流動分析儀快速測定土壤全磷含量

李朝英，鄭 路，2*

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實驗中心，廣西 憑祥 532600；2.廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，廣西 憑祥 532600 ）

磷是植物生長所需的大量元素之一，土壤中磷對植物營養(yǎng)有重要作用。準確測定土壤磷含量對于了解土壤供磷容量，合理施肥，有著直接的指導(dǎo)意義［1-3］。土壤全磷消解方法主要有硫酸-高氯酸消解法和堿溶法等，傳統(tǒng)的標(biāo)準檢測方法為鉬銻抗比色法。鉬銻抗比色法的試劑加入及酸度調(diào)整等均由人工操作，測定結(jié)果易受人為因素影響而存在檢測誤差。檢測操作繁瑣費時，人員工作強度大，效率低，難以準確高效地完成批量樣品的檢測任務(wù)［4-6］。近年來，有研究結(jié)合磷鉬藍比色法原理，利用流動分析儀代替人工測定土壤全磷。流動分析儀由蠕動泵連續(xù)定量輸送試劑和待測樣，按一定順序注入管路中，并由均勻的氣泡隔開成一個個獨立的小片斷。顯色混合液經(jīng)比色檢測，檢測器將信號傳入電腦，通過軟件自動建立標(biāo)準曲線，處理數(shù)據(jù)，出具報告。流動分析儀因試劑和待測樣的加入量準確，顯色時間、溫度等顯色反應(yīng)條件控制一致，避免了人工檢測的操作誤差，提高了檢測精度。張英利等［7］提出了流動分析儀測定硫酸-高氯酸消解法土壤全磷的方法，吳玉萍等［8］提出了流動分析儀測定硝酸-高氯酸-氫氟酸消解法土壤全磷和全鉀的方法，其相對標(biāo)準偏差均小于3%，回收率均在97%～103%，準確性較高。同時，流動分析儀的高度自動化極大地提升了檢測效率，降低了人員工作強度，適用于大量樣品的檢測分析［9］。但是，由于流動分析儀測定全磷的方法是結(jié)合土壤消解法特點和磷鉬藍比色法要求，以及流動分析儀檢測技術(shù)而確定相應(yīng)的檢測條件，由此建立的測定方法具有一定的專一性。堿熔法與硫酸-高氯酸消解法的消解體系截然不同，消解液成分及酸度差異較大。流動分析儀測定硫酸-高氯酸消解法土壤全磷的方法不適用于堿熔法土壤全磷的測定。目前，利用流動分析儀測定堿熔法土壤全磷含量的報導(dǎo)甚少，流動分析儀代替人工測定堿熔法土壤全磷的可行性不明確。

研究表明，硫酸-高氯酸消解法對酸性土壤消解不充分。堿熔法是土壤全磷消解的標(biāo)準方法之一，對各類土壤均能消解充分，可聯(lián)合檢測全磷和全鉀，且避免使用具有強氧化性及易爆特性的高氯酸，有利于安全、準確、高效地檢測［9-11］，但堿熔法測定土壤全磷的應(yīng)用優(yōu)勢少有關(guān)注。因此，利用流動分析儀測定堿熔法土壤全磷含量的方法討論不僅是土壤全磷測定方法的完善與補充，而且對充分開發(fā)流動分析儀的檢測功能和利用堿熔法的優(yōu)勢，滿足多種檢測需求有著重要意義。鑒此，本實驗利用流動分析儀測定堿熔法土壤全磷含量，并與傳統(tǒng)的鉬銻抗比色法相比，探討流動分析儀測定堿熔法土壤全磷含量的可行性，以期為準確高效地檢測批量土壤全磷提供參考與指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 儀器

電子分析天平（萬分之一）；AA3 流動分析儀（配置MT7 模塊，AACE 操作軟件）；UV756 紫外分光光度計；烘箱；馬弗爐；高溫電爐。

1.2 樣品

2018 年8 月采集于廣西友誼關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站設(shè)置在青山實驗場人工林10 個樣地。樣地處于中國林科院熱帶林業(yè)實驗中心青山實驗場（21°57′～22.19°N，106°39 ～106°59′E）。屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，日照充足，降水充沛。年均溫度20.5 ～21.7℃，年 降 水 量1 200～1 500 mm，主要地貌類型以低山丘陵為主，地帶性土壤為赤紅壤。每個樣點剖面層次為0 ～20 cm。10 個土樣風(fēng)干后碾壓過1.68 mm 篩，以四分法取得對角土樣，再碾壓處理過0.3 mm 篩，密封于聚丙烯袋中，編號樣1 ～10。國家標(biāo)準土樣［GBW（E）0070043（0.86 g/kg±0.07 g/kg）］編號為 S1。

1.3 實驗方法

1.3.1 土壤樣品消解

稱取土壤樣品及標(biāo)準土樣0.2 g 鋪于鎳坩堝底部，加2 ～3 滴無水乙醇潤濕土樣，加固體氫氧化鈉2 g 平鋪在土樣表面。坩堝放于高溫電爐加熱，氫氧化鈉熔融后，將坩堝加蓋放于馬弗爐中加熱，400℃保持20 min，繼續(xù)加熱到720℃保持45 min。待降溫后取出坩堝，加入約10 mL 水，在電爐上低溫加熱，溶解坩堝內(nèi)的熔塊，用8 mL 的 4.5 mol/L硫酸將坩堝內(nèi)及蓋子清洗干凈，再用熱水沖洗坩堝，沖洗物皆順漏斗進入容量瓶內(nèi)，再加5 滴1∶1濃鹽酸，冷卻后，用水定容至50 mL?？瞻撞患油寥?，同上操作。

1.3.2 方法回收率實驗

土壤樣1、7 為一組，兩個土壤樣各稱0.2 g，共稱6 組。3 組土壤各加入0.1%的磷酸二氫鉀0.5 mL，3 組土壤各加入1%的磷酸二氫鉀0.25 mL，6 組土壤低溫烘干后，加2 ～3 滴無水乙醇潤濕土樣品，加入氫氧化鈉2 g，后續(xù)加熱消解同1.3.1 操作。消解液經(jīng)檢測后，回收率計算公式：全磷回收率=（加標(biāo)后磷濃度-樣品磷濃度）/加標(biāo)磷濃度×100%

1.3.3 流動分析儀法

1.3.3.1 試劑 進樣清洗液（硫酸5.3 mL，58.5 g氯化鈉，溶解定容至1 000 mL），0.3 mol/L 氫氧化鈉（12 g 氫氧化鈉溶于1 000 mL 水中），系統(tǒng)清洗液（0.5 g 十二烷基硫酸鈉加入250 mL 去離子水中），鉬酸銨溶液（1.0 g 鉬酸銨、0.05 g 酒石酸銻鉀及9.5 mL 硫酸，定容100 mL），抗壞血酸溶液（1.5 g 抗壞血酸溶于100 mL 水中），所用試劑均為分析純級別。

1.3.3.2 儀器條件 流速60 個/h，進樣：清洗液=3∶1，進樣時間48 s，清洗時間24 s，儀器默認設(shè)置基線和漂移校正，自動基線參比為5%，比色濾光片波長為660 nm。土壤全磷含量小于5 mg/L，選擇低濃度吸樣管進樣。

1.3.3.3 流動分析儀-MT7 模塊管路 由圖1 可見10 個管路所對應(yīng)的試劑溶液依次為進樣清洗液、空氣、0.3 mol/L 氫氧化鈉、水、空氣、0.3 mol/L 氫氧化鈉、消解液進樣、鉬酸銨溶液、抗壞血酸溶液、水。

1.3.3.4 標(biāo)準曲線建立 抽取100 mg/L 磷標(biāo)準液0、0.10、0.25、0.50、0.75、1.00、1.25 mL， 由1.3.1中的消解空白液定容至25 mL，配制得磷濃度為0、0.40、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mg/L 的標(biāo)準系列溶液，在上述條件下檢測，建立全磷的標(biāo)準曲線：y=1.001x-0.007（R2=0.999 8）。

1.3.4 鉬銻抗比色法

1.3.4.1 試劑 鉬銻抗顯色劑（153 mL 硫酸倒入水中，攪拌冷卻，倒入溶有10 g 鉬酸銨的水溶液中，將硫酸溶液倒入，加入5 g/L 酒石酸銻鉀100 mL，水定容1 L 后即得鉬銻抗貯存液。檢測前取100 mL 鉬銻抗貯存液加入1.5 g 抗壞血酸，攪拌溶解即得顯色劑），2，4 一二硝基酚，0.5 mol/L 硫酸，2 mol/L 氫氧化鈉。以上試劑均為分析純級別。

1.3.4.2 標(biāo)準曲線建立 抽取10 mg/L 磷標(biāo)準液0、0.25、0.50、1.00、2.00、3.00 mL，加入5 mL 空白，配制磷濃度為0、0.10、0.20、0.40、0.80、1.20 mg/L的標(biāo)準系列溶液。加入1 滴2，4 一二硝基酚，逐滴加入2 mol/L 氫氧化鈉至溶液變?yōu)榈S色，再逐滴加0.5 mol/L 硫酸至溶液變?yōu)闊o色，再加入一滴2 mol/L 氫氧化鈉，溶液變?yōu)榈S色。加入2.5 mL顯色劑，定容25 mL，搖勻，靜置40 min，于紫外分光光度計波長700 nm 處檢測，建立全磷的標(biāo)準曲線：y=1.801x-0.003 2（R2=0.999 8）。

1.3.4.3 抽取1.3.1、1.3.2 中適量土壤消解液，按

1.3.4.2 調(diào)整酸堿度，加顯色劑，定容及檢測。

圖1 AA3 流動分析儀-MT7 模塊管路圖

1.4 數(shù)據(jù)分析

本實驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、繪圖，進行t檢驗-成對雙樣本均值分析，利用直線方程進行回歸分析，檢驗相關(guān)系數(shù)的顯著性。流動分析儀重復(fù)性實驗中，選擇3 個土壤，對其全磷分別重復(fù)測定5 次。測量值Xi 的算術(shù)平均值為樣品全磷的估計值，標(biāo)準偏差用貝塞爾公式計算，即：

2 結(jié)果與分析

2.1 流動分析儀與鉬銻抗比色法的比較

由圖2 可見，流動分析儀與鉬銻抗比色法測定11 個土壤樣品，每個土壤樣品的同一消解液均測定3 次，全磷含量分別在0.190 ～0.885、0.197 ～0.838 g/kg， 流動分析儀與鉬銻抗比色法測定的全磷含量平均值分別為0.414 2、0.408 6 g/kg。

由表1 可見，兩種方法的測定結(jié)果經(jīng)t檢驗，雙尾P（T ≤t）=0.525 4，無顯著性差異。流動分析儀與鉬銻抗比色法測定的全磷含量進行相關(guān)性分析，兩種方法呈極顯著性的線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=0.990 0。由圖3 可見，兩種方法測定結(jié)果的回歸直線方程y（流動分析儀-P）=1.060 6x（鉬銻抗比色法-P）-0.019 1。

圖2 流動分析儀法與鉬銻抗比色法測定土壤全磷含量的比較

表1 流動分析儀和鉬銻抗比色法測定土壤全磷含量的t 檢驗（成對雙樣本均值分析）

圖3 流動分析儀和鉬銻抗比色法測定土壤全磷含量的相關(guān)分析

2.2 流動分析儀測定結(jié)果的準確性與精密度分析

采用標(biāo)準加入法進行方法回收率檢驗。2 組加標(biāo)的土壤樣品經(jīng)堿熔法消解后，每組采用流動分析儀測定3 次。由表2 可見，流動分析儀測定全磷含量的回收率在98.09%～102.89%。

在相同檢測條件下，使用流動分析儀對3 個土壤的全磷，分別重復(fù)測定5 次，測定結(jié)果相對標(biāo)準偏差在1.20%～2.07%（表3）。

表2 流動分析儀測定土壤全磷的加標(biāo)回收率結(jié)果

表3 流動分析儀法測定土壤全磷含量重復(fù)性試驗

3 討論

流動分析儀測定堿熔法土壤全磷含量是利用磷鉬藍原理，消解液中的磷酸鹽和鉬酸銨在一定酸性條件形成藍色的磷鉬雜多酸，其Mo6+被還原劑抗壞血酸還原為Mo5+，生成鉬藍物質(zhì)。本實驗中鉬銻抗比色法的顯色混合液的pH=0.94，流動分析儀的顯色混合液的pH=0.95，兩種方法的H+濃度均為0.11 mol/L。兩種方法顯色酸度一致，與磷鉬藍的適宜顯色酸度一致［12-14］。

流動分析儀測定堿熔法土壤全磷含量所用試劑較少，0.3 mol/L 氫氧化鈉管速為0.8 mL/min，鉬酸銨溶液和抗壞血酸溶液的管速均為0.23 mL/min。測定100 個樣品，0.3 mol/L 氫氧化鈉用量不超過200 mL，鉬酸銨溶液和抗壞血酸溶液用量均小于50 mL。鉬銻抗比色法按抽取5 mL 待測液，定容25 mL 計，每個樣品加入2 mol/L 氫氧化鈉量約2.5 mL，鉬酸銨和抗壞血酸的混合溶液量為2.5 mL。檢測100 個樣品，2 mol/L 氫氧化鈉用量約250 mL，鉬酸銨和抗壞血酸混合溶液用量約為250 mL。流動分析儀測定堿熔法土壤全磷含量的試劑用量明顯小于鉬銻抗比色法的。使用流動分析儀測定100 個土壤全磷含量的用時為4 h，人員只負責(zé)試劑配置，儀器參數(shù)設(shè)置工作；使用鉬銻抗比色法測定100 個土壤全磷含量的檢測用時達8 h 以上，人員工作包括試劑配制，抽取待測液，酸堿調(diào)整及定容，比色檢測等一系列繁雜內(nèi)容，人員工作強度較大。流動分析儀的檢測效率是鉬銻抗比色法的2 倍以上，節(jié)省人工，節(jié)約試劑，且避免了人工操作引起的人為誤差，檢測準確、高效、經(jīng)濟。

4 結(jié)論

流動分析儀測定堿熔法土壤全磷含量的回收率在98.09% ～102.89%，相對標(biāo)準偏差在1.20%～2.07%。方法精密度及準確性良好。與鉬銻抗比色法所測結(jié)果無顯著性差異。流動分析儀與鉬銻抗比色法所測結(jié)果的的回歸直線方程y（流動分析儀-P）=1.060 6x（鉬銻抗比色法-P）-0.019 1，R=0.990 0。流動分析儀測定堿熔法土壤全磷所用試劑量少，檢測效率高，適用于批量土壤全磷的檢測分析。