土壤环境检测中阳离子交换量测定的实验室操作指南

阳离子交换量（CEC）是衡量土壤吸附阳离子能力的核心指标，直接反映土壤保肥、缓冲酸碱及维持养分平衡的能力，是土壤环境质量评价、施肥管理及污染修复的重要依据。实验室测定CEC需严格遵循标准化操作流程，确保结果准确可靠。本文结合常用的乙酸铵法，从试剂准备、样品前处理到具体操作步骤、质量控制等环节，梳理详细操作指南，助力实验室技术人员规范开展检测工作。

实验前的试剂与仪器准备

测定CEC常用乙酸铵法，需提前准备以下试剂：1mol/L乙酸铵溶液（pH7.0）——称取77.09g乙酸铵，溶于900mL水，用冰乙酸或氨水调节pH至7.0，定容至1L；1mol/L氯化铵溶液——称取53.5g氯化铵，溶于水定容至1L；中性甲醛溶液——取37%甲醛50mL，加2滴酚酞，用0.1mol/L NaOH滴定至粉红色；0.1mol/L NaOH标准溶液（需用邻苯二甲酸氢钾标定）；1%酚酞指示剂（用95%乙醇配制）。

仪器需提前校准与准备：电子天平（精度0.001g，定期用砝码检定）、50mL离心管（需无刻度、耐离心）、往复式振荡器（转速可调至150次/分钟）、离心机（转速≥3000rpm）、25mL碱式滴定管（需用NaOH溶液润洗3次）、250mL锥形瓶（干燥无残留）。

土壤样品的前处理

土壤样品需经风干、磨碎、过筛：新鲜土壤摊成2cm薄层，在通风阴凉处自然风干（避免阳光直射或高温，防止养分损失）；风干后用玛瑙研钵磨碎，过2mm尼龙筛（金属筛会引入阳离子污染），去除石块、根系等杂质。

称样量需根据质地调整：粘质土（CEC＞20cmol/kg）称2.00g，壤质土（10-20cmol/kg）称3.00g，砂质土（＜10cmol/kg）称5.00g——称样过多会导致交换不完全，过少则滴定体积过小（＜5mL），影响精度。同时取5g风干样测含水量（105℃烘干4小时），用于结果换算成烘干基。

乙酸铵交换法的核心操作步骤

第一步：阳离子交换。将土壤样放入离心管，加20mL 1mol/L乙酸铵（pH7.0），振荡30分钟（150次/分钟），3000rpm离心5分钟，倒去上清液（勿倒出土壤）。重复2次，共交换3次——确保土壤中K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子完全被NH4+取代。

第二步：洗涤残留乙酸铵。加20mL 95%乙醇，振荡5分钟，离心5分钟，倒去上清液。重复3次——乙醇极性弱，不会置换土壤吸附的NH4+，但能洗去表面残留的乙酸铵。若残留乙酸铵，会与甲醛反应导致结果偏高。

第三步：置换NH4+。加20mL 1mol/L氯化铵，振荡10分钟，离心5分钟，将上清液转入锥形瓶。重复1次，合并两次上清液——氯化铵中的Cl-会置换土壤吸附的NH4+，确保所有吸附态NH4+被收集。

第四步：滴定。加5mL中性甲醛，摇匀放置5分钟（甲醛与NH4+反应生成H+）；加2滴酚酞，用0.1mol/L NaOH滴定至粉红色（30秒不褪色），记录体积V。空白实验用20mL乙酸铵代替样品，同步骤操作，记录V0。

操作中的关键细节控制

振荡与离心：交换时振荡需达到150次/分钟，时间30分钟——若振荡弱或时间短，阳离子交换不完全，结果偏低。离心转速需≥3000rpm，确保土壤完全沉淀，避免上清液带土（土粒会吸附H+，导致滴定体积偏小）。

乙醇洗涤：乙醇需用分析纯，避免含甲醇或水（水会置换NH4+）；洗涤次数不能少——可通过检查上清液电导率判断：用 conductivity meter测上清液，电导率＜100μS/cm即为洗净（若电导率高，说明仍有乙酸铵残留）。

甲醛与滴定：甲醛需中性——若甲醛呈酸性，会消耗NaOH，导致V偏大；滴定终点需稳定30秒——若滴加NaOH后颜色立即褪去，说明甲醛未完全反应，需放置更久（或增加甲醛量至10mL）。

质量控制与平行样要求

空白实验：每次实验做1个空白，扣除空白值（V0）——空白值应＜0.5mL（若V0＞1mL，说明试剂污染，需重新配制）。

平行样：每个样品做2个平行，相对偏差≤5%（粘质土）或≤10%（砂质土）——砂质土CEC低，滴定体积小，偏差允许稍大。若偏差超限，需重新测定（检查振荡时间、称样量或洗涤次数）。

标准物质验证：每季度用有证标准土（如GBW07401，CEC=14.6±0.8cmol/kg）验证——若结果超出不确定度范围，需检查NaOH浓度（是否标定错误）、乙酸铵pH（是否偏离7.0）或振荡时间（是否不足）。

常见问题及解决措施

问题1：结果偏高。原因：乙醇洗涤不足，残留乙酸铵；甲醛未中和，含甲酸。解决：增加乙醇洗涤至4次；重新中和甲醛至中性（用NaOH滴定至粉红色）。

问题2：结果偏低。原因：交换时间短（＜30分钟）；称样过多（粘质土称3g）；离心时带土（上清液浑浊）。解决：延长振荡至35分钟；减少称样量（粘质土1.5g）；提高离心转速至3500rpm。

问题3：滴定终点不明显。原因：甲醛酸性强（酚酞不变色）；酚酞失效（颜色浅）。解决：重新中和甲醛（加更多NaOH）；更换酚酞（酚酞需用乙醇配制，水会导致指示剂水解失效）。

数据处理的注意事项

结果计算：CEC（cmol/kg，烘干基）=（V-V0）×C×100/[m×(1-w)]。其中：C为NaOH浓度（mol/L），m为风干样质量（g），w为风干样含水量（%）。例如：V=12.5mL，V0=0.3mL，C=0.1020mol/L，m=2.00g，w=5.0%，则CEC=(12.5-0.3)×0.1020×100/[2.00×(1-0.05)]=65.0cmol/kg（粘质土）。

单位与有效数字：结果以“cmol/kg”表示（国际标准单位），避免用“meq/100g”（旧单位）。有效数字：砂质土保留2位（如6.2），壤质土3位（如14.5），粘质土3位（如28.3）——有效数字需与方法精密度一致（砂质土CEC低，精密度差，保留2位）。

记录与溯源：需记录所有操作参数（振荡时间、转速、滴定体积）、试剂批次、仪器编号——数据需可溯源，便于后续复查（如客户质疑结果时，可回溯操作过程）。