ISO 23470:2018 土壌の質 — ヘキサアンミンコバルト(III)塩化物溶液を使用した有効陽イオン交換容量(CEC)と交換可能な陽イオンの決定 | ページ 2

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

序文

ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。

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この文書は、技術委員会 ISO/TC 190, 土壌品質、小委員会 SC 3, 化学的および物理的特性評価によって作成されました。

この第 2 版は、技術的に改訂された第 1 版 (ISO 23470:2007) を廃止し、置き換えます。

前版との主な変更点は以下の通りです。

  • pH > 6.5 の土壌の範囲が拡大されました。
  • 新しい付録 C が追加されました。
  • 新しい付録 D が追加されました。
  • 新しい付録 E が追加されました。
  • この文書は編集上改訂されました。

導入

土壌と粘土の陽イオン交換容量 (CEC) と交換可能な陽イオンの数は、土壌肥沃度の重要な特徴です。これらのパラメータを正確かつ効率的に測定するために、文献ではさまざまな試みがなされてきました。一方、陽イオン交換の完全性は絶対的なものではありませんが、異なる方法間で同等である必要があります。従来の方法では、交換可能な陽イオンとしてアンモニウムまたはバリウムが使用されていましたが、完全な陽イオン交換を確実にするには繰り返し処理が必要でした。最も古いワンステップ CEC 法は、土壌溶液の典型的な陽イオン (通常は Ca, Mg, Na, K) よりも土壌粘土鉱物に対してはるかに強い親和性を持つ塩化ヘキサミンコバルト(III) 溶液に基づいています。この方法の原理は Morel (1958) [ 11] によって発表され、Ciesielski と Sterckeman (1997) [ 7] によって修正されました。この文書で説明されているように、この方法は非常に効率的であり、確立された CEC 方法と同等です。 pH 値が 6.5 未満の土壌に使用した場合の有効 CEC を決定します。

塩化ヘキサミンコバルト(III) を含むすべての CEC メソッドには、炭酸塩、硫酸塩、またはその他の可溶性ミネラルの溶解によって引き起こされる交換可能な陽イオンの膨張などの典型的な制限があります (ISO 13536 も比較してください)炭酸塩の溶解は、(ISO 13536 に記載されている手順などで) 最も頻繁に発生するエラーの原因の 1 つであるため、多くの研究は炭酸塩の溶解の最小化や溶解画分の修正に焦点を当てていました。参考文献 [13] は議論を要約し、この分析問題に対する解決策を提示しました。石灰質土壌または粘土の場合、著者らは事前に方解石で平衡化した交換溶液を使用しました。抽出の過程で、サンプル中に存在する炭酸塩の溶解は大幅に最小限に抑えられ、結果として得られる交換可能な Ca 値には誤差がほとんどありませんでした。過去に使用された方法 (付録 E) と比較して、これは大成功でした。方解石飽和ヘキサミンコバルト(III) 塩化物交換溶液を使用するこの方法は、VDLUFA 法として公開されました[ 6] 。得られた交換可能陽イオンの値は、ラウンドロビン (付録 C) でテストした場合、総 CEC とよく一致し、結果の妥当性を判断する良い尺度となりました。異なる溶液/固体比を使用して、同一の交換性カチオン値が測定され、鉱物の溶解に起因する系統誤差がないことが示されました(付録 D に記載されている膨張した交換性 Ca 値の検出については、参考文献 [12] に記載されたモデルと比較してください) 。この方解石で飽和したヘキサミンコバルト(III)塩化物交換溶液は、石灰質土壌と粘土のみに使用する必要があり、実際には「交換可能な塩基」としてCa, Mg, Na, Kのみが存在するpH値が6.5以上の土壌に使用する必要があります。したがって、結果は潜在的な CEC の決定 (たとえば ISO 13563 による) に匹敵します。この方法は、誤った (誇張された) Ca 値を回避するために導入されました。

塩化ヘキサミンコバルト(III) は、pH 値が 6.5 以下の非石灰質土壌の抽出剤として推奨されます。塩化ヘキサミンコバルト(III) 溶液中の土壌懸濁液の pH 値は水中の懸濁液の pH 値に近いため、この方法は有効な CEC, つまり土壌 pH 値での CEC を与えると考えられます (たとえば、 ISO 11260)。

警告この文書を使用する人は、通常の実験室での実践に精通している必要があります。この文書は、その使用に関連する安全上の問題がある場合、そのすべてに対処することを目的とするものではありません。適切な安全と健康慣行を確立するのはユーザーの責任です。

重要この文書に従って実施されるテストは、適切な資格を持つスタッフによって実行されることが絶対に重要です。

1 スコープ

この文書は、塩化ヘキサミンコバルト(III)溶液を抽出剤として使用して、土壌中の陽イオン交換容量 (CEC) および交換可能な陽イオン (Al, Ca, Fe, K, Mg Mn, Na) の含有量を測定する方法を規定しています。炭酸カルシウムを含む土壌の場合、特に交換性 Ca の測定には方解石飽和塩化ヘキサミンコバルト(III) 溶液が指定されています。この文書は、ISO 11464 に従って調製されたすべての種類の自然乾燥土壌サンプルに適用できます。

2 規範的参照

以下の文書は、その内容の一部またはすべてがこの文書の要件を構成する形で本文中で参照されています。日付が記載された参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。

  • ISO 11464, 土壌品質 — 物理化学分析のためのサンプルの前処理
  • ISO 11465, 土壌品質 — 質量ベースの乾物および水分含量の測定 — 重量法

3 用語と定義

この文書には用語や定義は記載されていません。

ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。

参考文献

1ISO 10390, 土壌品質 - pH の測定
2ISO 11260, 土壌品質 — 塩化バリウム溶液を使用した有効陽イオン交換容量と塩基飽和レベルの決定
3ISO 13536, 土壌品質 — pH = 8.1 に緩衝された塩化バリウム溶液を使用した潜在的な陽イオン交換容量と交換可能な陽イオンの測定
4ISO 14235, 土壌品質 - スルホクロム酸化による有機炭素の測定
5ISO 5725-2, 測定方法と結果の精度 (真性と精度) — Part 2: 標準測定方法の再現性と再現性を決定するための基本方法
6NF
7Ciesielski H, Sterckeman T, (1997)陽イオン交換能力と交換可能な土壌を測定するための 3 つの方法の比較。農学、25, 9-16
8Vdlufa, (2011) Method Book Volume I Soil Investigation, A 9.1.1.1, 方解石飽和ヘキサミン三塩化コバルト溶液による陽イオン交換容量と交換可能な陽イオンの決定
9Dohrmann R.、Kaufhold S.、(2009): 石灰質粘土中の交換可能なカルシウム カチオンの量を決定するための 3 つの新しい迅速な CEC 方法。粘土と粘土鉱物、57, (3)、251-265
10DIN 38402-45, 水、廃水および汚泥の試験に関するドイツの標準方法 - 一般情報 (グループ A) - Part 45: 研究所の外部品質管理のためのラウンドロビン テスト (A 45 )ベウト フェルラーク、ベルリン
11Morel R.、(1958) 変化と変化の可能性に関する観察。フランセ デ ザルジル グループ会報、10
12ドーマン R.、(2006)カチオン交換容量方法論 I: 誤ったカチオン交換容量および交換可能なカチオンの結果を検出するための効率的なモデル。応用粘土科学、34, 31-37
13Dohrmann R.、Genske D.、Karnland O.、Kaufhold S.、Kiviranta L.、Olsson S.、Plötze M.、Sandén T.、Sellin P.、Svensson D.、Valter M.、2012年。研究所間 CEC と交換可能性ベントナイト緩衝材のカチオン研究: I. Cu(II)-トリエチレンテトラミン法。粘土と粘土鉱物、60, 162–175

Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives ).

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For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www.iso.org/iso/foreword.html .

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 3, Chemical and physical characterization.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 23470:2007), which has been technically revised.

The main changes compared to the previous edition are as follows:

  • the scope has been broadened for soils with a pH > 6,5;
  • a new Annex C has been added;
  • a new Annex D has been added;
  • a new Annex E has been added;
  • the document has been editorially revised.

Introduction

The cation exchange capacity (CEC) of soils and clays as well as the exchangeable cation population are essential features of soil fertility. Various attempts have been made in the literature to measure these parameters accurately and efficiently. The completeness of cation exchange on the other hand is not absolute but should be comparable between different methods. Traditional methods used ammonium or barium as exchangeable cations which require repeated treatments to ensure complete cation exchange. The oldest one-step CEC method is based on hexamminecobalt(III)chloride solution which has a much stronger affinity to soil clay minerals than the typical cations of the soil solution (usually Ca, Mg, Na and K). The principle of this method was published by Morel (1958)[11] and has been modified by Ciesielski and Sterckeman (1997)[7]. This method, as described in this document, is very efficient and comparable to the established CEC methods. It determines the effective CEC when used for soils with pH value of <6,5.

All CEC methods including hexamminecobalt(III)chloride have typical limitations such as inflation of exchangeable cations caused by dissolution of carbonates, sulfates or other soluble minerals (compare also ISO 13536). Carbonate dissolution is one of the most frequently occurring source of error (e.g. in the procedure described in ISO 13536), hence, many studies focused on minimization of their dissolution or correction of the dissolved fraction. Reference [13] summarized the discussion and presented solutions for this analytical problem. For calcareous soils or clays, the authors used exchange solutions that were previously equilibrated with calcite. In the course of the extraction, dissolution of carbonates present in the samples was minimized largely and resulting exchangeable Ca values were nearly free of errors. It was a great success compared to methods used in the past (Annex E). This method using calcite-saturated hexamminecobalt(III)chloride exchange solutions was published as VDLUFA-method[6]. The resulting exchangeable cation values agreed well with the total CEC when tested in a round robin (Annex C) which is a good measure for the plausibility of the results. Using different solution/solid ratios, identical exchangeable cation values were measured indicating absence of systematic errors caused by mineral dissolution (compare the model described in Reference [12], for detection of inflated exchangeable Ca values as described in Annex D). This calcite-saturated hexamminecobalt(III)chloride exchange solution should be used for calcareous soils and clays only, practically for soils with pH values of ≥6,5 in which only Ca, Mg, Na and K are present as “exchangeable bases”. Thus, the results are comparable to the determination of potential CEC (for example according to ISO 13563). This method was introduced to avoid erroneous (inflated) Ca values.

Hexamminecobalt(III)chloride is recommended as extractant for non-calcareous soils with a pH value of ≤6,5. As the pH value of a soil suspension in the hexamminecobalt(III)chloride solution is close to the pH value of the suspension in water, this method is considered to give the effective CEC, i.e. the CEC at the soil pH value (e.g. according to ISO 11260).

WARNING Persons using this document should be familiar with usual laboratory practice. This document does not purport to address all of the safety problems, if any, associated with its use. It is the responsibility of the user to establish appropriate safety and health practices.

IMPORTANT It is absolutely essential that tests, conducted in accordance with this document, be carried out by suitably qualified staff.

1 Scope

This document specifies a method for the determination of cation exchange capacity (CEC) and the content of exchangeable cations (Al, Ca, Fe, K, Mg Mn, Na) in soils using a hexamminecobalt(III)chloride solution as extractant. For soils containing calcium carbonate a calcite saturated hexamminecobalt(III)chloride solution is specified particularly for determination of exchangeable Ca. This document is applicable to all types of air-dry soil samples which have been prepared according to ISO 11464.

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

  • ISO 11464, Soil quality — Pretreatment of samples for physico-chemical analysis
  • ISO 11465, Soil quality — Determination of dry matter and water content on a mass basis — Gravimetric method

3 Terms and definitions

No terms and definitions are listed in this document.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

Bibliography

1ISO 10390, Soil quality — Determination of pH
2ISO 11260, Soil quality — Determination of effective cation exchange capacity and base saturation level using barium chloride solution
3ISO 13536, Soil quality — Determination of the potential cation exchange capacity and exchangeable cations using barium chloride solution buffered at pH = 8,1
4ISO 14235, Soil quality — Determination of organic carbon by sulfochromic oxidation
5ISO 5725-2, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 2: Basic method for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method
6NF X31-130, Qualité du sol — Méthodes chimiques — Détermination de la capacité d’échange cationique (CEC) et des cations extractibles
7Ciesielski H., Sterckeman T., (1997). A comparison between three methods for the determination of cation exchange capacity and exchangeable soils. agronomie, 25, 9-16
8Vdlufa, (2011) Methodenbuch Band I Bodenuntersuchung, A 9.1.1.1, Bestimmung der Kationenaustauschkapazität und der austauschbaren Kationen mit Calcit-gesättigter Hexammincobalt-Trichlorid-Lösung
9Dohrmann R., Kaufhold S., (2009): Three new, quick CEC methods for determining the amounts of exchangeable calcium cations in calcareous clays. Clays and Clay Minerals, 57(3), 251-265
10DIN 38402-45, Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung — Allgemeine Angaben (Gruppe A) — Teil 45: Ringversuche zur externen Qualitätskontrolle von Laboratorien (A 45). Beuth Verlag, Berlin
11Morel R., (1958) Observation sur la capacité d’échange et les phénomène d’échange dans les argiles. Bulletin de la Groupe Francais des Argiles, 10
12Dohrmann R., (2006). Cation Exchange Capacity Methodology I: An Efficient Model for the Detection of Incorrect Cation Exchange Capacity and Exchangeable Cation Results. Applied Clay Science, 34, 31-37
13Dohrmann R., Genske D., Karnland O., Kaufhold S., Kiviranta L., Olsson S., Plötze M., Sandén T., Sellin P., Svensson D., Valter M., 2012. Interlaboratory CEC and exchangeable cation study of bentonite buffer materials: I. Cu(II)-triethylenetetramine method. Clays and Clay Minerals, 60, 162–175