SmartChem140全自动化学分析仪测定土壤全氮全磷的研究

陈剑磊, 谢文霞, 崔育倩, 张 艳

(青岛大学化学科学与工程学院,山东青岛 266071)

SmartChem140全自动化学分析仪作为一个新型的检测仪器，可同时测定样品中TN、TP含量，但对全自动化学分析仪的研究多用在水质监测中[13 - 15]，而对土样中TN、TP的测定研究较少。本文基于SmartChem140全自动间断化学分析仪，以胶州湾湿地土壤为供试样品，建立了同时测定土壤TN、TP的方法，并与传统方法做了对比。该方法操作简便，土壤TN、TP的测定效率高，为今后在批量测定土壤TN、TP的研究中提供了依据。

1 实验方法

1.1 仪器与试剂

SmartChem140全自动间断化学分析仪(北京理加联合科技有限公司)；分析天平(奥豪斯仪器有限公司)；KDN-12C消化炉(浙江托普仪器有限公司)。

十二烷基硫酸钠溶液(针洗液，SDS，Sigma)，NH4Cl，H2SO4，H2O2，KH2PO4，酒石酸钾钠，水杨酸钠，二氯异氰尿酸钠，硝普钠，酒石酸锑钾，四水钼酸铵，抗坏血酸。除SDS溶液外，其余试剂均为分析纯。实验用水为蒸馏水。

1.2 样品采集与制备

本实验的样品为胶州湾湿地0～20 cm的土壤，随机选取9个样地取样9份。然后封袋带回实验室，挑出里面的石头、草根等杂物，平摊在室内阴凉通风处自然风干，然后研磨粉碎，全部过100目筛，经装袋、编号等过程制成土样备用。

1.3 土壤样品前处理

称取土壤样品0.3000～0.5000 g于100 mL消煮管中，加入5 mL H2SO4，摇匀，在消煮管上接上冷凝回流装置，置于消煮炉上小火加热，控制温度在280 ℃左右，5 min后将温度升高到370 ℃，保持5 min后取下，稍冷后滴加10滴H2O2，继续加热消煮12 min(以温度达到370 ℃记)后取下，稍冷后重复滴加H2O2，再消煮。之后每次添加的H2O2的量分别为8滴、6滴、4滴、2滴。消解完成后，冷却定容到500 mL的容量瓶中，同时消煮样品空白。取静置过夜上清液或经干燥无磷滤纸过滤所得溶液，使用全自动间断化学分析仪，分别在波长660 nm和880 nm处测定TN、TP。每个样品设3个重复，取其平均值。

1.4 统计分析与数据处理

对不同方法测定的TN、TP数据采用SPSS17.0软件进行分析；应用Microsoft Excel2013和Origin9.2进行数据处理及列表绘图。

2 结果与讨论

2.1 前处理条件选择

本研究选用H2SO4和H2O2消解土样，与传统方法中采用的HClO4和硒粉相比，具有消解充分、污染小等优点。尤其间歇加入H2O2不仅可以提高消解效率，还保持了土壤消解的稳定进行，使土样消解更充分，后续测定过程更准确，反应中多余的H2O2受热分解，对人体和环境影响均较小；实验过程中对温度的控制主要为低温预热、高温消解的方法。控制温度在370 ℃，保持12 min既可使土样消解充分，减少残留物含量，又可将多余H2O2去除，因此实验选择了H2SO4和H2O2作为土壤样品前处理的消解液，每添加H2O2后，控制温度在370 ℃，保持12 min。

2.2 TN、TP标准曲线的绘制

准确称量0.2293 g NH4Cl和0.4386 g KH2PO4，以1%H2SO4定容到1 L容量瓶中，配制成质量浓度为60 mg·L-1的TN标准溶液和100 mg·L-1的TP标准溶液，再将TN标准溶液逐级稀释为0、1.2、2.4、3.6、4.8、6.0 mg·L-1的系列标准工作溶液；将TN标准溶液逐级稀释为0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mg·L-1的系列标准工作溶液。通过SmartChem140分别在波长660 nm和880 nm处测定所得TN和TP标准工作溶液，以质量浓度(x)为横坐标，吸光度(y)为纵坐标绘制标准曲线。结果表明，TN浓度在0～6.0 mg·L-1范围内与吸光度呈现良好的线性关系，线性回归方程为：y=0.1307x+0.0027，相关系数R2=0.9994；TP浓度在0～5.0 mg·L-1范围内与吸光度呈现良好的线性关系，线性回归方程y=0.0958x+0.0146，相关系数R2=0.9995。

2.3 方法的回收率和精密度

以9个样品为本底，分别以NH4Cl为标准氮，以KH2PO4为标准磷，在相同实验条件下，按照1.3的方法进行加标回收实验，结果见表1、表2。实验结果表明，SmartChem140测定土壤TN的回收率在97.68%～102.12%之间，TP的回收率在97.35%～101.88%之间，说明用SmartChem140测定的土壤TN、TP的准确度高。

使用SmartChem140全自动化学分析仪对1号样品的TN、TP平行测定6次，结果见表3、表4。TN的相对标准偏差(RSD)为1.39%，TP的RSD为1.07%，说明该方法对土壤TN、TP测定的精密度较高。

表1 TN回收率实验结果

表2 TP回收率实验结果

表3 TN平行测定结果

表4 TP平行测定结果

2.4 不同方法测定TN、TP结果分析

分别采用凯氏定氮法测定土壤样品中的TN和磷钼蓝比色法测定土壤样品中的TP，与SmartChem140测定的数据进行对比，以确定该方法的可靠性。结果见表5、表6。由表5中可以看出，两种方法测定的TN含量极其接近，相对误差小于3%，采用SPSS对两组数据进行一元回归方程的线性拟合，相关系数R2=0.9994；由表6可见，两种方法测定的TP含量也很接近，相对误差小于4%，对两组数据进行一元回归方程的线性拟合后，相关系数R2=0.9958，说明SmartChem140对土壤TN、TP测定准确度高。

表5 Smartchem140与凯氏定氮法测定TN结果对比

表6 Smartchem140与磷钼蓝比色法测定TP结果对比

2.5 SmartChem140测定土壤TN、TP注意事项

消解后的样品应在24 h内完成测定，如不能及时上机测定，应放在冰箱中4 ℃保存；样品测定前，首先使SmartChem140仪预热20 min，另外要保证样品测定过程中电压稳定，若中途断电，测定准确度降低；测定同时要注意观察药品剩余，及时添加针洗液及药品，防止含量过低而中断测定。

3 结论

利用SmartChem140全自动化学分析仪可以同时测定土壤中的TN、TP，操作简单，简化了传统方法对土壤TN、TP单一测定的繁琐工序，大大提高了土壤样品的检测效率，并且该方法测定的TN、TP的RSD分别为1.39%和1.07%，回收率分别介于97.68%～102.12%和97.35%～101.88%。因此，利用该方法测定土壤TN、TP快速准确，稳定性好，受人为干扰影响小，回收率高，且适合土壤样品批量测定。