王 華 王玉功 余志峰

(甘肅省地質礦產(chǎn)開發(fā)局 第三地質礦產(chǎn)勘查院，蘭州 730050)

土壤中的氨氮是指以氨(NH3)或銨鹽(NH4+)形式存在的化合氨。氨氮是土壤中的一項主要污染因子，土壤中的氨氮污染一方面來源于化肥污染[1]，近年來我國的化肥施用量逐年增加，據(jù)統(tǒng)計目前已經(jīng)成為世界上化肥使用量最多的國家，占世界化肥總使用量的30.8%。研究表明，氮肥的利用率僅為30%～50%，這些氮肥在土壤中積累并淋失致使土壤中氨氮污染日趨嚴重。有文獻報道[2-3]，化肥污染主要有三個方面，一是化肥中的氮元素等進入大氣后，增加了“溫室氣體”，導致溫度升高；二是殘留在土壤中的化肥被暴雨沖刷后匯入水體，加劇了水體的“富營養(yǎng)化”，導致水草繁生，許多水塘、水庫、湖泊因此變臭，成為“死水”；三是一旦土壤中某種營養(yǎng)元素過多，還會造成土壤對其他元素的吸收性能下降，從而破壞了土壤的內(nèi)在平衡。工業(yè)廢水、生活污水也是氨氮污染的主要來源[4]，隨著我國城市化進程的加快，城市水污染問題日益突出，城鎮(zhèn)污水的排放量呈現(xiàn)遞增趨勢。近年工業(yè)化的高度發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，各種工業(yè)廢水以及生活污水在污染物數(shù)量以及種類方面都呈現(xiàn)出了明顯的增加趨勢。例如焦化廠、合成氨化肥廠等工業(yè)廢水流入水體、土壤中，導致水體和土壤污染，使用高濃度氨氮廢水灌溉農(nóng)田，導致農(nóng)作物受到嚴重危害[5-7]。

土壤中氨氮的測定基本都用納氏試劑比色法。國際標準 ISO/TS 14265-1 中采用氯化鉀提取土壤中的氨氮并用比色法測定。納氏試劑比色法[8-10]測定氨氮需要采用絮凝沉淀或預蒸餾等前處理，在進行大批量樣品測定時費時費力。國際標準 ISO/TS 14265-1 與環(huán)保標準HJ 634—2012中采用的氯化鉀提取后，氨離子在有次氯酸根離子存在時與苯酚反應生成藍色靛酚染料，該法顯色時間長，手工操作步驟多，存在污染的風險較大，對人體和環(huán)境有一定的影響，本文采用全自動流動注射分析儀測定有自動進樣、分析速率快，試劑耗量少等優(yōu)點。

目前針對土壤中氨氮采用流動注射測定的報道[11-13]較多，但是大多針對的是農(nóng)用地和耕地的研究，本文針對重點行業(yè)企業(yè)用地土壤污染狀況調查的樣品類型進行研究，結果表明：采用全自動流動注射分析儀標準曲線性關系良好、精密度好、準確度高，檢出限低，回收率滿足質控要求。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

全自動流動注射分析儀(北京寶德儀器有限公司)，ZHWY-2102恒溫振蕩器(雙層大容量全溫恒溫搖床，江蘇盛藍儀器制造有限公司)。

1.2 主要試劑

氯化鉀(優(yōu)級純，天津市光復精細化工研究所)，實驗室用水為去離子水(電阻率≥18 MΩ·cm，25 ℃)。

氨氮標準儲備溶液(100.0 mg/L)：稱取基準氯化銨0.741 4 g溶于約150 mL去離子水中，稀釋至250 mL，搖勻。

緩沖溶液：稱取33 g酒石酸鉀鈉于800 mL水中，溶解后再加入24 g檸檬酸鈉，溶解后用水稀釋至1 L。該溶液在4 ℃下保存，可穩(wěn)定保存30 d。

水楊酸鈉溶液：稱取25 g氫氧化鈉于800 mL水中，待溶解后加入80 g水楊酸鈉，溶解后用水稀釋至1 L，搖勻，儲存在棕色試劑瓶中。

硝普鈉溶液：稱取5.0 g硝普鈉于800 mL水中，溶解后用水稀釋至1 L，搖勻，儲存于棕色試劑瓶中。

二氯異氰尿酸鈉溶液：稱取4.0 g二氯異氰酸鈉于800 mL水中，溶解后用水稀釋至1 L，搖勻，儲存于棕色試劑瓶中。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

稱取20.0 g(精確至0.001 g)試樣，放入300 mL的聚四氟乙烯的瓶子中，加入100 mL配制好的氯化鉀溶液，在20 ℃恒溫振蕩器里振蕩提取1 h后提取上清液進行上機測定。

1.3.2 標準系列

氨氮標準系列Ⅰ：吸取氨標準儲備液0、0.10、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00于一組100 mL具塞比色管中，加水至10.00 mL，用去離子水定容至刻度，制備標準曲線Ⅰ。

氨氮標準系列Ⅱ：吸取氨標準儲備液0、0.10、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00于一組100 mL具塞比色管中，加水至10.00 mL，用氯化鉀(1 mol/L)提取液定容至刻度，制備標準曲線Ⅱ。

1.3.3 樣品的測定

1)按要求接通所有管路；

2)啟動全自動流動注射分析儀，打開軟件設置參數(shù)，重點對洗針時間(5、10、15 s)、進樣時間(40、50、60 s)、蠕動泵速(25、35、45 s)三方面進行測定參數(shù)優(yōu)化選擇，經(jīng)過對譜圖出峰完整性、峰形的對稱性以及連續(xù)測樣干擾性等方面綜合考慮確定了軟件分析參數(shù)，具體測定參數(shù)設置見表1；

3)設置工作曲線，以及樣品序號；

4)儀器按順序測定樣品。

表1 全自動流動注射分析儀軟件設置參數(shù)

2 結果與討論

2.1 樣品提取條件的優(yōu)化

土壤中氨氮提取的過程中，提取的溫度、提取劑的濃度以及提取時間等均會影響氨氮的提取效率[14-15]。實驗在提取試劑廠家選取以及提取劑的濃度兩方面進行研究。

2.1.1 不同廠家提取劑的對比空白實驗

參照HJ 634—2012《土壤氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮的測定 氯化鉀溶液提取——分光光度法》標準中的氯化鉀作為提取劑，提取劑的濃度均采用1 mol/L，考察了三個不同廠家的優(yōu)級純氯化鉀，分別為天津某A化工研究院(簡稱A化工)、天津某B化工有限公司(B化工)、天津某C有限公司(C化工)，按照實驗方法中樣品的制備以及測定條件進行實驗，不同廠家的氯化鉀作為提取劑實驗的空白結果見表2。由空白結果可知，不同廠家試劑的氨氮的空白值差別較大，采用不同的試劑對樣品結果會產(chǎn)生正的影響，因此實驗土壤中氨氮的提取時考察提取試劑的廠家以及純度很重要，實驗均采用A化工研究院的優(yōu)級純氯化鉀作為提取試劑。

表2 不同廠家的氯化鉀作為提取劑實驗的空白結果

2.1.2 提取劑的濃度

選取0.5、1.0、2.0 mol/L的氯化鉀溶液作提取劑，HJ 634—2014標準中選用的是1 mol/L的氯化鉀，也有文獻[18-19]中采用的是2、3 mol/L的提取液。當提取液中的鹽離子濃度較大時有利于形成澄清的提取液，因而盡可能地減少顆粒物的影響，反而有利于提高測定結果的穩(wěn)定性。不同濃度的提取液對三個場地樣品的測定結果見表3。表3結果表明，KCl(1 mol/L)浸提液提取的氨氮結果均高于KCl(0.5 mol/L)提取液的結果，但是與KCl(2.0 mol/L)提取液的結果相差不大，這一點與文獻中報道的結果不是很一致[19]，分析原因為此次實驗的場地樣品與文獻中實驗的耕地土壤的環(huán)境背景不同引起的。采用1 mol/L與2 mol/L的KCl提取液提取效果差別不大，但是考慮到采用2 mol/L的KCl提取，無形中引入的K+、Cl-離子增多，導致測定溶液的離子總強度加大，進行全自動流動注射分析儀器的使用有一定的影響，因此綜合考慮本實驗選用1.0 mol/L的氯化鉀溶液作提取液。

2.2 標準曲線

配制的標準曲線Ⅰ、Ⅱ進行分析，對儀器給出的各個標準點的自測濃度進行線性回歸分析，溶液的濃度在0～10.00 mg/L范圍內(nèi)兩條標準曲線的線性關系均良好，相關系數(shù)均為0.999 9。

表3 不同濃度的提取液對場地樣品的測定結果

2.3 檢出限實驗

2.4 精密度與準確度實驗

選用場地調查樣品進行精密度和準確度實驗，選取4個不同場地樣品進行6份平行測定，樣品的相對標準偏差均小于5%。選取上述場地樣品2，場地樣品3進行全程加標回收實驗，加標量為10.00～100.00 μg選取低中高三個濃度進行加標回收實驗，回收率在89.2%～114%。結果見表4、5。結果表明，實驗樣品的氨氮含量在0.460～28.96 mg/kg，精密度良好，滿足質控要求；加標量在10.00～100.00 μg范圍內(nèi)回收率良好，故方法適用于一般農(nóng)用地、場地調查樣品中氨氮的檢測。

表4 場地樣品精密度實驗

表5 場地樣品加標回收實驗

3 結論

1)不同廠家的試劑作提取劑對土壤中氨氮的提取空白結果差別較大，故進行提取態(tài)實驗時選擇不同廠家的提取劑也會引起結果的偏差，這個影響因素是本實驗的關鍵之一。

2)提取劑的濃度改變對提取效率有一定的影響，從0.5 mol/L到1.0 mol/L時對實驗的場地樣品提取效率提高了129%～142%，但從1.0 mol/L到2.0 mol/L提取效率變化不是特別明顯，結合提取效率以及儀器分析綜合考慮選用濃度為1 mol/L的氯化鉀作為本實驗的提取溶液較為合適。

3)對比采用1 mol/L氯化鉀提取液配制的標準曲線Ⅰ與使用去離子水配制的標準曲線Ⅱ，結果表明，兩條曲線的線性范圍以及相關系數(shù)差別不大，但是采用不同的曲線所測得的樣品空白值相差很大，結果表明，采用氯化鉀提取液配制的標準曲線下測試樣品與空白時，降低了檢測的背景值，所得空白平均值為0.022 mg/kg，方法檢出限為0.031 mg/kg。

4)選取4個不同場地樣品進行6份平行測定結果的相對標準偏差均小于5%，上述場地樣品2、3進行全程加標回收實驗，回收率在89.2%～114%，結果表明實際樣品的準確度和精密度較好。

相對于傳統(tǒng)的分光光度法，在分析流程、樣品檢測速率以及環(huán)境保護方面上具有很大的優(yōu)勢，提高了樣品的檢測時效性，針對大批量樣品的檢測具有很大的優(yōu)勢。