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全氮形態(tài)
土壤中的氮主要以兩種形態(tài)存在：
1.有機(jī)態(tài)氮：約占全氮量的95%以上，主要包括：
·水溶性有機(jī)氮
·水解性有機(jī)氮
·非水解性有機(jī)態(tài)氮
2.無(wú)機(jī)態(tài)氮：雖然占比小，但對(duì)植物生長(zhǎng)至關(guān)重要，主要包括：
·銨態(tài)氮
·亞硝態(tài)氮
·硝態(tài)氮
3.檢測(cè)方法
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指標(biāo)
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方法
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文獻(xiàn)
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樣品
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全氮
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元素分析儀法
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LY/T 1228-2015森林土壤氮的測(cè)定
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風(fēng)干樣
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元素分析儀法原理
1.工作原理
主要基于杜馬斯燃燒法，利用高溫燃燒將樣品中的有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮徹底氧化，隨后通過(guò)一系列處理步驟將氮元素轉(zhuǎn)化為可檢測(cè)的形式。
2.工作流程包含以下關(guān)鍵步驟：
·樣品燃燒：將樣品置于高溫燃燒爐中，在充足的氧氣供應(yīng)下進(jìn)行充分燃燒。燃燒溫度通常達(dá)到950°C左右，足以將樣品中的氮元素完全氧化。
·氮氧化物還原：燃燒產(chǎn)生的氮氧化物隨后進(jìn)入還原爐，在600°C的高溫下與銅發(fā)生還原反應(yīng)，生成純凈的氮?dú)狻?/span>
·體分離：通過(guò)高效的氣體分離裝置，將氮?dú)馀c其他燃燒產(chǎn)物（如水蒸氣、二氧化碳等）分離。
·氮?dú)鈾z測(cè)：最后，利用熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）對(duì)分離出的氮?dú)膺M(jìn)行定量檢測(cè)。TCD通過(guò)測(cè)量氣體熱導(dǎo)率的變化來(lái)確定氮?dú)獾暮俊?/span>
3.整個(gè)過(guò)程中，元素分析儀采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)以提高測(cè)量精度和效率：
·定量循環(huán)供氧系統(tǒng) ：確保燃燒過(guò)程中的氧氣供應(yīng)充足且可控。
·還原銅再生系統(tǒng)：延長(zhǎng)了儀器的使用壽命，降低了維護(hù)成本。
·二氧化碳載氣技術(shù) ：提高了檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性。
4.儀器組成
·填裝有催化氧化劑的燃燒管 ：負(fù)責(zé)將樣品中的有機(jī)物氧化分解。
·填裝有還原劑的還原管 ：用于將氧化后的氮氧化物還原為氮?dú)狻?/span>
·加熱爐：提供高溫環(huán)境，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。
·分離檢測(cè)系統(tǒng)：包括熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)，用于分離和檢測(cè)目標(biāo)元素。
·數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng) ：負(fù)責(zé)處理檢測(cè)信號(hào)，計(jì)算元素含量。
檢測(cè)流程
1.樣品前處理
·樣品采集：確保采集的土壤樣品具有代表性，通常需要在指定區(qū)域內(nèi)隨機(jī)采集多個(gè)點(diǎn)的樣品，然后進(jìn)行充分混合。避免混入非土壤物質(zhì)，如石塊或植物殘?jiān)?，保障樣品純度?/span>
·樣品干燥：將采集的土壤樣品在室溫下自然風(fēng)干，或者使用低溫干燥箱進(jìn)行干燥處理。這一步驟旨在去除樣品中的水分，便于后續(xù)處理和保存。通常含水量不超過(guò)10%，以防干擾燃燒過(guò)程。
·樣品研磨：使用土壤粉碎機(jī)或瑪瑙研缽將干燥后的土壤樣品研磨至一定粒度。通常要求樣品通過(guò)0.25mm篩孔，以確保樣品顆粒大小均勻，有利于后續(xù)分析。
·樣品篩選 ：將研磨后的樣品通過(guò)特定孔徑的篩子進(jìn)行篩選，去除較大顆?；蚱渌s質(zhì)。這一步驟有助于提高樣品的均勻性，確保分析結(jié)果的可靠性。
·樣品儲(chǔ)存：將處理好的樣品密封保存，避免暴露在空氣中導(dǎo)致氮素?fù)p失。儲(chǔ)存條件應(yīng)保持干燥、陰涼，以最大程度地減少樣品中氮素的揮發(fā)。
2.在樣品前處理過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)：
·避免氮素?fù)p失：特別是在干燥和研磨過(guò)程中，應(yīng)采取措施防止氮素的揮發(fā)或轉(zhuǎn)化。
·保持樣品代表性：確保處理后的樣品仍能代表原始土壤的整體特性。
·嚴(yán)格遵守操作規(guī)程：按照標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程進(jìn)行處理，以保證結(jié)果的可比性和重復(fù)性。
儀器操作
1.樣品裝載
·使用專用的樣品勺或鑷子小心地將經(jīng)過(guò)前處理的土壤樣品轉(zhuǎn)移到分析儀的樣品盤中。
·確保樣品均勻分布在樣品盤內(nèi)，避免堆積或留空。
·控制樣品用量，通常每個(gè)樣品約重10-20mg，具體取決于儀器型號(hào)和樣品特性。
2.參數(shù)設(shè)置
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參數(shù)
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設(shè)置說(shuō)明
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燃燒溫度
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通常設(shè)定在950°C左右
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還原溫度
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一般為600°C
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氧氣流量
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根據(jù)樣品類型調(diào)節(jié)，通常為100-200ml/min
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3.啟動(dòng)分析
完成樣品裝載和參數(shù)設(shè)置后，按下儀器面板上的“開始”按鈕啟動(dòng)分析程序。此時(shí)，儀器將按以下順序自動(dòng)執(zhí)行分析過(guò)程：
·燃燒階段 ：樣品在高溫下迅速氧化，釋放氮氧化物。
·還原階段 ：氮氧化物通過(guò)還原管，被還原為氮?dú)狻?/span>
·分離檢測(cè) ：氮?dú)饨?jīng)分離后進(jìn)入熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）進(jìn)行定量分析。
4.數(shù)據(jù)讀取
·記錄下顯示的數(shù)值
·觀察是否存在異常警告或錯(cuò)誤代碼
·如有必要，進(jìn)行多次平行測(cè)定以提高數(shù)據(jù)可靠性
5.維護(hù)保養(yǎng)
·清潔樣品盤和進(jìn)樣口
·檢查并更換過(guò)濾器
·根據(jù)使用頻率定期校準(zhǔn)儀器
方法優(yōu)勢(shì)
1.精確度和靈敏度
元素分析儀的精確度主要體現(xiàn)在其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD) 上。當(dāng)使用元素分析儀測(cè)定黑土和潮土的全氮含量時(shí)，RSD分別僅為0.66和2.22。相比之下，全自動(dòng)凱氏定氮儀在同一實(shí)驗(yàn)條件下的RSD分別為0.99和4.17。
元素分析儀能夠檢測(cè)低至0.02mg/kg的氮含量 ，遠(yuǎn)低于許多常規(guī)分析方法所能達(dá)到的水平。的測(cè)量結(jié)果。這種高靈敏度對(duì)于研究微量化合物、痕量元素分析以及環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)等方面尤為重要。
元素分析儀的線性范圍極其寬廣 ，從0.02mg/kg到10000mg/kg，幾乎覆蓋了所有可能遇到的土壤全氮含量范圍。使得該儀器能夠適應(yīng)各種不同類型和來(lái)源的土壤樣本，無(wú)需頻繁調(diào)整儀器參數(shù)或更換標(biāo)準(zhǔn)曲線，大大提高了工作效率和數(shù)據(jù)的可比性。
2.效率和自動(dòng)化
元素分析儀能夠自動(dòng)完成樣品處理、消解、氨氣釋放、收集和測(cè)定的全過(guò)程，極大地縮短了分析周期，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)的一致性和可靠性。與傳統(tǒng)手動(dòng)操作相比，元素分析儀的自動(dòng)化流程不僅節(jié)省了大量人力和時(shí)間，還顯著降低了人為誤差的可能性。
元素分析儀的連續(xù)快速分析能力使其特別適合處理大批量樣品，為土壤監(jiān)測(cè)和環(huán)境研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。這種高通量分析能力極大地提升了科研效率，使研究人員能夠更快地獲取高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，從而加速研究成果的產(chǎn)出。
3.元素分析儀法對(duì)比凱氏定氮法
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比較項(xiàng)目
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元素分析儀法
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凱氏定氮法
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原理
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高溫燃燒，將樣品中的氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，通過(guò)色譜法分離和檢測(cè)
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濃硫酸消化，將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為銨鹽，再通過(guò)蒸餾和滴定測(cè)定氮含量
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操作步驟
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樣品包裹后直接燃燒，無(wú)需前處理，分析速度快
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需要樣品消化、蒸餾和滴定等多個(gè)步驟，操作復(fù)雜
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適用范圍
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適用于各種形態(tài)的氮，包括硝態(tài)氮等非蛋白質(zhì)氮
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主要適用于測(cè)定蛋白質(zhì)中的氮含量
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優(yōu)點(diǎn)
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無(wú)需樣品前處理，分析速度快，可檢測(cè)全部氮素含量
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經(jīng)典方法，適用于多種樣品，結(jié)果準(zhǔn)確性高
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缺點(diǎn)
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儀器成本高，操作復(fù)雜，需要技術(shù)人員維護(hù)
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操作過(guò)程中需要使用強(qiáng)酸強(qiáng)堿，存在安全隱患，且易造成環(huán)境污染
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樣品量
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微量分析，樣品需求量少
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常量分析，樣品需求量較大
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測(cè)定時(shí)間
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3-5分鐘一個(gè)樣
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180分鐘能測(cè)定20個(gè)樣
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對(duì)環(huán)境的污染
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無(wú)化學(xué)廢液
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會(huì)用到酸堿等化學(xué)試劑，必須收集并經(jīng)過(guò)專門人員處理
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4.注意事項(xiàng)
使用元素分析儀法檢測(cè)土壤全氮時(shí)，需要注意以下幾個(gè)方面以確保測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性：
（1）樣品準(zhǔn)備：
·均勻性：確保土壤樣品充分混合并磨碎至適當(dāng)?shù)牧剑员ＷC樣品的代表性。
·干燥處理：土壤樣品需要徹底風(fēng)干或在低溫下烘干，以去除水分的影響。但要注意不要過(guò)度加熱，以免有機(jī)物質(zhì)分解。
（2）稱量精度：
·使用高精度天平進(jìn)行稱量，確保樣品重量的準(zhǔn)確性。通常情況下，稱取的樣品量應(yīng)控制在幾毫克到幾十毫克之間，具體取決于儀器的要求和樣品中氮含量的高低。
（3）樣品封裝：
·封裝時(shí)要確保錫箔杯或鋁箔杯密封良好，防止樣品受潮或污染。
·避免樣品與容器內(nèi)壁直接接觸，以免影響燃燒效率。
（4）儀器校準(zhǔn)：
·在每次實(shí)驗(yàn)前，使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
·定期維護(hù)和校準(zhǔn)儀器，保持其良好的工作狀態(tài)。
（5）空白實(shí)驗(yàn)
·進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)（即不加入實(shí)際樣品，只加入試劑）以排除試劑和操作過(guò)程中的干擾因素。
（6）重復(fù)性實(shí)驗(yàn)：
·為了驗(yàn)證結(jié)果的可靠性，建議對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行多次測(cè)定，并計(jì)算平均值。
·如果結(jié)果差異較大，應(yīng)查找原因并重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
（7）溫度和時(shí)間控制：
·確保燃燒爐的溫度和反應(yīng)時(shí)間符合儀器的操作手冊(cè)要求，以便樣品中的所有含氮化合物都能完全分解。
（8）氣體流量：
·調(diào)節(jié)好氧氣或其他載氣的流量，以保證樣品能夠充分燃燒且生成的氣體能夠被有效檢測(cè)。
（9）數(shù)據(jù)處理：
·根據(jù)儀器提供的數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)曲線，正確計(jì)算出樣品中的全氮含量。
·注意單位轉(zhuǎn)換，通常結(jié)果以每千克土壤中含有的毫克數(shù) (mg/kg) 表示。
（10）安全注意事項(xiàng)：
·操作過(guò)程中要遵守實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)范，佩戴適當(dāng)?shù)膫€(gè)人防護(hù)裝備。
·處理高溫設(shè)備時(shí)要小心，避免燙傷。
·確保實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)良好，防止有害氣體積聚。
更多土壤氮元素指標(biāo)
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指標(biāo)
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方法
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文獻(xiàn)
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樣品
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堿解氮/水解性氮/有效氮/速效氮
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堿解擴(kuò)散法
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LY/T 1228-2015森林土壤氮的測(cè)定
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風(fēng)干樣
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硝態(tài)氮
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雙波長(zhǎng)比色法
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鮑士旦．土壤農(nóng)化分析．北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000, 56-58.
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鮮樣（負(fù)80℃保存，干冰運(yùn)輸）
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亞硝態(tài)氮
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紫外分光光度計(jì)法
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DB12/T 512-2014 土壤樣品中硝態(tài)氮的測(cè)定方法
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鮮樣（負(fù)80℃保存，干冰運(yùn)輸）
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銨態(tài)氮（氨氮）
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靛酚藍(lán)比色法
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HJ 634-2012 土壤 氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的測(cè)定 氯化鉀溶液提取-分光光度法
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鮮樣（負(fù)80℃保存，干冰運(yùn)輸）
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可溶性總氮
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TOC（總有機(jī)碳）分析儀法
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HJ 634-2012 土壤 氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的測(cè)定 氯化鉀溶液提取-分光光度法
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鮮樣
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可溶性有機(jī)氮
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差減法（可溶性總氮-銨態(tài)氮-硝態(tài)氮）
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沈瑞昌,蘭志春,方長(zhǎng)明,等.“塹秋湖”圍堤改變鄱陽(yáng)湖洲灘濕地土壤碳循環(huán)過(guò)程[J].湖泊科學(xué),2018,30(05):1260-1270.
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鮮樣
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微生物量氮
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氯仿熏蒸浸提法
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張彪,高人,楊玉盛,等.萬(wàn)木林自然保護(hù)區(qū)不同林分土壤可溶性有機(jī)氮含量[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2010,21(07):1635-1640.
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風(fēng)干樣
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土壤檢測(cè)采樣流程
一、采樣地點(diǎn)選擇
1.選擇代表性位置
選擇土壤樣品的采樣點(diǎn)應(yīng)代表土壤整體狀況，避免采樣點(diǎn)偏離土壤整體狀況。
2.選擇代表性樣品
選擇代表性樣品應(yīng)考慮土壤類型、土壤深度、土壤覆蓋物等因素。
二、采樣工具準(zhǔn)備
1.采樣工具
使用適當(dāng)?shù)牟蓸庸ぞ?，例如鐵鍬、采樣缽、采樣篩等。
2.采樣袋
使用干凈、無(wú)污染的采樣袋，避免樣品污染。
三、采樣操作
1.清潔
將采樣工具和采樣袋進(jìn)行初始清潔，以避免污染。
2. 采樣
采樣在代表性位置，使用適當(dāng)?shù)牟蓸庸ぞ卟杉寥罉悠贰?/span>
3. 標(biāo)記
在采樣工具和采樣袋上標(biāo)記樣品的位置和采樣時(shí)間。
4. 密封
將采樣袋密封，以避免樣品污染。
四、樣品處理
1. 樣品洗滌
將采集的土壤樣品洗滌以去除表面污垢和雜質(zhì)。
2. 樣品干燥
將洗滌后的樣品干燥以去除水分。
3. 樣品研磨
將干燥的樣品研磨成粉末以便于檢測(cè)。
五、樣品分析
1.選用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法
根據(jù)土壤檢測(cè)目的，選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法，例如ICP-OES、XRF等。
2.樣品檢測(cè)
將樣品送入檢測(cè)儀器中進(jìn)行檢測(cè)。
3. 數(shù)據(jù)分析
根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以獲得土壤檢測(cè)結(jié)果。
六、樣品保存
1. 樣品保存
將樣品保存在干燥、通風(fēng)的環(huán)境中，以避免樣品污染和變質(zhì)。
2. 樣品標(biāo)記
將樣品標(biāo)記以便于識(shí)別和追蹤。
七、質(zhì)量控制
1. 質(zhì)控樣品
使用質(zhì)控樣品進(jìn)行檢測(cè)，以確保檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。
2. 檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證
驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果以確保結(jié)果準(zhǔn)確和可靠。
八、樣品完整性
1. 樣品完整性
確保樣品完整性，避免樣品污染和變質(zhì)。
2. 樣品安全
確保樣品安全，避免樣品損傷或丟失。
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