微波堿熔消解快速測(cè)定土壤中全鉀*

杜雄雁，楊明芳，余 浪，彭 樺

(云南磷化集團(tuán)磷資源開(kāi)發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650600)

鉀元素作為土壤中的大量礦質(zhì)元素，影響著植物生長(zhǎng)，使植物生長(zhǎng)健壯，增強(qiáng)作物的抗逆性，參與光合作用蛋白質(zhì)的合成。土壤中全鉀含量測(cè)定仲裁方法為NY/T 87-1988《土壤全鉀測(cè)定法》(原GB 9836-88)[1],但消解試樣繁瑣、耗時(shí)。本文研究建立了一種快速的檢測(cè)方法，對(duì)查明土壤中重要元素鉀的賦存狀態(tài)、測(cè)土配方施肥、指導(dǎo)生產(chǎn)等顯得尤為重要。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

微波消解儀ETH0S UP(Milestone s.r.l)；特氟隆PTFE 30 mL 微波帶螺旋帶蓋消解罐(自帶)；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀Avio 200(Perkin Elmer)。

NaOH(GR)、1000 mg/L 鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(北京國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)。標(biāo)準(zhǔn)曲線制作：吸取 100 μg/mL 鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液2、5、10、20、40、60 mL,分別放入 100 mL 容量瓶，加入與待測(cè)液中等量試劑成分，使標(biāo)液中離子成分與待測(cè)液相近。在配制標(biāo)液時(shí)，各加 0.4 g NaOH(GR)和H2SO4(體積比1∶3)溶液 1 mL ，水定容至 100 mL，此為含鉀分別為2、5、10、20、40、60 μg/mL 的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。常規(guī)玻璃器皿，本實(shí)驗(yàn)所用水應(yīng)符合GB/T 6682中三級(jí)水的規(guī)格。所列試劑，除特殊規(guī)定外，均指分析純?cè)噭?/p>

1.2 試樣制備

土壤樣在風(fēng)干室風(fēng)干，取不少于 20 g 于瑪瑙研缽中研細(xì),粉碎樣全部通過(guò) 0.149 mm 孔徑實(shí)驗(yàn)篩，置于干燥器中備用。按GB/T 32722-2016《土壤質(zhì)量，土壤樣品長(zhǎng)期和短期保存指南》操作。

1.3 分析步驟

稱取土壤樣 0.25 g，精確至 0.0001 g，置于特氟隆微波消解罐中，加入少許無(wú)水酒精濕潤(rùn)樣品，再加入 2.0 g NaOH(GR),同時(shí)做空白。旋緊微波消解罐蓋，放入微波消解儀，最高功率保持 5 min。取出微波消解罐并轉(zhuǎn)動(dòng)，稍冷(可流水或冰水冷至室溫)，消解罐置于 250 mL 玻璃燒杯中，加入 10 mL 沸水，立即蓋上表面皿。然后用少量 0.2 mol/L H2SO4清洗微波消解罐，轉(zhuǎn)移至 50 mL 容量瓶，控制體積在35～40 mL；再加HCl(1∶1)5滴和H2SO4(體積比1∶3)溶液 1 mL，用水定容，干過(guò)濾(棄去最初幾毫升濾液)，此濾液為待測(cè)液(可供測(cè)鉀和磷用)。

吸取待測(cè)液 5.00 mL 或 10.00 mL 于 50 mL 容量瓶中(鉀的質(zhì)量濃度控制在10～30 μg/mL),用去離子水稀釋至使鉀離子濃度在鉀系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度范圍，定容，此為土壤待測(cè)液。然后按儀器操作規(guī)程進(jìn)行測(cè)定，用系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中鉀濃度為零的溶液調(diào)節(jié)儀器零點(diǎn)。從校準(zhǔn)曲線查出或從直線回歸方程計(jì)算出待測(cè)液中鉀的濃度。

1.4 儀器參考條件

本法儀器參考條件見(jiàn)表1

表1 儀器分析推薦參考條件

2 結(jié)果與討論

2.1 微波消解原理

微波以每秒24.5億次頻率正負(fù)極方向不斷轉(zhuǎn)換[2-5]。含酸堿的物質(zhì)分子都是極性物質(zhì)。極性分子在微波場(chǎng)的作用下，分子、離子發(fā)生高速摩擦和碰撞，樣品表面不斷攪動(dòng)、破裂、短時(shí)間內(nèi)消解完全[6-8]，且微波消解沒(méi)有傳導(dǎo)損失，消除了電加熱設(shè)備、空氣、容器壁的熱傳導(dǎo)和熱損失[9-10]。

2.2 微波消解條件選擇

以樣品全熔，得到的樣均一、清澈透亮為消解完全。為達(dá)到此目的，選取稱樣量、微波功率、作用時(shí)間、壓力控制，以及堿的種類及數(shù)量可有多種組合。此試驗(yàn)選用條件見(jiàn)表2。

表2 微波消解條件選擇

從表2看出，稱樣量約 0.25 g，加約 2 g NaOH，在微波功率 700 W 下消解 4 min 能消解完成。為保險(xiǎn)起見(jiàn)，此試驗(yàn)選用 5 min。

2.3 稱樣量選擇

有的土壤中含大量有機(jī)物，微波堿熔后有大量氣體產(chǎn)生，若稱樣量大于 2 g，氣體壓力大，微波堿熔后不冷時(shí)很難打開(kāi)消解罐的蓋(消解完全后必須流水或冰水冷至室溫，且旋開(kāi)蓋時(shí)不能對(duì)人)，此試驗(yàn)采用 0.25 g 左右稱樣量，避開(kāi)消解罐內(nèi)氣體壓力過(guò)大。

2.4 多個(gè)樣品同時(shí)消解

當(dāng)一定稱樣量的樣品在一個(gè)消化罐中被完全消解，消解條件探出后將有助于提升在一次微波加熱過(guò)程中，同時(shí)消解處理數(shù)個(gè)消化罐的能力。當(dāng)消解數(shù)量增加時(shí)，所消耗的微波功率將隨著增加，同時(shí)消解所需時(shí)間亦將延長(zhǎng)，多個(gè)樣品同時(shí)消解，要重做功率和時(shí)間選擇實(shí)驗(yàn)。

2.5 其它注意事項(xiàng)

①土壤和NaOH的質(zhì)量比一般為1∶8，土壤用量增加時(shí)，NaOH的用量也按比例增加。②熔塊冷卻后，目測(cè)應(yīng)該是淡藍(lán)色或藍(lán)綠色，如熔塊呈黑色則表示消解不完全，必須再熔或重新熔。③如在熔塊還未完全冷卻時(shí)加沸水脫消解罐，可不必加放電熱板上加熱。遇實(shí)在脫不下來(lái)的樣，放少許水(蓋過(guò)消解罐和熔塊)，靜置2～12 h，自會(huì)溶解。④加入H2SO4的量視NaOH用量多少而定，目的是中和多余的NaOH，并稍微過(guò)量，使溶液呈酸性(H2SO4的濃度約達(dá) 0.15 mol/L),而硅得以沉淀下來(lái)。可用精密pH試紙(0.15 mol/L H2SO4pH值≈0～1)或用離子計(jì)測(cè)一下，溶液酸度大于 0.25 mol/L 會(huì)使結(jié)果偏低，0.20 mol/L 以下無(wú)影響。

2.6 微波堿熔消解與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)照

從表3結(jié)果看出，微波堿熔消解容量法所得結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果相差不大，能滿足日常分析要求。

表3 微波堿熔消解與國(guó)標(biāo)結(jié)果對(duì)照

2.7 精密度試驗(yàn)

用本法對(duì)編號(hào)為20211201的土壤進(jìn)行連續(xù)5次測(cè)定，精密度良好。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差見(jiàn)表4。

從表4結(jié)果看出，微波消解法精密度良好。

表4 微波消解法相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

2.8 加標(biāo)回收試驗(yàn)

為了驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度，用參考值為0.89%定量加入鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，與試樣一同進(jìn)行微波消解，進(jìn)行回收試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 加標(biāo)回收率測(cè)定結(jié)果

從表5結(jié)果看出，微波堿熔消解法準(zhǔn)確度良好。

3 結(jié)論

利用微波堿熔消解樣品，安全方便、節(jié)省試劑、較少污染環(huán)境，給快速的分析土壤中全鉀找到了一種方法。微波堿熔分解法加標(biāo)回收率在 105.00%～94.5%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差1.82%，與國(guó)標(biāo)法比較，該法具有快速，高效，熔劑用量小及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。