森林土壤全磷測定中酸溶法的優化

蔣步云，柴振林，周侃侃，吳翠蓉

(浙江省林產品質量檢測站，浙江 杭州 310023)

土壤中各種形態磷元素的總和稱為土壤全磷量，一般分為有機磷和無機磷兩大類。通過對土壤全磷含量的測定，可以了解土壤的供磷容量，對合理施用磷肥有重要的指導意義[1]。

測定土壤全磷的方法目前常用的有重量法、滴定法、比色法3種。其中重量法、滴定法對沉淀質量的要求比較高，磷含量高時適用，而土壤中磷含量一般較低，因此目前較多采用比色法[2]。森林土壤全磷測定的待測液制備，分為堿熔法和酸溶法兩種。其中堿熔法操作較為繁瑣不適合大批量試驗，目前實際應用中比較常用的是H2SO4-HC1O4酸溶法消煮，該法操作簡便且為一次性操作，其待測液可以同時測定氮、磷、鉀等土壤營養成分[3]。

本文采用比色法，并且樣品前處理采用的是H2SO4-HC1O4酸溶法。LY/T 1232-2015《森林土壤磷的測定》標準中，加3.0 mL硫酸及10滴高氯酸消化樣品，二硝基酚作為指示劑，2 mol/L氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L硫酸溶液調色；實驗優化后采用5.0 mL硫酸及6滴高氯酸消解樣品，以酚酞作指示劑，4 mol/L氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L硫酸溶液調色。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗儀器有UV-1601紫外可見分光光度計，可控式電爐等。

實驗試劑：硫酸(優級純)，高氯酸(優級純)，磷標準使用液5 mg/L，超純水(避免Si對顯色的干擾[4])，1%酚酞指示劑，4 mol/L氫氧化鈉溶液，0.5 mol/L H2SO4溶液，鉬銻貯存液，鉬銻抗顯色劑(稱取1.50 g抗壞血酸溶于100 mL鉬銻貯存液中，臨用時現配)。標準土壤樣品為國家標準物質樣品，編號為GSS—3、GSS—8。

風干土樣過0.149 mm篩，四分法取樣。

1.2 實驗步驟

1.2.1 實驗原理

在高溫條件下，土壤中的含磷礦物及有機磷化合物與硫酸和高氯酸作用，使之完全分解，全部轉化為正磷酸鹽而進入溶液。加入鉬銻抗顯色劑，磷酸鹽最終還原成藍色化合物磷鉬藍，藍色的深淺與磷酸鹽的含量呈正比，用分光光度計在波長700 nm處比色測定[5-6]。

1.2.2 顯色條件優化

鉬銻抗比色法測磷顯色應在酸性條件下進行。原標準法中用二硝基酚作指示劑，其變色范圍是pH 2.4(無色)～pH 4.0(黃色)，本文優化后采用酚酞作指示劑，在堿性條件下pH 8.0(無色)～pH 10.0(紅色)調色，在溶液由紅色變成無色后再多加1～2滴0.5 mol/L H2SO4溶液，溶液變成酸性即符合顯色條件。分別用pH計測定原標準法和優化法調整酸度后各自的pH值(表1)。

表1 原標準法和優化法測定pH值對比

由表1可以看出，調色后再多加1～2滴0.5 mol/L H2SO4溶液，溶液變成酸性，且pH值范圍在3.0～4.0之間，滿足顯色要求。并且在進一步的實驗中發現，若繼續增加溶液酸性，反而不利于顯色的穩定性，因此調色后再多加1～2滴0.5 mol/L H2SO4溶液更好。

1.2.3 樣品前處理

參考LY/T 1232-2015《森林土壤磷的測定》酸溶法中硫酸-高氯酸消解法，準確稱取處理好的待測試樣1.000 g左右于100 mL消煮管中，加適量超純水濕潤，再加5 mL濃H2SO4，6滴HClO4，搖勻，瓶口放一小漏斗，消煮管置于鐵架上，電爐加熱消化，消化至溶液顏色轉白并顯透明，再繼續煮沸20 min左右，冷卻后用超純水定容至100 mL；靜置澄清后取上層清液5～10 mL于50 mL比色管，加超純水至15～20 mL左右，加入1滴1%酚酞指示劑，用4 mol/L NaOH溶液調至紅色，再用0.5 mol/L H2SO4溶液調至無色，無色后再多加1～2滴0.5 mol/L H2SO4溶液；準確加入5.0 mL鉬銻抗顯色劑，用超純水定容至刻度，搖勻；同時做空白試驗。

1.2.4 標準曲線的制作

分別吸取5 mg/L磷標準使用液0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00 mL于50 mL比色管中，加超純水至15～20 mL左右，顯色操作同1.2.2。即得到0.00、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60 μg/mL磷標準系列溶液，在室溫高于20 ℃條件下靜置30 min后，在分光光度計700 nm處比色，以0.00 μg/mL標準溶液為參比溶液，由低到高測定其吸收值，繪制標準曲線。

標準曲線圖：以下按上述步驟使用紫外分光光度計進行比色測定，得出優化后的磷標準曲線如圖1。

圖1 優化后的磷標準曲線

由圖1中對比可看出，原標準法得到的曲線相關系數只有0.995 1，而優化后的磷標準曲線相關系數為0.999 7，說明磷含量與吸光度之間有良好的線性關系，保證了分析的準確性及重現性，此方法是可行有效的。

1.2.5 樣品測定

待測液于室溫20 ℃以上靜置30 min后，在分光光度計700 nm處比色，以0.00 μg/mL標準溶液為參比溶液，同時測定空白溶液和待測液的吸光度，根據標準曲線獲得相應磷的質量濃度。

2 結果與分析

2.1 數據統計

標準土壤對照樣GSS-3和GSS-8經過原標準法和優化方法處理后的結果對比見表2，待測土壤試樣同標準樣品處理見表3。

表2 原標準法和優化法測定標準對照樣結果對比

表3 原標準法和優化法測定待測樣品結果對比

從兩種方法處理后得到的標準土壤對照樣測定結果來看(表2)，優化法的測定平均值高于原標準方法的測定平均值，兩者都在標準值范圍內且優化法測定值更接近標準值。優化法的相對標準偏差較低，說明優化法的前處理消解及顯色更完全，且平行性良好。從兩種方法處理后得到的待測土壤樣品測定結果來看(表3)，同樣可得出優化法優于原標法的上述推論。

2.2 加標回收率實驗

優化法對樣品處理加標回收實驗，得到實驗結果見表4。從加標回收率結果來看(表4)，3個加標濃度得到的回收率均在90%～110%之間，符合加標回收的要求，說明優化法測定森林土壤中磷是可行有效的。

表4 優化法加標回收率實驗

計算公式：回收率(%)=

2.3 樣品前處理產生的不確定度

2.4 精密度實驗

優化法對對照樣進行精密度實驗(3個加標濃度試樣各測定6次)，相對標準偏差為3.02%。

3 結論

原方法中，以二硝基酚作為指示劑，2 mol/L氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L硫酸溶液調色，從黃色到剛呈淡黃色，顏色變化不明顯，由于肉眼判斷溶液淡黃色，每次試驗判斷顏色深淺有所不同，因此標準溶液和待測液的比色酸度很難保持一致，終點的判斷誤差極大。優化后采用硫酸-高氯酸酸溶法(比例有所調整)消解，以酚酞作指示劑，4 mol/L氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L硫酸溶液調色，從紅色到無色，顏色更為清晰，操作更為簡便。

通過兩種方法的比較，可以看出優化法相對原標法來說，樣品分解更完全，顯色更清晰，終點易判斷，平行性更好，數據結果可靠準確。