向 勇，謝莉蓉，易田芳，鄧 聶，李 發(fā)

［1．廣電計量檢測（湖南）有限公司，湖南 長沙 410000；2．農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南方耕地污染防控重點實驗室，湖南 長沙 410000］

硫是植物生長過程中不可缺少的元素，近年來隨著含硫化肥的用量減少，土壤缺硫的現(xiàn)象逐漸增多。研究表明，農(nóng)作物合理施硫，不僅增加農(nóng)作物產(chǎn)量，而且可以改善農(nóng)作物的品質(zhì)［1］。有效硫是指直接作為硫營養(yǎng)源而被作物根系吸收利用的硫［2］。因此，及時準確測定土壤中有效硫，是對土壤硫素狀況進行了解，確定土壤供硫能力，進而合理指導(dǎo)使用硫肥的最有效途徑。

目前測定土壤有效硫的現(xiàn)行有效方法為比濁法［3-4］，比濁法前處理頻率和溫度難控制，導(dǎo)致結(jié)果偏差較大且測試方法穩(wěn)定性不佳，重復(fù)性較差。在大量樣品檢測中，此種方法不利于短時間內(nèi)出具權(quán)威性和可靠性的報告［5］。針對上述前處理不足，鄭國宏等［6］和王新華等［7］對前處理進行改進，主要對加入的比濁試劑進行了優(yōu)化，校準曲線的穩(wěn)定性有所提升，但是校準曲線線性系數(shù)還是很難達到0.999，說明優(yōu)化的水平和程度還是不夠。對于比濁法測試不穩(wěn)定的問題，李優(yōu)琴等［8］和倪張林等［9］分別利用連續(xù)光源原子吸收光譜儀和火焰原子吸收儀測定硫的含量，曹華杰［10］和張聯(lián)勝［11］使用離子色譜法進行上機測試硫的含量，蔣俊平等［12］和謝鑫［13］使用ICP-AES進行上機測試硫的含量，以上測試方法研究都獲得了較好的檢測結(jié)果，但上述研究中缺少對前處理條件的系統(tǒng)優(yōu)化，特別是沒解決前處理不穩(wěn)定的問題。實際上土壤有效態(tài)硫的測定屬于條件選擇試驗，前處理條件的細微改變將較大改變最終的測試結(jié)果，尤其是溫度和提取過程的控制，例如方法中指明提取溫度控制在20～25℃，劉婷琳等［14］對溫度試驗結(jié)果表明，浸提溫度達到30℃時，部分樣品測定結(jié)果明顯偏高，但是都沒有提及如何做到和保證在該溫度條件下浸提。鑒于此，本研究借助高精密的前處理設(shè)備恒溫搖床（可精準控制前處理溫度、振蕩頻率穩(wěn)定、容量大和智能化程度高）進行前處理，結(jié)合電感耦合等離子體發(fā)射光譜法進行上機測試，擬建立一種精密度好、準確度高和快速簡便的土壤中有效硫的檢測方法，適用于大批量土壤的檢測。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Avio500電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（PerkinElmer）。

恒溫搖床：屬于水平往復(fù)振蕩器，BSDYF2600立式雙層智能精密搖床（上海博迅/上海越寅智能儀器科技有限公司），可以精確控制溫度4～60℃。

土壤標準物質(zhì)：國家標準物質(zhì)研究中心研制的江西紅壤GBW07416a（ASA-5a），為酸性土壤；陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)實驗研究所研制的黃土土壤，有效態(tài)成分標準物質(zhì)陜西土（HTSB-1）、陜西黑壚土（HTSB-2）、寧夏灌淤土（HTSB-3）和甘肅灌漠土（HTSB-4），以上為堿性土壤。

硝酸為優(yōu)級純，其他試劑除有說明外，均為分析純；水均為去離子水。

磷酸鹽-乙酸提取液：稱取磷酸二氫鈣［Ca（H2PO4）2·H2O］2.04 g溶 于1 L乙 酸 溶 液［c（CH3COOH）=2 mol/L］中。

氯化鈣提取劑（用于石灰性土壤）：稱取氯化鈣（CaCl2）1.50 g溶于水，稀釋至1 L。

硫標準貯備液：ρ=1000 mg/L，市售有證標準物質(zhì)，將此溶液準確稀釋成含硫200 mg/L的標準溶液備用。

1.2 試驗方法

稱取通過2 mm篩的風干試樣5.0 g于150 mL具塞錐形瓶中，加入25 mL磷酸鹽-乙酸提取液，蓋緊瓶塞，溫度為15～30℃，振蕩時間為30～120 min，振蕩頻率為120～250 r/min，提取完成后，用離心機離心，再用濾紙進行干過濾，棄去最初的5～6 mL，再濾下的濾液置于25 mL具塞比色管中，準確分取10.0 mL離心液于50 mL燒杯中，在電熱板上加熱，加入0.5 mL硝酸氧化有機物。待有機物分解完全后，繼續(xù)加熱至近干，將溶液無損移入10 mL比色管中，定容、搖勻和過0.45 μm水系微孔濾膜待測。

石灰性土壤（pH值≥7.5）用氯化鈣溶液提取時，其土液比、振蕩時間、提取溫度及其他操作與磷酸鹽-乙酸提取一樣，只是提取劑種類發(fā)生改變。

1.3 儀器參考條件

射頻功率為1.5 kW，載氣為高純氬氣，霧化氣流量為0.8 L/min，輔助氣流量為0.2 L/min，冷卻氣流量為15 L/min，垂直觀測高度為15 mm，元素分析譜線為181.975 nm。

1.4 校準曲線繪制

分別吸取含硫200 mg/L的標準溶液0.00、1.00、3.00、5.00、7.00、10.0、15.0 mL于100 mL容量瓶中，測定酸性土壤有效硫的校準曲線使用磷酸鹽-乙酸提取劑定容，測定石灰性土壤有效硫的校準曲線使用氯化鈣提取劑定容，分取10.0 mL標準系列溶液參照樣品消解步驟進行消解后定容于10 mL比色管中，即為含硫0.00、2.00、6.00、10.0、14.0、20.0和30.0 mg/L的工作曲線溶液（該系列校準點曲線范圍線性關(guān)系好，絕大多數(shù)樣品的上機測試結(jié)果能落在曲線范圍內(nèi)，不經(jīng)過稀釋可直接測定的樣品濃度范圍為2～150 mg/kg）。

1.5 試樣測定

分析前，先將儀器設(shè)備開機預(yù)熱30 min以上，用（1+99）硝酸溶液沖洗系統(tǒng)直到空白強度值降至最低，待分析信號穩(wěn)定后，建立校準曲線，在建立校準曲線相同的條件下依次測定空白和試樣。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取溫度選擇試驗

土壤有效硫是典型的條件選擇性試驗，前處理任何條件的改變均會使得結(jié)果出現(xiàn)較大的變化，提取溫度對有效硫的測定影響明顯，本試驗選取土壤有證標準物質(zhì)：江西紅壤土GBW07416a（ASA-5a）、陜西土（HTSB-1）、陜西黑壚土（HTSB-2）、寧夏灌淤土（HTSB-3）和甘肅灌漠土（HTSB-4），試驗考察了提取溫度分別為15、18、20、22、25、30℃時對測定結(jié)果的影響，在提取時間固定在60 min、振蕩器頻率固定在180 r/min條件下，使用恒溫搖床進行不同溫度下條件選擇試驗，測定結(jié)果見表1（條件選擇試驗均為3次測定的平均結(jié)果）。

表1 不同提取溫度對測定結(jié)果的影響 （mg/kg）

由表1可知，溫度過低（15℃）時部分結(jié)果會低于證書下限值，溫度過高（25℃和30℃）時部分結(jié)果會超過證書上限值，當提取溫度為18～22℃時所有標準物質(zhì)測定結(jié)果都在證書給定的保證值范圍內(nèi)，實際工作中溫度可以控制在（20±2）℃。

2.2 提取頻率選擇試驗

振蕩頻率選擇試驗在提取時間60 min、提取溫度控制在20℃條件下，使用進行不同振蕩頻率條件進行試驗，選取頻率范圍為120～250 r/min，具體試驗結(jié)果見表2。

表2 不同提取頻率對測定結(jié)果的影響 （mg/kg）

由表2可知，振蕩頻率為160～200 r/min時結(jié)果較好，所有檢測結(jié)果均在有證物質(zhì)給出的保證值范圍內(nèi)，頻率低于160 r/min時測試結(jié)果會偏低，頻率高于200 r/min時結(jié)果會有偏高的風險，且一般在振蕩頻率大于200 r/min的條件下不易穩(wěn)定。由此，實際測試過程中可以選擇控制振蕩頻率為（180±20）r/min。

2.3 提取時間選擇試驗

提取時間選擇試驗是在振蕩頻率選擇為180 r/min、提取溫度控制在20℃條件下，改變提取時間進行試驗，選取時間范圍為30～120 min，具體試驗結(jié)果見表3。

表3 不同提取時間對測定結(jié)果的影響 （mg/kg）

由表3可知，提取時間為60～90 min時結(jié)果較好，所有檢測結(jié)果均在有證物質(zhì)給出的保證值范圍內(nèi)，時間較少（30 min）會導(dǎo)致提取不夠完全，使得結(jié)果偏低，說明振蕩時間較短，不能充分提取出土壤標樣中的有效硫；時間過長（120 min）結(jié)果會偏高，有部分結(jié)果不在保證值范圍內(nèi)，說明時間過長提取液中除了有效硫外，其他形態(tài)的硫也有可能被提取出來?？紤]到前處理工作的效率，可選取60 min作為最佳提取時間。

根據(jù)表1～3中的試驗數(shù)據(jù)和具體分析，可以得出最佳的前處理條件為：提取溫度為（20±2）℃，振蕩器振蕩頻率為（180±20）r/min，提取時間為60 min?；谝陨蠗l件的確定，進行以下方法檢出限、精密度、準確度和實際樣品比對試驗。

2.4 校準曲線和檢出限

按儀器工作條件對硫工作曲線系列進行測定，以硫的質(zhì)量濃度為橫坐標，對應(yīng)的熒光強度為縱坐標繪制標準曲線，結(jié)果表明當硫含量的線性范圍為0～30 mg/L時，工作曲線線性方程較好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999。

方法的檢出限按照《合格評定 化學(xué)分析方法確認和驗證指南》（GB/T 27417-2017）中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。分為酸性和石灰性土壤分別對空白樣品進行獨立測試10次，檢出限=空白平均值+3s（標準偏差），結(jié)果見表4，酸性和石灰性土壤檢出限基本一致，略低于或等于0.5 mg/kg，由此可統(tǒng)一本方法檢出限為0.5 mg/kg。

表4 檢出限結(jié)果 （mg/kg）

2.5 方法準確度和精密度

選擇了3種有證標準物質(zhì)，為體現(xiàn)標樣的代表性，其中有1種是酸性土壤，2種是堿性土壤（表5）。由表5可知，土壤標準物質(zhì)的測定結(jié)果均在保證值范圍內(nèi)，相對誤差?。?5%），準確度好；土壤標準有證樣品相對標準偏差（n=6）為2.47%～4.59%，表明該方法檢測結(jié)果穩(wěn)定，精密度高。

表5 方法準確度和精密度

2.6 實際樣品與標準方法比對測試

為了充分證明方法的實用性，選取全國具有代表性耕作區(qū)的9種土壤實際樣品進行比對試驗，每種土壤樣品平行測定3次，以平均結(jié)果作為最終比對結(jié)果（表6）。

表6 本文方法與標準方法比對結(jié)果

本文方法與標準方法（NY/T 1121.14-2006）進行比對表明，實際土壤測試中有效硫測試結(jié)果相對偏差為0.63%～8.38%，均小于10%，說明該方法在測定不同實際土壤樣品時與標準方法無顯著差異，也說明該方法具有普遍的適用性。

3 結(jié)論

恒溫搖床擁有控溫精準、振蕩平穩(wěn)、空間較大和智能化程度高的特點，能徹底解決普通振蕩器無法控溫、處理批次少和頻率不穩(wěn)定等問題。使用恒溫搖床進行土壤有效硫的前處理，極大地提升了前處理的可靠性，可同時處理200個以上的樣品，前處理效率明顯提升。通過研究恒溫搖床不同的溫度、時間和頻率對土壤有效硫的影響，確定了最佳前處理條件為：提取溫度為（20±2）℃，振蕩時間為60 min，振蕩頻率為（180±20）r/min。結(jié)合使用電感耦合等離子發(fā)射光譜法進行上機測試，對方法檢出限、精密度、準確度、不同類型實際樣品進行試驗，結(jié)果滿意。本研究建立的恒溫搖床提取-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定土壤中有效硫具有精密度好、準確度高和快速簡便的特點，它不僅提高了土壤有效硫測試結(jié)果的準確度，更大幅度提升了樣品處理及分析能力，并降低了檢測成本，豐富了農(nóng)業(yè)土壤的檢測方法，促進了科學(xué)農(nóng)業(yè)施肥，適用于不同類型土壤的大批量樣品檢測。