加热灰化法在有机肥磷含量测定中的应用

雒连春，李聪，姚萌奇，刘蓉，张琪玮，袁婷

(甘肃省产品质量监督检验研究院，甘肃 兰州 730050)

0 引言

有机肥料所含养分全面，富含有机质，可以改善土壤物理、化学和生物特性，提高土壤含水量，保持土壤有机质水平，平衡土壤肥力。生产原料主要来自植物和动物废弃物，其生产回收利用了产业废弃物，不但在农业生产中占有十分重要的地位，而且在改善生态环境，保护人民健康等方面具有重要意义。根据农业农村部发布的《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，以及随着社会经济的发展，满足人们对安全卫生、绿色有机农产品的需求，有机肥料将成为未来农业生产用肥的主要发展趋势。

目前，有机肥中磷含量的测定，按国家行业标准NY/T 525—2021 《有机肥料》的要求，样品经浓硫酸-过氧化氢在电炉上消煮[1]，所得试液使用分光光度法—磷钒钼黄比色法测定磷含量[2]。但是，按照NY/T 525—2021的要求，样品前处理时，加入硫酸-过氧化氢后，需静置过夜，耗时长，不利于快速测定。消煮时需不断的补充消解所需的试剂，试剂消耗量大。因有机肥含有大量有机质，消解较剧烈并产生大量的泡沫，涌上来的泡沫沾附在烧瓶壁上影响消煮效果，造成结果偏低。同时用到浓硫酸且需电炉加热操作，因此消解时需小心进行。然而现在仍有许多有机肥生产企业为了节省生产成本不具备比色法测定磷含量的实验条件，而采用重量法—磷钼酸喹啉沉淀法。由于有机肥料原料来源广，生产过程中腐熟发酵不完全，含有大量植物枝杆，样品均匀性差，试验时称样量少，有时导致平行测定误差大[3-6]。

出于对以上各因素的考虑，文章采用新的样品前处理过程，对前处理方法进行改进，以缩短检测时间：马弗炉加热灰化有机肥中有机质，再以少量酸和氧化剂酸化处理灰化样品，使其中的磷释放出来，以离子状态存在于待测液中。与NY/T 525—2021浓硫酸-过氧化氢消解法的分析结果进行比较，提高了检验效率，操作简单便捷。同时由于增大称样量，提高了待测液中磷含量，可用磷钼酸喹啉沉淀法测定有机肥中磷，使用分光光度法和重量法对加热灰化法样品进行磷含量测试比对，为有机肥磷含量检测提供了参考。

1 实验部分

1.1 实验原理

按照国家行业标准NY/T 525—2021 《有机肥料》的要求，样品以浓硫酸-过氧化氢在电炉上消煮，硫酸把有机质碳化，过氧化氢属强氧化剂，对有机肥磷含量测定进行前处理消化。有机肥原料来源广，有机质含量高，为使有机碳完全灰化，将样品加热灼烧快速除去有机质。磷是动植物体内生理代谢活动必要的一种元素，是动植物细胞膜和细胞核的重要组成元素，而有机肥主要原料来源是各类动物源性和植物源性残渣，如种植业废弃物中各类植物秸秆，养殖业废弃物中畜禽粪尿等。因此样品经加热灰化后需加入适量酸溶液和氧化剂处理，才能将样品中磷完全转化为正磷酸盐，以离子状态存在溶液中。硫酸溶液可以溶解灰化样品又具有氧化性，而过氧化氢属强氧化剂，为将样品中磷完全转化成磷酸根离子，同时提高试验效率，选择较高浓度且过量硫酸溶液和过氧化氢加热处理灰化后样品。

分光光度法测定磷含量原理：在一定酸度下，待测液中的磷酸根离子与偏钒酸和钼酸反应形成黄色三元杂多酸，在一定磷浓度范围内，吸光度与磷含量呈正比例关系。重量法—磷钼酸喹啉沉淀法测定磷含量原理：试样溶液中正磷酸根离子在酸性介质中与喹钼柠酮试剂生成磷钼酸喹啉沉淀，用磷钼酸喹啉重量法测定磷含量。

1.2 主要仪器

TLE204E电子天平，梅特勒-托利多；L9/12/P330马弗炉，德国纳博热；EG37C电热板，莱伯泰科；Cary300紫外可见分光光度计，美国安捷伦；DHP-9162电热恒温干燥箱，上海一恒科学仪器。

1.3 试样及主要试剂

有机肥试样，企业送检，牛羊粪发酵。

优级纯浓硫酸，ρ(H2SO4)1.84 g/mL；分析纯硝酸，ρ(HNO3)1.65 g/mL；过氧化氢，ω(H2O2)30%；氢氧化钠、2,4-二硝基酚、钼酸铵、钼酸钠、偏钒酸铵、柠檬酸、丙酮、喹啉均为分析纯；磷标准溶液，50 μg/mL；水均为实验室二级水。

1.4 试样处理

将3个有机肥试样分别采用NY/T 525—2021标准中浓硫酸-过氧化氢湿法消解法和加热灰化法处理，以供测定有机肥料中的磷(五氧化二磷)。

1.4.1 NY/T 525—2021浓硫酸-过氧化氢消解法试样处理

浓硫酸—过氧化氢消解法处理过程：按照标准NY/T 525—2021要求，风干试样1.0 g(精确至0.000 1g)置于250 mL锥形瓶底部，用少量水冲洗沾附在瓶壁上的试样，加5 mL浓硫酸和1.5 mL过氧化氢，小心摇匀，瓶口放一弯颈小漏斗，放置过夜。缓慢加热至硫酸冒烟，取下，稍冷加15滴过氧化氢，轻轻摇动锥形瓶，加热10 min，取下，稍冷后再加5～10滴过氧化氢并分次消煮，直至溶液呈无色或淡黄色清液后，继续加热10 min，除尽剩余的过氧化氢。取下冷却，小心加水至20～30 mL，轻轻摇动锥形瓶，用少量水冲洗弯颈小漏斗，洗液收入锥形瓶中。将消煮液转移至100 mL容量瓶中，冷却至室温，加水定容、无磷滤纸过滤，以供测定磷之用。

1.4.2 加热灰化法试样处理

加热灰化法试样处理过程：称取风干试样3.0 g (精确至0.000 1 g)于陶瓷坩埚中，置于马弗炉中灼烧，完全灰化有机质。冷却后转移灰化后样品于100 mL烧杯中，加入10 mL硫酸溶液(1∶1)与1.5 mL过氧化氢加热处理，放在电热板上加热直至冒白烟，稍冷后加数滴水和过氧化氢并摇动，然后再加20 mL热水，继续加热至近沸。用水将烧杯内容物完全转移至100 mL容量瓶中，加水定容、无磷滤纸过滤，以供测定磷之用。

1.5 磷的测定

1.5.1 磷钼钒分光光度比色法

参照引用NY/T 2541—2014 《肥料 磷含量的测定》中5.3分光光度法。

分光光度法标准曲线的绘制和磷含量的测定：移取50 μg/mL磷标准溶液0、1.0、2.0、5.0、8.0、10.0 mL、15.0 mL于50 mL容量瓶中，加水至30 mL左右，加2滴2,4-二硝基酚指示剂，用硫酸溶液(50 mL/L)和氢氧化钠溶液(100 g/L)调至刚呈微黄色，加入10.0 mL钒钼酸铵试剂显色，摇匀，定容。室温下放置20 min后，在450 nm波长出用1 cm比色皿进行比色，以0 μg标准溶液调零，读取吸光度。以标准系列溶液中磷的含量(μg)为横坐标，相应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。综合考虑待测液中磷含量、两种前处理方法称取样品质量的差异和分光光度法标准曲线的线性范围，浓硫酸-过氧化氢湿法消解法移取5.0 mL的有机肥过滤液，加热灰化法移取2.0 mL的有机肥过滤液，于50 mL容量瓶中，加水至30 mL左右，与标准系列溶液同条件下显色、比色，以空白试样溶液(除不加试样外，其他步骤同试样溶液)调零，读取吸光度。在标准曲线上查出相应磷的含量(μg)。

结果计算，磷以P2O5的质量分数计算，数值以百分数(%)表示，为公式(1)：

式中：m2为标准曲线查出的试样溶液中磷的质量(μg)；V1为试样测定溶液定容体积(50 mL)；m为称取试样的质量(g)；V2为移取的待测液体积(mL)；106为将克换算成微克的系数(μg/g)。

1.5.2 重量法—磷钼酸喹啉沉淀法

参照引用NY/T 2541—2014中5.1重量法。

因有机肥中总养分低磷含量少，为增大沉淀量以减小实验误差，移取加热灰化法处理待测液50.0 mL于400 mL烧杯中，加入硝酸溶液(1∶1)10 mL，加水至100 mL，盖上表面皿，在电炉上加热至微沸，取下烧杯，加入喹钼柠酮试剂20 mL，盖上表面皿，在电炉上微沸1 min至沉淀分层后取下，用少量水冲洗表面皿，冷却至室温。用预先在180±2 ℃干燥至恒重的G4玻璃坩埚式滤器抽滤，先将上层清液滤完，然后用倾泻法洗涤沉淀1次～2次(每次用水25 mL)，将沉淀全部转移至滤器中，滤干后再用水冲洗沉淀3～5次。将坩埚及沉淀置于180±2 ℃的恒温干燥箱中，干燥45 min，取出移入干燥器中，冷却至室温，称重。同时做空白试验(除不加试样外，其他步骤同试样溶液)。

结果计算，磷以五氧化二磷的质量分数计算，数值以百分数(%)表示，公式为(2)：

式中：m1为磷钼酸喹啉沉淀的质量(g)；m0为空白试验磷钼酸喹啉沉淀的质量(g)；V1为试样待测液的定容体积(mL)；0.032 07为磷钼酸喹啉质量换算为五氧化二磷质量的系数；m为称取试样的质量(g)；V2为移取的待测液体积(mL)。

2 结果与分析

2.1 加热灰化温度与时间的选择

有机肥的原料来源广，如养殖业废弃物中畜禽粪尿、厨余废弃物、水产养殖废弃物、种植业废弃物中各类植物秸秆，种植业加工过程中的副产物麸皮、稻壳等，有机质含量高。为使有机碳完全灼烧，选择温度850 ℃灰化加热20 min。若因样品差异灰化不完全，可延长加热时间。

2.2 两种不同前处理方法磷含量测定结果的比较

3个有机肥料样品，分别采用NY/T 525—2021标准中浓硫酸-过氧化氢消解法和加热灰化法处理，其中每个样品用加热灰化法处理6批次，前处理所得待测液用分光度法—磷钒钼黄比色法测定磷含量，磷含量平均质量分数测定结果和相对标准偏差如表1所示。

表1 浓硫酸-过氧化氢消解法和加热灰化法磷含量ω(P2O5)/%分析结果比对

由表1可见，加热灰化法和NY/T 525—2021浓硫酸-过氧化氢消解法处理有机肥试样测得的磷含量结果基本吻合。加热灰化法处理样品测得磷含量的相对标准偏差在1.80%～2.45%，实验结果表明，可以采用加热灰化法处理有机肥检测磷含量的方法代替国家规定的NY/T 525—2021浓硫酸-过氧化氢消解法有机肥的前处理方法。

2.3 分光光度法和重量法磷含量测定结果的比较

加热灰化法处理每个样品6批次，待测液分别用分光光度比色法和磷钼酸喹啉沉淀法测定磷含量，两种方法测定结果与平均质量分数如表2所示。

由表2可见，分光光度比色法和磷钼酸喹啉沉淀法测得磷含量结果无大的差异，实验误差在要求范围内。因有机肥总养分低，磷含量少，增大称样量，提高待测液中磷含量，应用磷钼酸喹啉沉淀法测定磷含量可以增加沉淀量，降低实验误差。表明加热灰化法处理有机肥试样，可以用沉淀法测定磷含量，为不具备比色法实验条件的有机肥厂控制产品质量而进行的日常检测提供了参考。

表2 比色法和沉淀法测定磷含量ω(P2O5)分析结果比对 单位：%

3 结语

有机肥的原料来源广，有机质含量高，加热灼烧可以完全除去有机碳，灰化后加入适量酸溶液和氧化剂将样品中磷转化为正磷酸盐。与NY/T 525—2021浓硫酸-过氧化氢消解法处理样品相比，改进了样品前处理过程，测得磷含量结果无大的差异，不仅提高了试验效率，缩减样品处理时间，且操作简单便捷。

分光光度法相比重量法，适用于磷含量比较低的样品，是国家行业标准规定的方法，测定结果准确可靠，操作相对简单、快速，适应现在检验分析方便、快速、准确的要求。当增大称样量，不仅降低了因样品不均匀导致的平行测定误差，同时由于有机肥中养分含量低，可以提高处理所得待测液中磷含量。用磷钼酸喹啉沉淀法测定磷含量可以增加沉淀量，降低实验误差，满足了对不具备比色法条件的有机肥生产企业应用磷钼酸喹啉沉淀法测定磷含量中控分析的需求，为工艺优化操作提供了保证。