性。此外，在加入消解液时应控制使用量，当取试样重为0.5000克时。相应消解液浓硫酸(96～98%)的量为3～8ml;氢氟酸(35～40%)的量为0.3～1ml及高氯酸(50～70%)的量为0.05～0.2ml为宜。
另外，在上述消解反应过程中所述的升温，可由室温(25℃)按3～5℃/分速度程序升温到260～270℃，然后在最高反应温度下反应1～3小时。也可以采用多级梯度升温，在2～4小时内升到最高反应温度，然后在此温度下反应1～3小时完成消解过程。
本发明的消解方法与经典方法相比，它独具消解反应迅速、操作简便、准确、低能耗等各种优点，同时它可一次消解试样中N、P、K三种元素之功能，显著提高了分析的速度。此外由于消解反应温度低，消解液对反应容器(消解管)腐蚀性小，因此可以不用价格昂贵的铂或银的钳锅，而采用聚氟塑料这样能耐氢氟酸、浓硫酸和高氯酸腐蚀的材料作消解容器，可大幅度降低费用。同时本发明建立的方法对环境无污染、反应条件要求低，因此这种消解方法可在普通实验室中进行。
为使本发明的消解方法适应更强，简化操作条件，提高分析的准确性和分析效率，本发明者专为完成上述消解过程设计了一套消解仪，这套消解仪由加热器、温度控制装置、消解管、排污系统四部分组成。消解管放在加热器内，由温度控制装置控制加热器温度和时间完成消解反应，排污系统是保证产生的废气顺利经连通器，冷凝器和吸收器对环境无二次污染。所谓加热器由电热丝及导热体组成，电热丝供给热量，导热体由导热性好的金属材料，例如铝或铜锭制成，导热体中带加热孔，其孔径稍大于消解管的外径，使消解管能插入孔中。由于导热体质量较大，导热性好，因此在加热过程中可使消解管受热均匀，同时加热温度也便于控制。导热体周围加绝缘保温材料以利于保温和隔热，使有效利用能量。温度控制装置，可利用普通的温度控制设备(商品温控仪)，用以控制加热的温度，使加热器可按操作要求进行程序升温或梯度升温加热，并可保持恒温以完成试样消解。温度控制装置与加热器可按普通温控仪的安装和使用办法与加热器组合成为可自动控温的加热器。
本发明消解仪中消解管是关键的仪器组成部分，它可由氟塑料，例如聚四氟乙烯制成，它可耐HF及HClO3的腐蚀，并可有效的保持消解试样中的N.P.K不损失，保证分析准确性。但使用这种材料的消解管消解温度应较严控制，以不超过280℃为宜。消解管的外径稍小于加热器导热体的孔径，使其可方便地插入孔中，消解管容积可根据常规分析试样的量而定，使最多加入消解液后，占消解管的1/3左右，可有效避免加热过程消解液外溅。进行土壤试样消解过程中一次可使用多支消解管同时插入导热体的孔中，进行多组试样消解反应，提高分析速度。
最后排污系统由消解管连通罩，冷凝器，吸收器和减压器构成。消解管连通罩是盖在消解管上的试管盖，但盖的上部带连通管，使与每个消解管连通，在消解管加热时外逸的气体只能通过盖上的连通管排出，而不能自由释放，这样可使消解过程产生气体(废酸及有害气体)得到收集和处理避免对操作环境产生污染。冷凝器为消解管排出气体的缓冲器，使高沸点液化收集起来，它可用普通塑料或玻璃瓶代替。由冷凝器排出气体进入吸收器，它是一只盛有1/3体积，10%浓度的NaOH溶液的过滤瓶。排出废气中的酸性气体被NaOH溶液吸收，避免对空气污染。减压器与冷凝器相似起缓冲排出气体速度的作用，减压器或微型排气泵，可根据实验室条件使用其一。下面通过附图对本发明设计的消解仪的结构和工作过程给予进一步说明。


图1为联合消解仪结构示意图。图中1，加热丝;2，导热体;3、温度控制装置;4，消解管;5，消解管连通罩;6，冷凝器;7，吸收器;8，减压器。消解过程排出的废气由A放空，废液由B排入下水中。
由图1，加热丝1和导热体组成加热器，导热体可为铝锭，内带多个可放入消解管的加热孔，加热孔可根据消解过程放入消解管数目而定，为提高分析速度作为一个实例导热体可带40个加热孔，即一次可以同时进行40个试样的消解过程。加热孔深度大约可将消解管管体插入约1/3，以保证消解管在加热时均匀被加热。温度控制装置3将控制加热器保持一定温度，温度控制装置为一普通温控仪，它与加热器的安装和使用，如普通温控仪的过程。消解管4为聚四氟乙烯制消解管，消解管长度约为插入导热体加热孔深度的3倍为宜。消解管连通罩5同样可用聚四氟乙烯制成，罩上带连通管与各消解管相通，连通罩平面布局同导热体加热孔相对，即能保证插入加热孔的每个消解管都能被连通罩5盖好。冷凝器6，减压器7可是两个广口塑料瓶，瓶塞上带连通管，吸收器可用塑料或玻璃广口瓶制成，内盛1/3左右10%的NaOH溶液，减压器的排气管接排气泵。消解管连通罩5，冷凝器6，吸收器7，减压器8通过连通管连结组成排污系统。每次消解反应后将冷凝器6，减压器8中收集的废液倒掉，吸收器7中的NaOH溶液每使用一次后倒掉，换新的NaOH溶液。
实例1，土壤全量N.P.K试样联合消解试验。
利用附图1所示消解仪，其温度控制范围0～280℃，控制精度±2℃%。消解仪的使用过程和土壤试样消解过程如下。
1、称取过0.25mm筛孔105℃烘干土样0.5000克于消解管4中2、首先向消解管4中加硫酸(96～98%)4ml并与试样摇混;用塑料滴管加氢氟酸(35～40%)0.2ml(2～3滴)与试液摇混，10分钟后再摇混一遍再加0.12mlHF，如此反复5～6次，使HF总量达0.7ml;最后加入高氯酸(50～70%)0.1ml左右摇匀后放置过液。
3、将消解管4置于导热体2加热孔中，盖上连通罩5，加上排污系统启动排气泵。然后通过温度控制装置控制加热器升温速度，按梯度升温由室温开始，分别给定80℃，100℃，120℃，140℃各恒15分钟，接着给定160℃，180℃，200℃各恒10分钟，最后直接给定260℃恒温90～120分钟，待试液由黑色变灰白色，即消解完毕，关闭电源开关。
4、取下消解管4，冷至室温，用带胶皮头玻璃棒及蒸馏水把消解物全部洗入100ml溶量瓶中，冷却定溶至100ml，摇匀即为消解后待测溶液。
上述消解后的待测液可直接用火焰光度法测全钾。取上清液5～10ml用钼锑抗比色法分析全磷。采用蒸馏法或流注射比色分析法测全氮。这些测量分析N.P.K的方法可按常规分析法进行。
实例2，采用联合消解仪消解植物，种子或建材试样，实验操作过程1，2，4，同实例1，其中硫酸加5ml，氢氟酸加0.1～0.15ml，高氯酸加0.1ml。操作过程3的温度控制按下步骤分别给定75℃，100℃，120℃，140℃，160℃，180℃，200℃，220℃，240℃和260℃各恒温20分钟，取下消解管冷却至80℃以下后加H2O30.3ml左右，待加热器降至100℃时重新升温消解，在100℃～260℃之间按20℃递增每个温度点恒温10分钟。再如上述步骤反复追加H2O23～4次，每次0.3ml升温3～4次，最后于260℃或270℃消解60分钟。待消解液呈灰色时，消解完毕。
由上述实例，采用本发明建立的土壤，植物全量N.P.K三元素分析的前道工序-消解处理方法及为这种方法提供的专用消解仪，可取代经典常规N.P.K三元素分别高温熵融消化的繁慢过程，用270℃低温可一次性实现三元素联合消解用于可直接测定N.P.K。使用这种仪器和方法三元素的回收率可达99%以上。工效可提高6～7倍，节能80%以上，降低成本80%。同时该仪器可有效消除对环境的污染，减少操作人员的劳动强度。
权利要求
1.一种用于土壤全量氮、磷、钾三元素分析的消解处理方法，其特征在于采用硫酸、氢氢酸和高氯酸为消解液与土壤试样在270℃下进行共热消解反应，使被测元素转化为(NH4)2SO4，H3PO4及K2SO4等可供分析检测的待测物。
2.按照权利要求1所述的消解方法，其特征在于所用的消解液应使用浓度为96～98%的浓硫酸，浓度为35～40%的氢氟酸及浓度为50～70%的高氯酸。
3.按照权利要求1所述的消解方法，其特征在于共热消解反应温度可由常温采取程序升温或梯度升温法，最后在消解温度为270℃下进行。
4.一种专用于实施权利要求1所述消解方法的土壤全量氮、磷钾联合消解仪，其特征在于它是由加热器，温度控制装置、消解管及排污系统四部分组成;消解管放在加热器内，由温度控制装置控制加热器温度和时间完成消解反应，排污系统是保证在消解过程中产生的废气(废酸或有害气体)不污染操作环境，顺利排放到空间的一套密闭排气装置。
5.按照权利要求4所述的消解仪，其特征在于加热器由电热丝1和导热体2组成，导热体2由导热性好的金属材料，例如铝或铜锭制成，导热体中带有多孔，其孔径稍大于消解管的外径。
6.按照权利要求1所述的消解仪，其特征在于消解管4是由聚四氟乙烯制成的，消解管的外径稍小于加热器导热体的孔径，使其可方便的插入孔中。
7.按照权利要求4所述的消解仪，其特征在于排污系统由消解管连通罩5，冷凝器6，吸收器7和减压器8组成，消解管连通罩是盖在消解管上的试管盖，在盖的上部带有连通管，使与每个消解管连通;冷凝器6，减压器8可是两个广口塑料瓶，瓶塞上带连通管;吸收器可用塑料或玻璃广口瓶制成，内盛1/3左右10%的NaOH溶液，消解管连通罩5排气孔，冷凝器6，吸收器7，减压器8通过连通管连结。
全文摘要
一种土壤全量氨磷钾联合消解方法是采用浓硫酸，氢氟酸和高氯酸为消解液，在聚四氟乙烯消解管中将试样与消解液共热消解，消解温度80～270℃。该方法可取代常规N.P.K三元素分别高温熵融消化的繁慢过程，在较低消解温度(270℃)，可一次使N.P.K三种元素联合消解，消解液可直接用于N.P.K全量分析。使用这种方法(及专用仪器)具有准确、快速、高效、低耗之优点。
文档编号G01N31/00GK1068195SQ9110616
公开日1993年1月20日 申请日期1991年6月28日 优先权日1991年6月28日
发明者卢明远 申请人:中国科学院沈阳应用生态研究所