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混合溶液提取-电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定碱性土壤

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混合溶液提取-电感耦合等离子体原子发射光谱法

同时测定碱性土壤中速效钾和有效磷、

铁、锰、铜、锌的含量

梅连平

()国家磷资源开发利用工程技术研究中心,昆明650600

,(用碳酸氢样品预先经风干,并通过筛孔为2mm的样筛)摘 要:称取碱性土壤样品5.0000g 铵、二乙烯三胺五乙酸(和氯化钙组成的混合溶液(此溶液每升中含上述3种化合物质量依DTPA),次为7并将溶液的酸度调整在p于29.0,1.967,1.47gH7.65±0.05之间)50mL,5℃振荡提取 滤液用水稀释5倍后作为待测液。在电感耦合等离子体原子将混合物用无磷滤纸干过滤,90min。

发射光谱分析中采用二维阵列检测器和耐氢氟酸雾化器。所测定的6种元素分别在一定的质量浓

-1

度范围内与其响应值之间呈线性关系。各元素的检出限(在0.3033~0.096ms)g·kg之间。取

)标准物质(按所提出方法进行1测定值与认定值相符,各元素测定值的GBW074591次平行测定, 

)相对标准偏差(均小于4.测定6种元素)只需2.10%。方法分析一件试样(5h。n=1

关键词:混合溶液;电感耦合等离子体原子发射光谱法;碱性土壤;速效钾;有效磷;铁;锰;

铜;锌

()中图分类号:O1657.31   文献标志码:A   文章编号:0014020201909111205---很多时候不仅成本  传统施肥属于经验性施肥,

高、作物产量低同时还给环境造成了一定的污染。合理施肥问题是土壤肥料科学工作者一直关注并重点研究的内容,它不仅关系到作物高产、稳产,而且关系到作物品质、环境质量、农业生产成本、土壤养分平衡等,这些与农业的可持续发展有着密切关系。合理施肥是根据土壤中各种养分元素的有效含量和

1]

,不同作物的养分需要规律所进行的施肥[通过给

]27-;原子吸收光谱法速效钾采用乙酸铵提取,定[

]812-();进行测定[锰、铜、锌采用二乙烯有效铁、AAS

三胺五乙酸(提取后,采用AADTPA)S或ICPES-A

13]

,逐个元素进行测定[上述方法都无法满足快速测

定的需求。为此急需一种可以一次提取并测定土壤中多种有效成分的方法。

本工作采用混合溶液提取,电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定碱性土壤中速效钾和有效磷、铁、锰、铜、锌。解决了土壤不同有效成分分别提取再逐个测定费时费力的问题,通过多种有效成分一次提取、同时测定的方式,大大提高了分析的工作效率。

土壤把脉,测定土壤的酸度、有效磷、速效钾、碱解氮、有机质等五项指标及有效铁、锰、铜、锌等元素的含量从而对症下药,这种配肥机制正在逐渐取代传统施肥模式。在这种模式大背景下,需要快速测定大批土壤的有效元素从而指导配肥、施肥,尤其是春耕农忙季节,土壤配肥企业面临巨大的土壤检测任务。通常有效磷采用碳酸钠提取,分光光度法或电)感耦合等离子体原子发射光谱法(进行测ICPES-A

收稿日期:02201888--1 试验部分

1.1 仪器与试剂

iCAP7400型全谱直读电感耦合等离子体原子 

发射光谱仪,配中阶梯光栅、二维阵列(检测器CID)和耐氢氟酸雾化器;S2型制冷水浴恒温振HA-荡器。

作者简介:梅连平,工程师,主要从事化学分析工作,585536794@q.com 2q

·1112·

梅连平:混合溶液提取-电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定碱性土壤中速效钾和有效磷、铁、锰、铜、锌的含量

·钾、铁、锰、铜、锌标准储备溶液:1000m  磷、 g

L-1。

NH4HCO3-DTPA-CaCl2混合溶液:称取79.0g碳酸氢铵、1.967gDTPA、1.47g氯化钙置于 ·L-1盐烧杯中,用8用0.00mL水溶解后,10mol

 

·L-1酸溶液和0.10molNaOH溶液调节酸度至

2 结果与讨论

2.1 方法原理

对于碱性土壤样品,采用NH4HCO3-DTPA-铁、CaCl2混合溶液可同时提取速效钾和有效磷、

锰、铜、锌。对于有效磷提取,由于碳酸根的同离子效应,碳酸盐的碱溶液使提取剂中HCO3-可与土

2+壤溶液中的C形成碳酸钙沉淀,从而降低了a2+

的活度,使某些活性较大的磷酸钙盐被浸提出Ca

移至1L容量瓶中,用水定容,7.65±0.05,H p

摇匀。

盐酸、碳酸氢铵、氯化钙均为优级纯,试DTPA、。验用水为去离子水(电阻率18MΩ·cm)1.2 仪器工作条件

高频发射功率1冷却气流量1150W;2L· 辅助气流量0.min-1,5L·min-1;观测高度

-1

;样品提升量1.冲洗泵速12mm;5mL·min·m·m分析泵速5积分时间短波50rin-1,0rin-1;

,;)℃。积分时间长波5s光室温度(7s38±1各元素分析波长依次为磷1钾77.495nm,

铁2766.490nm,59.94nm,锰257.610nm,铜锌2324.754nm,13.856nm。1.3 试验方法

称取5.0000g过2mm筛孔尼龙筛的风干土 样,置于1加入NH4HC50mL的三角瓶中,O3-于水浴恒温振荡器DTPA-CaCl0mL,2混合溶液5(振荡速率为1在265次/min)中,5℃下振荡

同时做空白试验。取出后用干燥漏斗和无90min,磷滤纸过滤,滤液稀释5倍后即为待测液,在仪器工作条件下进行测定。

来;此外,碳酸氢铵的碱溶液存在着OH-、HCO3-、

]14

;有利于吸附态磷的置换[碳酸CO32-等阴离子,

盐的碱溶液也降低了铝离子和铁离子的活性,有利

于磷酸铝和磷酸铁的提取。

水化能也相似,所以NH4+与K+的半径相似,

同时NH4+能有效取代土壤矿物表面的速效钾;能有效地引起层间收缩,不会NH4+进入矿物层间,

使矿物层间的非速效钾释放出来。

铁、锰、铜、锌等元素有效态提取方法分为水提取、盐提取、稀酸或碱提取、配合剂提取或螯合剂提取、多种微量元素提取剂等。NH4HCO3-DTPA-CaClTPA能有效提取碱性或中性土2混合溶液中D

15]

;壤中的铁、锰、铜、锌等元素[氯化钙能防止石灰

土壤中游离碳酸钙溶解,以免被碳酸钙包裹的非有效态铁、锌等元素释放出来干扰测定。2.2 提取时间的选择

在室温下对同一个土壤样品进行振荡提取,考察提取时间对提取效果的影响,结果见表1。

表1 提取时间对提取效果的影响

Tab.1 Effectofextractiontimeonextractionefficienc      y

/提取时间tmin

1 10 30 60 90 120 150 

有效磷w/

·k(mgg-1)

1.44 5.27 11.30 11.39 11.45 11.90 12.33 

速效钾w/

·k(mgg-1)11.30 46.23 90.31 90.84 100.30 107.20 115.90 

有效铁w/

·k(mgg-1)

5.21 18.75 30.89 40.87 40.90 40.94 40.91 

有效铜w/

·k(mgg-1)

0.05 0.30 0.39 0.53 0.55 0.58 0.62 

有效锰w/

-1)·k(mgg

1.26 3.98 4.99 9.16 9.19 9.20 9.17 

有效锌w/

·k(mgg-1)

0.170.280.550.740.750.880.94

随着振荡提取时间的延长,各元素  由表1可知:

测定值逐渐增加;提取时间在3有效0~90min时,磷和速效钾测定值保持平稳;提取时间达到60min时,随着提取时间延长,所有元素测定值均基本达到

试验选平衡。综合考虑所有有效成分的提取结果,。择提取时间为90min2.3 提取温度的选择

在不同温度下对同一个土壤样品提取90min,

·1113·

梅连平:混合溶液提取-电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定碱性土壤中速效钾和有效磷、铁、锰、铜、锌的含量

考察提取温度对提取效果的影响,结果见表2。

表2 提取温度对提取效果的影响

Tab.2 Effectofextractiontemeratureonextractionefficienc      py

提取温度/

℃10 15 20 25 30 35 40 

有效磷w/

·k(mgg-1)

5.36 8.94 10.88 11.50 11.77 11.89 12.40 

速效钾w/

·k(mgg-1)55.41 68.45 90.73 90.99 100.21 100.97 108.30 

有效铁w/

·k(mgg-1)24.33 35.23 40.88 40.91 40.89 41.37 42.80 

有效铜w/

·k(mgg-1)

0.25 0.48 0.50 0.57 0.60 0.69 0.74 

有效锰w/

-1)·k(mgg

6.30 7.88 8.11 9.20 9.33 9.54 10.56 

有效锌w/

·k(mgg-1)

0.240.680.750.770.800.991.64

随着提取温度上升,各元素测定值  由表2可知:

逐渐增大;当提取温度达到2测定值趋0~30℃时,于平稳;当提取温度达到3测定值增大明5℃以上,显;然而在提取温度为2测定值与已知值较5℃时,吻合,在误差范围内。故试验选择提取温度为25℃。

2.4 提取剂酸度的选择

在我国现行的标准中,有效磷采用pH8.5的 速效钾采用pHNaHCO7.0的乙酸铵 3溶液提取;

有效铁、锰、铜、锌采用p溶液提取;H7.3的DTPA -CaCl2混合溶液提取。为确定能够同时提取各元素

的最佳酸度,选取新疆灰钙土有证标准物质(GBW)进行试验,考察提取剂酸度对提取效果的影07459响,结果见表3。速效钾、有效铁、有效GBW07459中有效磷、 

,锰、有效铜、有效锌的认定值分别为(15.7±1.0)(,(,(,(,390±30)38±5)14.5±1.4)1.8±0.2)

-1

()m·k0.54±0.06gg。

表3 提取剂酸度对提取效果的影响

Tab.3 Effectofaciditofextractinaentonextractionefficienc      yggy  

提取剂Hp8.5 8.2 8.0 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.2 7.0 

有效磷w/

·k(mgg-1)

16.5 16.2 16.3 15.7 15.0 14.8 14.2 14.3 13.0 10.9 

速效钾w/

·k(mgg-1)

280 311 340 352 362 368 372 380 393 410 

有效铁w/

·k(mgg-1)

23 25 30 35 37 40 38 39 41 33 

有效锰w/

·k(mgg-1)

9.2 10.6 12.5 13.8 14.7 15.0 15.1 15.5 15.3 14.6 

有效铜w/

-1)·k(mgg

0.56 0.88 1.45 1.62 1.75 1.75 1.83 1.90 1.81 1.76 

有效锌w/

·k(mgg-1)

0.220.390.450.490.550.520.560.580.560.51

有效铁、有效锰、有效铜、有效锌提  由表3可知:

取的酸度范围稍大,提取剂p测H介于7.8~7.0时,定结果都在认定值范围内;有效磷H低于7.6时,p提取效果偏低;速效钾提取效果偏H高于7.7时,p低。综合考虑,试验选择提取剂pH为7.65±0.05。2.5 雾化器的选择

混合提取剂含盐量高,一次性分析的样品数量

·1114·

而春耕农忙季节每天试验室多会导致雾化器堵塞,

测定土壤样品达上百个。试验考察了不同材质的雾化器(玻璃同心雾化器、高盐雾化器、耐氢氟酸雾化器)对测定结果的影响。结果表明:若直接测定提取液,无论是同心雾化器、高盐雾化器,还是耐氢氟酸雾化器,在分析2其中同心0个样品以内都会堵塞;雾化器最容易堵塞,高盐雾化器稳定性差。虽然耐

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氢氟酸雾化器灵敏度最低,但为了满足大批量土壤的分析需求,方法选择了将提取液稀释5倍后采用耐氢氟酸雾化器进行测定。2.6 标准曲线及检出限

将各元素标准储备溶液分别配制成100mg·L-1的标准溶液,

按照表4配制混合标准溶液系列。表4 混合标准溶液中6种元素的质量浓度

Tab.4 Mass concentration of the 6elements 

inmixed standard solutions 

mg·L-1元素1 2 3 4 5P 0 0.1 0.5 1.0 2.0K 0 0.5 1.0 5.0 10.0Fe 0 5.0 10.0 30.0 50.0Mn 0 0.5 1.0 2.0 5.0Cu 0 0.1 0.5 1.0 2.0Zn 

0 

0.1 

0.5 

1.0 

2.0

  按照仪器工作条件对混合标准溶液系列进行测

定,以各元素的质量浓度为横坐标,对应光谱信号响应值为纵坐标绘制标准曲线,各元素的线性范围、线性回归方程及相关系数见表5。重复测定空白溶液11次,以3倍标准偏差计算各元素的检出限(3s),结果见表5。

表5 线性参数及检出限

Tab.5 Linearity 

parameters and detection limits元素

线性范围ρ/(mg·L-1)线性回归方程相关系数

检出限w/

(mg·kg-1)P 0.1~2.0y=93.

10×10x+6.489×10

-1

0.999 8 0.052K 0.5~10.0y=42.87×102 

x+5.054×100.999 9 0.096Fe 5.0~50.0y=17.

08×103 

x+2.807×102

0.999 9 0.077Mn 0.5~5.0y=11.74×104 

x+9.6400.999 9 0.046Cu 0.1~2.0y=17.24×103 x+3.8540.999 9 0.047Zn 

0.1~2.0

y=25.

80×103 x+1.6475×10

0.999 9 

0.033

2.7 方法的精密度及准确度

选取有证标准物质GBW 07459,按照试验方法平行测定11次,测定值与其相对标准偏差(RSD)见表6。

结果表明:RSD小于4.0%,方法有较高的精密度,重复性好;测定结果与认定值吻合,误差在允许

表6 精密度和准确度试验结果(n=11

)Tab.6 Results of tests for precision and accuracy(n=11)元素

认定值w/

测定值w/

RSD

/(mg·kg-1)(mg·kg-1)%P 15.7±1.0 16.20 0.73K 390±30 410.33 0.69Fe 38±5 40.03 0.56Cu 1.8±0.2 1.83 2.8Mn 14.5±1.4 15.11 0.89Zn 

0.54±0.06 

0.53 

3.9

范围内,方法准确度较高。

本工作针对碱性土壤,采用混合溶液提取速效钾及有效磷、铁、锰、铜、锌,并采用ICP-AES进行测定。相较之文献报道的6种元素的测定所需时间

(6h)[10]

,本法同时测定6种元素只需要2.5h,大大缩减了分析时间。方法快速、简便、准确度和重现性

好,适用于配方施肥中一次性大批土壤有效性指标的检测。参考文献:

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ofActinKandEffectiveP,uickDetermination  -   gQ ,M,Fen,CuZninAlkalineSoil   

MEILianin pg

(NationalDeveloentand UtilizationoPhoshorusResourceEnineerinTechnolo     pmf pgg gyResearch Center,Kunmin50600,China)g6

:Abstract5.0000gofalkalinesoilsamle(whichhadbeendriedinairandfilteredthrouhasievewithbore                pg 

of2mmasextractedundervibrationwith50mLofacomositesolutionofammoniumriliminarilsize              ppy)w,dentahdroencarbonateiethlenetriamineaceticacid(DTPA)andcalciumchloride(amountsofthe3          pygy,in1literofthesolutionwere79.0,1.967,1.47gresectivelandtheaciditofthecomositewascomounds            pyypp  )Hhoshorusaeradustedto7.65±0.05at25℃for90min.Themixturewasfilteredonadrfreefilterand           -   pppppjy ,filtratewasdiluted5timeswithwater.ThedilutedsolutionwasusedforICPESanalsisdurinwhichCIDthe            -A  yg andHFresistantatomizerwereadoted.Linearrelationshisbetweenvaluesoftheresonsesinalsanddetector  -           pppgmassconcentrationsindefiniteraneswereobtainedforthe6elementsdetermined.Valuesofdetectionlimits(3s)             g

-1

·kforthe6elementswerefoundintheraneof0.033to0.096mACRMofGBW07459wasanalzedbthe                ggg.yy 

,,roosedmethodresultsofthe6elementsobtainedwereinconsistencwiththeircertifiedvaluesandvaluesof             ppy ,n=11)foundwerealllessthan4.0%.Inadditiononl2.5hwerenecessarfordeterminationofthe6RSDs(           yy  inasinlesamle.elements    gp

:m;;;;M;;KewordsixedsolutionICPESalkalinesoilactinK;effectiveP;FenCuZnuick -A - gqy 

·1116·

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