森林土壤全磷測(cè)定中酸溶法的優(yōu)化

蔣步云，柴振林，周侃侃，吳翠蓉

(浙江省林產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)站，浙江 杭州 310023)

土壤中各種形態(tài)磷元素的總和稱為土壤全磷量，一般分為有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷兩大類。通過(guò)對(duì)土壤全磷含量的測(cè)定，可以了解土壤的供磷容量，對(duì)合理施用磷肥有重要的指導(dǎo)意義[1]。

測(cè)定土壤全磷的方法目前常用的有重量法、滴定法、比色法3種。其中重量法、滴定法對(duì)沉淀質(zhì)量的要求比較高，磷含量高時(shí)適用，而土壤中磷含量一般較低，因此目前較多采用比色法[2]。森林土壤全磷測(cè)定的待測(cè)液制備，分為堿熔法和酸溶法兩種。其中堿熔法操作較為繁瑣不適合大批量試驗(yàn)，目前實(shí)際應(yīng)用中比較常用的是H2SO4-HC1O4酸溶法消煮，該法操作簡(jiǎn)便且為一次性操作，其待測(cè)液可以同時(shí)測(cè)定氮、磷、鉀等土壤營(yíng)養(yǎng)成分[3]。

本文采用比色法，并且樣品前處理采用的是H2SO4-HC1O4酸溶法。LY/T 1232-2015《森林土壤磷的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)中，加3.0 mL硫酸及10滴高氯酸消化樣品，二硝基酚作為指示劑，2 mol/L氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L硫酸溶液調(diào)色；實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后采用5.0 mL硫酸及6滴高氯酸消解樣品，以酚酞作指示劑，4 mol/L氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L硫酸溶液調(diào)色。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)儀器有UV-1601紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，可控式電爐等。

實(shí)驗(yàn)試劑：硫酸(優(yōu)級(jí)純)，高氯酸(優(yōu)級(jí)純)，磷標(biāo)準(zhǔn)使用液5 mg/L，超純水(避免Si對(duì)顯色的干擾[4])，1%酚酞指示劑，4 mol/L氫氧化鈉溶液，0.5 mol/L H2SO4溶液，鉬銻貯存液，鉬銻抗顯色劑(稱取1.50 g抗壞血酸溶于100 mL鉬銻貯存液中，臨用時(shí)現(xiàn)配)。標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品，編號(hào)為GSS—3、GSS—8。

風(fēng)干土樣過(guò)0.149 mm篩，四分法取樣。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 實(shí)驗(yàn)原理

在高溫條件下，土壤中的含磷礦物及有機(jī)磷化合物與硫酸和高氯酸作用，使之完全分解，全部轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽而進(jìn)入溶液。加入鉬銻抗顯色劑，磷酸鹽最終還原成藍(lán)色化合物磷鉬藍(lán)，藍(lán)色的深淺與磷酸鹽的含量呈正比，用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)700 nm處比色測(cè)定[5-6]。

1.2.2 顯色條件優(yōu)化

鉬銻抗比色法測(cè)磷顯色應(yīng)在酸性條件下進(jìn)行。原標(biāo)準(zhǔn)法中用二硝基酚作指示劑，其變色范圍是pH 2.4(無(wú)色)～pH 4.0(黃色)，本文優(yōu)化后采用酚酞作指示劑，在堿性條件下pH 8.0(無(wú)色)～pH 10.0(紅色)調(diào)色，在溶液由紅色變成無(wú)色后再多加1～2滴0.5 mol/L H2SO4溶液，溶液變成酸性即符合顯色條件。分別用pH計(jì)測(cè)定原標(biāo)準(zhǔn)法和優(yōu)化法調(diào)整酸度后各自的pH值(表1)。

表1 原標(biāo)準(zhǔn)法和優(yōu)化法測(cè)定pH值對(duì)比

由表1可以看出，調(diào)色后再多加1～2滴0.5 mol/L H2SO4溶液，溶液變成酸性，且pH值范圍在3.0～4.0之間，滿足顯色要求。并且在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，若繼續(xù)增加溶液酸性，反而不利于顯色的穩(wěn)定性，因此調(diào)色后再多加1～2滴0.5 mol/L H2SO4溶液更好。

1.2.3 樣品前處理

參考LY/T 1232-2015《森林土壤磷的測(cè)定》酸溶法中硫酸-高氯酸消解法，準(zhǔn)確稱取處理好的待測(cè)試樣1.000 g左右于100 mL消煮管中，加適量超純水濕潤(rùn)，再加5 mL濃H2SO4，6滴HClO4，搖勻，瓶口放一小漏斗，消煮管置于鐵架上，電爐加熱消化，消化至溶液顏色轉(zhuǎn)白并顯透明，再繼續(xù)煮沸20 min左右，冷卻后用超純水定容至100 mL；靜置澄清后取上層清液5～10 mL于50 mL比色管，加超純水至15～20 mL左右，加入1滴1%酚酞指示劑，用4 mol/L NaOH溶液調(diào)至紅色，再用0.5 mol/L H2SO4溶液調(diào)至無(wú)色，無(wú)色后再多加1～2滴0.5 mol/L H2SO4溶液；準(zhǔn)確加入5.0 mL鉬銻抗顯色劑，用超純水定容至刻度，搖勻；同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

分別吸取5 mg/L磷標(biāo)準(zhǔn)使用液0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00 mL于50 mL比色管中，加超純水至15～20 mL左右，顯色操作同1.2.2。即得到0.00、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60 μg/mL磷標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，在室溫高于20 ℃條件下靜置30 min后，在分光光度計(jì)700 nm處比色，以0.00 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液為參比溶液，由低到高測(cè)定其吸收值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

標(biāo)準(zhǔn)曲線圖：以下按上述步驟使用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行比色測(cè)定，得出優(yōu)化后的磷標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1。

圖1 優(yōu)化后的磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖1中對(duì)比可看出，原標(biāo)準(zhǔn)法得到的曲線相關(guān)系數(shù)只有0.995 1，而優(yōu)化后的磷標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)為0.999 7，說(shuō)明磷含量與吸光度之間有良好的線性關(guān)系，保證了分析的準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性，此方法是可行有效的。

1.2.5 樣品測(cè)定

待測(cè)液于室溫20 ℃以上靜置30 min后，在分光光度計(jì)700 nm處比色，以0.00 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液為參比溶液，同時(shí)測(cè)定空白溶液和待測(cè)液的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線獲得相應(yīng)磷的質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)土壤對(duì)照樣GSS-3和GSS-8經(jīng)過(guò)原標(biāo)準(zhǔn)法和優(yōu)化方法處理后的結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2，待測(cè)土壤試樣同標(biāo)準(zhǔn)樣品處理見(jiàn)表3。

表2 原標(biāo)準(zhǔn)法和優(yōu)化法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照樣結(jié)果對(duì)比

表3 原標(biāo)準(zhǔn)法和優(yōu)化法測(cè)定待測(cè)樣品結(jié)果對(duì)比

從兩種方法處理后得到的標(biāo)準(zhǔn)土壤對(duì)照樣測(cè)定結(jié)果來(lái)看(表2)，優(yōu)化法的測(cè)定平均值高于原標(biāo)準(zhǔn)方法的測(cè)定平均值，兩者都在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)且優(yōu)化法測(cè)定值更接近標(biāo)準(zhǔn)值。優(yōu)化法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較低，說(shuō)明優(yōu)化法的前處理消解及顯色更完全，且平行性良好。從兩種方法處理后得到的待測(cè)土壤樣品測(cè)定結(jié)果來(lái)看(表3)，同樣可得出優(yōu)化法優(yōu)于原標(biāo)法的上述推論。

2.2 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

優(yōu)化法對(duì)樣品處理加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。從加標(biāo)回收率結(jié)果來(lái)看(表4)，3個(gè)加標(biāo)濃度得到的回收率均在90%～110%之間，符合加標(biāo)回收的要求，說(shuō)明優(yōu)化法測(cè)定森林土壤中磷是可行有效的。

表4 優(yōu)化法加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

計(jì)算公式：回收率(%)=

2.3 樣品前處理產(chǎn)生的不確定度

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

優(yōu)化法對(duì)對(duì)照樣進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)(3個(gè)加標(biāo)濃度試樣各測(cè)定6次)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.02%。

3 結(jié)論

原方法中，以二硝基酚作為指示劑，2 mol/L氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L硫酸溶液調(diào)色，從黃色到剛呈淡黃色，顏色變化不明顯，由于肉眼判斷溶液淡黃色，每次試驗(yàn)判斷顏色深淺有所不同，因此標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測(cè)液的比色酸度很難保持一致，終點(diǎn)的判斷誤差極大。優(yōu)化后采用硫酸-高氯酸酸溶法(比例有所調(diào)整)消解，以酚酞作指示劑，4 mol/L氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L硫酸溶液調(diào)色，從紅色到無(wú)色，顏色更為清晰，操作更為簡(jiǎn)便。

通過(guò)兩種方法的比較，可以看出優(yōu)化法相對(duì)原標(biāo)法來(lái)說(shuō)，樣品分解更完全，顯色更清晰，終點(diǎn)易判斷，平行性更好，數(shù)據(jù)結(jié)果可靠準(zhǔn)確。