土壤中全硅不同檢測方法的研究對比

土壤中的硅元素以游離態(tài)、結(jié)合態(tài)及礦物態(tài)等多種形式存在，土壤中的硅含量（全硅）是評估土壤肥力、抗侵蝕能力和污染修復(fù)潛力的重要參數(shù)。例如，從蘇素苗等人的研究中可以得出，硅元素對提升作物抗脅迫能力及養(yǎng)分吸收效率具有顯著作用。通過郭磊和劉鳴達等人的研究結(jié)果可得知，在農(nóng)作物的種植中，適量的硅肥可通過吸附作用降低鉛（Pb）和鎘（Cd）的生物有效性，有效降低植株中鉛和鎘的含量。同理，在環(huán)境科學(xué)中，硅的遷移與固定對重金屬污染調(diào)控也具有關(guān)鍵作用。然而，硅在土壤中以多種形態(tài)存在，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，這給其準(zhǔn)確檢測帶來了較大困難。

目前，全硅檢測方法呈現(xiàn)多元化發(fā)展，但不同方法在精度、成本及操作復(fù)雜度上存在顯著差異。相關(guān)工作人員通過梳理現(xiàn)有技術(shù)，探討不同方法的優(yōu)劣，希望能為研究者提供方法選擇的參考依據(jù)。

一、全硅檢測的主要方法

（一）傳統(tǒng)質(zhì)量法

傳統(tǒng)質(zhì)量法檢測全硅主要參考林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林土壤礦質(zhì)全量元素?zé)Я康臏y定》（LY/T1253—1999）的操作流程，先通過堿性試劑和樣品在高溫下熔融，使樣品中的硅元素成為可溶態(tài)的硅酸鈉，再經(jīng)酸化處理熔融物，使其中的硅元素溶于溶液中，然后蒸干、稅水、過濾（為使硅酸溶膠凝聚、脫水、沉淀完全，常以鹽酸和動物膠為脫水劑），最后將所得的二氧化硅沉淀灼燒至恒量，計算質(zhì)量差，從而計算出硅含量。該方法的優(yōu)點是適用于高硅含量樣品的分析；缺點是需使用鉑增，成本較高，操作煩瑣、耗時較長。該方法適用于數(shù)量較少且含量較高的樣品。

（二）堿熔－電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

堿熔-電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 （ICP-OES）法主要參考環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)《土壤和沉積物11種元素的測定：堿熔-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》（HJ974—2018）的操作流程，其原理是樣品與堿性熔劑進行高溫熔融，使土壤中的有機物和無機物完全溶解，之后用不同的萃取劑將重金屬元素從熔融液中提取出來，過濾上清液后，通過等離子體激發(fā)硅原子發(fā)射特征譜線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的強度進行定量分析。分析步驟如下：

1.高溫熔融。在鉑金增蝸底部加入少量的碳酸鈉墊底，稱取碳酸鈉、四硼酸鋰和偏硼酸鋰，適當(dāng)混勻制成熔劑，再依次加入2/3的熔劑和過 0.149mm 篩的土壤樣品，最后放入剩余的熔劑，使其鋪在混合物表面；置于馬弗爐中，升溫至 1000^°C ，保持 30min 。

2.轉(zhuǎn)移熔融物。加熱 5min 后將坩蝸直立于盛有

100mL 水的燒杯中，待熔融物出現(xiàn)裂紋后，取出坩堝并向增內(nèi)加水直至沒過熔融物，當(dāng)熔融物與增蝸脫離后，將脫落的熔融物轉(zhuǎn)移至 250mL 燒杯中。

3.加酸溶解。用少許硝酸、鹽酸混合溶液多次淋洗坩蝸壁上的沉淀，淋洗液移入燒杯中，再用水沖洗坩，最后將剩余的硝酸、鹽酸混合溶液加入燒杯，使熔融物全部溶解，將燒杯中的溶液轉(zhuǎn)移至 500mL 容量瓶中，用水定容至刻度線。

4.上機檢測。使用ICP-OES測定溶液中硅離子濃度。可將土壤中的重金屬元素完全溶解，提高檢測的準(zhǔn)確性；消解徹底，適用于難熔、硅含量較高或基質(zhì)較復(fù)雜的樣品。其缺點是前處理復(fù)雜，易引起誤差；批次處理樣品數(shù)量較少；易引入高鹽基質(zhì)，引起儀器干擾；鉑坩堝成本高；高溫操作風(fēng)險較大。

（三）酸消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

酸消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法儀（ICP-OES）法主要參考專利《一種氫氟酸濕法消解測定土壤中全硅的方法》（CN115166020A）中的操作流程，其原理是樣品經(jīng)酸消解后溶解樣品中的硅元素并形成可溶性氟硅酸，通過等離子體激發(fā)硅原子發(fā)射特征譜線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的強度進行定量分析。步驟如下：

1.微波消解。硝酸（ 和氫氟酸（HF）混合酸體系消解土壤。2.趕酸處理。加熱去除過量HF，避免對儀器造成損傷。3.上機檢測。使用ICP-OES測定溶液中硅離子濃度。

酸消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）法的優(yōu)點是檢出限低（ SiO₂ 檢出限 0.05% ）；操作相對簡單；試劑用量少，減少了污染風(fēng)險；可多元素同步檢測。缺點是對儀器（設(shè)備）要求較高，需使用耐腐蝕的聚四氟乙烯容器；氫氟酸（HF）毒性強，操作危險，使用時需嚴(yán)格防護；可能存在消解不完全問題。

（四）硅鉬藍分光光度法

硅鉬藍分光光度法主要參考水利標(biāo)準(zhǔn)《二氧化硅（可溶性）的測定硅鉬藍分光光度法》（SL91.2—1994）中的操作流程，其原理是在一定條件下，硅酸與鉬酸銨可生成硅鉬雜多酸配合物，經(jīng)抗壞血酸還原為藍色絡(luò)合物，在一定的濃度范圍內(nèi)通過分光光度計測定其吸光度，從而得到樣品中二氧化硅的濃度。優(yōu)點是設(shè)備成本低，適合實驗室常規(guī)分析。缺點是該方法適用于水質(zhì)樣品，可能存在干擾物質(zhì)，需嚴(yán)格控制溶液的酸度、溫度。

土壤樣品在條件有限的情況下可以選擇將堿熔的處理方法與硅鉬藍分光光度法結(jié)合。如果選擇與酸溶的處理方法結(jié)合，溶液中的氫氟酸會對玻璃比色皿造成損失，需將溶液中的氫氟酸趕出，而該措施又易導(dǎo)致硅損失，故可以選擇堿熔的處理方法與硅鉬藍分光光度法相結(jié)合。將溶解后的樣品稀釋調(diào)節(jié)后按方法SL91.2—1994進行比色實驗，進而測得樣品中硅的濃度。

二、討論

針對土壤中硅含量（全硅）的測定，這4種方法之間有著顯著的區(qū)別，通過表1對比了它們的檢出限、精密度、復(fù)雜度和成本等指標(biāo)。

從表1中可清晰看到，傳統(tǒng)質(zhì)量法作為經(jīng)典方法，通過高溫熔融和沉淀分離實現(xiàn)硅含量的測定，適用于高硅含量的巖石、冶金樣品等。其優(yōu)勢在于穩(wěn)定性高，但缺點顯著：需使用鉑坩堝導(dǎo)致成本高昂，操作步驟煩瑣且耗時較長，且對低硅含量樣品的靈敏度不足。因此，該方法更適合對精度要求較低且硅含量較高的樣品分析，但在現(xiàn)代實驗室中逐漸被高效方法所替代。

堿熔結(jié)合ICP-OES法通過高溫熔融實現(xiàn)樣品徹底消解，尤其適用于難熔礦物或基質(zhì)復(fù)雜的土壤樣品。其優(yōu)勢在于消解完全、回收率高 （gt;95%） ，但前處理過程復(fù)雜，需高溫操作和鉑增，存在高鹽基質(zhì)干擾儀器檢測的風(fēng)險。此外，批次處理樣品數(shù)量有限，且操作安全性需嚴(yán)格把控。該方法適用于地質(zhì)樣品或需要高精度消解的研究場景，但對實驗室設(shè)備和操作經(jīng)驗要求較高。

酸消解結(jié)合ICP-OES法以硝酸-氫氟酸體系消解樣品，使用ICP-OES檢測，是目前較新型且實用的方法。其優(yōu)勢顯著：檢出限低、精密度高、多元素同步檢測能力突出，且聚四氟乙烯容器的使用避免了硅污染。然而，氫氟酸的強腐蝕性和毒性對實驗安全提出挑戰(zhàn)，消解不完全的風(fēng)險仍需關(guān)注。該方法適用于痕量硅分析及環(huán)境、生物樣品的高精度檢測，尤其適合具備完善安全防護和先進設(shè)備的實驗室。

硅鉬藍分光光度法基于顯色反應(yīng)和分光光度計檢測，設(shè)備成本低，適合常規(guī)實驗室的微量硅分析。其優(yōu)勢在于操作簡便、成本可控，但顯色過程易受溶液酸度、溫度及干擾物質(zhì)影響，需嚴(yán)格控制實驗條件。該方法適用于水樣或痕量硅樣品的常規(guī)檢測 （如農(nóng)田灌溉水），若結(jié)合堿熔的前處理也可適用于固態(tài)樣品，但對高硅樣品的適應(yīng)性有限。

三、結(jié)語

土壤中硅含量（全硅）檢測方法的多樣性為科研和檢測人員提供了靈活的選擇，但也對方法的適配性提出了更高要求。相關(guān)工作人員通過系統(tǒng)性的對比與分析，明確了各種方法的優(yōu)缺點及適用性，為面對不同樣品時的方法選擇提供了科學(xué)依據(jù)。隨著分析技術(shù)的進步與科學(xué)的不斷發(fā)展，未來需要在安全性、效率與精確度之間尋求更優(yōu)平衡，同時可結(jié)合人工智能技術(shù)實現(xiàn)檢測流程的自動化，進一步提升效率與安全性，推動土壤硅分析技術(shù)的進一步發(fā)展，為農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學(xué)及地質(zhì)研究提供更可靠的技術(shù)支撐。

作者簡介：周景娜（1996—），女，河南新密人，本科，主要從事農(nóng)業(yè)檢測板塊研究工作。

（責(zé)任編輯程麗紅）