流动分析仪快速测定土壤全磷含量

李朝英，郑 路，2*

（1.中国林业科学研究院热带林业实验中心，广西 凭祥 532600；2.广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站，广西 凭祥 532600 ）

磷是植物生长所需的大量元素之一，土壤中磷对植物营养有重要作用。准确测定土壤磷含量对于了解土壤供磷容量，合理施肥，有着直接的指导意义［1-3］。土壤全磷消解方法主要有硫酸-高氯酸消解法和碱溶法等，传统的标准检测方法为钼锑抗比色法。钼锑抗比色法的试剂加入及酸度调整等均由人工操作，测定结果易受人为因素影响而存在检测误差。检测操作繁琐费时，人员工作强度大，效率低，难以准确高效地完成批量样品的检测任务［4-6］。近年来，有研究结合磷钼蓝比色法原理，利用流动分析仪代替人工测定土壤全磷。流动分析仪由蠕动泵连续定量输送试剂和待测样，按一定顺序注入管路中，并由均匀的气泡隔开成一个个独立的小片断。显色混合液经比色检测，检测器将信号传入电脑，通过软件自动建立标准曲线，处理数据，出具报告。流动分析仪因试剂和待测样的加入量准确，显色时间、温度等显色反应条件控制一致，避免了人工检测的操作误差，提高了检测精度。张英利等［7］提出了流动分析仪测定硫酸-高氯酸消解法土壤全磷的方法，吴玉萍等［8］提出了流动分析仪测定硝酸-高氯酸-氢氟酸消解法土壤全磷和全钾的方法，其相对标准偏差均小于3%，回收率均在97%～103%，准确性较高。同时，流动分析仪的高度自动化极大地提升了检测效率，降低了人员工作强度，适用于大量样品的检测分析［9］。但是，由于流动分析仪测定全磷的方法是结合土壤消解法特点和磷钼蓝比色法要求，以及流动分析仪检测技术而确定相应的检测条件，由此建立的测定方法具有一定的专一性。碱熔法与硫酸-高氯酸消解法的消解体系截然不同，消解液成分及酸度差异较大。流动分析仪测定硫酸-高氯酸消解法土壤全磷的方法不适用于碱熔法土壤全磷的测定。目前，利用流动分析仪测定碱熔法土壤全磷含量的报导甚少，流动分析仪代替人工测定碱熔法土壤全磷的可行性不明确。

研究表明，硫酸-高氯酸消解法对酸性土壤消解不充分。碱熔法是土壤全磷消解的标准方法之一，对各类土壤均能消解充分，可联合检测全磷和全钾，且避免使用具有强氧化性及易爆特性的高氯酸，有利于安全、准确、高效地检测［9-11］，但碱熔法测定土壤全磷的应用优势少有关注。因此，利用流动分析仪测定碱熔法土壤全磷含量的方法讨论不仅是土壤全磷测定方法的完善与补充，而且对充分开发流动分析仪的检测功能和利用碱熔法的优势，满足多种检测需求有着重要意义。鉴此，本实验利用流动分析仪测定碱熔法土壤全磷含量，并与传统的钼锑抗比色法相比，探讨流动分析仪测定碱熔法土壤全磷含量的可行性，以期为准确高效地检测批量土壤全磷提供参考与指导。

1 材料与方法

1.1 仪器

电子分析天平（万分之一）；AA3 流动分析仪（配置MT7 模块，AACE 操作软件）；UV756 紫外分光光度计；烘箱；马弗炉；高温电炉。

1.2 样品

2018 年8 月采集于广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站设置在青山实验场人工林10 个样地。样地处于中国林科院热带林业实验中心青山实验场（21°57′～22.19°N，106°39 ～106°59′E）。属南亚热带季风气候，日照充足，降水充沛。年均温度20.5 ～21.7℃，年 降 水 量1 200～1 500 mm，主要地貌类型以低山丘陵为主，地带性土壤为赤红壤。每个样点剖面层次为0 ～20 cm。10 个土样风干后碾压过1.68 mm 筛，以四分法取得对角土样，再碾压处理过0.3 mm 筛，密封于聚丙烯袋中，编号样1 ～10。国家标准土样［GBW（E）0070043（0.86 g/kg±0.07 g/kg）］编号为 S1。

1.3 实验方法

1.3.1 土壤样品消解

称取土壤样品及标准土样0.2 g 铺于镍坩埚底部，加2 ～3 滴无水乙醇润湿土样，加固体氢氧化钠2 g 平铺在土样表面。坩埚放于高温电炉加热，氢氧化钠熔融后，将坩埚加盖放于马弗炉中加热，400℃保持20 min，继续加热到720℃保持45 min。待降温后取出坩埚，加入约10 mL 水，在电炉上低温加热，溶解坩埚内的熔块，用8 mL 的 4.5 mol/L硫酸将坩埚内及盖子清洗干净，再用热水冲洗坩埚，冲洗物皆顺漏斗进入容量瓶内，再加5 滴1∶1浓盐酸，冷却后，用水定容至50 mL。空白不加土壤，同上操作。

1.3.2 方法回收率实验

土壤样1、7 为一组，两个土壤样各称0.2 g，共称6 组。3 组土壤各加入0.1%的磷酸二氢钾0.5 mL，3 组土壤各加入1%的磷酸二氢钾0.25 mL，6 组土壤低温烘干后，加2 ～3 滴无水乙醇润湿土样品，加入氢氧化钠2 g，后续加热消解同1.3.1 操作。消解液经检测后，回收率计算公式：全磷回收率=（加标后磷浓度-样品磷浓度）/加标磷浓度×100%

1.3.3 流动分析仪法

1.3.3.1 试剂 进样清洗液（硫酸5.3 mL，58.5 g氯化钠，溶解定容至1 000 mL），0.3 mol/L 氢氧化钠（12 g 氢氧化钠溶于1 000 mL 水中），系统清洗液（0.5 g 十二烷基硫酸钠加入250 mL 去离子水中），钼酸铵溶液（1.0 g 钼酸铵、0.05 g 酒石酸锑钾及9.5 mL 硫酸，定容100 mL），抗坏血酸溶液（1.5 g 抗坏血酸溶于100 mL 水中），所用试剂均为分析纯级别。

1.3.3.2 仪器条件 流速60 个/h，进样：清洗液=3∶1，进样时间48 s，清洗时间24 s，仪器默认设置基线和漂移校正，自动基线参比为5%，比色滤光片波长为660 nm。土壤全磷含量小于5 mg/L，选择低浓度吸样管进样。

1.3.3.3 流动分析仪-MT7 模块管路 由图1 可见10 个管路所对应的试剂溶液依次为进样清洗液、空气、0.3 mol/L 氢氧化钠、水、空气、0.3 mol/L 氢氧化钠、消解液进样、钼酸铵溶液、抗坏血酸溶液、水。

1.3.3.4 标准曲线建立 抽取100 mg/L 磷标准液0、0.10、0.25、0.50、0.75、1.00、1.25 mL， 由1.3.1中的消解空白液定容至25 mL，配制得磷浓度为0、0.40、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mg/L 的标准系列溶液，在上述条件下检测，建立全磷的标准曲线：y=1.001x-0.007（R2=0.999 8）。

1.3.4 钼锑抗比色法

1.3.4.1 试剂 钼锑抗显色剂（153 mL 硫酸倒入水中，搅拌冷却，倒入溶有10 g 钼酸铵的水溶液中，将硫酸溶液倒入，加入5 g/L 酒石酸锑钾100 mL，水定容1 L 后即得钼锑抗贮存液。检测前取100 mL 钼锑抗贮存液加入1.5 g 抗坏血酸，搅拌溶解即得显色剂），2，4 一二硝基酚，0.5 mol/L 硫酸，2 mol/L 氢氧化钠。以上试剂均为分析纯级别。

1.3.4.2 标准曲线建立 抽取10 mg/L 磷标准液0、0.25、0.50、1.00、2.00、3.00 mL，加入5 mL 空白，配制磷浓度为0、0.10、0.20、0.40、0.80、1.20 mg/L的标准系列溶液。加入1 滴2，4 一二硝基酚，逐滴加入2 mol/L 氢氧化钠至溶液变为淡黄色，再逐滴加0.5 mol/L 硫酸至溶液变为无色，再加入一滴2 mol/L 氢氧化钠，溶液变为淡黄色。加入2.5 mL显色剂，定容25 mL，摇匀，静置40 min，于紫外分光光度计波长700 nm 处检测，建立全磷的标准曲线：y=1.801x-0.003 2（R2=0.999 8）。

1.3.4.3 抽取1.3.1、1.3.2 中适量土壤消解液，按

1.3.4.2 调整酸碱度，加显色剂，定容及检测。

图1 AA3 流动分析仪-MT7 模块管路图

1.4 数据分析

本实验数据采用Excel 2003 软件进行数据统计、绘图，进行t检验-成对双样本均值分析，利用直线方程进行回归分析，检验相关系数的显著性。流动分析仪重复性实验中，选择3 个土壤，对其全磷分别重复测定5 次。测量值Xi 的算术平均值为样品全磷的估计值，标准偏差用贝塞尔公式计算，即：

2 结果与分析

2.1 流动分析仪与钼锑抗比色法的比较

由图2 可见，流动分析仪与钼锑抗比色法测定11 个土壤样品，每个土壤样品的同一消解液均测定3 次，全磷含量分别在0.190 ～0.885、0.197 ～0.838 g/kg， 流动分析仪与钼锑抗比色法测定的全磷含量平均值分别为0.414 2、0.408 6 g/kg。

由表1 可见，两种方法的测定结果经t检验，双尾P（T ≤t）=0.525 4，无显著性差异。流动分析仪与钼锑抗比色法测定的全磷含量进行相关性分析，两种方法呈极显著性的线性相关，相关系数R=0.990 0。由图3 可见，两种方法测定结果的回归直线方程y（流动分析仪-P）=1.060 6x（钼锑抗比色法-P）-0.019 1。

图2 流动分析仪法与钼锑抗比色法测定土壤全磷含量的比较

表1 流动分析仪和钼锑抗比色法测定土壤全磷含量的t 检验（成对双样本均值分析）

图3 流动分析仪和钼锑抗比色法测定土壤全磷含量的相关分析

2.2 流动分析仪测定结果的准确性与精密度分析

采用标准加入法进行方法回收率检验。2 组加标的土壤样品经碱熔法消解后，每组采用流动分析仪测定3 次。由表2 可见，流动分析仪测定全磷含量的回收率在98.09%～102.89%。

在相同检测条件下，使用流动分析仪对3 个土壤的全磷，分别重复测定5 次，测定结果相对标准偏差在1.20%～2.07%（表3）。

表2 流动分析仪测定土壤全磷的加标回收率结果

表3 流动分析仪法测定土壤全磷含量重复性试验

3 讨论

流动分析仪测定碱熔法土壤全磷含量是利用磷钼蓝原理，消解液中的磷酸盐和钼酸铵在一定酸性条件形成蓝色的磷钼杂多酸，其Mo6+被还原剂抗坏血酸还原为Mo5+，生成钼蓝物质。本实验中钼锑抗比色法的显色混合液的pH=0.94，流动分析仪的显色混合液的pH=0.95，两种方法的H+浓度均为0.11 mol/L。两种方法显色酸度一致，与磷钼蓝的适宜显色酸度一致［12-14］。

流动分析仪测定碱熔法土壤全磷含量所用试剂较少，0.3 mol/L 氢氧化钠管速为0.8 mL/min，钼酸铵溶液和抗坏血酸溶液的管速均为0.23 mL/min。测定100 个样品，0.3 mol/L 氢氧化钠用量不超过200 mL，钼酸铵溶液和抗坏血酸溶液用量均小于50 mL。钼锑抗比色法按抽取5 mL 待测液，定容25 mL 计，每个样品加入2 mol/L 氢氧化钠量约2.5 mL，钼酸铵和抗坏血酸的混合溶液量为2.5 mL。检测100 个样品，2 mol/L 氢氧化钠用量约250 mL，钼酸铵和抗坏血酸混合溶液用量约为250 mL。流动分析仪测定碱熔法土壤全磷含量的试剂用量明显小于钼锑抗比色法的。使用流动分析仪测定100 个土壤全磷含量的用时为4 h，人员只负责试剂配置，仪器参数设置工作；使用钼锑抗比色法测定100 个土壤全磷含量的检测用时达8 h 以上，人员工作包括试剂配制，抽取待测液，酸碱调整及定容，比色检测等一系列繁杂内容，人员工作强度较大。流动分析仪的检测效率是钼锑抗比色法的2 倍以上，节省人工，节约试剂，且避免了人工操作引起的人为误差，检测准确、高效、经济。

4 结论

流动分析仪测定碱熔法土壤全磷含量的回收率在98.09% ～102.89%，相对标准偏差在1.20%～2.07%。方法精密度及准确性良好。与钼锑抗比色法所测结果无显著性差异。流动分析仪与钼锑抗比色法所测结果的的回归直线方程y（流动分析仪-P）=1.060 6x（钼锑抗比色法-P）-0.019 1，R=0.990 0。流动分析仪测定碱熔法土壤全磷所用试剂量少，检测效率高，适用于批量土壤全磷的检测分析。