納氏比色分光光度法測定土壤中的速效氮和總氮含量

楊小秋 高 峰

（江漢大學光電化學材料與器件省部共建教育部重點實驗室，武漢430056）

1 引言

土壤中氮的含量是反映土壤養分的供應能力和配方施肥的關鍵依據。速效氮可以被植物直接吸收利用，與植物氮素營養有好的相關性，能確切的反映出近期內土壤的供氮水平，總氮量則是衡量土壤是否肥沃的重要指標。所以速效氮和總氮的測定可以為農業生產提供較好的指導作用，減少由于施肥不合理造成的環境生態問題［1］。速效氮測定一般用堿解擴散法，但是操作繁瑣耗時。土壤總氮測定方法一般采用重鉻酸鉀硫酸消化，消解液加堿蒸餾，餾出液經硼酸吸收后用鹽酸標定［2］，該法過程比較麻煩且滴定的誤差較大。本實驗在前人研究［3－6］的基礎上，對速效氮和總氮的測定方法加以改進，用氯化鈉超聲提取速效氮，微波消解土壤樣品，然后用納氏比色分光光度法對速效氮和總氮進行同時測定，方法簡便易行，快速準確，取得了較滿意的結果。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

紫外可見分光光度計UV240－1PC（日本島津）；微波爐（格蘭仕）；超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；聚四氟乙烯消解罐（50mL）；土壤有效態成分分析標準物質（GBW0713a，地球物理地球化學勘查研究所）；氨氮標準溶液（上海市計量測試技術研究院，N含量為1g／L，使用時逐級稀釋）；濃硫酸，氫氟酸，30%的雙氧水，氫氧化鈉，碘化鉀和碘化汞等。酒石酸鉀鈉溶液，納氏試劑按照國家環境保護標準《水質 氨氮的測定 納氏比色分光光度法》（HJ535－2009）中的步驟配制。以上試劑均為分析純，實驗用水為二次蒸餾水。

2.2 試驗方法

2.2.1 速效氮的提取

準確稱取過40目的土壤樣品5g于50mL細胞瓶中，加入50mL20%氯化鈉溶液，放入超聲波清洗器，超聲一個小時后取出，過濾后待測。

2.2.2 土壤樣品消解

準確稱取過40目的0.5g土壤樣品加入10mL濃硫酸，6mL雙氧水和0.5mL氫氟酸，放入微波爐中高溫消解20min，冷卻后取出，趁熱再滴入2mL雙氧水，放入微波爐中高溫消解10min，直至溶液消解至清亮無色，轉移至50mL容量瓶中定容待測。

2.2.3 標準曲線的繪制

分別取0，1，2，3，4mL的10mg／L的氨氮標準溶液于5個25mL比色管中，加入2mL的50%的酒石酸鉀鈉，1.5mL的納氏試劑，定容于25mL，搖勻，10min后于420nm波長處在紫外可見分光光度計上測定。以濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，得到曲線方程y＝0.2203x－0.0024，相關系數r2＝0.999。

2.2.4 樣品測定

分別取2.2.1中的提取液和2.2.2中的消解液5mL于25mL比色管中，在消解液中滴入1mL30%的氫氧化鈉溶液中和多余的酸，然后再分別加入2mL的50%的酒石酸鉀鈉，1.5mL的納氏試劑，定容于25mL，搖勻反應10min后于420nm波長處在紫外可見分光光度計上測定吸光度，帶入步驟2.2.3中的標準曲線方程，換算出濃度及百分含量。

3 結果與討論

3.1 提取劑的選擇

對蒸餾水，20%的氯化鈉溶液及10%的硫酸鈉溶液的提取效果進行了考察，因硫酸鈉的溶解度較低，所以取10%的硫酸鈉加以比較。準確稱取土壤樣品5g于50mL細胞瓶中，分別加入50mL蒸餾水、50mL20%氯化鈉溶液、50mL10% 硫酸鈉溶液，超聲30min后取出，過濾后加入納氏試劑和酒石酸鉀鈉測定，得到提取液的吸光度分別為0.125、0.257、0.238，可見氯化鈉的提取效果最好，所以選用氯化鈉溶液作為提取劑。

3.2 提取劑濃度的選擇

準確稱取土壤樣品5g于50mL細胞瓶中，分別加入50mL5%、10%、15%、20%、25%、30% 的 氯化鈉溶液，放入超聲波清洗器，超聲1h后取出，過濾后加入納氏試劑和酒石酸鉀鈉上機測定，以氯化鈉溶液的濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標做圖來比較提取劑濃度對提取效果的影響（圖1），從圖1可以看出，當氯化鈉濃度為20%的時候，提取液的吸光度最高，之后趨于平衡，所以本實驗確定氯化鈉提取劑的濃度20%。

圖1 提取劑濃度的選擇

3.3 提取方式和提取時間的選擇

準確稱取土壤樣品5g于50mL細胞瓶中，加入50mL20%的氯化鈉溶液，分別放入超聲波清洗器和振蕩器中，提取0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h，過濾后加入納氏試劑和酒石酸鉀鈉上機測定，實驗結果如圖2.由圖2可以看到，超聲提取在1h之后提取液的吸光度基本上沒有什么變化，振蕩提取在2h之后開始達到平衡，兩種提取方式平衡值趨于一致，超聲提取達到平衡的時間比振蕩提取的較短，所以本實驗確定用超聲提取的方式提取1h。

圖2 提取時間和提取方式的選擇

3.4 土壤粒度對提取效果的影響

分別準確稱取過20目，40目、60目、100目的土壤樣品5g于50mL細胞瓶，加入50mL 20%氯化鈉溶液超聲1h后取出，過濾后用納氏比色法上機測定，測得的提取液的吸光度分別為0.178、0.194、0.183、0.166，從實驗結果可以看出，土壤粒度對提取效果總體影響不大，過40目的樣品提取效果較好，所以土壤樣品粒度選擇過40目篩。

3.5 微波消解條件的選擇

較常用的消解樣品酸有硝酸，硫酸和高氯酸，本實驗測氮所以只能選硫酸或者高氯酸，高氯酸氧化性較強，考慮到高溫加熱有爆炸的可能，所以選擇硫酸，考慮到土壤中的有機基質和二氧化硅，選擇硫酸雙氧水和氫氟酸作為消解酸系。由于硫酸沸點高于聚四氟乙烯所能承受的的最高溫度［7］，所以加熱的時候選用微波爐的中高溫檔，并且分段加熱。第一階段加熱20min，第二階段加熱10min，一般第二階段結束就可以消解完全，少量沒有消解完全的可以再滴加0.5mL的雙氧水，繼續加熱5min，直至溶液清亮無色。

3.6 精密度和檢出限

取七方鄉樣品按照實驗方法提取速效氮并測定，平行測定8測得到相對標準偏差為2.87%；取熊集鄉樣品按照試驗方法消解并測定總氮，平行測定8次得到相對標準偏差為3.3%，說明該方法的重復性比較好。分別取測定速效氮和總氮的空白溶液測定11次，得到本方法的檢出限，速效氮的為0.16mg／kg，，總氮的檢出限為0.13mg／kg。

3.7 樣品分析

分別稱取湖北棗陽市幾個鄉鎮的土壤樣品及國家標準物質（GBW07413a），應用本方法對速效氮和總氮含量進行測定，每個地方的樣品平行取3個，每個樣品平行測定兩次，并且做加標回收實驗，取其平均值，實驗結果如表1。

表1 樣品分析結果及加標回收率

從表1可以看到，本方法的加標回收率在90%左右，國標GBW07413a總氮的測定結果在推薦值的誤差范圍內，說明該方法比較準確。

4 結論

利用氯化鈉提取土壤中的速效氮，微波消解土壤樣品，用納氏比色法對速效氮和總氮進行同時測定，節省時間并減少污染。本方法步驟簡便，精密度及準確度均符合日常分析測試要求，可以推廣使用。不過本方法實際樣品的加標回收率及國家標準樣品測定值與推薦者相比均有些偏低，可能與樣品的提取效率及樣品消解測定過程中的損失有關。

［1］馬立珊 .農業氮素管理與環境質量［M］.南京：江蘇科學技術出版社，1992：23－24.

［2］中國科學院南京土壤研究所 .土壤理化分析［M］.上海：上海科學技術出版社，1978：81－84.

［3］袁靜，季平揚，袁藝 .修正的凱氏法測定土壤中的總氮［J］.環境科學與管理，2009，34（2）：143－146.

［4］劉本先，劉文彬，劉文峰 .土壤中速效氮的測定方法［J］.農村科技，2007，（10）：18.

［5］黃智偉，王憲，邱海源，等 .土壤重金屬含量的微波法與電熱板消解法測定的應用比較［J］.廈門大學學報：自然科學版，2007，46（s1）：103－106.

［6］夏棟，潘家榮，張博，等 .土壤速效氮兩種測定方法的測定值相關性研究 .三峽大學學報（自然科學版）.2010，32（2）：95－97.

［7］李占彬，譚紅，謝鋒，等 .高壓密封消解石墨爐原子吸收測定土壤中的全鉬［J］.貴州大學學報（自然科學版），2009，26（3）：21－23.