ดินส่วนใหญ่จะมีประจุลบทำให้สามารถดูดซับธาตุอาหารพืชที่มีประจุบวกได้ เช่น แอมโมเนียม โพแทสเซียม แคลเซียม แมกนีเซียม เป็นต้น ทำให้เวลาใส่ปุ๋ยที่มีประจุบวกลงในดินทำให้ไม่สูญหายไปจากดินในชั้นรากพืชได้ง่าย   ปฏิกิริยา cation exchange เป็นปฏิกิริยาที่ย้อนกลับไปมาได้ (reversible process) ตัวอย่างเช่น เมื่อใส่ปุ๋ยแอมโมเนียมลงไปในดิน แอมโมเนียมซึ่งมีประจุบวกจะเข้าไปแทนที่ cation ชนิดอื่นๆบน exchange site ในอนุภาคดินเหนียว เมื่อดินมีความชื้นเพียงพอจะค่อยๆปลดปล่อยแอมโมเนียมออกมาอยู่ใน soil solution รากพืชจะดูดซึมธาตุอาหารเหล่านี้ไปใช้ในการเจริญเติบโต เมื่อแอมโมเนียมใน soil solution ลดลง ทำให้สมดุลระหว่างแอมโมเนียมใน exchange site และ ใน soil solution เปลี่ยนไป กระบวนการ reversible exchange reaction จะปลดปล่อยแอมโมเนียมออกมาอยู่ใน soil solution มากขึ้นเพื่อให้เกิดสมดุลใหม่ และจะเกิดเช่นนึ้ตลอดเวลา ทำให้พืชสามารถใช้ธาตุอาหารได้ต่อเนื่อง ดังนั้นถ้าดินมีค่า CEC สูงจะสามารถดูดยึดธาตุอาหารพืชไว้ได้มาก

          pH ของดินมีอิทธิพลต่อค่า CEC เป็นอย่างมาก ทั้งนี้เพราะประจุลบในดินมีสองส่วน ส่วนที่หนึ่งเป็นประจุลบแบบถาวร (permanent charge) และ ส่วนที่สองเป็นแบบ pH dependent charge สำหรับวิธีการวิเคราะห์หาค่า CEC มีหลายวิธีขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการทดลอง หรือการวิจัยเฉพาะทางตามวัตถุประสงค์ของผู้ทำการวิจัย ในที่นี้ใช้วิธี sodium acetate saturation

          ความจุในการแลกเปลี่ยนแคตไอออนหรือ CEC จะรายงานในหน่วยของ milliequivalent per 100 g soil หรือในหน่วยของ SI unit จะรายงานเป็น cmol/kg soil โดยที่ 1 meq/100g = 1 cmol/kg

          ดินทรายจะมีค่า CEC ต่ำ ดินเหนียวจะมีค่า CEC สูง   ค่า CEC จะบ่งบอกชนิดของแร่ดินเหนียวในดินนั้น โดยดินเหนียวประเภท 2:1 clay จะมีค่า CEC สูง แต่ดินเหนียวประเภท 1:1 clay จะมีค่า CEC ต่ำ นอกจากนี้อินทรียวัตถุเป็นแหล่งที่ทำให้ดินมีด่า CEC สูงได้เช่นกัน

วิธีวิเคราะห์

อุปกรณ์

เครื่อง Flame photometer
เครื่อง เขย่า
เครื่อง centrifuge
หลอด centrifuge พลาสติก ขนาด 50 มล.
สารเคมี

1. สารละลายโซเดียมอซิเตต ความเข้มข้น 1 N (สารละลาย A)

ละลาย sodium acetate trihydrate 136 กรัม ด้วยน้ำกลั่นประมาณ 950 มล. ทิ้งไว้ให้ได้อุณหภูมิห้อง แล้วปรับ pH ของสารละลายให้มี pH 8.2 ด้วย acetic acid หรือ sodium hydroxide ปรับปริมาตรเป็น 1 ลิตร

2. Ethanol (C2H5OH) 95%

3. สารละลายแอมโมเนียมอซิเตต ความเข้มข้น 1 N (สารละลาย B)

เติม กรดน้ำส้มเข้มข้น จำนวน 57 มล. ในน้ำกลั่นประมาณ 800 มล. แล้วเติม แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น 68 มล. ตั้งทิ้งไว้จนถึงอุณหภูมิห้อง ปรับ pH ของสารละลายให้เป็น 7.0 ด้วย กรดน้ำส้ม หรือ แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ แล้วปรับปริมาตรเป็น 1 ลิตร

4. สารละลายมาตรฐานโซเดียม สำหรับทำ standard curve (สารละลาย C )

นำเกลือโซเดียมคลอไรด์มาอบให้แห้งในตู้อบ 105 องศาเซลเซียส นาน 2 ชั่วโมง นำมาทำให้เย็นใน desiccator ชั่งมา 2.5418 กรัม ละลายในน้ำกลั่น ปรับปริมาตรเป็น 1 ลิตร สารละลายมีความเข้มข้น 1000 มิลลิกรัมต่อลิตร

5. วิธีทำ

นำดินที่ต้องการหาค่า CEC มาผึ่งให้แห้งในร่ม บดร่อนผ่านตะแกรงเบอร์ 10 (ขนาด 2 มม. ) ดูรายละเอียดในการเตรียมตัวอย่างดินขั้นต้น
ชั่งดิน 4 กรัม สำหรับดินเนื้อปานกลางและเนื้อละเอียด ชั่งดิน 6 กรัม สำหรับดินเนื้อหยาบ ให้ได้น้ำหนักที่แน่นอน ด้วยเครื่องชั่งไฟฟ้า ทศนิยม 4 ตำแหน่ง
จะต้องหาความชื้นของดินที่ใช้ทดลองเพื่อคำนวณหาน้ำหนักดินแห้ง ในการคำนวณค่า CEC โดยชั่งดินประมาณ 4-5 กรัม ให้ได้น้ำหนักที่แน่นอน ใส่ในกระป๋องอบดิน ใช้อุณหภูมิ 105 องศาเซลเซียส นาน 16 ชั่วโมง ทำให้เย็นใน desiccator นำไปชั่งน้ำหนักแล้วคำนวณความชื้น
นำดินที่ชั่งมาได้ใส่ในหลอด centrifuge ขนาด 50 มล. เติมสารละลาย A จำนวน 33 มล. ปิดจุก เขย่า 5 นาที ด้วยเครื่องเขย่าไฟฟ้า แล้วเปิดจุกนำไป centrifuge ที่แรงเหวี่ยง RCF=1000 จนกระทั่ง supernatant liquid ใสใช้เวลาประมาณ 5 นาที เทน้ำใสทิ้ง เติมสารละลาย A จำนวน 33 มล. ทำเช่นเดิมนี้ 4 ครั้ง หลังจากเทน้ำใสครั้งสุดท้ายทิ้ง เติม ethanol จำนวน 33 มล. ปิดจุกเขย่า 5 นาที แล้ว centrifuge รินน้ำใสทิ้ง ทำเช่นนี้ 3 ครั้ง จนกระทั่งค่า electrical conductivity ของ supernatant liquid ครั้งสุดท้ายมีค่าต่ำกว่า 40 us/cm.
เติมสารละลาย B จำนวน 33 มล. เขย่า แล้ว centrifuge เก็บ supernatant ในขวด volumetric flask ขนาด 100 มล.แล้วเติมสารละลาย B จำนวน 33 มล. เขย่าแล้ว centrifuge ทำเหมือนเดิมทั้งหมด 3 ครั้ง ปรับปริมาตรของ supernatant ใน volumetric flask ให้ครบ 100 มล.
หาปริมาณโซเดียมในสารละลายที่สกัดได้ด้วย เครื่อง Flame photometer
เตรียม standard curve โดยนำสารละลาย C จำนวน 2, 4, 6 และ 8 มล. ใส่ใน volumetric flask ขนาด 100 มล. ปรับปริมาตรให้ครบด้วยสารละลาย ammonium acetate จะได้สารละลายมาตรฐานของโซเดียม 20, 40, 60 และ 80 mg/l นำไปวัดด้วย Flame photometer ที่ความยาวคลื่น 767 nm.หรือใช้ filter สำหรับวัดปริมาณ โซเดียม
นำค่าความเข้มข้นของโซเดียมกับค่า emission จากเครื่อง Flame photometer มาสร้างกราฟมาตรฐาน
นำค่า emission ของตัวอย่างดินมาเทียบกับกราฟมาตรฐาน จะทราบค่าความเข้มข้นของโซเดียมในตัวอย่างดิน นำไปคำนวณหาค่า CEC
6. การคำนวณ

CEC = (ความเข้มข้นของโซเดียมในสารสกัดจากดิน,mg/l)x10/(น้ำหนักดินแห้ง)

อ้างอิง : http://www.vijai-rid.com/CEC.htm