SmartChem140全自動化學分析儀測定土壤全氮全磷的研究

陳劍磊, 謝文霞, 崔育倩, 張 艷

(青島大學化學科學與工程學院,山東青島 266071)

SmartChem140全自動化學分析儀作為一個新型的檢測儀器，可同時測定樣品中TN、TP含量，但對全自動化學分析儀的研究多用在水質監(jiān)測中[13 - 15]，而對土樣中TN、TP的測定研究較少。本文基于SmartChem140全自動間斷化學分析儀，以膠州灣濕地土壤為供試樣品，建立了同時測定土壤TN、TP的方法，并與傳統(tǒng)方法做了對比。該方法操作簡便，土壤TN、TP的測定效率高，為今后在批量測定土壤TN、TP的研究中提供了依據(jù)。

1 實驗方法

1.1 儀器與試劑

SmartChem140全自動間斷化學分析儀(北京理加聯(lián)合科技有限公司)；分析天平(奧豪斯儀器有限公司)；KDN-12C消化爐(浙江托普儀器有限公司)。

十二烷基硫酸鈉溶液(針洗液，SDS，Sigma)，NH4Cl，H2SO4，H2O2，KH2PO4，酒石酸鉀鈉，水楊酸鈉，二氯異氰尿酸鈉，硝普鈉，酒石酸銻鉀，四水鉬酸銨，抗壞血酸。除SDS溶液外，其余試劑均為分析純。實驗用水為蒸餾水。

1.2 樣品采集與制備

本實驗的樣品為膠州灣濕地0～20 cm的土壤，隨機選取9個樣地取樣9份。然后封袋帶回實驗室，挑出里面的石頭、草根等雜物，平攤在室內陰涼通風處自然風干，然后研磨粉碎，全部過100目篩，經(jīng)裝袋、編號等過程制成土樣備用。

1.3 土壤樣品前處理

稱取土壤樣品0.3000～0.5000 g于100 mL消煮管中，加入5 mL H2SO4，搖勻，在消煮管上接上冷凝回流裝置，置于消煮爐上小火加熱，控制溫度在280 ℃左右，5 min后將溫度升高到370 ℃，保持5 min后取下，稍冷后滴加10滴H2O2，繼續(xù)加熱消煮12 min(以溫度達到370 ℃記)后取下，稍冷后重復滴加H2O2，再消煮。之后每次添加的H2O2的量分別為8滴、6滴、4滴、2滴。消解完成后，冷卻定容到500 mL的容量瓶中，同時消煮樣品空白。取靜置過夜上清液或經(jīng)干燥無磷濾紙過濾所得溶液，使用全自動間斷化學分析儀，分別在波長660 nm和880 nm處測定TN、TP。每個樣品設3個重復，取其平均值。

1.4 統(tǒng)計分析與數(shù)據(jù)處理

對不同方法測定的TN、TP數(shù)據(jù)采用SPSS17.0軟件進行分析；應用Microsoft Excel2013和Origin9.2進行數(shù)據(jù)處理及列表繪圖。

2 結果與討論

2.1 前處理條件選擇

本研究選用H2SO4和H2O2消解土樣，與傳統(tǒng)方法中采用的HClO4和硒粉相比，具有消解充分、污染小等優(yōu)點。尤其間歇加入H2O2不僅可以提高消解效率，還保持了土壤消解的穩(wěn)定進行，使土樣消解更充分，后續(xù)測定過程更準確，反應中多余的H2O2受熱分解，對人體和環(huán)境影響均較??；實驗過程中對溫度的控制主要為低溫預熱、高溫消解的方法?？刂茰囟仍?70 ℃，保持12 min既可使土樣消解充分，減少殘留物含量，又可將多余H2O2去除，因此實驗選擇了H2SO4和H2O2作為土壤樣品前處理的消解液，每添加H2O2后，控制溫度在370 ℃，保持12 min。

2.2 TN、TP標準曲線的繪制

準確稱量0.2293 g NH4Cl和0.4386 g KH2PO4，以1%H2SO4定容到1 L容量瓶中，配制成質量濃度為60 mg·L-1的TN標準溶液和100 mg·L-1的TP標準溶液，再將TN標準溶液逐級稀釋為0、1.2、2.4、3.6、4.8、6.0 mg·L-1的系列標準工作溶液；將TN標準溶液逐級稀釋為0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mg·L-1的系列標準工作溶液。通過SmartChem140分別在波長660 nm和880 nm處測定所得TN和TP標準工作溶液，以質量濃度(x)為橫坐標，吸光度(y)為縱坐標繪制標準曲線。結果表明，TN濃度在0～6.0 mg·L-1范圍內與吸光度呈現(xiàn)良好的線性關系，線性回歸方程為：y=0.1307x+0.0027，相關系數(shù)R2=0.9994；TP濃度在0～5.0 mg·L-1范圍內與吸光度呈現(xiàn)良好的線性關系，線性回歸方程y=0.0958x+0.0146，相關系數(shù)R2=0.9995。

2.3 方法的回收率和精密度

以9個樣品為本底，分別以NH4Cl為標準氮，以KH2PO4為標準磷，在相同實驗條件下，按照1.3的方法進行加標回收實驗，結果見表1、表2。實驗結果表明，SmartChem140測定土壤TN的回收率在97.68%～102.12%之間，TP的回收率在97.35%～101.88%之間，說明用SmartChem140測定的土壤TN、TP的準確度高。

使用SmartChem140全自動化學分析儀對1號樣品的TN、TP平行測定6次，結果見表3、表4。TN的相對標準偏差(RSD)為1.39%，TP的RSD為1.07%，說明該方法對土壤TN、TP測定的精密度較高。

表1 TN回收率實驗結果

表2 TP回收率實驗結果

表3 TN平行測定結果

表4 TP平行測定結果

2.4 不同方法測定TN、TP結果分析

分別采用凱氏定氮法測定土壤樣品中的TN和磷鉬藍比色法測定土壤樣品中的TP，與SmartChem140測定的數(shù)據(jù)進行對比，以確定該方法的可靠性。結果見表5、表6。由表5中可以看出，兩種方法測定的TN含量極其接近，相對誤差小于3%，采用SPSS對兩組數(shù)據(jù)進行一元回歸方程的線性擬合，相關系數(shù)R2=0.9994；由表6可見，兩種方法測定的TP含量也很接近，相對誤差小于4%，對兩組數(shù)據(jù)進行一元回歸方程的線性擬合后，相關系數(shù)R2=0.9958，說明SmartChem140對土壤TN、TP測定準確度高。

表5 Smartchem140與凱氏定氮法測定TN結果對比

表6 Smartchem140與磷鉬藍比色法測定TP結果對比

2.5 SmartChem140測定土壤TN、TP注意事項

消解后的樣品應在24 h內完成測定，如不能及時上機測定，應放在冰箱中4 ℃保存；樣品測定前，首先使SmartChem140儀預熱20 min，另外要保證樣品測定過程中電壓穩(wěn)定，若中途斷電，測定準確度降低；測定同時要注意觀察藥品剩余，及時添加針洗液及藥品，防止含量過低而中斷測定。

3 結論

利用SmartChem140全自動化學分析儀可以同時測定土壤中的TN、TP，操作簡單，簡化了傳統(tǒng)方法對土壤TN、TP單一測定的繁瑣工序，大大提高了土壤樣品的檢測效率，并且該方法測定的TN、TP的RSD分別為1.39%和1.07%，回收率分別介于97.68%～102.12%和97.35%～101.88%。因此，利用該方法測定土壤TN、TP快速準確，穩(wěn)定性好，受人為干擾影響小，回收率高，且適合土壤樣品批量測定。