土的有机质含量试验方法若干问题探讨

土的有机质含量试验方法若干问题探讨

王伟亮

中国水电建设集团十五工程局有限公司陕西西安710068

摘要：针对重铬酸钾容量法测定土中有机质含量试验过程中，标准溶液浓度标定以及有机质含量计算中存在的问题进行了分析，在认真研究《土工试验规程》中有机质含量测定的严密性后，提出了准确的计算方法，弥补了规程中计算方法的不足，在材料试验检测过程中应用，效果很好，为试验检测提供了准确可靠的数据，同时，完善了有机质含量试验方法。

关键词：有机质；重铬酸钾；容量法

引言

土的有机质是以碳、氮、氢、氧为主体，还有少量的硫、磷以及金属元素组成的有机化合物的总称。随着有机质含量的增加，土体的天然含水量和初始孔隙比都会增加，原状土及重塑土的十字板剪切强度、静力触探比贯入阻力，渗透性和固结度都会减小，土的粘滞系数减小，流变现象增强，故有机质含量是判定土的工程类别、评价土的工程性质的重要指标之一。本试验主要采用重铬酸钾容量法测定其中的有机碳，乘以经验系数1.724划算成有机质，并以1kg土中所含有机质的克数表示，单位为g/kg。

1实验原理

在加热条件下，用过量的重铬酸钾—硫酸（K2Cr2O7-H2SO4）溶液，来氧化土壤有机质中的碳，Cr2O72+等被还原成Cr3+，剩余的重铬酸钾（K2Cr2O7）用硫酸亚铁（FeSO4）标准溶液滴定，根据消耗的重铬酸钾量计算出有机碳量，再乘以常数1.724，即为土壤有机质量，其反应式为：

（1）重铬酸钾—硫酸溶液与有机质作用：

2K2Cr2O7+3C+8H2SO4=2K2SO4+2Cr2（SO4)3+3CO2↑+8H2O

（2）硫酸亚铁滴定剩余重铬酸钾的反应：

K2Cr2O7+6FeSO4+7H2SO4=K2SO4+Cr2（SO4)3+3Fe2（SO4)3+7H2O

2化学试剂配置

（1）0.075mol/L重铬酸钾（K2Cr2O7）标准溶液：用分析天平称取经105～110℃烘干并研细的重铬酸钾44.1231g，溶于800ml蒸馏水中（必要时可加热），缓慢加入浓硫酸1000ml，边加入边搅拌，冷却至室温后用蒸馏水定容至2000ml。

重铬酸钾溶液配置过程中，加入浓硫酸是一个放热过程，因此应缓慢加入，且应边加边搅，防止溶液温度过高，产生溶液飞溅。按照物质的量浓度公式计算，重铬酸钾溶液配制浓度应为：

（2）0.2mol/L硫酸亚铁或硫酸亚铁铵标准溶液：称取硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）56g或硫酸亚铁铵[（NH4)2SO4FeSO4·6H2O]80g，溶于蒸馏水中，加入3mol/L硫酸溶液30ml，稀释至1000ml，密封贮于棕色瓶中。

硫酸亚铁或硫酸亚铁铵化学药品易潮解，在溶液配制过程中，称取化学药品时应迅速完成，并做好药品密封，溶液配置好后应密封于棕色试剂瓶中，避光保存。

（3）邻菲罗啉指示剂：称取邻菲罗啉（C12H8N2·H2O）1.485g，硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）0.695g，溶于100ml蒸馏水中，此时，试剂于Fe2+形成红棕色络合物[Fe（C12H8N2)3]2+，贮于棕色滴瓶中。

3标准溶液的标定

硫酸亚铁（硫酸亚铁铵）标准溶液的标定：用移液管准确量取0.075mol/L重铬酸钾（K2Cr2O7）标准溶液10ml，取3份分别注入锥形瓶中，用蒸馏水稀释至60ml，加邻菲罗啉指示剂3～5滴，然后用硫酸亚铁标准溶液滴定至溶液由黄色经绿色突变至橙红色为止，记下用量，按下式计算硫酸亚铁标准溶液浓度：

式中：c（FeSO4)——亚铁标准溶液浓度（mol/L），计算至0.0001mol/L；

V——亚铁标准溶液用量（ml）；

0.075——重铬酸钾溶液浓度（mol/L）；

10.0——量取重铬酸钾溶液的体积（ml）；

6——换算因数n（FeSO4)/n（K2Cr2O7)=6/1。

4试验步骤

（1）称取通过0.15mm筛风干试样约0.1~0.5g（视有机质含量而定），准确至0.0001g，放入预先干燥的硬质试管底部，用滴定管缓慢滴入0.075mol/L重铬酸钾（K2Cr2O7）标准溶液10.0ml，使与试样混合均匀，于试管口插一小漏斗。

（2）将试管插入铁丝笼中，放入预先加热至190℃左右的油浴锅内，试管内的液面应低于油面，控制在170~180℃的温度内，从试管内溶液沸腾时开始计时，煮沸5min取出稍冷，擦去试管外壁油渍，放于试管架上。

（3）将试管内溶液倒入锥形瓶中，并用蒸馏水按照少量多次的原则，清洗试管底部，使锥形瓶中溶液控制在60ml左右。

（4）于锥形瓶中加入邻菲罗啉指示剂3~5滴，用硫酸亚铁（FeSO4）标准溶液滴定至溶液由黄色经绿色突变为橙红色为终点，记下硫酸亚铁标准溶液用量。估读至0.05ml。

（5）用纯砂代替试样，按照本条（1)~（4)款操作，同时进行空白试验。

（6）另取一份风干试样，用烘干法测定其含水率。

5结果讨论

（1）试验结果按下式计算：

式中：——有机质含量（%），计算至0.01%；

——硫酸亚铁标准溶液浓度（mol/L）；

——空白滴定硫酸亚铁用量（ml）；

——试样滴定硫酸亚铁用量（ml）；

0.003——1/4硫酸亚铁标准溶液浓度时的摩尔质量（Kg/mol）；

1.724——有机碳换算成有机质的因数；

1.1——氧化校正系数；

——风干试样质量（g）；

——风干试样含水率（%）。

（2）平行测定允许差值

6结语

重铬酸钾标准溶液的配制，以及硫酸亚铁标准溶液的标定是有机质含量试验成功的关键因素，规程中的重铬酸钾标准溶液配制浓度，硫酸亚铁标准溶液的标定，以及最终有机质含量均存在误差，导致试验结果偏离很大。同时，试样不可烘干后测定，否则会导致检测结果偏小。

经过分析研究，在多次试验的基础上，对规程中存在的溶液配制及标定错误进行了更正，进一步明确了标准溶液配制、标定的试验方法和原理，使得试验的结果更加科学准确，有效的指导了试验过程，具有较好的可操作性。

参考文献：

[1]楼希华，毛晓慧，陈秀云.土工试验中有机质含量测定方法比对研究[J]，科技通报，2015，03期；112-114.

[2]中华人民共和国建设部，GB50021-2001岩土工程勘察规范（2009年版）[S]，北京；中国建筑工业出版社，2009；139-140.

[3]中华人民共和国水利部，SL237-1999土工试验规程，北京，中国水利水电出版社，1999；502-505.

[4]国家质量技术监督局，中华人民共和国建设部，GB/T50123-1999土工试验方法标准，北京，中国计划出版社，1999，177-179.