自動測量土壤基質的pH值——園林土壤基質pH值的自動化測量
為了保證土壤、水和種子樣品的分析質量，分析單位必須為之竭盡全力，這對科研人員也提出了更高的要求。用于pH測量的自動化分析系統可滿足對分析速度和精度的要求。
位于德國北萊茵州的農業調查研究局（LUFA）是當地農業部門高度專業化、現代化的獨立分析機構。該機構于2004年1月1日由萊茵州和威斯特法倫利普的農業調查研究局合并。LUFA擁有130多年從事農業調查和研究方面的經驗，在整個德國范圍內提供土壤、水、種子、肥料、堆肥、飼料以及動物診斷試劑的分析服務。除了實驗室的常規研究之外，LUFA還根據用戶的特殊需求提供單獨的輔導和專業咨詢。
土壤及其基質的研究
LUFA的待測樣品通常來自大型工業制造客戶，包括園林建設企業、家庭和私人園林。作為經DIN EN ISO/IEC 17025認可的調查監測機構，LUFA NRW可以提供范圍廣泛的研究檢測項目。除了涉及園林土壤及其基質的pH值測量之外，還包括干燥物質、有機物質、總碳、C/N比例、可溶性氮、P2O5、K2O、Mg和鈉鹽以及痕量元素。pH測量的原理是依據DIN ISO 10390（土壤屬性及其pH值測量）以及VDLUFA 方法A 5.1.1（測定水的pH值）。
圖1.? LUFA專業無機分析實驗室的技術人員在使用由Tiamo控制的pH測量系統。
自動測定pH值
測量樣品懸浮液的pH值，首先將樣品與0.01mol/L氯化鈣溶液混合。在土壤對其基質以及測量溶液之間保持固定比例的條件下進行測量。用量勺取出40ml基質（約10g）置于容量為220ml的一次性塑料燒杯中，于自動樣品交換器內加入100ml氯化鈣溶液。白天進行取樣和前處理，然后至少放置2h以上，通常情況則是放置過夜（約12h），次日再進行批量化的自動測量。進行系列樣品的pH值測量可于任意等待時間之后自動完成。除了樣品的前處理之外，通過萬通Tiamo軟件控制的pH值測量系統還具有pH值校準以及pH值控制測量方法，能在任何時間（從開始起或樣品測量中間）安排調用。該測量系統可每天投入運行，通常每天可做30~50個樣品，最多可完成100余個樣品的測量。LUFA NRW的無機分析實驗室（土壤、堆肥）每年可以完成7000個樣品的測量。該pH值測量系統具體由以下組件所構成（如圖1所示）：
控制和數據處理軟件Tiamo；
自動樣品處理器815，帶可拆卸樣品架28×220ml；
pH模塊867，平膜pH電極；
加液器800，用于各種添加液體的操作（加CaCl2、緩沖液、維護保養液）；
用于傳感器的清潔、校準以及控制的外置法；
改進后的攪拌器。
鑒于LUFA所涉及的樣品材料極具廣泛性，因此在實施自動化的過程中應予以特別注意。從沙質的園林土壤（見圖2左）到泥狀的盆栽土（見圖2中）以至粗枝蘭花土壤（見圖2右），體現了LUFA實驗室涵蓋樣品的廣泛性。
圖2.? 沙質園林土壤（左），泥狀盆栽土（中）和粗枝蘭花土壤（右）。
外部沖洗與校準裝置
在測量過程中pH傳感器和攪拌器易受到基質顆粒的污染，尤其是當關系到測量的重現性、穩定性和可靠性時，自動化的pH測量系統就必須滿足更高的要求。為了進行有效清洗，萬通公司根據需要進行了適當的改良（如圖3所示）。經改良后的沖洗裝置還附帶用于特殊校準的測量電極。pH校準、pH控制測量以及為電極添加保養溶液等操作都可隨時靈活地自動進行。所需的4種溶液通過帶有4個端口的加液器，僅用2次加液過程就能完成。優化校準位置的測量安排為液體轉移操作提供了經濟且全自動化的解決方法。
圖3.? 在白色塑料塊處可看到測量電極的特殊校準位置。
滴定及其他操作
Tiamo控制軟件將一些復雜的自動化過程進行了簡化，結果清晰地呈現在表格中。無論是特殊用戶的樣品、電極校準還是控制測量，均能夠快速地設置。每組數據均包含可供追溯的全部重要信息，以及測量所應用的方法。控制卡能夠顯示單個結果在長時段內的變化，以便在早期階段觀察其趨勢，如辨識出電極的基本狀況，從而及早地采取相應的措施。
小結
在完成樣品前處理之后，通過萬通公司應用專家們的工作，所開發的自動化pH測量系統可初步適合于LUFA實驗室的實際條件。工作中得到自動化/滴定部門的現場負責專家的支持，測量過程也通過應用得到了進一步優化。經過成功的實踐，整套測量系統已于2010年底由LUFA接手，并于此后成為LUFA常規分析中不可或缺的組成部分。
測量含顆粒樣品的pH值
對含有大量顆粒物的樣品（如土壤或土壤基質）進行pH值自動化測量時， pH傳感器和攪拌器均易受到基質顆粒的污染，這對二者提出了更高的要求。同時，進行有效的清洗非常重要，以便保證pH測量的重現性、穩定性和可靠性。本文所介紹的測量體系包含改良的沖洗裝置，并附帶專門用于特殊校準的電極。由此能夠隨時進行靈活且自動化的pH校準、pH控制測量并添加電極保養液。
