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森林土壤全磷测定中酸溶法的优化

2018-08-24蒋步云柴振林周侃侃吴翠蓉

中国土壤与肥料 2018年4期
关键词:指示剂比色调色

蒋步云,柴振林,周侃侃,吴翠蓉

(浙江省林产品质量检测站,浙江 杭州 310023)

土壤中各种形态磷元素的总和称为土壤全磷量,一般分为有机磷和无机磷两大类。通过对土壤全磷含量的测定,可以了解土壤的供磷容量,对合理施用磷肥有重要的指导意义[1]。

测定土壤全磷的方法目前常用的有重量法、滴定法、比色法3种。其中重量法、滴定法对沉淀质量的要求比较高,磷含量高时适用,而土壤中磷含量一般较低,因此目前较多采用比色法[2]。森林土壤全磷测定的待测液制备,分为碱熔法和酸溶法两种。其中碱熔法操作较为繁琐不适合大批量试验,目前实际应用中比较常用的是H2SO4-HC1O4酸溶法消煮,该法操作简便且为一次性操作,其待测液可以同时测定氮、磷、钾等土壤营养成分[3]。

本文采用比色法,并且样品前处理采用的是H2SO4-HC1O4酸溶法。LY/T 1232-2015《森林土壤磷的测定》标准中,加3.0 mL硫酸及10滴高氯酸消化样品,二硝基酚作为指示剂,2 mol/L氢氧化钠溶液和0.5 mol/L硫酸溶液调色;实验优化后采用5.0 mL硫酸及6滴高氯酸消解样品,以酚酞作指示剂,4 mol/L氢氧化钠溶液和0.5 mol/L硫酸溶液调色。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验仪器有UV-1601紫外可见分光光度计,可控式电炉等。

实验试剂:硫酸(优级纯),高氯酸(优级纯),磷标准使用液5 mg/L,超纯水(避免Si对显色的干扰[4]),1%酚酞指示剂,4 mol/L氢氧化钠溶液,0.5 mol/L H2SO4溶液,钼锑贮存液,钼锑抗显色剂(称取1.50 g抗坏血酸溶于100 mL钼锑贮存液中,临用时现配)。标准土壤样品为国家标准物质样品,编号为GSS—3、GSS—8。

风干土样过0.149 mm筛,四分法取样。

1.2 实验步骤

1.2.1 实验原理

在高温条件下,土壤中的含磷矿物及有机磷化合物与硫酸和高氯酸作用,使之完全分解,全部转化为正磷酸盐而进入溶液。加入钼锑抗显色剂,磷酸盐最终还原成蓝色化合物磷钼蓝,蓝色的深浅与磷酸盐的含量呈正比,用分光光度计在波长700 nm处比色测定[5-6]。

1.2.2 显色条件优化

钼锑抗比色法测磷显色应在酸性条件下进行。原标准法中用二硝基酚作指示剂,其变色范围是pH 2.4(无色)~pH 4.0(黄色),本文优化后采用酚酞作指示剂,在碱性条件下pH 8.0(无色)~pH 10.0(红色)调色,在溶液由红色变成无色后再多加1~2滴0.5 mol/L H2SO4溶液,溶液变成酸性即符合显色条件。分别用pH计测定原标准法和优化法调整酸度后各自的pH值(表1)。

表1 原标准法和优化法测定pH值对比

由表1可以看出,调色后再多加1~2滴0.5 mol/L H2SO4溶液,溶液变成酸性,且pH值范围在3.0~4.0之间,满足显色要求。并且在进一步的实验中发现,若继续增加溶液酸性,反而不利于显色的稳定性,因此调色后再多加1~2滴0.5 mol/L H2SO4溶液更好。

1.2.3 样品前处理

参考LY/T 1232-2015《森林土壤磷的测定》酸溶法中硫酸-高氯酸消解法,准确称取处理好的待测试样1.000 g左右于100 mL消煮管中,加适量超纯水湿润,再加5 mL浓H2SO4,6滴HClO4,摇匀,瓶口放一小漏斗,消煮管置于铁架上,电炉加热消化,消化至溶液颜色转白并显透明,再继续煮沸20 min左右,冷却后用超纯水定容至100 mL;静置澄清后取上层清液5~10 mL于50 mL比色管,加超纯水至15~20 mL左右,加入1滴1%酚酞指示剂,用4 mol/L NaOH溶液调至红色,再用0.5 mol/L H2SO4溶液调至无色,无色后再多加1~2滴0.5 mol/L H2SO4溶液;准确加入5.0 mL钼锑抗显色剂,用超纯水定容至刻度,摇匀;同时做空白试验。

1.2.4 标准曲线的制作

分别吸取5 mg/L磷标准使用液0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00 mL于50 mL比色管中,加超纯水至15~20 mL左右,显色操作同1.2.2。即得到0.00、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60 μg/mL磷标准系列溶液,在室温高于20 ℃条件下静置30 min后,在分光光度计700 nm处比色,以0.00 μg/mL标准溶液为参比溶液,由低到高测定其吸收值,绘制标准曲线。

标准曲线图:以下按上述步骤使用紫外分光光度计进行比色测定,得出优化后的磷标准曲线如图1。

图1 优化后的磷标准曲线

由图1中对比可看出,原标准法得到的曲线相关系数只有0.995 1,而优化后的磷标准曲线相关系数为0.999 7,说明磷含量与吸光度之间有良好的线性关系,保证了分析的准确性及重现性,此方法是可行有效的。

1.2.5 样品测定

待测液于室温20 ℃以上静置30 min后,在分光光度计700 nm处比色,以0.00 μg/mL标准溶液为参比溶液,同时测定空白溶液和待测液的吸光度,根据标准曲线获得相应磷的质量浓度。

2 结果与分析

2.1 数据统计

标准土壤对照样GSS-3和GSS-8经过原标准法和优化方法处理后的结果对比见表2,待测土壤试样同标准样品处理见表3。

表2 原标准法和优化法测定标准对照样结果对比

表3 原标准法和优化法测定待测样品结果对比

从两种方法处理后得到的标准土壤对照样测定结果来看(表2),优化法的测定平均值高于原标准方法的测定平均值,两者都在标准值范围内且优化法测定值更接近标准值。优化法的相对标准偏差较低,说明优化法的前处理消解及显色更完全,且平行性良好。从两种方法处理后得到的待测土壤样品测定结果来看(表3),同样可得出优化法优于原标法的上述推论。

2.2 加标回收率实验

优化法对样品处理加标回收实验,得到实验结果见表4。从加标回收率结果来看(表4),3个加标浓度得到的回收率均在90%~110%之间,符合加标回收的要求,说明优化法测定森林土壤中磷是可行有效的。

表4 优化法加标回收率实验

计算公式:回收率(%)=

2.3 样品前处理产生的不确定度

2.4 精密度实验

优化法对对照样进行精密度实验(3个加标浓度试样各测定6次),相对标准偏差为3.02%。

3 结论

原方法中,以二硝基酚作为指示剂,2 mol/L氢氧化钠溶液和0.5 mol/L硫酸溶液调色,从黄色到刚呈淡黄色,颜色变化不明显,由于肉眼判断溶液淡黄色,每次试验判断颜色深浅有所不同,因此标准溶液和待测液的比色酸度很难保持一致,终点的判断误差极大。优化后采用硫酸-高氯酸酸溶法(比例有所调整)消解,以酚酞作指示剂,4 mol/L氢氧化钠溶液和0.5 mol/L硫酸溶液调色,从红色到无色,颜色更为清晰,操作更为简便。

通过两种方法的比较,可以看出优化法相对原标法来说,样品分解更完全,显色更清晰,终点易判断,平行性更好,数据结果可靠准确。

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