快速高通量微敞开—石墨消解法测定有机肥料中有机质①

赵沛华 文 典 李梅霞 王富华 杜瑞英③

(1 广东省农业科学院农产品公共监测中心/农业农村部农产品质量安全风险评估实验室(广州)/广东省农产品质量安全风险评估重点实验室 广东广州510640;2 广东农科监测科技有限公司 广东广州510640)

有机肥料主要来源于植物和（或）动物。经过发酵腐熟的含碳有机物，可改善土壤肥力、提供植物营养、提高作物品质［1］。有机质含量是衡量有机肥料肥力的重要技术指标之一［2］。测定有机肥料的有机质方很多，有重量法、容量法、比色法，加热方式有沸水浴、油浴、烘箱、电热板加热等［2-10］。加热是容量法测定有机质含量的关键环节，可通过优化加热方式以提高检测效率，如周俊等［5］比较了沸水浴、油浴和稀释热3 种方法测定了复混肥中的有机质含量，结果表明沸水浴和油浴测定结果比稀释热法的稳定性和准确性更好。田种存等［6］采用油浴法、唐玉霞等［7］利用恒温烘箱加热氧化法代替沸水浴加热氧化测定有机肥中有机质，测定结果与沸水浴法一致，大大缩短了测定时间、减少试剂用量，但油浴法却存在易污染空气、试管不易清洗的缺点。目前有机肥中有机质含量测定的检测依据为农业行业标准NY 525-2012，该标准原理是采用沸水浴加热法使重铬酸钾氧化有机碳，再用硫酸亚铁滴定，根据氧化前后氧化剂消耗量，计算有机肥料中的有机质含量。但在实际检测中发现，该标准方法在操作过程中存在以下缺点：①样品制备过1.0 mm 筛，颗粒大，均匀性差，容易出现消解不彻底，精密度差；②试剂用量大，加液耗时长，效率低；③重铬酸钾具有粘滞性［11］，难以保证使用移液管加液时的精准度；④水浴锅处理样品量少，加热时间长；⑤样品消解液转移过程发热，需冷却后定容，且分取样液滴定，工作效率低。为了提高有机肥中有机质的工作效率，本研究结合NY 525-2012，改变加热方式和改进实验操作环节，采用微敞开硬质玻璃消解管和石墨消解仪进行了高通量石墨消解法快速测定有机肥料中有机质的方法研究，旨在研究一种具有操作简便快速、节约试剂、准确省时，适合大批量有机肥料中有机质的测定方法。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料和试剂

供试的原料样品为有机肥料成品和猪粪肥。

试剂包括：浓硫酸；0.20 mol/L重铬酸钾标准（1/6 K2Cr2O7）溶液；0.20 mol/L 硫酸亚铁滴定溶液（现用现标）；1.6 mol/L 重铬酸钾（1/6 K2Cr2O7）溶液；邻菲罗啉指示剂。

1.1.2 仪器与设备

震动盘式玛瑙研磨仪，德国西伯SIEB TECHNIK公司产品；ED54 itouch 石墨消解仪，中国莱伯泰科公司产品；HH-8 数显恒温水浴锅，中国常州澳华公司产品；瓶口分液器，德国DispensetteS 1-10 mL 公司产品；数字瓶口滴定器，德国Brand/普兰德（0～50 mL）公司产品；万分之一天平，美国梅特勒—托利多公司产品；定制硬质玻璃消解管（高10 cm，直径3 cm，玻璃管塞边缘开1个三角排气槽）。

1.2 方法

1.2.1 样品制备

由于有机肥料种类多，成分复杂，均匀性差，在制备样品时细度尽可能小［12］。李国栋等［13］研究表明，土壤样品粒径大小直接影响有机质含量测定的结果。考虑到样品代表性以及本改进方法称样量少，有机肥料样品经过室温下自然风干氧化后，捣碎通过Φ 1 mm 筛，四分法缩分至100 g，用震动盘式玛瑙研磨仪研磨并全部通过100目筛，分装于聚乙烯封口袋（瓶），干燥器中保存。

1.2.2 样品处理

用微量样品勺准确称量过100 目筛风干样品0.040 0～0.100 0 g 于硬质玻璃消解管中，用瓶口分液器准确加入5 mL 的1.6 mol/L 重铬酸钾溶液，用移液器缓慢加入5 mL 浓硫酸，轻轻摇匀，盖好带槽管塞，放入已升温至180℃石墨消解仪中，准确计时8 min，立即把试管取出冷却至室温，用三级水将消解液完全洗入250 mL 广口三角瓶内，使得瓶内溶液体积约为50～60 mL，滴入2～3 滴邻菲罗啉指示剂，用0.2 mol/L 硫酸亚铁滴定，溶液颜色由橙黄色、绿色、暗绿色，最后变为砖红色为终点。同时称取0.100 0 g 二氧化硅代替试样，按照相同分析步骤，使用同样的试剂，进行空白试验。

2 结果与分析

2.1 两种测定方法前处理比较

从表1看出，沸水浴法试剂用量大，氧化时间长，样液转移过程产生热量，需多次摇匀放冷才能定容，耗时长。石墨消解法减少称样量，提高了重铬酸钾溶液浓度，试剂用量减少10 倍，成本降低；提升消化温度，减少了定容和分取步骤，大大缩短实验时间，适宜大量样品分析。

表1 两种有机质测定方法前处理比较

2.2 消解温度选择实验

以沸水浴法测定有机肥和猪粪的有机质含量为参比，借鉴油浴加热法消解温度（170～180℃），改变石墨消解仪加热温度，加热时间8 min，分别选 择6 个 档 次（160、 170、 180、 190、 200、210℃）对两组样品进行实验，每个样品重复3次，测定有机质含量，选择最佳的消解温度。结果见表2。

表2 有机肥和猪粪的不同消解温度有机质含量测定结果

由表2结果可知，同一加热时间，加热温度越高样品的有机质检测结果越高［14］；从升温过程看，空白滴定体积随温度升高也有所降低。当实验温度低于170℃，加热至沸腾时间较长，氧化反应不够充分，测试结果略偏低；当加热温度在170～190℃时，两个样品的测试结果接近，精密度好；当加热温度高于190℃时，样液在3 min 左右达到沸腾，剧烈沸腾容易使样液喷出，温度过高可能会使重铬酸钾有所分解，导致结果偏高。综合以上原因，温度选择为180℃比较合适。

2.3 消解时间选择实验

以180℃为固定加热温度，对有机肥和猪粪进行不同消解时间的对比实验。将样品放置在已升温至180 ℃的石墨消解仪上开始计时，分别选取6个加热时段（6、7、8、9、10、11 min）、每个样品重复3次进行消解，测定两种有机肥的有机质含量，选择最佳消解时间。结果见表3。

由表3 所示，加热时间从7～10 min 测定结果稳定。加热时间低于7 min，消解不完全，导致部分有机质检测结果偏低，精密性差；消解时间大于10 min，则使测定结果偏高。从准确度、精确度和时效性方面综合考虑，选择8 min 作为方法最终消解时间。

表3 有机肥和猪粪不同消解时间的有机质测定结果

2.4 结果重现性比较

为了验证实验条件的可行性，就石墨消解仪消解法和沸水浴法对有机肥和猪粪样品进行对比实验，每个样品平行测定7次，计算出有机质含量的平均值，相对标准偏差。结果见表4。

从表4 可以看出，两种测定方法的精密度较高，石墨消解法的相对标准偏差为0.73%～1.19%，沸水浴法的为0.54%～0.85%，能满足精密度检测要求。

用软件SPSS-Statistics-V 19.0 对表4 中数据进行t测验分析，两种方法测定两个样品的方差齐性检验结果sig. 分别为0.44、0.293，均大于0.01，表明两种方法的精密度无显著性差异；Sig.（双侧）分别为0.141，0.282 均大于0.05，表明两种方法的测定结果无显著性差异。由此可见，优化后的石墨消解法对有机肥料中有机质测定具有较好的精密度和准确度。

2.5 工作效率比对实验

采用批量检测实验，比对2 种方法的工作效率。本次实验测定54 个有机肥样品，将方法前处理过程按称样、加液、加热消解、转移定容、样液分取、器皿清洗等环节划分［15］，比较2 种方法各环节耗时情况。测试结果见表5。

表5 沸水浴法与石墨消解法前处理各环节用时比较 单位：min

由表5可见，两个方法的分析环节耗时差别较大。石墨消解法称样量少，称样时需特别小心，称样环节用时稍多。沸水浴法在加液环节耗时较多，因重铬酸钾和浓硫酸有明显的粘滞性，用50 mL 单标移液管加液时必须缓慢加入且要控制好各个样品的流放速度，效率低。若是测定批量样品时，检测人员加液操作时间过长容易产生疲劳而影响准确性。石墨消解法试剂使用量少，利用瓶口分液器加液，几秒钟就能完成1 次加液，效率高，加液精准，避免移液管挂液现象，相比沸水浴法此环节可省时80 min；石墨消解仪一次能消解54个样品，而沸水浴法使用8孔水浴锅，最多只能容纳18 个250 mL 三角瓶，样品需要分批加热，此处能省时112 min。另外，沸水浴法比石墨消解法多了转移定容和样液分取环节，在转移溶液时会发热，影响定容效率，此环节省时87 min。根据上述实验数据和原因分析表明：微敞开-石墨消解法相比沸水浴法工作效率明显提高，同测54 个样品前处理用时减少231 min，工作效率提升了100%以上。

3 结论

微敞开—石墨消解仪消解法与沸水浴法相比，具有操作快速简便、省时、省试剂、重现性高等优点。在180℃加热8 min 的优化组合条件下样品测定结果准确度和精密度好，与沸水浴法比较无显著差异。在批量样品比对试验中，该方法前处理工作效率提升100%以上，适合于有机肥料中有机质含量的批量测定。