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：

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。