申貴雋 魏婷 趙婷

（大連大學 環(huán)境與化學工程學院，遼寧 大連116622）

0 前言

磷對作物生長發(fā)育具有重要影響。磷是作物體內脫氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）的組成成分。這些有機磷化合物對作物的生長與代謝起重要作用。正常的磷素營養(yǎng)有利于核酸與核蛋白的形成，加速細胞的分裂與增殖，促進營養(yǎng)體的生長，尤其在作物生長早期，充足的磷素營養(yǎng)尤為重要，生長前期作物吸收的磷，可以再利用，參與新生組織的形成與代謝。磷與水稻植株體內糖、氮和脂肪代謝有密切關系；磷參與能量代謝，它在細胞質中迅速酯化形成腺苷一磷酸（AMP）、腺苷二磷酸（ADP）和腺苷三磷酸（ATP）。土壤供磷不足，既影響植物的光合作用和呼吸作用及生物合成過程等，也影響植物細胞分裂、新細胞形成及細胞伸長，使植株瘦小，分枝減少。施磷肥能促進水稻作物的CO同化和蛋白質合成，稻株的生長正常籽粒重量增加，從而提高產量。在作物高產、優(yōu)質、高效栽培中，磷對養(yǎng)分協(xié)調供應，也有不可取代的作用［1］。

土壤中總磷含量的測定方法主要以鉍磷鉬藍分光光度法為主［2］，該方法操作簡便、分析成本低、顯色穩(wěn)定、選擇性好、靈敏度高、干擾少，但儀器攜帶不方便，一般用于實驗室分析。因此，磷含量測定方法的簡單化、便捷化且易推廣化對監(jiān)測部門具有重要的現(xiàn)實意義。如今，數(shù)碼相機具有強大的功能、操作便捷和出色的拍攝效果等優(yōu)點，在納米材料的表征、生物學研究、藥材的顯微鑒定［3－4］、土壤形態(tài)分析及考古學等領域得到了廣泛的應用。由于數(shù)碼相機不能分光，使其在分析化學領域應用很少。數(shù)碼成像是基于CCD電荷耦合器件記錄影像，再把CCD器件的電子信號轉換成數(shù)字信號［5］?；赗GB原理，Maleki利用數(shù)碼成像建立人工神經網(wǎng)絡［6］，把數(shù)碼相機作為檢測器用于酸堿滴定分析，取得了較好的效果。由此可見，數(shù)碼成像已經被逐漸運用于分析化學研究中。所以，本研究在有效避免光的反射、側光及投影的情況下利用自然光使標準試樣和待測樣品成像，再基于RGB原理定量分析土壤中的總磷的含量。此方法簡便，快捷，并且用于現(xiàn)場測量。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

UV－2102PC型紫外可見分光光度計（浙江華南儀器設備有限公司），1XUS 310HS型佳能相機。

鉬酸鹽、磷酸二氫鉀（KH2PO4，鄭州派尼化學試劑有限公司），硫酸、氫氧化鈉、酚酞和抗壞血酸（廣州化學試劑有限公司）。

磷標準儲備溶液（100mg／L的磷酸二氫鉀）。所用試劑均為分析純試劑，實驗用水為二次去離子水。

1.2 土壤樣品的預處理

將土壤樣品研磨，用篩孔尺寸為0.250mm的篩子篩取試樣，風干之后準確稱取樣品0.25g（精確至0.000 1g），小心放入坩堝底部，加入無水乙醇3～4滴，潤濕樣品，在樣品上平鋪2.0g的氫氧化鈉，將干鍋放入高溫電爐，升溫，當溫度升至200℃左右，切斷電源，暫停15min，然后繼續(xù)升溫至300℃，并保持15min，取出冷卻，加入10mL約80℃的水，同時用H2SO4（3mol／L）溶液和去離子水，多次洗坩堝，洗滌液也一并轉入容量瓶中，冷卻，定容待熔塊溶解后，用無磷定量濾紙過濾或離心澄清，定容至100mL，同時做空白實驗。

1.3 磷標準溶液的配制

將磷標準儲備溶液分別配制成濃度為0.00，31.51，34.84，48.54，53.45，64.39mg／L 的磷標準溶液，分別在6個50mL燒杯中加等量的磷標準溶液，另外再在1個燒杯中加等量的去離子水作為對照實驗。

1.4 實驗步驟

在以上6個燒杯中分別加入1滴酚酞指示劑，滴加NaOH至剛呈微紅色，再滴加H2SO4溶液使微紅色剛好褪去，充分混合，用水稀釋至刻度。

加入1.0mL抗壞血酸溶液混勻，30s后加2.0mL鉬酸鹽溶液充分混勻。

室溫下放置10min用簡單模式直接數(shù)碼成像，如圖1所示。由圖1得知溶液顏色隨著磷酸二氫鉀溶液濃度的增加逐漸變淺。

1.5 Photoshop軟件讀取RGB值

1）文件——打開——選取實驗圖片，軟件截圖如圖2所示。

2）選取圖片顏色分布比較均勻的地方，點擊工具欄最下方的顏色圖標，出現(xiàn)如截圖3所示。

3）記錄圖片的RGB值得出表1所示不同濃度下磷酸二氫鉀的三原色對照值［7］。

1.6 濃度計算程序編譯依據(jù)及軟件應用

1.6.1 濃度計算程序編譯依據(jù)

由文獻查得RGB與灰度Gray（Gr）之間的通用關系式：Gr＝R×0.3＋G×0.59＋B×0.11［8］。

利用Excel分別將 R（紅色），G（綠色），B（藍色）擬合成與濃度C的關系：

R＝1.12C＋21.1；G＝0.9C＋91.1；

B＝1.09C＋129.2

利用以上公式可得灰度Gray與濃度C之間的關系：

Gr＝0.986C＋73.14

1.6.2 軟件應用

將此濃度計算軟件安裝到手機上，運行并打開窗口［9］。

用Photoshop軟件讀取實驗圖片的RGB值，代入濃度計算軟件點擊確定即可。窗口截圖如圖4。

圖1 不同濃度下溶液顏色的變化Figure 1 Solution color changes with different solution concentrations.

圖2 Photoshop打開圖片的軟件界面Figure 2 Software interface for using Photoshop to open a picture file.

圖3 Photoshop讀取圖片RGB值的軟件界面Figure 3 Software interface for using Photoshop to read RGB value of a picture.

圖4 濃度計算窗口Figure 4 Concentration calculation window.

圖5 樣品溶液的顏色變化Figure 5 Color changes of the sample solution.

1.7 試劑包

由于該方法適用于現(xiàn)場快速測定土壤中總磷含量，因此此方法將測定過程需要的藥品由試劑包A和試劑包B組成。

試劑包A：①無水乙醇，②氫氧化鈉，④去離子水，③硫酸溶液。主要用于土壤樣品的預處理。

試劑包B：①酚酞指示劑，②NaOH溶液，③H2SO4溶液，④抗壞血酸，⑤鉬酸鹽溶液。主要用于土樣溶液和標準溶液的顯色反應。

使用順序：先A后B。

2 樣品測定

2.1 土壤樣品的測定

分別準確吸取兩份待測樣品溶液2～10mL于兩個50mL容量瓶中，用水稀釋至總體積的3／5處，分別加1滴酚酞指示劑，再滴加NaOH至剛呈微紅色，然后滴加H2SO4溶液使微紅色剛好褪去，充分混合，用水稀釋至刻度，加入1.0mL抗壞血酸溶液混勻，30s后加2.0mL鉬酸鹽溶液充分混勻。室溫下放置10min用簡單模式直接數(shù)碼成像。成像結果見圖5。最后按實驗步驟依次讀取RGB值、用自編軟件直接讀取總磷含量值（見表2）。

2.2 樣品測定結果與加標回收實驗

另取已知含量的樣品溶液兩份，分別加入磷標準溶液使其濃度達到原樣品濃度的二倍，然后按實驗方法測定其總磷含量并計算加標回收率（結果見表2）。

2.3 方法精密度與比對實驗

用磷標準儲備溶液配制成10，20，30，40，50，60，70，80mg／L的磷酸二氫鉀標準溶液，顯色后分別測得其吸光度。經回歸分析得知其相關系數(shù)R＝0.98，線性方程為：A＝－0.023 7C＋1.847 6。

表2 土壤中總磷含量測定結果Table 2 Analytical results for the totalphosphorus of soi

再將磷標準儲備溶液分別配制成濃度為0.00，31.51，34.84，48.54，53.45mg／L 和 64.39mg／L的磷標準溶液。將上述溶液依次分別取兩份，并按照實驗步驟加入顯色劑。一份應用前面所述的數(shù)碼比色方法測定該標準溶液的濃度，另一份用分光光度計測定其吸光度并代入線性方程求得濃度的對比測定值，實驗結果見表3。兩種方法測定結果基本一致。

另取總磷含量為34.84mg／L的標準溶液做10次平行測定，結果表明相對標準偏差為1.2%。

表3 標準儲備液濃度的數(shù)碼比色與分光光度法測定結果Table 3 Comparison of the analytical results for the standard stock solution using digital colorimetric method and spectrophotometry ／（mg·kg－1）

3 結論

手機數(shù)碼比色法測定土壤中總磷濃度經國家有證標準物質驗證，測定準確度能夠滿足環(huán)境樣品的測試要求，并且此方法與傳統(tǒng)測定方法相比克服了肉眼對顏色的分辨率，極大地提高了方法的靈敏度和精密度，發(fā)展了傳統(tǒng)的比色分析技術，并且此方法方便快捷，容易操作，成本低，能夠進行現(xiàn)場分析，是一種農民自行測定土壤中總磷含量的好方法。

［1］中國農業(yè)百科全書總編輯委員會，農業(yè)化學卷編輯委員會，中國農業(yè)百科全書編輯部編 .中國農業(yè)百科全書：農業(yè)化學卷［M］.北京：農業(yè)出版社，1996：429－430.

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