土壤中水解性氮測定方法改進(jìn)

譚 飛，馮麗瓊，金曉峰

(云南省有色地質(zhì)局地球物理化學(xué)勘查院測試中心，云南昆明 650000)

生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查是一項基礎(chǔ)性、公益性的地質(zhì)調(diào)查工作，調(diào)查任務(wù)是全方位的，只測定元素總量不能滿足要求，還要分析元素的各種賦存形式，即形態(tài)分析，才能可靠評價痕量元素對環(huán)境和生態(tài)體系的影響[1]。土壤水解性氮便是形態(tài)分析中的一項，包括銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和部分有機物中易水解的氨基酸氮、酰胺以及易水解蛋白質(zhì)氮[2]。其含量能夠表明土壤供氮水平，是土壤化驗分析中最關(guān)鍵的一項，同時精確分析水解性氮含量能更好的為測土配方施肥工作提供可靠的有效數(shù)據(jù)[3]，為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供有力保障。

本文選用PE材質(zhì)制成，標(biāo)注耐熱性強的自粘性保鮮膜進(jìn)行試驗。市面售賣的保鮮膜有PE(聚乙烯)膜、PVDC(聚偏二氯乙烯)膜、PVC(聚氯乙烯)膜，其中PE膜和PVDC膜無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，PVDC膜耐熱溫度最高(140℃)，但價格高，PVC膜安全性較差，二者均不做選擇[4]。PE膜耐熱溫度為110℃，密封性較好，抗拉強度和斷裂伸長受溫度影響較小[5]，滿足實驗中拉平包裹擴散皿外室并與邊沿緊密貼合的條件，從經(jīng)濟實惠與保鮮膜性能兩方面綜合考慮，PE保鮮膜最合適。

1 試劑配制、標(biāo)定及儀器

1.1 試 劑

(1)0.1mol/L/1.8mol/L和1.2mol/L氫氧化鈉溶液分別稱取4g/72g/48g氫氧化鈉溶于水，定容于1L。

(2)稱取磨細(xì)并通過0.25mm篩孔的硫酸亞鐵50.0g及10.0g鋅粉混勻，貯存于棕色瓶中。

(3)0.01mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液吸取8.4mL濃鹽酸用水定容至1L，該鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度約0.1mol/L，量取100mL0.1mol/L上述鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，用水定容至1L。

(4)0.1mol/L硼砂標(biāo)準(zhǔn)溶液

準(zhǔn)確稱取9.534g硼砂溶于水，移入500mL容量瓶中，用水定容至刻度，搖勻，該溶液為0.1mol/L硼砂溶液。將0.1mol/L硼砂溶液準(zhǔn)確稀釋5倍，此溶液為0.02mol/L。

(5)甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑

稱取0.50g溴甲酚綠及0.1g甲基紅于瑪瑙研缽中研細(xì)，用少量95%乙醇研磨至全部溶解，用95%乙醇定容于100mL，該指示劑貯存期不超過2個月。

(6)硼酸-指示劑溶液

稱取10.0g硼酸溶于1L水中。使用前每升硼酸溶液中加5mL甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑，并用0.1mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)至紅紫色(pH值約4.5)。此溶液放置時間不宜超過一周，如使用過程中pH值有變化，需隨時用稀酸或稀堿調(diào)節(jié)。

1.2 0.01mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定

吸取10.0mL 0.02mol/L硼砂溶液于100mL錐形瓶中，加入1滴甲基紅-溴甲酚綠混合指示劑，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由藍(lán)色變?yōu)樽霞t色為終點。同時做空白試驗。

1.3 儀 器

儀器名稱規(guī)格型號性能狀況(計量/校準(zhǔn)狀態(tài)、量程、靈敏度等)數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱101A-2ES儀器校準(zhǔn)、檢定合格且在有效期內(nèi)

2 實驗方法

(1)稱取過2mm篩的風(fēng)干土樣1.00g～2.00g(精確至0.01g))均勻地平鋪于擴散皿外室，在土壤外室內(nèi)加1g鋅-硫酸亞鐵還原劑平鋪土壤上(若為潛育土壤不需加還原劑)。同樣做試劑空白作參比。

(2)加3.0mL20g/L硼酸-指示劑溶液于擴散皿內(nèi)室。保鮮膜覆蓋在擴散皿上，毛玻璃壓住保鮮膜，露出一條狹縫，在此缺口加入10.0mL1.8mol/L氫氧化鈉于擴散皿的外室，立即用保鮮膜密封，需與擴散皿邊沿緊密貼合保證不漏氣。水平地輕輕轉(zhuǎn)動擴散皿，使外室溶液與土樣充分混合。放在恒溫箱中，于40℃保溫24h，在此期間應(yīng)間歇地水平輕輕轉(zhuǎn)到3次。

(3)用0.01mol/L鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定內(nèi)室硼酸中吸收的氨量，顏色由藍(lán)變紫紅，即達(dá)終點。滴定時應(yīng)用細(xì)玻璃棒攪動內(nèi)室溶液，不宜搖動擴散皿，以免溢出，接近終點時可用玻璃棒少沾滴定管尖端的標(biāo)準(zhǔn)酸溶液，以防滴過終點。在樣品測定同時進(jìn)行試劑空白和標(biāo)準(zhǔn)土樣的測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 結(jié)果計算

式中：

WN-水解性氮含量，單位為毫克每千克(mg/kg)；

V-滴定樣品所用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，單位為毫升(mL)；

V0-滴定空白所用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，單位為毫升(mL)；

c-鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，單位為摩爾每升(mol/L)；

m-風(fēng)干土樣質(zhì)量，單位為克(g)

k-由風(fēng)干土樣換算成烘干土樣的水分換算系數(shù)；

14-氮原子的摩爾質(zhì)量，單位為毫克每毫摩爾(mg/mol)。

3.2 準(zhǔn)確度

對標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW07493、GBW07496平行測定12次，由表1結(jié)果可見，兩個實測標(biāo)樣與推薦值絕對差均在不確定度范圍內(nèi)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%的常規(guī)要求。

表1 方法的準(zhǔn)確度

3.3 精密度

對樣品RT21-1854、RT21-1868平行測定12次，由表2結(jié)果可見，兩個樣品試驗結(jié)果的最大值與最小值絕對差值均在測定值200mg/Kg～50mg/Kg對應(yīng)允許偏差(絕對偏差)10mg/Kg～2.5mg/Kg范圍內(nèi)。

表2 方法的精密度

3.4 擴散時間對試驗結(jié)果的影響

對樣品RT21-1854、RT21-1868進(jìn)行相同溫度(40℃)不同擴散時間多次平行試驗由表3可看出，RT21-1854含量相對較低，在擴散時間為12h時所測結(jié)果絕對差已在允許偏差范圍內(nèi)，但RT21-1868已超出允許偏差范圍。兩個試驗樣品測試結(jié)果絕對差值隨擴散時間延長，絕對差值在減小，擴散時間18h、24h時絕對差值均小于允許偏差下限2.5mg/Kg。擴散時間18h時樣品中水解性氮已堿解完全，擴散時間增長到24h對測試結(jié)果并無影響。LY/T1228-2015[6]森林土壤氮的測定中水解性氮的測定中擴散溫度為40℃，擴散時間24h僅是水解性氮作為相對同一的指標(biāo)[7]。當(dāng)樣品含量較高時僅擴散24h有可能結(jié)果偏低，需測定兩個不同擴散時間的結(jié)果，若平行性較差，超出允許偏差范圍，需延長擴散時間再測，保證兩次分析結(jié)果在允許偏差范圍內(nèi)，此時的分析結(jié)果較接近其真實的水解性氮含量。

表3 相同擴散溫度不同擴散時間結(jié)果比對

3.5 擴散溫度對試驗結(jié)果的影響

對樣品RT21-1854、RT21-1868進(jìn)行相同時間(24h)不同擴散溫度多次平行試驗，表4中擴散溫度38℃和42℃對應(yīng)分析結(jié)果與40℃所測得結(jié)果都很接近，45℃時分析結(jié)果均已超出允許偏差范圍，35℃時含量較低樣品影響不大，含量較高樣品就會出現(xiàn)堿解不完全，分析結(jié)果偏低，延長擴散時間也可以達(dá)到堿解完成，但是會造成分析效率低下，故不采用該擴散溫度進(jìn)行樣品分析。

表4 相同擴散時間不同擴散溫度結(jié)果比對

4 誤差控制

土樣與還原劑混合均勻(用玻棒攪勻)，并均勻平鋪在擴散皿外室，檢查有無樣品和還原劑混勻平鋪過程中落入內(nèi)室。如果沒混勻或是在擴散皿中分布不均勻會造成堿解不完全，測試結(jié)果偏低，內(nèi)室被樣品落入污染結(jié)果會偏高。采用涂堿性膠密封過程中涂堿性膠液及加氫氧化鈉均有可能造成誤差。堿性膠液涂少易漏氣造成分析結(jié)果偏低，涂多了會有大量堿性膠附著在毛玻片上，恒溫堿解過程中溶入形成的水汽中滴落入內(nèi)室造成結(jié)果偏高。采用PE保鮮膜密封只需注意加氫氧化鈉不要觸碰到保鮮膜及擴散皿外沿。水平轉(zhuǎn)動時幅度盡量小，避免外室溶液及樣品沾到保鮮膜或毛玻片上隨著水汽滴入內(nèi)室造成結(jié)果偏高。采用5mL微量滴定管，減小讀數(shù)誤差，滴定時滴定管內(nèi)不能有氣泡，用玻棒攪動內(nèi)室溶液，切勿搖動擴散皿導(dǎo)致溶液溢出，造成實驗失敗。接近終點時可用玻棒沾下滴定管尖的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。空白與樣品測定同時進(jìn)行。硼酸溶液放置時間不宜超過一周，若pH值發(fā)生變化，需隨時用稀酸或稀堿調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

采用本方法對兩個國家級標(biāo)準(zhǔn)樣品分別平行測定12份，平均值與推薦值絕對差均在不確定度范圍內(nèi)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%的常規(guī)要求。兩個試驗樣品結(jié)果的最大值與最小值絕對差值均在方法規(guī)定允許偏差范圍內(nèi)。對同一擴散溫度不同擴散時間試驗，含量較低樣品完全堿解需要時間相對較短，堿解完全后擴散時間增長對其并無影響。當(dāng)樣品含量較高時需測定兩個不同擴散時間的結(jié)果，保證兩次分析結(jié)果在允許偏差范圍內(nèi)。同一擴散時間不同擴散溫度時溫度在40±2℃時結(jié)果相對較穩(wěn)定。該方法操作簡便，大批土樣的分析速度快，有效避免涂堿性膠液引入的誤差，結(jié)果的再現(xiàn)性較好。