微波消解ICP-AES法测定沼肥中的磷和钾

沈　月，蔡　玮，傅恩诚，陈思力，陆若辉

(浙江省农业技术推广中心，浙江 杭州　310020)

沼液和沼渣总称为沼肥，是农作物秸秆、畜禽粪便或其他农副产品的下脚料通过厌氧发酵产生沼气的副产物[1]。沼肥既可以解决农业废弃物对环境的污染，是养殖粪污治理和资源化的重要方式，又可缓解农村能源紧张。而且沼肥中保留了90%作物营养[2]，作为一种生产资料，可部分代替化肥和农药[3]，目前已在农业生产上得到广泛的应用。但因投料的种类、比例和加水量的不同，养分含量会有较大差异[4]，如猪粪为原料的沼肥，全磷含量比其他原料的沼肥要高出较多。因此，在用肥时清楚这些差别才能更有利于发挥沼肥的肥效。

目前，沼肥中养分磷和钾的检测是采用有机肥标准NY 525—2012[5]。前处理使用浓硫酸-过氧化氢在电炉上消解，通常需要8～10 h，还要放置过夜，耗时长，试剂消耗量大，消解好的溶液还要通过分光光度法测磷和火焰光度计法测钾。总之，该方法成熟，稳定性好但繁琐不易操作，且测定周期长，精密度差，检出限高[6]。因此我们结合沼肥不同于一般意义上的有机肥料的特点，选择引入微波消解仪和电感耦合等离子发射光谱仪用于检测沼肥养分中的磷和钾，找到又好又快的方法，为农业生产服务。

1　材料与方法

1.1　仪器与设备

THERMO ICAP6000型电感耦合等离子发射光谱仪；MARS型微波消解仪，带聚四氟乙烯消解罐。BHW-09C恒温加热器。

1.2　试剂及配制

磷酸二氢钾为基准试剂，浓硝酸为优级纯。

磷酸二氢钾标准溶液(1 000 mg·L-1)。称取1.000 0 g已于(105 ±2)℃烘箱中干燥3 h的磷酸二氢钾基准物质于400 mL烧杯中，加水溶解后转入1 000 mL的容量瓶中，定容、摇匀，得到1 000 mg·L-1磷酸二氢钾标准溶液，其中磷含量(以P2O5计)为521.5 mg·L-1，钾含量(以K2O计)为346.1 mg·L-1。

1.3　仪器条件

RF发生器，射频功率1 150 W，辅助气流量0.5 L·min-1，观察高度12 mm，分析泵速50 r·min-1。分析线分别为钾766.4 nm和磷213.6 nm。

1.4　样品处理

沼渣。准确称取0.2～0.5 g(精确至0.1 mg)试样于干燥的微波消解罐中，加少量水润湿加入8 mL浓硝酸，置于120 ℃恒温加热器(赶酸器)上预消解15 min[7]，取出，稍冷后置于微波消解仪中消解。消解程序分为两步：第1步在10 min内升温至120 ℃，持续3 min；第2步在20 min内升温至175 ℃，持续20 min；微波压力条件为16罐以内选择800 W，超过16罐选择1 600 W。消解完成后待罐内温度50～60 ℃时取出消解罐，放置消解罐于170 ℃的赶酸器上排酸至近1 mL红棕色溶液变为无色或淡黄色清液，冷却后转移到250 mL容量瓶中，用5%硝酸稀释定容，同时做空白实验。

沼液。准确称取3～5 g(精确至0.1 mg)试样于干燥的微波消解罐中加入8 mL浓硝酸消解步骤同上，消解后的溶液冷却后转移到50 mL容量瓶中，用5%硝酸稀释定容，同时做空白实验。

2　结果与分析

2.1　样品消解方法和消解条件的选择

标准方法中的前处理使用浓硫酸-过氧化氢在电炉上消解，放置过夜后消解通常还需8～10 h，耗时长，试剂消耗量大，对环境和工作人员污染较大。微波消解在分解样品时可提高酸的分解效率，保证试样无挥发损失，试剂用量少，空白低重现性好等优点[8]。因此选择用微波消解法，但因沼肥特别是沼渣中有机物含量高，消解时压力会上冲过高，为防止这个问题，参考其他文献[8]，在微波消解前在赶酸器中进行预消解，可很好的解决这个问题。

参考其他标准和文献，试验不同组合酸的消解情况。根据表1，选择简单且效果好的8 mL HNO3作为消解体系。

表1　不同组合酸消解情况比较

2.2　与标准方法测定结果的比较

选取1～4号4个沼渣和5～8号4个沼液样品，分别采用NY 525—2012和本方法，测定沼肥中全磷和全钾的结果，并进行对比。

由表2可见，2种方法所得的沼肥数据基本吻合，试验误差在要求范围内。沼渣中磷的相对偏差在0～0.4%，钾的相对偏差在0～4.0%，沼液中磷和钾的实际差值≤0.1 g·L-1，试验表明，可以采用这个方法代替标准方法NY 525—2012用于沼肥中全磷和全钾含量的测定。另从这些数据也可看出，沼肥与传统意义上的有机肥是有区别的，有些沼肥磷含量特别高，用传统的分光光度法测磷就会遇到比色时超过标线的情况，而沼液中得磷和钾含量又很低，需要加大很多称样量才能获得准确结果。而灵敏度高、检出限低、精密度好、线性范围宽的ICP就很好的解决了这些问题。

表2　2种处理对氮磷钾含量的影响

2.3　精密度和加标回收率

用本方法分别选取2个浓度差别较大的沼渣样品进行加标回收试验，并进行6次重复测定，分别计算加标回收率和相对标准偏差。从表3可知，磷和钾的回收率分别为98%～101%和96%～102%，相对标准偏差均小于4%，表明所建方法稳定，准确可靠。

表3　加标回收率和相对标准偏差

3　小结

采用微波消解法对沼肥进行前处理，针对沼肥中沼渣和沼液养分差别很大的特点，选取了称样量和定容体积，并优化了微波消解条件，同时应用电感耦合等离子体反射光谱仪，建立了沼肥中磷和钾的测定方法。通过加标回收率试验验证，该方法准确高效，重现性好，检出范围宽，适合沼肥中磷和钾的测定，且缩短了检测周期，提高了工作效率。

参考文献：

[1]付艳辉. 沼肥的潜在价值和应用现状以及发展趋势[J]. 农业与技术，2015，35(3)：148-150.

[2]黄勤楼，翁伯奇，汤祖华，等. 水稻应用沼肥效果研究[J]. 中国生态农业学报，2004，12(2)：108-110.

[3]张亚莉，董仁杰，刘玉青. 沼肥在农业生产中的应用[J]. 安徽农业科学，2007，35(35)：11549-11550.

[4]齐兴国. 沼肥的特点及在农业生产应用中应注意的问题[J]. 现代农业科技，2015(21)：214-217.

[5]中华人民共和国农业部. NY 525-2012 有机肥料[S]. 北京：中国标准出版社，2012.

[6]马晓红，宋吉利，曹鹏，等. ICP-OES法测定有机肥中的钾和磷[J]. 磷肥与复肥，2010，25(5)：81-83.

[7]李少芳. 微波消解法在有机肥料的磷和钾的测定中的应用[J]. 广州化工，2016，44(9)：118-119.

[8]郭启新，张蕾，舒平. 微波消解-ICP-OES法在有机肥、复混肥和尿素中多种元素含量的研究[J]. 中国土壤与肥料，2015(5)：122-126.