陳 璐

(山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013)

氮是生物體構(gòu)建的重要基礎(chǔ)條件，在植物的生命活動(dòng)中占有重要作用，是肥料三要素之一，植物所吸收的氮素主要是無機(jī)氮，即銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。由于氮肥的過量使用，造成氮素在土壤內(nèi)嚴(yán)重累積。在土壤內(nèi)部，在有氧的條件下，土壤中的氨或銨鹽可以在硝化細(xì)菌的作用下最終氧化成硝酸鹽，這一過程叫做硝化作用。土壤中過高的硝酸鹽氮會(huì)引起作物中硝酸鹽超標(biāo)。在氧氣不足的條件下，土壤中的硝酸鹽被反硝化細(xì)菌等多種微生物還原成亞硝酸鹽，這一過程被稱作反硝化作用。部分蔬菜亞硝酸鹽超標(biāo)，就是反硝化作用引起的。因此，及時(shí)了解土壤動(dòng)態(tài)，快速分析土壤中氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮已刻不容緩。

而標(biāo)準(zhǔn)方法(HJ 634-2012)[1]測(cè)定土壤中氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的分光光度法使用試劑較多，操作步驟繁瑣，過程復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，分析效率低，難以滿足批量土壤樣品的快速分析測(cè)試的要求[2-3]。本文針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方法所存在的問題，采用離子色譜法快速測(cè)定土壤中的氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。該方法的樣品前處理過程簡(jiǎn)單，使用試劑少，經(jīng)過稱量、浸提、振蕩三個(gè)步驟即可上機(jī)連續(xù)測(cè)試?？梢源蟠罂s減操作手續(xù)，簡(jiǎn)化分析測(cè)試步驟，減少生產(chǎn)成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，提升分析測(cè)試精密度和準(zhǔn)確度，滿足綠色環(huán)保的要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

離子色譜儀：ICS-1100，賽默飛世爾公司；電子天平：BS224S，德國(guó)賽多利斯公司；水浴恒溫振蕩器：SHZ-C，上海博訊醫(yī)療生物儀器有限公司；臺(tái)式離心機(jī)：TDL-5，上海安亭科學(xué)儀器廠。

氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000 μg/mL，編號(hào)分別為：GSB 04-2833-2011、GSB 04-2840-2011、GSB 04-2837-2011(a)，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。硫酸鈉，氯化鈣，氯化鉀，氯化鈉，氫氧化鉀，氨基苯磺酸鈉：優(yōu)級(jí)純，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。

1.2 樣品的處理

土壤樣品稱取50.000 g置于500 mL錐形瓶中，，加入濃度為0.01 mol/L CaCl2提取溶液250 mL，塞緊瓶塞，搖勻，在恒溫水浴振蕩器上于25℃振蕩浸提 60 min后，靜置10 min，取上層清液30 mL于離心管中，3000 r/min離心10 min。移取上層清液經(jīng)0.22 μm濾膜過濾，過濾液待測(cè)。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的繪制

分別吸取氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的標(biāo)準(zhǔn)溶液(ρ=1000 μg/mL)10 mL至100 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，制成混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(ρ=100 μg/mL)。

分別吸取0、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00 mL濃度ρ=100 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中，用水稀釋定容至刻度，分別配制成0.00、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00 μg/mL氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。將標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液和待測(cè)樣分別置于自動(dòng)進(jìn)樣器中，依次進(jìn)樣，測(cè)得離子強(qiáng)度譜圖，做出標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，得出樣品濃度。

1.4 色譜條件

色譜柱：Ion Pac CS12A(250 mm×4 mm)陽離子交換色譜柱和Ion Pac AS19(250 mm×4 mm)陰離子交換色譜柱；陽離子淋洗液：甲烷磺酸 20 mmol/L；陰離子淋洗液：氫氧化鉀 25 mmol/L；淋洗液流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣體積：25 μL；檢測(cè)器：電導(dǎo)檢測(cè)器，柱溫：30℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤提取液浸提劑的選擇

鹽類浸提效果優(yōu)于去離子水浸提效果[4-5]。測(cè)定土壤中氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，通常測(cè)定的是水溶態(tài)和交換態(tài)的總和，本文優(yōu)先考慮硫酸鈉、氯化鈣、氯化鉀、氯化鈉等鹽類作為浸提劑，分別稱取適量硫酸鈉、氯化鈣、氯化鉀、氯化鈉配制成0.1 mol/L的提取溶液；稱取六件土壤樣品50.000 g，平行6次，然后分別加入250 mL以上四種提取溶液，在20℃下振蕩1 h，離心過濾，上機(jī)檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果見表1。由表1可知硫酸鈉影響硝酸根的出峰，鈉離子影響氨氮的出峰效果，硫酸根離子對(duì)硝酸鹽氮離子測(cè)定的影響較大，鈉離子對(duì)氨氮的測(cè)定有影響，測(cè)定值相對(duì)偏低。氯化鉀和氯化鈣比較，氯化鈣浸提效果最佳，綜合考慮，本文采用氯化鈣作為土壤提取液的浸提劑。

表1 4種不同浸提劑的浸提結(jié)果

2.2 土壤提取液濃度的選擇

圖1 氯化鈣溶液對(duì)浸提效果的影響

土壤提取液濃度對(duì)氮元素的浸提效果有影響，也是關(guān)系離子色譜柱使用壽命的重要因素。稱取適量的氯化鈣分別配制成0.01，0.02，0.05，0.10，0.20，0.50，1.00 mol/L的土壤提取液，稱取三件土壤樣品50.000 g，平行6次，分別加入以上不同濃度的提取液250 mL，在20℃下振蕩1 h，離心過濾，上機(jī)檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果見圖1。從圖1中可以看出，氯化鈣溶液濃度為0.01，0.02 mol/L時(shí)，浸提效果較好，同時(shí)為延長(zhǎng)離子色譜柱的使用壽命，兼顧離子強(qiáng)度，選擇0.01 mol/L氯化鈣溶液作為土壤提取液，陰陽離子分離效果較好。

2.3 土壤提取液浸提時(shí)間的選擇

由于土壤中的氮元素的形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本文考慮在短時(shí)間內(nèi)，選取適宜溫度進(jìn)行浸提土壤。稱取土壤樣品50.000 g，平行6次，加入0.01 mol/L氯化鈣的提取液250 mL，置于水浴振蕩器中，在20℃條件下，采用相同振蕩頻率，分別振蕩20，30，50，60，70，90 min后，離心過濾上機(jī)檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，浸提時(shí)間對(duì)硝酸鹽氮的影響要小于對(duì)氨氮和亞硝酸鹽氮的影響；三種離子隨著振蕩時(shí)間的延長(zhǎng)，含量均升高，當(dāng)超過70 min時(shí)含量有所下降；浸提時(shí)間在50～70 min，浸提效果較好，測(cè)定值較穩(wěn)定。因此，本文綜合三種離子的含量值，確定浸提時(shí)間為60 min。

圖2 浸提時(shí)間對(duì)浸提效果的影響

2.4 離子色譜條件的優(yōu)化

根據(jù)每種離子色譜柱的特性及各種離子的出峰時(shí)間和離子之間的相互干擾情況，本文采用Ion Pac CS12A型陽離子和Ion Pac AS19和Ion Pac AS11-HC型陰離子色譜柱，通過優(yōu)化淋洗液濃度和流速等色譜條件，得出最佳色譜條件：陽離子淋洗液為20 mmol/L的甲烷磺酸溶液，陰離子淋洗液為20 mmol/L的氫氧化鉀溶液，流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣量為10 μL；檢測(cè)器為電導(dǎo)檢測(cè)器，檢測(cè)室溫度30℃，色譜圖見圖3。

圖3 陽離子Ion Pac CS12A和陰離子Ion Pac AS19離子分離色譜圖

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按1.4分析條件，進(jìn)行檢測(cè)，建立標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。平行測(cè)定12次樣品空白溶液，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)濃度值作為其方法檢出限，各離子的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)與檢出限見表2。

表2 三種離子的線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)

2.6 方法的加標(biāo)回收率和精密度

表3 方法的加標(biāo)回收率

選取新鮮土壤樣品，分別添加三種不同含量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測(cè)定6次，計(jì)算其回收率，確定方法的準(zhǔn)確度，詳見表3。3種離子的回收率在95%～100.8%之間，說明本方法具有很好的準(zhǔn)確度。同時(shí)新鮮土壤樣品重復(fù)分析檢測(cè)12次，計(jì)算各樣品分析值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD%)，按確定的測(cè)量方法進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算平均值及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD%，確定方法的精密度。土壤樣品檢測(cè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD%)為0.71%～4.82% ，均小于5%，精密度良好，詳見表4。

表4 方法的精密度

2.7 與標(biāo)準(zhǔn)方法比對(duì)

選擇新鮮土壤樣品編號(hào)1、2、和3，用本文采用的離子色譜法的檢測(cè)結(jié)果與分光度光法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)結(jié)果詳見表5。結(jié)果表明：兩種方法的測(cè)定結(jié)果基本一致，離子色譜法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)要優(yōu)于分光光度法；8件樣品分析結(jié)果的絕對(duì)偏差均小于絕對(duì)偏差允許限，全部滿足規(guī)范要求，本法的準(zhǔn)確度也得到了進(jìn)一步的確認(rèn)。

表5 本法與分光光度法測(cè)定結(jié)果對(duì)比表

3 結(jié)論

本文有效解決了目前標(biāo)準(zhǔn)方法土壤中有效態(tài)氮分析各項(xiàng)缺點(diǎn)和不足，特別是在測(cè)試大批量樣品時(shí)，本方法可大大提高分析效率，降低成本，具有較強(qiáng)的實(shí)用性；是一種易于推廣的新型分析方法。