土壤中有效磷快速测定方法的研究

2015-12-01张雪梅汪徐春许晨晨密永娟

安徽科技学院学报 2015年5期

张雪梅，汪徐春，许晨晨，李飞，密永娟

(安徽科技学院化学与材料工程学院，安徽凤阳 233100）

土壤有效磷含量是决定继续施用磷肥有无效用以及效用大小的主要因素，在农业生产中一般采用土壤有效磷的指标来指导施用磷肥[1－5]。浸提剂浸提土壤后通常用磷钼蓝光度法进行磷含量的测定，其作用机理为磷酸根与钼酸铵作用生成磷钼杂多酸，加入还原剂将其还原成磷钼杂多蓝后可用分光光度法测定其含量[6－9]。磷钼蓝法常用的还原剂有氯化亚锡、亚硫酸氢钠、1，2，4－胺基萘酚磺酸、硫酸联氨、抗坏血酸等[10]。土壤有效磷的速测方法多用氯化亚锡作还原剂，氯化亚锡的灵敏度高，显色快，但颜色不稳定。抗坏血酸是近年被广泛应用的另一种还原剂，它的主要优点是生成的颜色稳定，干扰离子的影响较小，适用范围较广，但显色慢，需要加温。如果溶液中有一定的三价锑存在时，则可以大大加快抗坏血酸的还原反应，在室温下也能显色，即钼锑抗法[2，7，11－12]。何好启等人对试纸法快速测定锅炉水中磷酸盐含量进行研究提出了试纸法测定磷含量[9]，本试验期望将试纸法应用于土壤中有效磷的测定，并利用钼蓝显色反应和光电转换原理，组装小型的便于田间携带和操作的磷酸根测定仪以期能够快速、简便测定土壤中有效磷含量。

1 材料与方法

1.1 供试材料

土样1(采于安徽科技学院男生六栋宿舍楼前的草地，pH为8.2)，土样2(采于安徽科技学院后山的农田，pH为8.1)，浓H2SO4，碳酸氢钠，氢氧化钠，钼酸铵，酒石酸锑钾，抗坏血酸，磷酸二氢钾，酒石酸钠等常规试剂均为分析纯，购至国药化学试剂公司。

1.2 实验方法

1.2.1 浸提剂的选取及土壤中有效磷的浸提准确称取两种土样2.5 g左右于250 mL锥形瓶中，由于本试验土样呈弱碱性，加入50 mL 0.5 mol/L NaHCO3提取剂，盖严后于往复震荡机上振荡，振荡30 min后过滤入锥形瓶中[6]。

1.2.2 钼锑抗试纸法测定土壤中有效磷含量分别移取2μg/mL的磷标准溶液1，2.5，4 mL入10 mL容量瓶中，加入一定量的混合显色剂后定容，用玻璃棒分别蘸取显色后的少量溶液点于定量滤纸上。比较三种浓度的磷溶液显色结果，从而确定混合显色剂中钼酸铵、酒石酸钠、抗坏血酸和硫酸最佳加入量。

1.3 组装磷酸根测定仪测定土壤中有效磷

将旧的722S可见分光光度计拆开，红色激光笔(λ650±10 nm)代替旧仪器的光源和单色器部分，测定土壤中有效磷含量，这既可以降低价格，又便于田间携带和操作。

2 结果与分析

2.1 混合显色剂中钼酸铵浓度对显色结果的影响

磷标准溶液中依次加入酒石酸锑钾、硫酸、酒石酸钠、钼酸铵、抗坏血酸，钼酸铵浓度分别为4 mg/mL、5 mg/mL和6 mg/mL时磷溶液的显色结果见表1。

表1 钼酸铵浓度对显色结果的影响Table 1 The effect of concentration of Ammonium molybdate on the result of color

从表1可以看出，显色结果与混合显色剂中钼酸铵的浓度有较大的关系，钼酸铵的浓度越大，显色越深。混合显色剂中钼酸铵浓度为5 mg/mL时，显色结果最易分辨。

2.2 混合显色剂中酒石酸钠浓度对显色结果的影响

同2.1相似，保持其他条件不变，改变酒石酸钠浓度，当其浓度分别为2 mg/mL、3 mg/mL、4 mg/mL和5 mg/mL时磷溶液的显色结果见表2。

表2 酒石酸钠浓度对显色结果的影响Table 2 The effect of concentration of Tartaric acid sodium on the result of color

由表2可以看出，显色结果与混合显色剂中酒石酸钠的浓度之间存在一定关系。酒石酸钠的浓度越大，显色越浅。当混合显色剂中酒石酸钠的浓度为3 mg/mL时，显色结果最易分辨。

2.3 混合显色剂中抗坏血酸浓度的确定

同2.1相似，保持其他条件不变，改变抗坏血酸浓度，当其浓度分别为2 mg/mL、2.5 mg/mL、3 mg/mL及4 mg/mL的磷溶液的显色结果见表3。

表3 抗坏血酸浓度对显色结果的影响Table 3 The effect of concentration of Ascorbic acid on the result of color

结果显示:混合显色剂中抗坏血酸的浓度从1 mg/mL变化到2.5 mg/mL，显色结果一致。说明在一定范围内显色结果与混合显色剂中抗坏血酸的浓度没有关系。由于抗坏血酸是显色过程的还原剂，而且可以与多种离子配合以消除杂质离子对测定结果的干扰。所以本试验中加入稍过量的抗坏血酸，可选取混合显色剂中抗坏血酸的浓度为2 mg/mL。

2.4 试纸介质的确定

根据上述试验结果，配制混合显色剂，将其用于三种浓度的磷溶液的显色试验，试验中分别采用中速定性滤纸、中速定量滤纸、快速定量滤纸，显色结果如图所示。

结果分析:以三种滤纸作为介质显色的结果都能将三种浓度的磷溶液分辨开来，定性滤纸结果扩散较大，颜色集中在点的外围圈上，快速定量滤纸与中速定量滤纸的显色结果很相近，中速定量滤纸的显色结果较均匀，最后选取中速定量滤纸作为显色介质。

2.5 最佳显色温度的确定

将三种浓度的磷溶液分别在50℃、60℃、70℃显色10分钟。显色结果如下:

表4 温度对显色结果的影响Table 4 The effect of temperature on the result of color

结果分析:由不同温度下的显色结果可知，温度稍高有利于显色。但温度为70℃时颜色较深，不利于观察分辨，故试验显色的最佳温度为60℃。

2.6 标准比色卡的制备

以磷浓度为 0.1 μg/mL、0.2μg/mL、0.3μg/mL、0.5μg/mL、0.8μg/mL、1.2μg/mL 的标准溶液与混合显色剂的显色结果作为标准制作标准比色卡。结果如图:

2.7 样品酸度校正

在四个10 mL的容量瓶中分别加入浸提剂5.5mL，分别加入以浸提剂为溶剂配制的1μg/mL磷标准溶液2.00mL，分别加入2滴、3滴、4滴、5滴浓硫酸，最后加入混合显色剂定容，在60℃的水浴中显色10分钟。然后用玻璃棒蘸取少量溶液点于中速定量滤纸上。

硫酸加入量为3滴时，显色结果与标准比色卡上0.2μg/mL的相同，硫酸加入量为2滴时颜色较3滴时深，硫酸加入量为4滴和5滴时较3滴时浅。最后确定样品调节酸度时的硫酸加入量为3滴。

2.8 钼锑抗试纸法测定提取液中磷含量

分别取土壤样品1的提取液7.50 mL加入两个10 mL容量瓶中，分别加入3滴硫酸，最后加入混合显色剂定容，在60℃水浴中显色10分钟。然后，用玻璃棒蘸取少量溶液点于中速定量滤纸上，将显色结果与标准比色卡比较，即得样品中磷的含量。

2.9 组装磷酸根测定仪测定土壤中有效磷含量

2.9.1 仪器的组装将旧的722S型可见分光光度计拆开，观察仪器光源、单色器、吸收池、检测器、信号输出装置的位置，掌握各部件的相互关系和作用原理。拆除旧的722S型可见分光光度计的单色器和光源部分，用铝片和胶带将市售红色激光笔固定好，然后用胶带将双层白色薄膜固定，使光源发出的激光通过双层膜打在检测器上，以减弱其发光强度;这既保证其准确度，又降低价格和便于田间携带操作。

结果分析:用组装的仪器进行测试时，若输出的信号不稳定，很可能与光源的位置和光强有关。试验发现信号输出稳定的前提是:在绝对暗室中，光源发出的激光光线要正好打在检测器中心上且光的强度适当。

2.9.2 组装仪器的调试土壤中有效磷含量丰缺指标(单位mg/kg)一般为:小于10为低含量，10～15为中含量，大于15为高含量。

用测定磷标准曲线的实验方法，在组装好的磷酸根测定仪上测定磷标准曲线，标准系列溶液中磷的浓度依次为 0，0.5，0.75，1.0μg/mL。测得的结果见表 5。

表5 磷标准溶液吸光度Table 5 The absorbency of phosphorus standard solution

结果分析:在组装好的磷酸根测定仪上测得的标准曲线线性关系很好，R2=0.9995，所以可用该方法快速定量测定浸提液中磷浓度，进而求得土壤中有效磷含量。

以溶剂空白作参比，将样品显色后测得的吸光度与标准溶液的吸光度作比较，即可求得样品中磷所处的浓度范围。若样品浸提液显色后的吸光度小于0.094，则样品的浓度小于0.5μg/mL，土样中有效磷含量小于10 mg/kg，为低含量;同理若样品浸提液显色后的吸光度大于0.154，土样中有效磷含量高于15 mg/kg，为高含量;若在0.094与0.154之间，土样中有效磷含量为中含量。

2.9.3 组装磷酸根测定仪测定样品中有效磷含量两种土样浸提、显色后，用磷酸根测定仪测定显色后溶液吸光度。将试验结果与钼锑抗分光光度法测定结果对照:样一相对相差为W=|5.5－5.4|÷5.4×100%=2%;样二相对相差为:W=|4.1－4.1|÷4.1×100%=0%。结果分析:两种方法的相关性很高，即用磷酸根测定仪可以得到准确的测定结果。