土壤颗粒分析(吸管法)测定装置

发布时间:2020/9/14 13:51:00

土壤颗粒分析(吸管法)测定装置

一、土壤颗粒分析测定装置分析原理
粒径分析目前为常用的方法为吸管法和比重计法。吸管法操作虽然繁琐,但度较高,计算也比较简单。无论是采用吸管法还是比重计法,土粒的粒径分析大致分为分散、筛分和沉降三个步骤。
二、土壤颗粒分析测定装置仪器结构
该测定装置主要由吸管、吸管架、沉降筒(1000ml量筒,直径约6cm,高约45cm)、分样筛(2mm)、洗筛(直径约6cm,筛网孔径0.2mm)、两通活塞、小漏斗、搅拌棒、橡皮头玻棒、真空泵等组成。
三、土壤颗粒分析测定装置吸管架技术指标
镜面横向移动距:2 cm
纵 向 移 动 距:30 cm
镜架上下移动距:25cm,可旋转360°


土壤基质中含有不同数量的各级土粒,完善的表达方式是用粒径分布曲线,一般用对数坐标。曲线 的横坐标为粒径d(mm),纵坐标为单位质量土样小于某一粒级土粒含量的累积百分数,如以粘土、粉砂 壤土和砂壤土为例,图示:

image.png

图23-3 三种类型土壤的粒径分布图


  一、土壤颗粒分析测定装置分析原理
粒径分析目前*为常用的方法为吸管法和比重计法。吸管法操作虽然繁琐,但*确度较高,计算也 比较简单。无论是采用吸管法还是比重计法,土粒的粒径分析大致分为分散、筛分和沉降三个步骤。 
 1、土粒的分散
    田间或自然土壤,除风砂土和碱土外,绝大部分或全部都是相互团聚成粒径不同的团粒,微团粒是 粘粒直接凝聚而成,粗团粒则主要由腐殖质和某些情况下土壤的石灰物质、游离铁的作用胶结而成。在 中性土壤中主要是交换性Ca2+起作用,在酸性土壤中还有交换性Al3+的作用,土壤溶液中盐类溶质浓度 高也促使粘粒团聚。因此传统的分散处理包括用H2O2-HCl处理和添加含Na+的化合物作为分散剂。H2O2 的作用是为了破坏有机质,稀 HCl的作用是为了溶解游离的 CaCO3和其他胶结剂,并用 H+代换有凝聚作 用的 Ca2+、Al3+等离子和淋洗土壤溶液中的溶质。交换性H+也有凝聚作用,必须用分散粘粒的Na+代换之,
所用 Na+的数量不能过多,不能超过土壤的交换量。
凡此种种,不仅手续繁杂费时,且在稀 HCl淋洗中,也可能淋出一部分粘粒的组分,如无定形的二 三氧化物和水合氧化硅等。因此需要收集稀HCl淋洗液进行化学分析测定。更重要的是腐殖质和碳酸盐 也是土壤固相的一部分,若去除它们则与田间情况不一致。因此近年来常对供分析的土样直接投入可固 定Ca2+、Al3+离子的Na盐,通常是酸性土壤加氢氧化钠,中性土壤加草酸钠,碱性土壤加六偏磷酸钠。
然后用各种机械的方法进行搅拌,使其分散完全。常用的方法是煮沸法,也有用震荡法或高于大气压的 气流激荡的方法。
 2、粗土粒的筛分
粒径大于0.6mm的粗土粒,用孔径粗细不同的筛,相继筛分经分散处理的土样悬液,可得到不同粒 径的土粒数量。根据标准筛的情况,筛孔>o.6mm允许5%的筛孔偏离规定值,筛孔孔径在O.6mm~0.125mm 之间为7.5%,筛孔孔径<O.125mm 则可高达10%。所以,常规粒径分析应该只对>0.25mm 的土粒进行筛 分,但由于>0.1mm的土壤颗粒在水中沉降速度太快,用吸管吸取悬液常常得不到较好的结果,因此筛 分范围可放宽到 0.1mm,即对>0.1mm的土粒进行筛分。
 3、细土粒的沉降分离
无法筛分的细土粒(<0.1mm=依据司笃克斯(G.G.Stokes)定律,按土粒在水中沉降的快慢区分不同
粒径的土粒。颗粒在真空中沉降不受任何阻力,只是受重力作用而呈现自由落体运动。在水中沉降除重力作用外,还受与重力作用方向相反的摩擦力作用。摩擦力 Fr 应等于:  Fr=6πηrυ
式中:η-水的粘滞度(g/cm·s);r-颗粒半径(cm);υ-颗粒沉降速度(cm/s) 
颗粒开始沉降,沉降速度随时间增大,摩擦力 Fr 也随之增加,当颗粒所受摩擦力与所受重力在数
量上相等时,这时沉降速度不再增加,颗粒以均速(沉降速度)沉降,这时的沉降速度称为终端速度。颗 粒所受重力Fg可由下式计算:
Fg=4/3 πr3(ρs-ρf)g 
式中:4/3 πr3是球体颗粒的体积;ρs为颗粒密度(g/cm3);ρf为流体(水)的密度(cm/s3)
g为重力加速度(981cm/s2)。
当Fr=Fg时可得:
υt=d 2(ρs-ρf)g / 1800η
式中:υt为终端速度;d为颖粒直径(mm) 
假定沉降速度几乎在终端过程一开始就立即达到,则可计算一定直径颗粒沉降到深度 L(cm)所需时
间(s):
t=1800Lη / d 2(ρs-ρf)g
土壤颗粒分析测定装置利用沉降法进行颗粒分析,应注意以下几点假设:
    (1) 颗粒是坚固的球体且表面光滑;
    (2) 所有颗粒密度相同;
    (3) 颗粒直径应大到不受流体(水)布朗运动的影响; 
    (4) 供沉降分析的悬液必须稀释到颗粒沉降互不干扰,即每一个颗粒的沉降都不受相邻颗粒影响; 
    (5) 环绕颗粒的流体(水)保持层流运动,没有颗粒的过快沉降引起流体的紊流运动。
以上几点:除(3)、(4)可以大致满足外,(5)很难完全保证,(1)、(2)两条根本无法满足。细土粒 不是球形的(大多为扁平状),表面也不光滑,其密度也不相同,只有大多数硅酸盐的密度在 2.6~2.7 之间,其他重矿物和氧化铁的密度可达到5.0g/cm3或更高,所以粒径分析只能给出近似的结果。 


image.png